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Steuerungen Trend geht zur softwarebasierten Steuerung

Die zunehmend softwarebasierten Steuerungen wurden nicht nur um den digitalen Zwilling und Simulationsbausteine ergänzt. Dazu kommen nun 3D-basierte Modellierungs- und Projektierungstechniken sowie die KI.

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Die ergänzende Mindsphere-Applikation zu Analyze Mymachine/Condition ermöglicht nun maschinenübergreifende Vergleiche und Aus­wertungen.
Die ergänzende Mindsphere-Applikation zu Analyze Mymachine/Condition ermöglicht nun maschinenübergreifende Vergleiche und Aus­wertungen.
(Bild: Siemens AG)

Auf einen Blick

  • Die vollständige virtuelle Inbetriebnahme einer Anlage ist möglich.
  • Auch Kleinsteuerungen haben weiterhin ihre Berechtigung, besonders wenn es um die Sicherheit geht.

Am Einsatz der Künstlichen Intelligenz in Steuerungen wird noch gearbeitet.Fast jedes Jahr im Herbst machen sich ganze Heerscharen von Konstrukteuren, Entwicklern und Automatisierern auf nach Nürnberg, um sich auf der SPS über neuste Möglichkeiten der Steuerungstechnik zu informieren. In diesem Jahr kann man sich nur online informieren. Um Ihnen jedoch zu zeigen, was es Neues auf dem Markt gibt, haben wir uns umgesehen und die wichtigsten Neuerungen zusammengetragen.

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Überarbeitete Simulationsplattform

Die ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH stellt zwei revolutionäre Neuerungen vor. Zum einen wurde die Simulationsplattform ISG-virtuos vollständig überarbeitet, um so den gesamten Lebenszyklus einer Anlage abdecken zu können. Über das durchgängig digitale Engineering mit dem entwicklungsbegleitenden Simulationsmodell in den Bereichen Modell, Software oder Hardware (MiL-, SiL- und HiL-Simulationen) hinaus kann ISG-virtuos 3 nun auch vorgelagert im Rahmen der Ablaufsimulation und nach der virtuellen Inbetriebnahme (VIBN) zu Schulungs-, Maintenance-, Test- und Servicezwecken eingesetzt werden. Gleichzeitig verkürzen sich durch die 3D-Projektierung und die Verwendung vorgefertigter mechatronischer Simulations- und Datenmodelle die Modellierungszeiten massiv.

Außerdem bringt die ISG zur SPS Connect den Twinstore zur Marktreife. Komponenten- und Anlagenbauer können damit nahtlos in ISG-virtuos aus vorgefertigten Komponentenmodellen das Modell entsprechend der kunden­individuellen Automatisierungslösung projektieren. Zum anderen haben sie nun die Möglichkeit, detaillierte digitale Zwillinge direkt vom Komponentenhersteller und Expertenmodelle von Simulationsspezialisten einzubeziehen.

Vollständige virtuelle Inbetriebnahme ist möglich

„Über Twinstore können Komponentenhersteller ihren Kunden zertifizierte digitale Zwillinge ihrer Bauteile und Baugruppen zur Verfügung stellen“, verweist Dr. Christian Scheifele, Leiter F&E Simulation Technology der ISG, auf ein zunehmend wichtiges Verkaufsargument der Lieferanten. „Den Maschinen- und Anlagenbauern ermöglichen sie damit die vollständige virtuelle Inbetriebnahme ihrer Automatisierungslösungen bei gleichzeitig deutlich reduzierten Modellierungszeiten. Die virtuellen Modelle bilden dabei die realen Komponenten mit ihren Schnittstellen, Parametern und wesentlichen Verhaltensmerkmalen eins zu eins ab. Die Simulationsplattform ISG-virtuos 3 stellt sich nun als durchgängige Entwicklungsplattform für MiL-, SiL- und HiL-Simulationen dar“, unterstreicht Scheifele. „Es lassen sich vollständige Produktionsszenarien simulieren – vom Engineering und der Ablaufsimulation in der Layoutplanung über die VIBN bis hin zur laufenden Produktion.“

Auch die bewährte Steuerungslösung ISG-kernel wird auf der SPS Connect vorgestellt. Sie bietet Steuerungs-, Anlage- und Maschinenherstellern vielfältig einsetzbare, dynamisch konfigurierbare Softwaremodule und ergänzt bestehende Steuerungstechnik zum Komplettsystem.

Offene Automatisierungsplattform

Mit Ecostruxure Automation Expert setzt Schneider Electric die Idee einer vollständig offenen, auf dem IEC-61499-Standard basierenden Automatisierung um. Damit leitet man eine neue Ära der softwarezentrierten, interoperablen Industrieautomation ein.

„Die Welt der IT hat die Vorteile offener Betriebsplattformen bereits erkannt – jetzt ist die Industrie an der Reihe", erklärt Peter Herweck, Executive Vice President Industrial Automation bei Schneider Electric.

„Die Systemarchitekturen der Industrieautomation haben die Industrie dorthin gebracht, wo wir heute stehen. Aber sie sind nicht in der Lage, die Agilität und Belastbarkeit zu bieten, die für moderne Industriebetriebe von größter Bedeutung sind. Um alle Versprechen der vierten industriellen Revolution zu verwirklichen, müssen wir unsere Technologiemodelle neu überdenken. Wir müssen unsere Plattformen öffnen, Software von Hardware entkoppeln sowie Agilität und Skalierbarkeit der Systeme radikal verbessern“, fährt Herweck fort.

