Smart Automation : Von Grund auf anders Automatisieren

Industrielle Steuerungstechnik funktioniert seit den 1960er Jahren SPS-basiert. Damit einher geht eine weitgehend feste Bindung der Software an herstellerspezifische Hardware. Zwar ist eine SPS robust und verlässlich, möchte man jedoch das volle Potenzial von Industrie 4.0 entfesseln – flexible Produktionen, wandelbare Fabriken oder die gewinnbringende Nutzung von Daten – ist eine neue Herangehensweise gefragt. Proprietäre Entwicklungsumgebungen mit ihrer Bindung an einzelne Hersteller und dem damit verbundenen Mehraufwand in der Entwicklung haben sich dabei als ein Haupthindernis für Fortschritte in der Automatisierungstechnik herauskristallisiert.

Mit der Norm IEC61499 liegt die Grundlage für eine herstellerunabhängige und softwarezentrierte Automatisierung seit längerer Zeit vor. Damit kommen vertraute Logiken der IT ins Spiel und Hard- und Software werden voneinander entkoppelt. Auf diese Weise entsteht eine hardwareunabhängige Softwareschicht, in der frei programmiert werden kann. Zudem lassen sich Applikationen auf jedes Feldgerät mit CPU verteilen, sodass der Code nicht von einer zentralen SPS ausgeführt werden muss. Das klassische und starre Modell der Automatisierungspyramide wird von einem deutlich flexibleren Netzwerkmodell abgelöst.

Verbunden damit ist ein eventorientiertes Ausführungsmodell. Auch dies kommt den Anforderungen einer modernen Industrieproduktion besser entgegen als das alte Modell. Statt permanent durchlaufender Codeschleifen kommen Funktionsblöcke zum Einsatz, die nur nach der Aktivierung durch ein entsprechendes Event abgearbeitet werden. Diese wiederverwendbaren Softwareobjekte werden in herstellerneutralen Funktionsbibliotheken gesammelt und sorgen für eine bisher unerreichte Skalierbarkeit.

Voraussetzung für dieses Automationsparadigma ist allerdings, dass alle Komponenten mit CPU gleichsam über ein gemeinsames Betriebssystem verfügen. Aus diesem Grund haben sich führende Industrieunternehmen, Hersteller, OEMs, Systemintegratoren, Start-Ups und Universitäten zur UniversalAutomation.Org (UAO) zusammengeschlossen. Die unabhängige Non-Profit-Organisation pflegt und verwaltet seit November 2021 die Referenzimplementierung einer auf der IEC 61499 basierenden Runtime-Umgebung, die auf der Hardware verschiedenster Hersteller läuft und Software unterschiedlichster Herkunft ausführen kann. Nutzer können damit eine Software für die Prozessautomation entwerfen und diese dann auf den Steuerungen bzw. Logikmodulen diverser Hersteller laufen lassen.

Wer auf diese Art und Weise arbeiten möchte, benötigt dafür nur noch ein IEC61499-fähiges Engineering-Tool. Als erster großer Hersteller der Branche hat Tech-Konzern Schneider Electric mit dem EcoStruxure Automation Expert ein solches Werkzeug bereits auf den Markt gebracht.

In der visuellen Entwicklungsumgebung EcoStruxure Automation Expert sind die Basisfunktionen für die vielfältigsten Anwendungsfälle als Funktionsblock hinterlegt. Durch Ziehen einfacher Linien zwischen den Funktionsblöcken (single line engineering) werden die im Code definierten Schnittstellen verbunden. So entstehen Anwendungen, die auf jeder Hardware funktionieren auf der die UAO-Runtime läuft. Wenn ein Funktionsbaustein einmal programmiert wurde, lässt sich dieser per Plug-and-Produce ohne weitere Anpassungen mit der Hardware beliebiger Hersteller nutzen. Gerade der Maschinenbau profitiert bei diesem Ansatz von zuvor unbekannten ingenieurstechnischen Freiheiten, kürzeren Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeiten sowie deutlich weniger Parallelentwicklungen. Konkreter Vorteil für Industrieunternehmen: Ganze Produktionsumgebungen lassen sich auf diese Weise flexibler gestalten und schnell an neue Anforderungen anpassen.

Aus der Nutzung einer hardwareunabhängigen Automatisierungslösung ergeben sich zahlreiche weitere Vorteile. So ist dank der Herstellerunabhängigkeit bei der Auswahl passender Hardware alleine deren Funktionalität entscheidend. Etwa bei Problemen mit der Verfügbarkeit lässt sich flexibel auf Komponenten anderer Hersteller wechseln oder bei Nachrüstungen die energieeffizienteste Lösung wählen. Zudem existiert durch den Einsatz verteilter Intelligenz kein Single-Point-of-Failure mehr, da im Notfall jedes Bauteil mit einer CPU den nötigen Code ausführen kann.

Wenn es darum geht, die Potenziale von Industrie 4.0 voll abzurufen, ist die Trennung von Hard- und Software in der Automatisierung von zentraler Bedeutung. Nur damit sind die ingenieurstechnischen Freiheiten verfügbar, die es für die Entwicklung nachhaltiger und langfristig wettbewerbsfähiger Anlagen braucht. Daher wundert es nicht, dass die Norm IEC61499 in der Branche wieder in den Fokus rückt. Denn sie bietet mit verteilter Intelligenz, Eventorientierung und Herstellerunabhängigkeit eine Automatisierungslogik, deren Eigenschaften ideal zu den Anforderungen an moderne Produktionen passt. Schneider Electric hat dies erkannt und treibt den Ansatz zum Vorteil von Kunden, Entwicklern und Partnern konsequent voran.

Auf der Smart Automation in Linz kann man sich davon auch selbst einen Eindruck verschaffen.