Die IEC61131 bzw. deren Umsetzung in Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) ist der Standard in Automatisierungsfragen. Seit Längerem zeichnet sich jedoch ein Trend hin zu offenen Systemen ab. Im Jahr 2012 revolutionierte der erste Raspberry Pi den Markt als kostengünstige Hardwareplattform. 2017 brachte Phoenix Contact mit PLCnext eine Hardware auf den Markt, die Anwender nicht mehr ausschließlich an die IEC61131-Welt band. Sie ermöglichte erstmals die Nutzung von C++, Matlab, Python und weiteren Sprachen für Steuerungsaufgaben. 2020 folgte Bosch Rexroth mit ctrlX Automation, einem architektonisch anderen Ansatz, der ebenfalls den Ausbruch aus dem reinen IEC61131-Silo ermöglichte.
Die Wahl der richtigen Werkzeuge
Zweifellos bieten Soft-SPS-Systeme wie Codesys (als größter herstellerunabhängiger Anbieter) einige Vorteile: einfache Integration von Komponenten, eine einheitliche Entwicklungsumgebung, Abstraktion von Hardwareabhängigkeiten und deterministisches Verhalten. Doch im Vergleich zu modernen Programmiersprachen mit ihren umfangreichen Toolkits und Frameworks, die einem multifunktionalen Schweizer Taschenmesser ähneln, wirkt die IEC61131 oft wie ein hochspezialisiertes Chirurgenbesteck. Zudem sind die Lizenzkosten für SPS-Hardware und -Software oft unattraktiv.
Die SPS vereinfacht die Systemkonfiguration und ist ideal für Aufgaben, die harte Echtzeit erfordern. Dafür schränkt sie jedoch die Auswahl an verfügbaren Tools und Frameworks stark ein. Eine offene Plattform, die die Einbindung aller relevanten Sprachen und Tools ermöglicht, bietet hier die entscheidende Flexibilität.
Motion-Steuerung ohne SPS
Aufgrund ihrer Komplexität und der Notwendigkeit von Echtzeitanforderungen war der Einsatz einer SPS für Bewegungssteuerungen – etwa bei Fließbändern, CNC-Maschinen oder komplexen Linearachsen – bisher unverzichtbar. MotionA bietet hier eine echte Alternative. Es ist nicht nur eine neue Option, sondern ein Paradigmenwechsel in der Art und Weise, wie Bewegungssteuerung konzipiert wird.
Der Kern von MotionA besteht aus dem Actiongraph, der virtuellen Maschine und Kinematiken. Der Actiongraph ist eine eigenentwickelte, Petrinetz-basierte Sprache mit funktionalen Erweiterungen, die im Prinzip als vollwertige SPS-Sprache dienen könnte. Die virtuelle Maschine ist die Laufzeitumgebung des Actiongraph. Die Kinematiken beschreiben die mathematischen Zusammenhänge der Mechanik, beispielsweise eines Roboters.
Das Revolutionäre ist, dass dieses Setup auf nahezu jeder Plattform läuft – vom Microcontroller bis zum Embedded-PC. Alles, was benötigt wird, ist ein moderner C++-Compiler, wobei die Performance natürlich variiert. Dies ermöglicht besonders kostengünstige Varianten mit Motion-Controllern und Motor-Treibern auf einer einzigen Microcontroller-Platine. Zudem vereinfacht es die Integration in bestehende Hardware-Setups.
Freie Wahl der Programmiersprache
Die Magie liegt darin, dass der Anwender von der Echtzeitsprache Actiongraph (fast) nichts mitbekommt. Die Programmierung erfolgt in einer Hochsprache seiner Wahl. Dies reduziert nicht nur die Komplexität (da keine neue Sprache, IDE oder Runtime erlernt bzw. installiert werden muss), sondern erlaubt auch, die gesamte Business-Logik außerhalb der Echtzeitumgebung zu implementieren.
Für eine Pick&Place-Anwendung auf einem Delta-Roboter reichen so z.B.wenige Codezeilen. Ähnlich einfach ist die Integration von Kamerasystemen in der Nicht-Echtzeit.
Neben diesen vereinfachten Beispielen bietet MotionA selbstverständlich weitere Features:
- Automatische Verfolgung beweglicher Objekte (z.B. auf Förderbändern)
- Perfekte Synchronisation von multiplen Kinematiken (z.B. mehrere Roboter, die in einer Kette arbeiten)
- Synchronisation von I/Os
Digitaler Zwilling und Visualisierung: MotionA ermöglicht das Arbeiten ohne physische Hardware, ohne dass sich die Abläufe oder Funktionen ändern für die meisten Pick&Place-Anwendungen ist eine Nicht-Echtzeit-Ansteuerung mit internem Puffer vollkommen ausreichend. Sollte jedoch jede Millisekunde zählen, ist es selbstverständlich auch möglich, MotionA aus einer Echtzeit-Umgebung anzusteuern.
Wie es sich mit KI verhält
Natürlich stellt sich die Frage, wie künstliche Intelligenz (KI) hier unterstützen kann. Ein Prompt wie ‚Baue mir einen Roboter, der sich wie ein Mensch verhält‘ ist wenig zielführend. Ein realistischer Ansatz wäre: ‚Hier ist ein Video von Keksen auf einem Fließband, die von einer Kamera vom Typ XYZ erfasst werden. Die Geschwindigkeit des Förderbands liefert ein Encoder vom Typ ABC. Hole die Kekse so schnell wie möglich vom Fließband.‘
Basierend auf der MotionA-API ist die Generierung des entsprechenden Codes relativ einfach. Damit KI jedoch mehr als nur ein reiner Codegenerator ist, braucht es Feedbackschleifen. Die KI muss das Ergebnis bewerten können, um den Nutzer mit dem Feintuning oder Debugging nicht alleine zu lassen. Solche Feedbacksysteme werden derzeit in Zusammenarbeit mit Motor- und Automatisierungsplattform-Herstellern entwickelt.
Fazit
MotionA ist ein Motion Controller, der nicht an ein komplexes Hard- und Software-Ökosystem gebunden ist. Er setzt auch nicht voraus, dass der Nutzer ein Experte in Motion Control oder in der Programmierung von Echtzeitsystemen ist.
Der Ansatz, komplexe Bewegungen über High-Level-Sprachen aus der Nicht-Echtzeit zu steuern, ist ein Game Changer. Dieser profitiert schon jetzt stark von den Möglichkeiten der aktuellen LLMs (Large Language Models). Zukünftig wird diese Integration noch deutlich tiefer gehen, sodass über künstliche Intelligenz (KI) wesentlich komplexere Bewegungen möglich werden, ohne dass die Komplexität für den Nutzer steigt.