Die erste Version von Ecostruxure Automation Expert unterstützt klassische Automatisierungsplattformen, wie beispielsweise speicherprogrammierbare Steuerungen der Modicon-Serie, Frequenzumrichter der Altivar-​Reihe und Industrie-PC. Erstmals können zudem komplexe Regelalgorithmen für mehrere Antriebe programmiert und an den Antriebsregler verteilt werden, ohne dass eine zentrale SPS erforderlich ist. Ein virtualisierter Software-​Controller, der in Docker-basierten Linux-Containern läuft, vervollständigt das Angebot und unterstützt verteilte Informations- und Steuerungssysteme in Edge-​Computing-Architekturen.

Edge-Applikation wird erweitert

Siemens erweitert seine Edge-​Applikation Analyze Mymachine/Condition um eine dazugehörige Mindsphere-Applikation und demonstriert damit, wie Edgecomputing und Cloudcomputing intelligent miteinander verknüpft werden. Die Sinumerik-Edge-Applikation Analyze Mymachine/Condi­tion, die das Unternehmen im vergangenen Jahr im Rahmen der EMO vorgestellt hat, erstellt anhand hochfrequenter CNC-Daten den mechanischen Fingerabdruck einer Werkzeugmaschine. In der Applikation können Anwender mithilfe flexibel konfigurierbarer Messreihen verschiedene Parameter, wie Steifigkeit, Reibung und Umkehrspiel, in den einzelnen Achsen erfassen und auswerten. Die Messresultate können anschließend visualisiert und mit Referenzdaten verglichen werden.

Die ergänzende Mindsphere-​Applikation zu Analyze Myma­chine/Condition ermöglicht nun maschinenübergreifende Vergleiche und Auswertungen. Warn- und Serviceschwellen können einzeln für jedes Asset visualisiert und die Zustände mehrerer Maschinen über einen längeren Zeitraum überwacht und visualisiert werden. Somit können Anwender auch Abweichungen über eine längere Zeit hinweg feststellen. Auch können Anomalien über verschiedene Maschinen hinweg erkannt werden. Analyze Mymachine/Condition für Sinumerik Edge und für Mindsphere trägt somit dazu bei, kritische Abweichungen früh zu erkennen und Produktionsausfälle aufgrund von bedarfsgerechten Wartungsmaßnahmen zu vermeiden. Das steigert die Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen und erhöht ihre Produktivität.

Auch Kleinsteuerungen haben ihre Berechtigung

Der Sicherheitsexperte Pilz stellt für seine konfigurierbare Kleinsteuerung Pnozmulti 2 im dazugehörigen Softwaretool Pnozmulti Configurator ab der Softwareversion 10.13 neue Elemente zur einfachen Konfiguration von sicheren Anwenderprogrammen bereit, die von Pnozmulti 2 ausgeführt werden. So unter anderem auch für den Schutztürsensor Psenmlock im modularen Schutztürsystem, der um ein weiteres Element für die Konfiguration der Signalabfolder um ein weiteres Element für die Konfiguration der Signalabfolge bei der Ver- sowie Entriegelung ergänzt ist. Darüber hinaus bietet Pnozmulti 2 für das Muting ab sofort ein L-Muting-Element für Lichtgitterapplikationen an. Mit diesen Elementen kann der Anwender nun vielfältige Anforderungen an die Überwachung von Sicherheitsfunktionen noch effizienter umsetzen.

Und auch bei Yaskawa gibt es Neuerungen im Bereich Steuerungen: zum Beispiel eine Micro-PLC mit Strom- und/oder Spannungs-­analogeingängen. Diese wird anlässlich der SPS Connect vorgestellt, ebenso wie Modulerweiterungen bei der Slio-IO-Serie.

Künstliche Intelligenz braucht mehr Sicherheit

Auch wenn Deep-Learning-Algorithmen zu Recht als Schlüsseltechnologie für die moderne Künstliche Intelligenz (KI) angesehen werden, bieten die Schlussfolgerungen der Verfahren keinen hohen Grad an Sicherheit. Viele Bereiche mit Potenzial für den Einsatz von KI sind zu risikobehaftet, um von Systemen gesteuert zu werden, die sich nicht verifizieren lassen. Die Bremer Forschungsbereiche des DFKI arbeiten deshalb an einer neuen Methode, um die Vorteile von schnellem, eigenständigem Lernen und verlässlicher Verifikation zu kombinieren. Das Projekt Veryhuman, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, soll durch die innovative Methode einen humanoiden Roboter zum Laufen bringen.

Wie der Name bereits andeutet, ist es ein zentraler Aspekt des Projekts „Veryhuman – Lernen und Verifikation Komplexer Verhalten für Humanoide Roboter“, Steuerungssysteme auf Basis von Künstlicher Intelligenz näher an die Fähigkeiten des Menschen zu rücken. Die Effektivität des neuen Ansatzes wird deshalb anhand eines humanoiden Roboters überprüft, der aufrecht und stabil gehen und, sollte die Methode sich als funktional herausstellen, auch komplexere Bewegungen ausführen soll.

Allerdings betrifft die Problematik, das Verhalten selbstlernender Algorithmen zu verifizieren, auch zahlreiche weitere Bereiche der Künstlichen Intelligenz und wird dort kritisch, wo das Verhalten eines Systems eine Gefahr darstellen könnte. Deshalb sind die Implikationen eines KI-Systems, das seine Entscheidungen selbst mathematisch verifizieren kann, weitreichend.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Redakteur, MM MaschinenMarkt