VDMAXML_P

Einführung
Die VDMAXML_P-Spezifikation beschreibt ein Konzept für die Integration intelligenter Komponenten in einer Verpackungs- oder Verarbeitungslinie. Ziel ist ein einfacher Zugriff auf Daten, Rezepte und Produktionsdokumentation aller Komponenten wie Sensoren, Kontrollgeräte usw. Die Spezifikation beschreibt die Struktur eines Maschinen-Netzwerks, das Verhalten der Komponenten, Datenformate auf der Basis von XML und standardisierte Funktionen. Getragen wird die Initiative von einer Arbeitsgruppe des VDMA, bestehend aus Maschinenherstellern, Komponentenlieferanten und anderen Zulieferern der pharmazeutischen Verpackungstechnik. Die in der VDMAXML_P-Spezifikation festgelegten Verfahren haben in der Zwischenzeit ihre Praxistauglichkeit auf Blistermaschinen mehrerer Hersteller unter Beweis gestellt und werden von einer wachsenden Zahl von Zulieferern unterstützt. Obwohl die Initiative aus der pharmazeutischen Verpackungstechnik kommt, birgt das Konzept auch für andere Bereiche vielversprechende Potenziale.

Eine gute Kombination!

VDMAXML_P ist eine Kombination verschiedener Verfahren. Gemeinsam ermöglichen sie den Aufbau modularer, vernetzter Maschinenlinien auf denen intelligente Komponenten gemeinsame, standardisierte Dienste anbieten und nutzen. Maschinenhersteller und Komponentenlieferanten profitieren von der Standardisierung, der Maschinenbetreiber erhält eine übersichtlichere, sichere und besser bedienbare Maschine mit völlig neuen Fähigkeiten und die Aufsichtsbehörden freuen sich über eine konsistente Produktionsdokumentation.
Die Spezifikation berührt mehrere Bereiche:
Physikalische Datenübertragung über ein TCP/IP-Netzwerk.
Standardisiertes XML-Nachrichtenformat.
Definiertes Verhalten der Kommunikationsteilnehmer.
Informationsbroker als zentrale Vermittlungsstelle.
Standardisierte Nachrichteninhalte für standardisierte Dienste.
Standardisierte Dienste für Benutzerverwaltung, Rezeptverwaltung, Ereignis-Log und Audit-Trail.

Dokumente: Woher nehmen?

Auf modernen Produktions- und Verpackungslinien versammeln sich heute nicht nur SPS, Drive-Controller, Aktoren und Sensoren, sondern auch eine Vielzahl mehr oder weniger komplexer Peripherie, bestehend aus Kontrollgeräten (Codeleser, Druckbildkontrolle, Vision-Systeme u.a) und speziellen Zusatzfunktionen wie z.B. Inline-Drucker. Spätestens wenn diese Komponenten eigene Bedienfunktion und vielleicht sogar Rezept-Datenbanken beinhalten, wird die Linie für das Bedienpersonal unübersichtlich. Wenn nun auch noch eine lückenlose Dokumentation des Produktionsprozesses gefordert wird, entsteht für den Maschinenbetreiber ein großer Aufwand, die nötigen Dokumente zusammenzutragen. Selbst bei diesem großen Aufwand bleibt das Manko, dass die Dokumente in den unterschiedlichsten Formaten vorliegen und, dass kein Zusammenhang zwischen ihnen hergestellt werden kann.

