Open-Source-Lösungen für die moderne Industrieautomation

AutomationDirect, Cumming, GA

Abbildung 1. Herkömmliche SPS und klassische Kontaktplaner – wie die AutomationDirect Productivity-Familie mit klassischer Kontaktplanprogrammierung – spielen immer noch eine wichtige Rolle und haben viele moderne Funktionen erhalten, auch wenn ihre Entwicklungsumgebung dediziert ist. (Bild:AutomationDirect)

Die industrielle Automatisierung ist traditionell durch proprietäre Technologien und herstellerspezifische Lösungen gekennzeichnet. Die jüngsten Trends gehen jedoch in Richtung größerer Offenheit sowohl bei der Hardware als auch bei der Software und spiegeln die sich wandelnden Bedürfnisse von Endbenutzern, Systemintegratoren (SIs) und Originalgeräteherstellern (OEMs) wider.

Ursprünglich basierte die industrielle Automatisierung auf festverdrahteten Systemen wie Relais und Schaltern. Mit der Weiterentwicklung der Automatisierung entstanden speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), die spezielle Programmiermethoden verwendeten, typischerweise Kontaktplanlogik. Diese SPS und ihre integrierten Entwicklungsumgebungen (IDEs) waren proprietär, was zu einer Anbieterbindung führte (Abbildung 1). Die Steuerungs- und Softwareumgebungen wurden von den Lieferanten streng kontrolliert, was zwar Zuverlässigkeit, aber begrenzte Flexibilität und Interoperabilität gewährleistete.

Während dieses Modell viele Jahre lang gut funktionierte, ist der Industriesektor immer komplexer geworden und es besteht ein größerer Bedarf an Anpassung, Datenverarbeitung und Analyse. Dies hat zu einer Nachfrage nach offeneren und flexibleren Programmierlösungen geführt. Industrielle Anwendungen erfordern heute häufig eine fortschrittliche Datenverarbeitung und Integration in moderne IT-basierte Systeme, sodass herkömmliche Methoden manchmal unzureichend sind. Es gab mehrere Entwicklungen, die zu einer offeneren Automatisierung führten:

IEC 61131-Standards:Der Mitte der 1990er Jahre eingeführte IEC 61131-Standard war ein bedeutender Schritt in Richtung Standardisierung industrieller Programmiersprachen. Es umfasst Kontaktplan (LD), Funktionsblockdiagramm (FBD), strukturierten Text (ST) und sequentielles Funktionsdiagramm (SFC). Obwohl diese Sprachen ein gemeinsames Framework bieten, lösen sie die Probleme der herstellerübergreifenden Code-Portabilität nicht vollständig.

CODESYS-IDE:Um dem Bedarf an Portabilität gerecht zu werden und die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern, wurde CODESYS entwickelt. CODESYS basiert auf IEC 61131-3 und bietet eine hardwareunabhängige IDE, die mehrere Plattformen unterstützt. Diese Umgebung ermöglicht es Entwicklern, Code einmal zu schreiben und ihn auf verschiedenen Hardwaresystemen bereitzustellen. Es erleichtert die Wiederverwendung von Code und verkürzt den Lernaufwand für Benutzer, kann jedoch zu Einschränkungen beim Zugriff auf bestimmte hardwarespezifische Funktionen führen.

Offene Mikrocontroller:Das Aufkommen von Mikrocontroller-Plattformen wie Arduino und Raspberry Pi hat moderne Programmiersprachen wie C++ und CircuitPython in industrielle Anwendungen eingeführt. Diese Sprachen, die jüngeren Generationen von Ingenieuren vertrauter sind, zeichnen sich durch die Bewältigung komplexer mathematischer Operationen und datenintensiver Aufgaben aus. Obwohl diese Mikrocontroller SPS möglicherweise nicht vollständig ersetzen, bieten sie zusätzliche Optionen für die Integration in bestehende Systeme und die Verbesserung der Datenkonnektivität.

Während die Umstellung auf offene Sprachen und Plattformen zahlreiche Vorteile bietet, darunter geringere Lizenzkosten und erhöhte Flexibilität, werden herkömmliche SPSen mit proprietären IDEs weiterhin häufig für Echtzeitsteuerungsaufgaben verwendet, bei denen Zuverlässigkeit und deterministisches Verhalten von größter Bedeutung sind.

Abbildung 2. AutomationDirect bietet viele Automatisierungsmöglichkeiten, darunter herkömmliche SPS, eine mit CODESYS kompatible SPS und die ProductivityOpen-Familie, die Arduino-kompatible Prozessoren nutzt, sodass Benutzer ihre Automatisierungsanwendungen in moderneren Sprachen wie C++ und CircuitPython programmieren können. (Bild:AutomationDirect)

Die industrielle Automatisierungslandschaft wird immer vielfältiger. Einige Anwendungen profitieren von den robusten Fähigkeiten von SPSen, während andere moderne, offene Technologien für die Verarbeitung und Integration auf höherer Ebene nutzen. In vielen Fällen wird ein hybrider Ansatz verwendet, der traditionelle SPS für zentrale Steuerungsfunktionen mit offenen Plattformen für Datenverarbeitung und -analyse kombiniert (Abbildung 2).

Da die industriellen Automatisierungstechnologien weiter voranschreiten, wird sich das Gleichgewicht zwischen traditionellen und offenen Lösungen wahrscheinlich weiterentwickeln. Der Schwerpunkt wird auf der Bereitstellung vielseitiger Plattformen liegen, die unterschiedliche Benutzeranforderungen erfüllen und eine Umgebung fördern, in der sowohl alte als auch moderne Systeme nebeneinander existieren und sich effektiv ergänzen können.

Dieser Artikel wurde von Tim Ensminger, Produktmanager, und Matthew Lappin, technischer Produktmanager, beide bei AutomationDirect (Cumming, GA) verfasst. Weitere Informationen finden Sie hier  .