Mit der Automatisierungsplattform ‚ctrlX Automation‘ möchte Bosch Rexroth die klassischen Grenzen zwischen Maschinensteuerungen, IT und dem Internet der Dinge aufheben. Die skalierbare Plattform ermögliche die flexible Gestaltung sowohl von zentralen als auch von dezentralen Topologien. Mit einem Linux-Echtzeit-Betriebssystem basierend auf der Linux-Distribution Ubuntu, offenen Standards, App-Technologie für die Programmierung, einem webbasierten Engineering und umfassender IoT-Anbindung reduziert ctrlX Automation den Engineeringaufwand künftig um 30 bis 50 % – verspricht das Unternehmen.

Der Startschuss für die Entwicklung der neuen Plattform fiel bereits vor über zwei Jahren als man sich intensiv mit der Frage auseinandersetzte: Wie sieht die Zukunft der Steuerungstechnik im Fabrikumfeld aus? Ausgangspunkt war laut Steffen Winkler, Vertriebsleiter der Business Unit Automation & Electrification Solutions, die Erkenntnis, dass Maschinen heute immer noch wie die meisten Autos seien: „Gestern entwickelt, kaum upgrade-fähig für morgen und ermöglichen selten einen einfachen und sicheren Datenzugriff. Hinzu kommt: Engineeringaufwände sind starke Kostentreiber und und Hardware-Upgrades erfordern immer auch aufwendige Software-Umstellungen. Gleichzeitig sind Softwareentwickler aber Mangelware!“

Auf der Suche nach der passenden Antwort beschritt man in Lohr a. Main in mehrerlei Hinsicht neue Wege: „Anstatt – wie bisher oft üblich – die Kunden zu befragen, wie aus ihrer Sicht künftige Automatisierungstechnik aussehen sollte, haben wir selbst ermittelt, was die Kunden wollen – und zwar bevor sie es selbst tun!“, so Dr. Heiner Lang, Mitglied des Bereichsvorstandes und zuständig für Entwicklung & Fabrikautomation von Bosch Rexroth. Dass dies ein gewisses unternehmerisches Risiko birgt, ist sich der Rexroth-Vorstand durchaus bewusst, aber dennoch davon überzeugt, „dass es der einzig richtige Weg ist.“ Ebenfalls ein Novum: „Wir haben uns gefragt, wie würde Automatisierungstechnik aussehen, wenn nicht ein Automatisierungstechniker sie entwickeln würde, sondern Firmen wie Apple, Google oder Microsoft“, sagt Steffen Winkler und liefert hierfür auch die Begründung: „Maschinenbau ist heute Software-Entwicklung und die Nutzer von morgen sind die Digital Natives, die in ihrem Studium keinen G-Code oder IEC 61131 mehr lernen. Dem gilt es Rechnung zu tragen!“

Heraus gekommen ist schließlich ctrlX – eine komplett offene Automatisierungsplattform, die  neueste Software-Technologien für das Engineering sowie sämtliche SPS- und Motion-Aufgaben integriert und dabei nahezu beliebige Softwarefunktionen durch vorgefertigte oder selbst erstellte und erstellbare Apps kombiniert. Diese Apps – jede von ihnen läuft in einer eigenen ‘sandbox’ – lassen sich in einer Vielzahl von Programmiersprachen wie C++, Skriptsprachen wie Python oder neuen grafischen Sprachen wie Blockly erstellen. Mit anderen Worten: Die klassische Programmierung nach IEC 61131, PLCopen oder G-Code ist weiterhin möglich, jedoch nicht mehr zwingend erforderlich. Die Runtime der Steuerung basiert jedoch nach wie vor auf Codesys.

Data Layer erlaubt 8 Mio. Datenzugriffe pro Sekunde

Ein sogenannter Data Layer, der eine 100prozentige Hardware-Unabhängigkeit der Software ohne Performance-Verlust garantiert und bis zu 8 Mio. Datenzugriffe pro Sekunde ermöglichen soll, ist das zentrale Architekturelement für die Kommunikation beliebiger Apps untereinander. Er bildet somit das zentrale ‚Nervensystem‘ für einen Austausch aller Echt- und Nichtechtzeitdaten – sogar über mehrere Steuerungen hinweg. Die Transparenz der Datenschicht, auf die autorisiert zugegriffen werden kann, stelle zudem den Schlüssel für den Einsatz zukünftiger Technologien wie künstliche Intelligenz dar.

