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Hersteller automatisiert herstellerunabhängig

Hersteller automatisiert herstellerunabhängig

Wenn am 8. November in Nürnberg die SPS-Messe ihre Tore öffnet, dann wird auch der französische Tech-Konzern Schneider Electric erneut mit von der Partie sein. Das ist zwar an sich keine aufsehenerregende Neuigkeit, das, was am Messestand präsentiert wird, ist es aber allemal. Denn für die Automatisierungswelt könnte es nichts weniger als einen Paradigmenwechsel bedeuten: Automatisierung gemäß der Norm IEC61499.

Worum geht es? Ganz zentral auf dem groß angelegten Messestand wird eine Technologie präsentiert, die eigentlich gar nicht so sehr als Technologie, sondern vielmehr als Philosophie verstanden werden muss. Denn hier geht es um die Frage: Wie wollen wir automatisieren? Ganz im Gegensatz zur gängigen SPS-basierten und von proprietären Steuerungssystemen geprägten Automatisierungsweise, beantwortet der Tech-Konzern diese Frage mit: Herstellerunabhängig und Softwarezentriert. Denn genau das ist der Automatisierungsansatz, mit dem sich die Potenziale des Industrial-Internet-of-Things möglichst optimal nutzen lassen.

Herstellerunabhängige Automatisierung

Dass ein großer Hersteller wie Schneider Electric ab sofort herstellerunabhängig automatisiert, mag auf den ersten Blick verwundern. Doch natürlich macht es Sinn, dass ein Hersteller seinen Kunden – in diesem Fall Anlagenbauer und Industrieunternehmen – die Art von Technologien bietet, von der sie am meisten profitieren. Hinzu kommt, dass die herstellerunabhängige und softwarezentrierte Automatisierungsweise gemäß IEC61499 heute keine große technische Herausforderung mehr darstellt. Wie der Tech-Konzern jüngst in einem Proof-of-Concept mit dem deutschen Maschinenbauer GEA zeigte, ist diese Art des Automatisierens längst eine industrietaugliche Option. Grund genug, sich diesen Automatisierungsansatz näher anzuschauen.

Der herstellerunabhängige und softwarezentrierte Automatisierungsansatz, von dem hier die Rede ist, ist in der IEC-Norm 61499 definiert. In nahezu prophetischer Manier hat diese Norm bereits im Jahr 2005 die modernen Anforderungen an wandelbare und energieeffiziente Anlagen vorausgeahnt, wie sie heute im Sinne von Industrie 4.0 gestellt werden. Kerngedanke von IEC61499 ist eine Entkopplung von Hardware und Software. Etwas, dass vor dem Hintergrund proprietärer Systeme einem Paradigmenwechsel gleichkommt. Denn obwohl die Norm zunächst als Erweiterung von IEC61131 angelegt war und das grundlegende Vokabular der Automatisierung auch nicht neu erfindet, hat diese Entkopplung zur Folge, dass entscheidende Regeln des Automatisierens neu definiert werden können. Dabei geht es um wiederverwendbare Softwareobjekte, um ein eventbasiertes Ausführungsmodell sowie die Verteilung von Intelligenz.

Hier lernen Sie mehr über die Norm IEC61499:

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Wiederverwendbare Software

Entkopplung von Hardware und Software bedeutet, dass Softwareanwendungen nach IEC61499 nicht mehr nur für eine bestimmte Speicherprogrammierbare Steuerung geschrieben werden. Statt Entwicklungsumgebungen, die herstellerspezifisch an eine bestimmte SPS gebunden sind, existiert eine von der Hardware abstrahierte Softwareumgebung, in der automatisierte Anwendungen ohne Rücksicht auf die verwendete Hardware modelliert werden können. Für die Auswahl der später genutzten Hardware ist dann allein die Funktionalität (oder Verfügbarkeit) und nicht mehr der Hersteller entscheidend. Es gilt also ein Prinzip, dass sich in der IT-Welt längst durchgesetzt hat.

