16.04.2020

PLCnext Control um leistungsfähige Steuerung erweitert

Neue Steuerung für PLCnext Technology

Mit der neuen PLCnext Control AXC F 3152 bietet Phoenix Contact eine performante Axioline-Steuerung auf Basis des offenen Ecosystems PLCnext Technology. Aufgrund der implementierten Technologie arbeitet die SPS neben IEC61131-Code auch Hochsprachenprogramme und Matlab-Simulink-Modelle deterministisch ab. Das eröffnet völlig neue Perspektiven bei der Applikationsentwicklung.


Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Bei PLCnext Technology handelt es sich um ein offenes Ecosystem für aktuelle und zukünftige Automatisierungsanforderungen. Dabei erlaubt die Technologie die Kombination von Automatisierungsaufgaben und IoT-Ansprüchen in einem Gerät. Abgesehen von der Steuerungs-Hardware umfasst das Ecosystem die modulare Software-Plattform PLCnext Engineer, den digitalen Marktplatz PLCnext Store, die informative PLCnext Community sowie die Option einer systemischen Cloud-Integration. Die innovative Firmware-Architektur setzt auf einer Linux-Plattform auf und ermöglicht dem Anwender sowohl die Nutzung von IEC61131-Code ebenso wie zahlreichen Hochsprachen - etwa C, C++, Python oder C# - und Regelalgorithmus-Modellen in Matlab Simulink. Ein Steuerungsprogramm kann hier aus lediglich einer oder einem beliebigen Zusammenspiel der aufgelisteten Programmiersprachen bestehen. Die Anwender können also in der von ihnen präferierten Umgebung arbeiten, was die Codeerstellung deutlich beschleunigt.

Aufteilung der Programme auf die CPU-Kerne

Neben der beschriebenen Kombination lassen sich Linux-Programme ohne die Verwendung der PLCnext Runtime direkt durch das Betriebssystem verwalten. Die freilaufende, durch Events gesteuerte Linux-Anwendung kann ebenfalls auf die Prozessdaten der in Echtzeit ausgeführten Programme zugreifen. Damit stellt die PLCnext Technology ein hohes Maß an Flexibilität in den Bereichen zur Verfügung, wo jede andere Systemarchitektur an ihre Grenzen stößt. Als besonders komfortabel erweist sich, dass Hochsprachenprogramme nicht mehr in eine IEC61131-Task eingebunden werden müssen. Der Execution and Synchronisation Manager (ESM) der PLCnext Runtime sorgt durch ein patentiertes Task Handling dafür, dass Hochsprachen-Code, Matlab Simulink-Modelle und IEC61131-Applikationen in einer definierten und zeitlich deterministischen Reihenfolge ausgeführt werden. Für jeden Kern des Prozessors Intel Atom E3930 Dual Core mit einer Taktfrequenz von 1,3GHz steht ein separater ESM bereit. So lassen sich die Programme vom Anwender bewusst auf die beiden CPU-Kerne aufteilen, um Aufgaben zu entkoppeln oder Performance-Reserven für einzelne Programme sicherzustellen.

Zugriff über den OPC UA Server

Zum Datenaustausch zwischen den in verschiedenen Sprachen generierten Programmen und der IEC-Programmierung umfasst die PLCnext Runtime den Global Data Space (GDS). Dabei handelt es sich um ein "Shared Memory", der einen zykluskonsistenten Datentransfer zwischen den jeweiligen Programmelementen und der I/O-Ebene garantiert. In diesem Zusammenhang ist es unerheblich, welche Priorität einer Task zugeordnet wurde oder welche Programmelemente sie enthält. Über den gesamten Task-Zyklus liegt somit ein konsistentes Prozessabbild vor. Die PLCnext Technology integriert sich über zwei Schnittstellen in überlagerte Bedien- und Kommunikationsnetzwerke. Zum einen kann der Anwender im Programmier-Tool PLCnext Engineer eine HTML5-basierte Visualisierung erstellen, die auf dem in die Steuerung integrierten Webserver abläuft und über einen Browser auf dem entsprechenden Bedienterminal angezeigt wird. Auf der anderen Seite beinhaltet die neue Steuerung AXC F 3152 einen OPC UA Server, sodass über den Kommunikationsstandard OPC UA aus allen Richtungen auf die PLCnext Control zugegriffen werden kann. Der OPC UA Server bildet sämtliche Informationen ab, die im GDS ausgetauscht werden. Der Zugang gestaltet sich vollkommen transparent. OPC UA Server und Webserver arbeiten außerhalb des Echtzeitkontextes des AXC F 3152 und sind deshalb nicht zykluskonsistent.

