Offene Plattform für industrielle Automatisierung

Der Digitalisierung einen großen Schritt näher

Um die digitale Transformation zu meistern, haben Unternehmen einige Herausforderungen zu erledigen: Vernetzung, Analytik, Produktivitätssteigerung und neue Geschäftsmodelle sind Themen, die sie auf dem Zettel haben müssen. Wago zeigt dazu auf der Hannover Messe eine neue Automatisierungsplattform, die auf offenen Standards basiert. Rainer Schmutte, Leiter Vertrieb Automation Deutschland, erklärt das Offenheitskonzept des Mindener Unternehmens.


Zwei Welten - ein Controller

Der Controller PFC200 ist in der zweiten Generation deutlich leistungsfähiger und mit größerem Speicher ausgestattet. Zusätzlich zu diesen Features beherrscht er zwei Welten: Er ermöglicht sowohl die klassische SPS- als auch die offene Linux-Programmierung in Hochsprachen. Deshalb ist er für Kunden aus beiden Welten die erste Wahl und gestaltet das Programmieren offen und einfach. Eingesetzt als SPS lässt sich der Controller komfortabel mit der Engineering-Software e!Cockpit programmieren. Dadurch sinkt der Entwicklungsaufwand signifikant. Die Entwicklerumgebung unterstützt zahlreiche Feldbusse und Protokolle und bietet darüber hinaus ein umfassendes Funktionspaket. Auf dem PFC200 arbeitet ein Embedded Linux. Dieses offene Betriebssystem erlaubt, das Basisimage der Steuerungen durch Open-Source-Pakete zu erweitern oder auszutauschen. So lässt sich die SPS-Laufzeitumgebung komplett durch C/C++-Programme ersetzen. Die Entwickler sind in ihren Möglichkeiten frei und können zu jedem Zeitpunkt flexibel auf individuelle Anforderungen reagieren. Mit dem neuen System-Update ist der PFC200 Docker Ready und damit zukunftssicher. Mit dieser Technik lassen sich Softwarecontainer ohne Beeinflussung der Basissoftware installieren. Ein weiteres Highlight: Der neue Controller ist offen für die Anbindung an zahlreiche Cloud-Provider und MQTT-Broker.

Digitalisierung und Vernetzung bieten große Chancen. Doch um sie zu nutzen, hat die Industrie noch einige Arbeit vor sich. Nur eine digitalisierte Produktion versetzt Unternehmen in die Lage, auf immer kürzere Produktzyklen in der Herstellung kosteneffizient reagieren zu können. "Wir bei Wago sind davon überzeugt, dass das am besten mit offenen Lösungen funktioniert, die sich an die individuellen Bedürfnisse der Kunden anpassen lassen", sagt Schmutte. Auf der Hannover Messe zeigt das Unternehmen, was hinter dem Ansatz steht. Das Entscheidende: Offenheit bezieht sich hier nicht nur auf die Hardware, sondern auch auf das Engineering. Wago unterstützt alle gängigen Feldbussysteme im Bereich Factory- und Gebäudeautomation sowie Energie- und Prozesstechnik, inklusive der Subsysteme, Linux ermöglicht es Anwendern, von der Offenheit dieses Systems zu profitieren. "Als wir vor Jahren auf Linux gesetzt haben, war die Offenheit des Systems für die Entscheidung ausschlaggebend", so Schmutte weiter. "In Zukunft wird die Zahl der Hochsprachenprogrammierer im Produktionsumfeld weiter zunehmen und Linux ist ideal für die Anforderungen in der Automatisierung geeignet."

