Im Kontext von Industrie 4.0 stellt die Cloud eine weitere Schlüsseltechnologie dar, um die klassische Architektur isolierter Systeme mit oft veralteten Schnittstellen aufzubrechen und statische Algorithmen durch bedarfsoptimierte Rekonfiguration zu verbessern [1]. Durch den Einsatz der Cloud verspricht man sich eine Verringerung des Integrationsaufwandes, umfassende Datenanalyse sowie ein Skalierbarkeit des Systems, um auf sich ändernde Anforderungen wie Markttrends oder die Auftragslage zu reagieren. Dieser Teil der Beitragsreihe „Steuerungstechnik aus der Cloud“ stellt den zweiten Teil der Demonstratoren des öffentlich geförderten Forschungsprojekts Picasso (Industrielle cloudbasierte Steuerungsplattform für eine Produktion mit cyber-physischen Systemen) vor. Während im vergangenen Beitrag (siehe SPS-MAGAZIN Ausgabe 9/2016) bereits auf die Steuerung eines Industrieroboters aus der Cloud sowie HMI-as-a-Service eingegangen wurde, widmet sich dieser Artikel der detaillierten Beschreibung der Use Cases zur cloudbasierten Soft-SPS nach IEC61131.
Use Cases für eine cloudbasierte
Steuerungsplattform
Innerhalb des Forschungsprojekts sind vier Use Cases unterschiedlicher Anforderungen hinsichtlich Zykluszeit, Datenvolumen und Performanz definiert. Als Basis zur Realisierung der Use Cases, welche die Steuerungen unterschiedlicher Maschinen darstellen, kommt die echtzeitfähige Steuerungsplattform des Projekts zum Einsatz. Sie ermöglicht eine Mehrfachinstanziierung von Steuerungen unter Einhaltung der harten Echtzeitanforderungen. Innerhalb der Plattform werden die Steuerungen durch Mehrwertdienste (Service) ergänzt, welche z.B. anhand bereitgestellter Daten ein Condition Monitoring, eine Bildverarbeitung oder das Ausführen eines NC-Postprozessors ermöglichen. Die Orchestrierung und Verwaltung übernimmt ein Verzeichnisdienst (Gelbe Seiten für Industrie 4.0) auf Basis von OPC UA [2].
Teilautomatisierter Handarbeitsplatz
Als Automobilzulieferer ist das Unternehmen Robert Bosch Anwender von Automatisierungstechnik. Mehrwert für Steuerungstechnik aus der Cloud sieht Bosch unter anderem beim Einsatz in Prozess- und Montagelinien mit heute einzeln, verteilten sowie isolierten Steuerungen. Mit Cloud-Technologie werden hier Systembrüche aufgehoben und Daten werden auf einer Plattform verfügbar gemacht. Weitere Vorteile bringen Mehrwertfunktionen in der Cloud wie beispielswiese Backup-Dienste und Datenauswertungen zur Maschinen- und Ressourceneffizienz. Der Use Case für Picasso stellt einen teilautomatisierten Handarbeitsplatz dar, dessen SPS zur Ansteuerung von Aktoren und Sensoren auf die Steuerungsplattform verlagert werden soll. Mit ca. 140kBits benötigter Bandbreite und ohne geschlossenen Regelkreise über die Steuerung, stellen teilautomatisierte Handarbeitsplätze geringe Anforderungen an die Plattform und Cloud-Anbindungen. Der Schwerpunkt bei Montagestationen liegt in der abgebildeten Logik eines Montageprozesses, welche mithilfe von Signalgebern dem Werker einzelne Arbeitsschritte visualisiert und durch Sensoren die Ausführung dieser überprüft. Zur Ansteuerung aus der Cloud ist daher eine Erweiterung existierender Soft-SPS-Lösungen erforderlich, welche die Übertragung von Ein- und Ausgängen an bzw. von einer lokalen Netzwerkbrücke ermöglicht. Die Netzwerkbrücke stellt dabei das lokale Verbindungsstück zwischen Cloud-SPS und Anlage dar.
Beibehaltung der Kommunikationseigenschaften
Die Zustände von Transferbändern, Lichtsignalen und weiteren Aktoren und Sensoren werden mithilfe von Buskopplern über einen industriellen Feldbus an die Netzwerkbrücke übertragen. Als Herausforderung gelten einerseits die Beibehaltung der bisherigen Komponenten sowie deren Kommunikationseigenschaften, andererseits die Erweiterung der Soft-SPS um einen Cloud-Treiber, welcher eine Übertragung von Soll- und Istwerten ermöglicht. Hierzu lieferte die Anforderungsanalyse von
