SPS 4.0: vernetzt, adaptiv, dezentral, herstellerübergreifend

Transkript

1 SPS 4.0: vernetzt, adaptiv, dezentral, herstellerübergreifend Dr. Alois Zoitl fortiss GmbH An-Institut Technische Universität München 1

2 SPS in der Industrie Braucht die Industrie 4.0 eine SPS? Ja, aber: Dezentral und verteilt Dynamisch rekonfigurierbar Hersteller neutrale Programmierung Höhere Softwarequalität und Wiederverwendung Kommunikation: horizontal, vertikal, serviceorientiert

3 Problem: Softwareentwicklungsaufwand... vergrößert sich der Anteil des Software-Engineerings an den Herstellungskosten einer Maschine: Ausgehend von heute 50% des Anteils für Elektronik und Software wird deren Anteil im Jahr 2020 auf bis zu 80% steigen. IEE Wir haben die Themen so weit alle im Griff und konnten bis zu 70% des Aufwandes beim Engineering einsparen. Was uns noch Probleme macht ist der Softwareaufwand. SPS Magazin Durchgängiges System- und Software-Engineering in der Industrieautomatisierung zur Verringerung der Entwicklungs- und Produktionskosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Performanz, Verlässlichkeit und Sicherheit. 3

4 IEC Ein Standard für verteilte adaptive Steuerungssysteme Ursprung er: Holonic Manufacturing Systems und Agile Manufacturing Systems Anforderungen: Flexibilität, Adaptivität und Verteilung Ziele Standardisierte auf Funktionsbausteinen basierende Architektur für verteilte Industrielle Prozessmess- und -steuerungssysteme Logisch gleichberechtigte Steuerungen Nicht notwendigerweise ein überlagerte Steuerungseinheit Unterstützung von dynamischer Rekonfiguration Entwickelt durch IEC TC65/WG6 Begonnen 1993 Ebenfalls zuständig für IEC und IEC

5 Kernelement: Funktionsbaustein Erweitert mit EreignisSchnittstelle Ereignisgetriebenes Ausführungsmodell Datentypen von IEC übernommen Fokus auf Kapselung und Wiederverwendung Keine globalen oder direkt adressierten Variablen I/O zugriff mit spezieller Funktionsbausteinart: Service Interface Function Block Ereignis-Schnittstelle Ereignisabarbeitung FB Typname Gekapselte Funktionalität Daten-Schnittstelle 5

6 Allgemeines Ausführungsverhalten von Funktionsbausteinen 1. Eingangsereignis wird zugestellt 2. Zugeordnete Eingangsdaten werden übernommen 3. Ereignisabarbeitung wird informiert 1 4. Abhängig von Typ und Ereignisabarbeitung wird die gekapselte Funktionalität ausgeführt 5. Gekapselte Funktionalität beendet Ausführung und stellt Ausgangsdaten zur Verfügung 6. Ausgangsereignis kann gesendet werden, die zugeordneten Ausgangsdaten werden aktualisiert Ereignisabarbeitung FB Typname 4 5 Gekapselte Funktionalität 7. Ausgangsereignis wird gesendet 8. Schritte 4 bis 7 können mehrmals wiederholt werden 6 7

7 IEC Anwendungsmodell Instanzen von Funktionsbausteinen Ereignisverbindungen Datenverbindungen FB 3 FB 4 FB 5 FB 1 FB 2 7

8 Systemmodell Geräte Prozess/Maschine Kommunikationsinfrastruktur Geräte 1 Geräte 2 Geräte 3 Geräte 4 Geräte 5 gesteuerter Prozess/Maschine 8

9 Verteilungsmodel Anwendungsmodell FB 3 FB 1 FB 4 FB 5 FB 2 Systemmodell: Geräte Prozess/Maschine Kommunikationsinfrastruktur Gerät 1 Gerät 2 Gerät 3 Gerät 4 Gerät 5 Anwendung 1 Anw. 2 Anwendung 3 gesteuerter Prozess/Maschine 9