Mehr Möglichkeiten mit Linux

Ein Beispiel für die Möglichkeiten sind auf Linux basierende Docker-Container in Embedded-Geräten, wie dem neuen Controller PFC200 der 2. Generation. "Damit haben unsere Kunden die Möglichkeit, gerade im Engineering-Prozess bzw. in einer frühen Phase ihre Projekte zu testen und in Betrieb zu nehmen, um letztendlich entscheiden zu können, ob die Funktionalität des Containers die Anforderungen der Applikation erfüllt", erklärt der Vertriebsleiter. Eine weitere Herausforderung sieht er für Anwender darin, die verfügbaren Ressourcen des Controllers zu nutzen. Mit Docker kann in einer frühen Phase geprüft werden, welche Ressourcen die Anforderungen der Applikation erfüllen. "Gerade im Entwicklungsprozess einer Serienmaschine lässt sich diese Möglichkeit sehr gut nutzen." Bedarf für IoT- und Industrie-4.0-Lösungen besteht in Deutschland vor allem im mittelständischen Maschinenbau. Statistiken zufolge sind hierzulande mehr als 60 Prozent aller Maschinen noch nicht digitalisiert. Mit der Wago-IoT-Box, einer vorkonfigurierten Datenerfassungslösung, bestehend aus Controller, I/O-Modulen und Optokopplern, können Unternehmen einfach und schnell in die Datenerfassung an Maschinen und Anlagen einsteigen. "Der Maschinenbauer selbst ist an einer solchen Lösung interessiert", so Schmutte. "Er kann so Prozesssteuerung und Datenerfassung voneinander trennen. Das ist deshalb wichtig, weil der Standardsteuerungsprozess nicht beeinträchtigt werden darf. Um sich dem Thema anzunähern, um z.B. mit vorbeugender Wartung Geld zu verdienen, muss der Maschinenhersteller Daten erfassen." Auch für Endanwender sieht Schmutte durch das Nachrüsten der Hardware neue Geschäftsmodelle. "Der Controller kann alle Daten über einen zentralen Punkt erfassen und für die Cloud bereitstellen."

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Schnelleinstieg in Industrie 4.0

Bei der Wahl des Cloudsystems hat der Anwender mit Wago alle Möglichkeiten. Die hauseigene Cloud bietet einiges an Grundfunktionalität und ermöglicht es, auf einfache Weise die Daten aus Wago-Geräten zu erfassen. Für das Asset-Management können außerdem auch Daten aus der Steuerung eingesammelt werden, um zu erkennen, in welchem Status sie sich befindet und welche Firmware installiert ist. Enthalten ist auch eine Alarmfunktion, zudem kann die Lösung mit jedem Provider umgesetzt werden. "Mit der Wago-Cloud bieten wir sozusagen ein bezugsfertiges Haus, das man jederzeit ausbauen kann", erklärt Schmutte. Mögliche Geschäftsmodelle der Zukunft sieht er darin, die Daten aus verschiedenen Quellen zu kombinieren und auszuwerten. "Dazu bieten wir eine Basislösung, mit der kommende Analytics-Aufgaben effizient gelöst werden." Wago unterstützt die sogenannte Rest-Schnittstelle, die ITler in die Lage versetzt, Daten aus einer Cloud in die andere zu übertragen. "Hier werden Startups entstehen, die fern vom eigentlichen Prozess Daten auswerten", führt Schmutte weiter aus. "Ihnen eröffnen wir mit der Wago-Cloud einen Weg, auf dem sich 'Automation meets IT' gut erkennen lässt."

Neue Fähigkeiten für Ethernet

Realisiert wird die Cloud-Connectivity bei Wago über MQTT, das sich als Protokoll für die Steuerung und für Edge Devices bewährt hat. In den Controllern des Anbieters ist dieses Protokoll bereits in der Firmware integriert. Die Kommunikation wird über die integrierte Website konfiguriert. Dabei kann es sich um eine Wago-, Azure-, IBM- oder SAP-Cloud sowie um jeden anderen offenen Broker handeln. "Da wir bestrebt sind, auch hier Offenheit zu bieten, unterstützen wir diese zweispurige Lösung, einmal zur Wago-Cloud und einmal mittels Cloud-Connectivity zu anderen Systemen", erläutert Schmutte. "Hier werden sich weitere Verbindungen am Markt etablieren, die wir dann Zug um Zug erweitern." Zudem treibt Wago OPC UA über TSN als ebene- und herstellerübergreifende Kommunikationslösung mit großem Einsatz voran. Ziel von TSN ist es, das herkömmliche Ethernet um Fähigkeiten zu erweitern, die für die Echtzeitübertragung von Daten benötigt werden - und das mit einer Bandbreite von mehreren Gigabit. "Auch dieser Ansatz unterstützt die Offenheit", sagt Schmutte. "Es ist kaum vorstellbar, klassische Feldbusse komplett zu ersetzen, es wird vielmehr eine sinnvolle Ergänzung resultieren." Wago hat OPC UA bereits fest in seinen Controllern integriert. Bei TSN gibt es bisher kaum fertige Produkte. Das Engagement von großen Feldbusorganisationen und Unternehmen lässt aus Sicht des Wago-Vertriebsleiters in absehbarer Zeit jedoch zukunftsfähige Lösungen erwarten.