Die Konfiguration und Inbetriebnahme der Automatisierungskomponenten erfolgt komplett webbasiert ohne Softwareinstallation. Die Systemumgebung steht zudem komplett virtuell zur Verfügung, so dass die Programmierung auch ohne Hardware erfolgen kann. Nicht zuletzt unterstützt die Entwicklungsumgebung GitHub, eine mit mehr als zehn Mio. registrierten Nutzern weltweit etablierte Entwickler-Community. Damit haben Maschinenhersteller Zugriff auf nahezu unbegrenzte Programmierkapazitäten und bereits geschriebene Funktionen können zudem in geschützten Bereichen intern besser zusammenarbeiten.

Das gesamte System ist Winkler zufolge schließlich  ‚Secure by Design‘ und erfüllt IT-Sicherheitsstandards nach IEC 62443: „Die konfigurierbare Benutzerverwaltung verhindert einen unautorisierten Zugriff auf Daten und Funktionalitäten. Die System-Software bietet zudem einen erhöhten Schutz vor Viren und Trojanern. Eine integrierte Firewall ermöglicht die verschlüsselte Übertragung von Daten durch VPN sowie sichere Remote Services.“ Über das Device Portal von Bosch Rexroth können Anwender alle intelligenten Komponenten digital aus der Ferne verwalten und Security-Updates sowie neue Funktionen installieren, ohne direkt vor Ort sein zu müssen.

Die Hardwarebasis von ctrlX Automation

Hardware-technisch basiert ctrlX Automation auf einer neuen Generation von Multicore-Prozessoren – konkret auf einer 64-Bit-ARM-CPU mit vier Kernen. Diese stelle ausreichend Rechenleistung für nahezu alle Automatisierungsaufgaben zur Verfügung und ist durchgängig in Embedded PCs (ctrlX Core), Industrie-PCs (ctrlX IPC) oder direkt in Antriebe (ctrlX Drive) integrierbar. Heiner Lang hierzu: „Zukünftige CPU-Upgrades erfordern keinerlei Softwareanpassungen. Die Software läuft unabhängig von der Hardware in allen Topologien. Dabei ist eine Servicefähigkeit für alle Komponenten von mindestens 20 Jahren sichergestellt, einschließlich der aktuell verwendeten CPUs.“

Zusätzlich zur Steuerungshardware umfasst das neue Automatisierungssystem erweiterbare I/O-Module (ctrlX I/O), eine neue Generation extrem kompakter Servoantriebe (ctrlX Drive), ein breites Spektrum an Bediengeräten (ctrlX HMI) sowie IPCs (ctrlX IPC) für die PC-basierte Automatisierung oder Edge-Lösungen. Die integrierte Sicherheitstechnik (ctrlX Safety) vereint sichere Logik und Bewegung.

Ethercat als Systembus

Als Automatisierungsbus setzt Rexroth auf  Ethercat – ebenfalls ein Novum. Als komplette Abkehr von Sercos – dem bisher favorisierten Systembus – will man diese Entscheidung allerdings nicht verstanden wissen. So werde zumindest auf Slave-Seite Sercos weiterhin unterstützt; auf der Master-Seite allerdings „hat der Markt für Ethercat entschieden“, so Winkler. Darüber hinaus unterstützt die Hardware über ctrlX I/O gängige Protokolle für eine durchgängige Vernetzung von der Feldebene bis in die Cloud – zum Beispiel  OPC UA, MQTT, Profinet, CAN und IO-Link. Zudem sei das System bereits auf TSN und 5G vorbereitet – zwei Kommunikationsstandards, die für Rexroth neben Ethercat in der Fabrik von morgen essentiell wichtig sind.

Der offizielle Launch von ctrlX Automation erfolgt zur SPS-Messe in Nürnberg (26.–28. November). Zur Markteinführung werden zunächst die Drive-integrierte Variante der Plattform sowie ein neues Motoren-Portfolio zur Verfügung stehen, mit dem Rexroth in erster Linie Robotik- und Handling-Anwendungen adressiert. In mehreren „Waves“ sollen dann in den nächsten drei Jahren sukzessive die weiteren Bausteine von ctrlX – dann auch mit erweitertem Branchefokus – auf den Markt kommen.