Resilient Machine Control Design

Artikel#: 00113

Datum: 2025-11-23

Autor: Radim

Moderne Industrieanlagen sind heute mit einer Vielzahl hochentwickelter Systeme ausgestattet: umfangreichen HMI-Panels, Anbindungen an Unternehmensnetzwerke, Kommunikation mit übergeordneten MES-Systemen, Diagnosen und detaillierten Datenprotokollen. Diese Funktionen bieten Komfort, mehr Kontrolle über den Prozess und bessere Optimierungsmöglichkeiten. Gleichzeitig erhöhen sie jedoch die Komplexität der gesamten Lösung und die Anfälligkeit für Störungen, die praktisch überall auftreten können – von Kommunikationsproblemen bis hin zu unerwarteten Fehlern in einer beliebigen Softwareebene.

Wenn Maschinen miteinander vernetzt sind und von HMI, SCADA oder der Netzwerkinfrastruktur abhängen, kann ein Ausfall in einer dieser Ebenen den gesamten Produktionsprozess stoppen. In solchen Fällen zeigt sich, dass diese "Komfort"-Funktionen auf höherer Ebene auch zu Fehlerquellen werden können und der Grund für Produktionsstillstände sein können – oft mit erheblichen finanziellen Auswirkungen.

Daher lohnt es sich, das Konzept des Resilient Machine Control Design in Betracht zu ziehen – einen Konstruktionsansatz, der es einer Maschine ermöglicht, ihren Betrieb fortzusetzen, selbst wenn eine der "Komfort"-Schichten des übergeordneten Systems ausfällt. Dies bedeutet keinen Rückschritt zu veralteten Technologien, sondern eine bewusste Entscheidung, den Mehrwert klar vom grundlegenden, für die Produktion notwendigen Funktionskern zu trennen.

Ein Schlüsselelement eines solchen Designs ist eine minimale, zuverlässige und möglichst einfache grundlegende Steuerungsebene der Maschine. Diese wird typischerweise durch eine SPS mit klar definierten Funktionen und einigen wenigen physischen Bedienelementen bereitgestellt – etwa Start-, Stopp- und Reset-Tastern sowie einfacher Signalleuchte zur Anzeige des Maschinenzustands. Dieser Teil sollte so ausgelegt sein, dass er unabhängig davon funktioniert, ob die HMI verfügbar ist, ob die SCADA kommuniziert oder ob der Kommunikationspfad zu einem übergeordneten System korrekt konfiguriert ist. Der Vorteil physischer Bedienelemente ist ihre direkte Verdrahtung: Sie sind nicht abhängig von HMI-Software, Netzwerkeinstellungen oder davon, ob irgendwo ein ungeplanter Update-Prozess gestartet wurde.

Die HMI bietet detaillierte Diagnosen, Rezepturänderungen, Diagramme, Alarme, Fernzugriff usw. Diese Funktionen sind äusserst nützlich, sollten jedoch keine Voraussetzung dafür sein, dass die Maschine gestartet werden kann oder die Produktion fortgesetzt werden kann. Wenn die "Komfort"-Ebene vorübergehend ausfällt, muss die grundlegende SPS-Logik in der Lage sein, die Produktion aufrechtzuerhalten – weniger komfortabel, aber weiterhin sicher und vorhersehbar.

Resilient Machine Control Design bietet einen erheblichen Vorteil und erhöht die Gesamtzuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Maschine – also den Anteil der Zeit, in der tatsächlich produziert werden kann, im Vergleich zu Zeiten, in denen aufgrund eines Fehlers oder Ausfalls einer "Komfort"-Ebene stillgestanden wird.

Natürlich ist es wichtig zu beachten, dass auch die Architektur des Resilient Machine Control Design ihre Grenzen hat. Ausfälle können ebenso auf Ebene der SPS selbst oder anderer zentraler Steuerungskomponenten auftreten. Auf diese Themen werde ich in zukünftigen Blogartikeln eingehen, denn auch hierfür gibt es Methoden und Strategien, um sich wirksam auf solche Situationen vorzubereiten.

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Kommentar#: 00001

Datum: 2025-12-13

Benutzer: Radim

In einem meiner früheren Projekte haben wir uns mit der Frage beschäftigt, welche Rolle das SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisition) tatsächlich spielen soll, und rückblickend kann ich sagen, dass sich das gewählte Konzept als äusserst wirkungsvoll erwiesen hat. Wir hatten eine komplexe SCADA-Visualisierung auf einem IPC im Einsatz, verbunden mit etwa 10-30 SPS. Das SCADA bot praktisch alles, was man von einem modernen System erwartet - Überwachung von Prozesswerten, Sollwertanpassungen, Benutzerverwaltung, Trending, Alarme, Fehlersuche, kontextbezogene Hilfen, Datenerfassung mit Statistiken, Rezeptverwaltung und viele weitere Funktionen. Es war ein unverzichtbarer Bestandteil einer komfortablen Maschinenbedienung.

Von Beginn der Entwicklung an definierten wir SCADA jedoch als "CMU" - Central Monitoring Unit. Das Wort Monitoring spielte dabei eine zentrale Rolle, denn das Ziel war sicherzustellen, dass die Maschine auch dann betriebsfähig bleibt, wenn das SCADA nicht läuft. Das bedeutete, dass ohne SCADA nicht alle Parameter geändert werden konnten und fortgeschrittene Diagnose- oder Statistikfunktionen nicht verfügbar waren, aber der grundlegende Maschinenbetrieb hing nicht davon ab.

Diese Philosophie erwies sich als sehr klug, insbesondere weil die Maschine in einem kontinuierlichen 24/7-Betrieb lief, in dem jede Minute Stillstand einen erheblichen finanziellen Verlust bedeutete. Dadurch, dass SCADA als Komfortschicht und nicht als Voraussetzung für den Maschinenbetrieb betrachtet wurde, konnten Updates und Wartungsarbeiten am SCADA-System durchgeführt werden, während die Maschine weiter produzierte.

Diese Erfahrung zeigt deutlich, wie wichtig es ist, zwischen der grundlegenden Steuerlogik und den Komfortschichten eines Systems zu unterscheiden - und welchen Vorteil ein resilienter und unabhängiger Maschinensteuerungsansatz mit sich bringen kann.