Lösungen

Kommunikation
VDMAXML_P definiert zunächst ein Kommuniaktionskonzept. Darin werden alle Informationen in Form relativ kurzer Nachrichten ausgetauscht, die mit XML-Markup versehen sind. Die Daten selbst werden in Form von Prozessvariablen dargestellt, die von Datenquellen, den so genannten DataServern angeboten werden. Alle Komponenten sind entweder DataServer, DataClient oder beides, je nach Komplexität und Funktion innerhalb der Maschine. Eine zentrale Vermittlungsstelle ist der "Broker", der die einzige Instanz ist, die alle Prozessvariablen und ihre Zuordnung zu realen Geräten kennt. Damit stellt der Broker für alle Clients eine abstrakte Schnittstelle zum Prozess dar und jedes Gerät kann im Idealfall gegen ein anderes kompatibles Gerät ausgetauscht werden, ohne dass das restliche System betroffen ist. Ein Client, typischerweise die Visualisierung, kann über den Broker auf den Variablenhaushalt zugreifen ohne Format und Quelle der Daten zu kennen.
Es gibt nur 5 Typen von Nachrichten:
GET
Ein Client fordert damit den Inhalt einer Prozessvariablen an.
PUT
Ein Client setzt eine Prozessvariablen.
SUBS
Ein Client abonniert (subscribe) eine Variable. Der betroffene DataServer wird aufgefordert, jede Änderung der Daten zu melden.
UNSUBS
Ein Client meldet, dass er in Zukunft über Datenänderungen nicht mehr informiert werden möchte.
STATE
Ein DataServer meldet darin den augenblicklichen Zustand einer Prozessvariablen. Dies geschieht per Spezifikation entweder bei Änderung der Daten oder nach Empfang einer GET- oder SUBS-Nachricht.
Mit Hilfe dieser 5 Meldungstypen kann ein effizientes System aufgebaut werden, in das sehr einfach neue Komponenten integriert werden können.
Standardisierte Dienste
Systemfunktionen, die für alle Anwender interessant sind, da sie die Anforderung an Produktions- und Qualitätsdokumentation betreffen, sind in der Spezifikation ebenfalls definiert. Hierfür wird jeweils die erforderliche Funktionalität als auch die verwendeten Nachrichteninhalte spezifiziert. So können zentrale Komponenten ausgetauscht oder zugekauft werden, deren Funktionalität zumindestens vom VDMAXML_P Anwenderkreis als sinnvoll angesehen werden.

Erweiterbarkeit und Modularität

Die konsequente Strukturierung in Form von Clients, Servern und dem Broker, die standardisierten Nachrichtenformate und der Einsatz von XML machen das Konzept zukunftssicher weil einfach erweiterbar. Neue Komponenten wie Sensoren, Aktoren oder Geräte müssen minimale Kommunikationsanforderungen erfüllen und werden ansonsten stark entlastet. vimacon hat schon Geräte verschiedener Komplexität und über unterschiedliche Schnittstellen wie z.B. RS485, USB oder OPCXML über Ethernet angeschlossen und bietet auch Softwarebibliotheken zur Anpassung an VDMAXML_P an.
VDMAXML_P bietet auch Chancen für die einfache Modularisierung einer Maschine oder Anlage. Der Aufbau mittels autonomer Netzwerkkomponenten macht den Austausch, das Hinzufügen oder Beseitigen einer Komponente einfach, da nur der Broker darüber informiert werden muss.

VDMAXML_P und VISTA

Die VDMAXML_P-Spezifikation baut weitgehend auf dem Kommunikationskonzept von VISTA auf. Die Verfahren wurden vom VDMAXML_P-Anwenderkreis überarbeitet, generalisiert und genauer spezifiziert. Nach Verabschiedung der Version 1.0 der Spezifikation wurde wiederum VISTA so überarbeitet, dass es die Spezifikation erfüllt. Damit ist VISTA die zur Zeit einzige vollständige Implementation des VDMAXML_P-Konzepts.
Die folgenden Komponenten werden von VDMAXML_P spezifiziert und sind im Laufzeitsystem von VISTA umgesetzt:
Broker.
Login-Server.
EventLog.
AuditTrail.
Aufgrund der engen Verwandschaft von VDMAXML_P und VISTA sind einzelne Bestandteile von VISTA in anderen VDMAXML_P-Systemen einsetzbar. vimacon bietet diese Komponenten und Tools daher gerne auch für Visualisierungssysteme anderer Hersteller an.

Erweiterungen

Der eigentliche Sinn des Inhalts einer Prozessvariablen wird durch die konkrete Anwendung bestimmt, so dass auch Befehle oder Dokumente in Form von Prozessvariablen gehalten und kommuniziert werden können. Die Spezifikation macht davon bei den definierten Diensten Gebrauch, wo geregelt wird, welche Prozessvariablen eine Komponente bereithalten muss.
Für VISTA-Komponenten die der Spezifikation entsprechen hat vimacon das Konzept durch so genannte "Services" erweitert. Hier werden Funktionen in DataServern über den normalen Nachrichtenkanal in einer Art von RPC (remote procedure call) angesprochen. Dazu wurden Befehls-, Antwort-, Status- und Fehlervariablen definiert. Aufrufe dieser Art sind vollständig kompatibel und können komplexe Abläufe steuern.