Roboter bei Fraunhofer ESK, Bild: ke NEXT/ hei

Entdeckt auf der SPS IPC Drives: Fraunhofer zeigt einen Roboter und Drehtische, die direkt aus der Cloud heraus gesteuert werden. Die SPS wird da überflüssig. Bild: ke NEXT/ hei

Während bei der klassischen Hardware-SPS eine enge Kopplung zwischen Prozess und Steuerung bestand, entwickelt sich seit zehn Jahren ein Trend zu offenen Systemen, in denen eine Software-SPS innerhalb der vernetzten Anlage Steuerfunktionen übernimmt.

Die dafür genutzten, meist proprietären Kommunikationsprotokolle und herstellerspezifischen Technologien stoßen jedoch beim zunehmenden Einsatz verteilter Systeme und Steuerungen und bei der Anbindung an das Internet an ihre Grenzen. Denn ohne standardisierte Schnittstellen steigt der Aufwand für die Verwaltung dieser Programme und Versionsstände erheblich. Das führt häufig zu Fehlern im Handling und zu Interoperabilitätsproblemen.

Loslösen von Steuerfunktionen

Mit dem Projekt Cloud based Industrial Control Services CICS des Fraunhofer ESK (Halle 8, Stand 300) soll deshalb der nächste Schritt in der SPS-Entwicklung forciert werden: Die vollständige Loslösung von Steuerfunktion und zugehöriger Anlage zu global verteilten, cloud-basierten Software-Steuerungsdiensten mit standardisierten Schnittstellen.

Ziel des Forschungsvorhabens ist eine SOA-Referenzarchitektur (Service-orientierte Architektur) für einen industriellen Steuerungsdienst auf Basis von Webtechnologien mit den zugehörigen Schnittstellen

Das Management und die Ausführung der weborientierten Steuerungsdienste erfolgen dabei über verfügbare öffentliche und private Cloud-Strukturen sowie ebenso in Webclients, wie beispielsweise in verschiedenen Webbrowsern. Für die praktische Anwendbarkeit des im Projekt entstehenden Steuerungssystems in der Automatisierungstechnik wurde zunächst das Anwendungs- und Nutzungspotential in einer Studie ermittelt und darüber hinaus neue Webtechnologien bewertet.

Klassische SPS in der Cloud

Einen Schwerpunkt der Arbeiten stellen die Abbildung und der Transfer eines klassischen Steuerungssystems (IEC 61131) mit Webtechnologien in eine Cloud-Struktur dar. Dazu definieren die Wissenschaftler schnelle und zuverlässige Prozessdaten-Schnittstellen (WebConnector). Basis dafür bildet der internationale Standard IEC 61131 für industrielle Steuerungsprogramme. Er sichert die Interoperabilität und vereinfacht die Handhabung der Steuerungsdienste bei gleichzeitig deutlich gesteigerter Flexibilität.

Die Forschungsergebnisse sollen Hersteller, Anbieter und Anwender von SPS-Lösungen bei der Umsetzung durchgängig weborientierter Steuerungssysteme unterstützen, die sich flexibel und mit wenig Aufwand an anwendungsspezifische Bedürfnisse anpassen lassen. So können bisher hardware-fixierte und zentralisierte Verfahren zur Steuerung automatisierter Geräte, Maschinen und Anlagen durch vollständig im IP-Netz verteilte Softwarefunktionen transparent verteilt und genutzt werden.

Vorteile weborientierter Steuerungssysteme

  • Kosteneinsparungen bei Inbetriebnahme und Betrieb durchortsunabhängigen und cloud-basierten Service.
  • „Flexible Bereitstellung von Steuerungsfunktionen für die wandlungsfähige Produktion.
  • „Verbesserter Herstellerservice (zentrales Backup, Reservesystem im Fehlerfall).
  • „Unterstützung von Simulationen für eine bessere Planung und Prozessoptimierung.
  • „Produktionsoptimierung durch die bedarfsgerechte Nutzung effizienter Algorithmen (App-Konzept).
  • Systemschnittstellen innerhalb von Steuerungssystemen existieren nur noch als Softwareschnittstellen im IP-Netz.

Aktuell verfügbar sind bereits prototypische Implementierungen von CICS-Steuerungen, die sich flexibel im Netz verteilen und anwenden lassen. Im Gegensatz zu virtualisierten SPS-Steuerungen können CICS-Steuerungsdienste vollständig per Cloud Computing genutzt und per Webbrowser projektiert werden.