Das hat zur Folge, dass einmal erstellte Softwareanwendungen praktisch beliebig mit der Hardware anderer Hersteller wiederverwendet werden können. Zudem lässt sich die Komplexität der Programmierung sinnvoll reduzieren. Denn in vielen Fällen muss das Rad nicht neu erfunden werden. Einmal codierte und gekapselte Objekte (einzelne Geräte oder ganze Anwendungen) lassen sich vom Projektingenieur aus einer herstellerneutralen Funktionsbibliothek (künftig vielleicht sogar aus einer Art App-Store) auswählen, instanzieren und als rein grafisches Objekt mit anderen vorgefertigten Objekten in einen automatisierten Funktionszusammenhang setzen. Auf Codeebene muss nicht mehr gearbeitet werden.

Eine entscheidende Voraussetzung muss für diese Art des Automatisierens allerdings gegeben sein. Ähnlich wie in IT, braucht es auch in den Automatisierungskomponenten eine Art gemeinsames Betriebssystem. Etwas, das den gemeinsamen Nenner zwischen den Geräten unterschiedlicher Anbieter bildet. Aber auch hier wurden mittlerweile entscheidende Meilensteine erreicht. Die unabhängige Non-Profit-Organisation UniversalAutomation.Org, zu deren Mitgliedern namhafte Industrieunternehmen, Hersteller, Maschinenbauer, Start-Ups und Universitäten gehören, pflegt und verwaltet ein solches Betriebssystem, eine auf IEC61499 basierende Runtime Execution Engine. Passend dazu hat Schneider Electric sein Engineering-Tool EcoStruxure Automation Expert auf den Markt gebracht.

Eventbasiertes Ausführungsmodell

Eine weitere Besonderheit eines Automatisierungsansatz nach IEC61499 betrifft das Ausführungsmodell, also die Art und Weise wie der Code im Innern der Funktionsblöcke abgearbeitet wird. Im Gegensatz zu den heute meist gängigen Automatisierungsmethoden, erfolgt das in IEC61499 nicht zyklisch, sondern eventbasiert. Das heißt, ein Codeobjekt wird nur dann aktiv, wenn zuvor ein Eventsignal am Funktionsblock eingetroffen ist – wenn also ein bestimmter Maschinenzustand eine bestimmte Maschinenfunktion auslöst. Das Resultat:  Ein geringerer Stromverbrauch sowie eine reduzierte CPU-Last. Und es ist deutlich einfacher, die solchermaßen automatisierte OT an übergeordnete IT-Systeme mit derselben Logik anzubinden.

Verteilte Intelligenz

Weiterhin ist ein Automatisierungsansatz nach IEC61499 deshalb so interessant für den Betrieb von wandelbaren Anlagen, da er kein hierarchisches, SPS-zentriertes Automatisierungsmodell beschreibt, sondern vielmehr eine Verteilung der Intelligenz empfiehlt. Codeobjekte in IEC61499 müssen nicht von einer Speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeführt oder berechnet werden. Sie können prinzipiell auf jede mechatronische Komponente mit CPU gemappt werden. Genug Rechenleistung in den Geräten sowie eine hohe Internetbandbreite machen es möglich.

Gerade in Sachen Modularität und Flexibilität hat das weitereichende Konsequenzen: Wenn jedes Modul seine eigene Intelligenz besitzt und bereits programmierter Code praktisch sofort auf neue oder andere Hardwarekomponenten gemappt werden kann, dann steigt die Flexibilität bei der Lastverteilung erheblich. Bei besonderen Produktionsanforderungen können einzelne Ressourcen schnell hinzugebucht und nach einer gewissen Zeit genauso schnell wieder herausgenommen werden. Auch auf schwankende Energiepreise oder hohe Netzbelastung lässt sich dann sehr schnell und flexibel reagieren, weil eine Maschine nicht mit all ihren Komponenten im permanenten Dauerbetrieb laufen muss. Da die Logik einer automatisierten Anwendung zudem nicht mehr zwingend von einer SPS ausgeführt werden muss, lassen sich auch andere, verbrauchsärmere CPU-Ressourcen einbeziehen. Mit der Folge erheblicher Effekte in Sachen Energieeffizienz.

Welche Vorteile sich sonst noch auf Basis eines herstellerunabhängigen Automatisierungsansatz ergeben, dass erfahren Sie hier:

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Schneider Electric 2022-2023