Innovative Automation durch die Cloud
Mit vielversprechenden Hightechtrends in der Automation befasste sich ein wichtiger Themenkreis auf dem SPS/IPC/Drives-Kongress: Im Mittelpunkt standen unter anderem Automatisierungsdienste aus der Cloud und das Zusammenwachsen von Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) mit Robotersteuerungen.
„Warum nicht Automatisierungsdienste genauso aus der Cloud nutzen, wie dies bei der Geschäfts-IT mehr und mehr üblich ist?“ – Diese Frage stellte Prof. Reinhard Langmann von der FH Düsseldorf auf dem Kongress der SPS/IPC/Drives: „Die klassische Automatisierungshierarchie wandelt sich zunehmend zu einer flachen Automatisierungswolke“, behauptete der Experte für Automatisierungstechnik. Serviceorientierte Architekturen (SOA) zählen dabei zu den sinnvoll nutzbaren Diensten aus der Cloud.
In einer aktuellen Studie zählt Frost & Sullivan Cloud-Computing zwar zu den wesentlichen fünf entscheidenden Megatrends für die Fabrik der Zukunft. Langmann zufolge setzen jedoch alle bisherigen verfügbaren Lösungen und Ansätze nicht konsequent genug auf moderne Webtechnologien und ermöglichen praktisch keine Cloud-Anwendungen als Services für Automatisierungslösungen (SaaS). Außerdem bemängelte er die fehlende Anbindung der Geräte über Industrie-Standardschnittstellen wie z. B. OPC, wodurch zusätzliche und aufwendige Hardware-Adapter als M2M-Interface benötigt würden.
BMWi fördert Cloud-Projekt zu innovativen Automationssystemen
Das vom BMWi geförderte FH-Düsseldorf-Projekt „WOAS“ (Architektur und Schnittstellen für ein Web-Orientiertes Automatisierungssystem) soll hier Abhilfe schaffen: Unter Beteiligung von zehn Automatisierungsfirmen werden dort schlanke und offene Architekturen für Automatisierungssysteme erforscht, die Cloud-basierte Webtechnologien konsequent nutzen.
Mit der neuen WOAS-Architektur sollen die Prinzipien und Methoden aus der standardisierten Welt der Internettechnologien in die Welt der Industrieautomation übertragen werden. „Das Automatisierungssystem wird dabei lizenzfrei aus einem XML-Kern im Webbrowser erzeugt und die Automatisierungsfunktionen, wie z. B. Trendanalysen, Alarmmanagement, Messwertverarbeitung werden als kostenpflichtige Dienste, über eine WOAS-Cloud genutzt“, schilderte Langmann das Prinzip.
Der Anschluss der Feldgeräte erfolgt dabei über Standardindustrieschnittstellen. Ein erster Demonstrator, der die Grundprinzipien eines WOAS und dessen Potenziale verdeutlicht, konnte während der SPS/IPC/Drives auf dem Stand der FH Düsseldorf getestet werden.
Kommunikation zwischen SPS und Linux-basierter Robotersteuerung nutzbringender gestalten
Ein weiterer Automatisierungstrend geht beispielsweise weg von Industrierobotern, die ihre fest einprogrammierten Routinen in eigens dafür vorgesehenen Roboterzellen verrichten. Hierfür kommen in der Industrie heute zumeist Windows-basierte SPS oder eingebettete Systeme zum Einsatz, während die Roboter meist das Linux-basierte Robot Operating System (ROS) als quasi Standard der Servicerobotik nutzen. Felix Meßmer vom Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart, erläuterte in Nürnberg, wie die Kommunikation zwischen SPS und der Linux-basierten Robotersteuerung nutzbringender gelingen kann.
Das erklärte Ziel: Neue Anwendungsgebiete erschließen und komplexere Aufgaben bewältigen. Am Beispiel einer Steuerung für ein Fahrerloses Transportsystem (FTS) beschrieb Meßmer, wie bisherige SPS-Systeme – ohne größere Anpassungen – einfach und modular um Funktionen aus der Robotertechnik erweitert werden können. Solche Fahrerlosen Transportsysteme werden häufig in der industriellen Intralogistik eingesetzt, um den Materialfluss und Teilenachschub zu automatisieren. FTS werden bislang von einer SPS gesteuert und entlang optischer Leitlinien durch den Produktionsbereich bewegt, sind aber wegen Verschmutzung oder Abnutzung der Leitlinien oft fehleranfällig.
Fahrerlose Transportsysteme (FTS) unabhängig von Leitlinien steuern
Um die Abhängigkeit von den Leitlinien zu beseitigen, setzt Meßmer auf freie Navigation: Mithilfe einer zum Boden gerichteten Kamera werden Abweichungen von der Leitlinie detektiert und als Steuersignal an die SPS übergeben. Diese setzt das Steuersignal gemäß dem implementierten Steuerungsalgorithmus direkt in korrigierende Motorbefehle um. Für die Kommunikation zwischen ROS und SPS wird dabei ein nützliches Framework aus dem ROS verwendet – die sogenannte Rosbridge.
Komplexe Algorithmen aus den Bereichen Navigation, Manipulation und Bildverarbeitung lassen sich so zur Erfüllung anspruchsvoller Aufgaben einsetzen und es gelingt einem FTS nur mithilfe von Odometriedaten und Informationen aus Laserscannern, sich in unbekannten, dynamischen Umgebungen fortzubewegen. „Für die Industrie sind solche Lösungen interessant, wenn es etwa darum geht, Material nicht nur zu transportieren, sondern auch direkt manipulative Schritte durchzuführen oder Maschinen zu bestücken“, so Meßmer. „Es müssen keine größeren Änderungen an dem eigentlichen Steuerungsalgorithmus der SPS vorgenommen werden.“
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