Cloud-Anbindung über verschiedene Apps

Als digitaler Software-Marktplatz stellt der PLCnext Store unterschiedliche Apps zur Verfügung. Darunter fallen ausprogrammierte Anwendungen, Software-Bibliotheken oder eine alternative Laufzeitumgebung. Das stetig wachsende Angebot umfasst sowohl Apps von Phoenix Contact als auch von Drittanbietern. Auf diese Weise kann der Anwender vollständig generierte Applikationen auf den AXC F 3152 laden, die keine weitere Programmierung erfordern. Er muss lediglich eine Konfiguration über das Web-Interface durchführen. Darüber hinaus lässt sich Software und Know-how aus der immer größer werdenden Open-Source-Community nutzen, um den Funktionsumfang der Steuerung zu erweitern.

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Schnittstellen-Erweiterung über Extention Modules

Im PLCnext-Steuerungsportfolio von Phoenix Contact positioniert sich der AXC F 3152 zwischen den bereits etablierten Controllern AXC F 2152 und RFC 4072S. Die neue SPS eignet sich also zur Realisierung anspruchsvoller Applikationen ohne Safety-Anforderungen. Neben der Software-seitigen Erweiterbarkeit lässt sich der AXC F 3152 funktional um bis zu zwei PLCnext Extention Modules ergänzen. Zu diesem Zweck werden die Module links an die Steuerung angereiht. Aktuell sind eine Ethernet- und eine Interbus-Extention erhältlich. Mit dem Ethernet Extention Module bekommt der Controller ein zusätzliches GBit-fähiges Netzwerk-Interface, weshalb er gleichzeitig mit bis zu vier getrennten Netzwerken kommunizieren kann. Das Interbus Extention Module beinhaltet einen vollwertigen Interbus-Master und erlaubt den Betrieb von maximal 512 Interbus-Fernbusteilnehmern am AXC F 3152. In Zukunft wird das PLCnext-Portfolio um weitere Extention Modules - beispielsweise einen Profibus-Master - ausgebaut. Die Projektierung aller Erweiterungsmodule erfolgt über die Software PLCnext Engineer. Wie sämtliche Steuerungen von Phoenix Contact wird der AXC F 3152 mit der modularen Engineering-Umgebung PLCnext Engineer projektiert. Das intuitive User Interface sorgt für einen schnellen Einstieg in die Code-Erstellung. Durch die Verwendung von Automatisierungsmodulen und einer objektorientierten Programmierung gestaltet das Tool den Engineering-Prozess effizient. Die lizenzfreie Grundversion kann je nach Bedarf flexibel um verschiedene Add-ons - wie das Engineering-Werkzeug für die funktionale Sicherheit - ergänzt werden. Von der Code-Generierung gemäß IEC61131 über die Programmierung von Safety-Komponenten bis zur HTML5-basierten Web-Visualisierung lässt sich die gesamte Projektierung so bequem in einer Engineering-Umgebung umsetzen.

Schutz vor unbefugten Zugriffen und Gefährdungen

Ein umfassendes, tief integriertes Security-Konzept bildet die Grundlage zum Schutz von Maschinen und Anlagen vor unbefugten Zugriffen und Gefährdungen. Zukünftig müssen die branchenspezifischen Anforderungen an die IT-Security noch stärker beachtet werden. Von heutigen Systemen wird die Integrität, Verfügbarkeit und vor allem Vertraulichkeit sämtlicher Daten verlangt. Zur Erfüllung dieses Anwenderanspruchs bietet die PLCnext Technology Security-by-Design. Dabei werden die Sicherheitsaspekte gemäß der weltweit führenden Security-Norm IEC62443 realisiert. Schon derzeit umfasst die PLCnext Technology daher weitreichende Security Features, wie z.B. ein rollenbasiertes User Management, die Unterstützung von VPN-Funktionalität und ein Zertifikats-Handling. Dazu verfügt der AXC F 3152 über ein Trusted Platform Module (TPM). Darunter ist ein Microchip zu verstehen, der grundlegende Sicherheitsfunktionen auf Hardware-Basis bereitstellt. Mit dem TPM lassen sich Kryptografie-Schlüssel sicher erzeugen und derart abspeichern, dass sie nicht durch Dritte verändert werden können. Neben einem SD-Karten-Slot zur Erweiterung des internen Flash-Speichers beinhaltet die hochmodulare PLCnext-Steuerung ferner drei unabhängige, GBit-fähige Ethernet-Schnittstellen. Durch den Einsatz von Netzwerk-Interfaces vom Typ Intel I210 sind zwei der Schnittstellen zusätzlich für die TSN-Kommunikation (Time Sensitive Networking) vorbereitet. Aufgrund von getrennten Schnittstellen für die Profinet-Controller- und -Device-Funktionalität lassen sich große Profinet-Netzwerke besonders einfach segmentieren.

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