10 Geräte spezifische Anpassungen und Parameter Anwendungsmodell FB 3 FB 1 FB 4 FB 5 FB 2 Gerät 1 Gerät 2 Netzwerkschnittstelle SUB FB 1 Netzwerkschnittstelle PUB SUB FB 2 Geräte spez. Param. Prozessschnittstelle 10 Prozessschnittstelle

11 Evaluierungsumgebung 4DIAC 11

12 4DIAC Überblick Framework for Distributed Industrial Automation and Control Ziel: Industrietaugliche Open Source Lösung für IEC Anwendungsbereiche: Gebäude, Prozess, Labor, Smart Grids, Maschinensteuerungen, Ablaufsteuerungen,... Komponenten der Lösung Entwicklungswerkzeug Kleine echtzeitfähige Laufzeitumgebung Wiederverwendbare Bibliothek Beispielanwendungen Open Source Lizenz Eclipse Public License Erlaubt Nutzung in Produkten und proprietären Erweiterungen 12

13 4DIAC: Open Source seit 2007 Statistiken Kern Entwickler fortiss GmbH Profactor GmbH (AT) Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) Austrian Institute of Technology (AIT) Industrielle Anwender Seitenaufrufe / Woche > Downloads 344,175 Zeilen Code 2 Hauptreleases / Jahr (28. Feb. & 30. Sep.) nxtcontrol: Laufzeitumgebung mit eigenem Tool Bachmann: Evaluierung Voigt + Wipp Engineers: Evaluierung ABB: Nutzung in internem Forschungsprojekt Nutzung in Forschung und Ausbildung Universitäten / Forschungseinrichtungen in Österreich, Deutschland, Spanien, Italien, Neuseeland, Kanada, Schweden, Griechenland,... 13

14 Entwicklungswerkzeug Anwendungs- und verteilte Steuerungsentwicklung 14

15 Entwicklungswerkzeug Testing, Monitoring, Debugging Testen von Funktionsbausteinen Auf Zielsystem Manuell Automatisierte Unit-Tests Untersuchung von Anwendungen Beobachten von Schnittstellen Triggern von Ereignissen Forcen von Werten 15

16 Laufzeitumgebung: Überblick Modulares Design Kernfunktion für IEC Elemente und deren Ausführung Hardware-Abstraktion Echtzeitabarbeitung Flexible Kommunikationsinfrastruktur Aktuelle Unterstützung: Ethernet, Modbus TCP Client, OPC DA Client, Ethernet PowerLink, RS232, MQTT In der Testphase: GAMMA, EclipseSCADA SFP Skalierbarkeit min ca. 256k Flash min ca. 64k RAM 16

17 Laufzeitumgebung: Aktuelle Plattformen Betriebssysteme Windows Posix: Cygwin, Linux (i386, PPC) NET+OS 7 ecos Geräte und Boards Lego Mindstorms nxt (ARM7) Digi Connect ME (ARM7) Bachmann electronic M1 PLC CBC v2 robot controller 17 Raspberry Pi BeagleBone Weitere getestet

18 Evaluierungsbeispiele Griff in die Kiste Integration von 3D Bildverarbeitung Automatische kollisionsfreie Bahnplanung Interaktion mit Robotern Smart Grid und Laborautomation Integration mit IEC Interaktion mit Verteilungsmanagement- und SCADA-Systemen Regelungstechnik Tests zu Echtzeitabarbeitung Rekonfiguration während vollem Betrieb Verteilte Regelungstechnik Diskrete Produktion Ablaufsteuerung verschiedener Maschinen Bis zu 120 Steuerungen 18

19 Kontakt Dr. Alois Zoitl fortiss GmbH Guerickestraße 25, München, Germany Tel Fax Live erleben: Halle A6 Stand 263/4