Industrie 4.0
19.05.2014

SOA-SPS eröffnet neue Kommunikationswege

Industrie-4.0-Konzepte für eine schnelle, individualisierte Produktion setzen ­eine entsprechende Vernetzung und Kommunikation voraus. Das heißt, ­Dienste müssen direkt miteinander kommunizieren können. Bei seiner „SOA-SPS“ kombiniert Beckhoff IEC-61131-3-Funktionen und OPC-UA-Dienst. Dadurch wird ­eine datenkonsistente, sichere und standardisierte Kommunikation ­möglich.

Durch die Kombination von IEC-61131-3-Funktionen und OPC-UA-Dienst stellt Beckhoff eine „SOA-SPS“ zur datenkonsistenten, sicheren und standardisierten Kommunikation zur Verfügung

Sensoren, Messgeräte und viele weitere Komponenten und Systeme liefern in der Industrie wichtige Daten für die Produktion. In klassischen Steuerungsarchitekturen sind die Datenanfragen entweder zyklisch oder ereignisgesteuert initiiert. Zudem erfolgen sie prinzipiell immer nur auf Anfrage „von oben“, also von der Client-Ebene. Die untere Schicht nimmt die Rolle des Servers ein, der reagiert. Demnach sind RFID-Reader oder auch SPS aus Kommunikationssicht quasi „dumm“.

In der „Smart Factory“ verschmelzen nun physikalische, reale Systeme und virtuelle, digitale Daten zu intelligenten, sich selbst organisierenden Produktionseinheiten. Die dafür benötigten Informationen beschaffen sie sich selbstständig. Das heißt, alle Geräte und Dienste müssen eigenständig miteinander kommunizieren können, unabhängig von dem Hersteller, dem Betriebssystem, der Hierarchie und der Topologie.

SPS initiiert horizontale und vertikale Kommunikation

Vor diesem Hintergrund hat Beckhoff nun die von der PLCopen in Zusammenarbeit mit der OPC-Founda­tion genormten OPC-UA-Client-Funktionsbausteine in die SPS integriert. Diese Initiative wurde 2006 erstmals von Beckhoff vorgebracht; ab 2009 hat das Unternehmen den Vorsitz der Gruppe geleitet. 2014 wurde die Spezifikation der Funktionsbausteine released. Als Ergebnis kann die Steuerung – zusätzlich oder alternativ zur bisherigen Rollenverteilung – auch den aktiven, führenden Part als OPC-UA-Client übernehmen. Die SPS ist somit in der Lage, komplexe Datenstrukturen horizontal mit anderen Controllern auszutauschen oder vertikal Methoden über einen OPC-UA-Server in einem MES/ERP-System aufzurufen, um sich beispiels­weise neue Pro­duk­tions­auf­träge abzuholen oder Daten in die Cloud zu schreiben. „Dies ermöglicht der Produk­tionslinie, selbstständig aktiv zu werden – in?Kombination mit der integrierten OPC-UA-­Security ist dies ein entscheidender Schritt in Richtung Industrie 4.0“, verdeutlicht Stefan Hoppe, Produktmanager Twincat bei Beckhoff und Präsident der OPC Foundation.

Effektive, datenkonsistente Dienste aus der SOA-SPS

Heute erfolgt der Datenaustausch zwischen MES-Ebene und SPS in der Regel über ein Handshake-Verfahren: Dabei signalisiert das MES beispielsweise die Übergabe eines Rezepts an die Steuerung, und die SPS quittiert die Bereitschaft. Nach der Übergabe der Rezept­daten erfolgt die Quittierung über den Abschluss. Die SOA-SPS ermöglicht es nun, mit einer einzigen Kommunikation Daten an die Steuerung zu übermitteln: Hier werden nicht vielfach Datenwerte ausgetauscht, sondern ein einziger Dienst mit Eingangsparametern (dem Rezept) und Ausgangsparametern (der Quittierung der SPS) abgewickelt. „Wir stellen via OPC UA den Remote Procedure Call (RPC) bis in den programmierten SPS-Funktionsbaustein zur Verfügung“, erläutert S. Hoppe. „Dies wird die Kommunikations-Roundtrip-Zeiten zwischen SPS-Systemen und MES-Lösungen deutlich verkürzen und kann zu einem höheren Produktionsdurchsatz führen. Definitiv wird es aber die Engineering-Kosten für die Datenkopplung vom Shop-Floor zum Top-Floor drastisch reduzieren.“

Die Realisierung wird für SPS-Programmierer als „sehr einfach“ angegeben: Eine Methode in der SPS (mit beliebigen Ein/Ausgangsparametern) steht als Serviceaufruf im OPC-UA-Server, der in der SPS integriert ist, zur Verfügung. Jeder OPC-UA-Client kann, mit der im OPC UA integrierten IT-Security und Berechtigung, diesen Dienst aufrufen, unabhängig vom Betriebssystem und unter Wahrung der Datenkonsistenz. Die Aufrufe in die SPS lassen sich aus anderen Geräten oder auch Diensten der IT-Ebene oder der Cloud initiieren.

In der Praxis bewährt

Erste Pilotprojekte wurden von Kunden bereits erfolgreich umgesetzt: So ­steuern in der Wasseraufbereitungsanlage des Zweckverbands Wasser und Abwasser Vogtland ca. 560 Beckhoff-Embedded-PC, verteilt auf eine Fläche von 1.400 km², Pumpen und Hochbehälter. Diese agieren als dezentrale Intelligenzen, die eigenständig Entscheidungen treffen und Informationen untereinander übermitteln bzw. Stati und Prozesswerte für den eigenen Prozess abfragen, um einen ungestörten Prozessablauf zu gewährleisten.

www.beckhoff.de/soa-sps

 

 

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Zum Schmunzeln

Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
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