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Freiheiten bei der Programmierung

Dafür bietet die Linux-Plattform heute schon viele andere Vorteile. Zu den für Wago wesentlichen zählt, dass der Anwender bei der Programmierung frei wählen kann - ganz gleich, ob er sich in der Embedded- oder SPS-Programmierung zuhause fühlt. "Der SPS-Spezialist programmiert in der IEC-Umgebung mittels Funktionsplan oder im strukturierten Text mit den dort definierten Sprachen. Zusätzlich kommen Visual Studio, C++, Node-Red, php oder Python zum Einsatz. Es laufen Kundenprojekte, die schon heute beide Ansätze erfolgreich kombinieren." Während der eigentliche Steuerungsprozess in IEC programmiert wird, wird die Kommunikation zu einer Kamera zur Qualitätssicherung zum Beispiel in C++ programmiert. "Das bietet den Vorteil, die Kompetenz der Programmierer bestmöglich zu nutzen und reduziert den Aufwand gerade bei komplexen Aufgaben." Schmutte ist überzeugt, dass sich der kollaborative Ansatz weiter durchsetzen und auch für die Maschinenentwicklung an Bedeutung gewinnen wird. "Auch die Hochschulabgänger verfügen heute über deutlich mehr Hochsprachen-Knowhow. Die Administration der Geräte kann dann zukünftig vermehrt den IT-Abteilungen im Unternehmen überlassen werden, die sich um die Netzverbindung oder die Inbetriebnahme kümmern."

Echtzeitfähigkeit im Fokus

Die Visualisierung der Prozesse erfolgt bei Wago mit dem IEC-Engineering-Werkzeug e!Cockpit. Hiermit lassen sich Visualisierungen erstellen, die im Gerät als HMTL5-Webseite mit jedem Endgerät abgerufen werden können. Für Docker sind verschiedene Tools verfügbar, z. B. Grafana, das in einem Container läuft und Visualisierungen erstellt. "Auch hier resultiert letztendlich eine Arbeitsteilung. Während Ingenieure den eigentlichen Prozess visualisieren, visualisieren andere Kollegen komplexe Auswertungen oder Serviceansichten." Schmuttes Ansicht nach werden so künftig auch Grafiker oder Marketing-Experten vermehrt eigene Visualisierungen erstellen und damit den Personenkreis erweitern. Auch für weitere künftige Entwicklungen will sich Wago gut aufstellen. So ist es ein aktueller Trend, im sogenannten Edge-Device eine Datenvorverarbeitung bzw. -auswertung vorzunehmen. Wago kann diese Anforderung nach seinen Angaben mit dem neuen PFC200 G2 erfüllen. Die Herausforderung besteht darin, die Anwendung auf seine Leistung zu skalieren. "Wir haben z.B. eine Datenbank implementiert, sowohl direkt auf dem Gerät als auch in einem Docker." Schmutte ist sich sicher, dass neue Geschäftsmodelle es erforderlich machen, eine wachsende Menge an Daten zu erfassen und auszuwerten. Dem Edge Computing wird dabei große Bedeutung zukommen, da die Echtzeitkommunikation über die Cloud kaum gewährleistet ist. "Möchte ich Prozesse steuern, ist das realistisch nur vor Ort möglich." Mit wachsenden Anforderungen werden auch bei Wago leistungsfähigere Geräte folgen. Die Anbindung an IOs ist bereits vorhanden. "Sobald wir mit 5G dann industrietaugliche Netzwerke realisieren können, werden wir mit der direkten Kommunikation zur Cloud der Digitalisierung einen großen Schritt näher kommen."

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