Würde die Automatisierungstechnik heute im Silicon Valley neu erfunden werden, dann wäre das Smartphone wahrscheinlich das große Vorbild. Es kombiniert eine extrem hohe Funktionsintegration mit einer intuitiven Bedienung. Anwender können unter Millionen von Apps wählen und ihre Geräte individualisieren. Diesen Ansatz hat Bosch Rexroth auf die Automatisierung übertragen und mit ctrlX Automation eine offene Plattform entwickelt.
»Der Paradigmenwechsel ist überfällig«, betont Steffen Winkler, Vertriebsleiter der Business Unit Automation & Electrification Solutions von Bosch Rexroth. »Mit Industrie 4.0 und dem Industrial Internet of Things wachsen IT und Automatisierung immer enger zusammen«, beschreibt Winkler den alles überlagernden Trend. Die logische Folge: Automatisierungstechnik muss sich mit geringstmöglichem Aufwand in die Informationstechnologie der Anwender einfügen. Das geht wesentlich einfacher, wenn sie die gleichen Kommunikationsstandards und Programmier-umgebungen wie die IT-Welt nutzt.

Die neue Steuerungsplattform orientiert sich an den Consumer- und Arbeits-Welten, in denen Funktionen als frei kombinierbare Apps auf allen Geräteklassen laufen.

© Bosch Rexroth

Eine besondere Rolle spielt dabei die intuitive Bedienbarkeit der Technik. Bereits in der Mitte dieser Dekade stellen die Generationen Y und Z weltweit 75 % der Beschäftigten. Sie sind mit dem ­Internet und Smartphones aufgewachsen, mit grafischen Bedienoberflächen, Software-Assistenten und intuitiver Bedienung.
Sie kennen Technologien nur vernetzt und Informationen sind für sie jederzeit und von jedem Ort aus abrufbar – und das erwarten sie auch im Beruf. Bosch Rexroth verschmilzt deshalb bei der neuen Plattform die Automatisierung, die Informationstechnologie und das Internet der Dinge in einem durchgängig offenen System. Die klassische, oft her­stellerspezifische Automatisierungssoftware stößt zunehmend an ihre Grenzen, was die Flexibilität und die Software-Architekturen betrifft. Die Einbindung von IT-Funktionen in geeigneten Programmiersprachen oder Updates einzelner Anwendungen sind oft nur auf einem separaten Industrie-PC möglich. Bosch Rexroth setzt daher auf eine offene Software-Architektur mit flexibler App-Technologie und der Möglichkeit, in ver­schiedensten IT-Programmiersprachen zu arbeiten. 

Zentraler Zugriff auf Echtzeit- und nicht Echtzeit-Daten

Die neue Automatisierungsplattform basiert auf dem Echtzeit-Betriebssystem Linux, dem wohl stabilsten und sichersten seiner Art. Durch die Container-Technologie des Betriebssystems können Programmierer alle Funktionen und Anwendungen mit separaten Apps abbilden. »Ein wichtiges Architektur-Element ist das ctrlX Data Layer«, bekräftigt Steffen Winkler. Es gewährleistet den zentralen, autorisierten Zugriff auf alle Echtzeit- und Nicht-Echtzeitdaten der installierten Apps. Daten, die eine App erzeugt, können auch von anderen Apps genutzt werden, so wie beim Smartphone ein mit der Kamera eingescannter QR-Code automatisch eine Webseite öffnet. 

Der Antrieb ctrlX Drive mit integrierter Steuerung eröffnet neue Freiheitsgrade für innovative ­Lösungen.

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Als zentrales Nervensystem empfängt und verteilt dieses Data Layer sämtliche Daten und Werte und gibt ihnen eindeutige Adressen. Messungen zeigen, dass bis zu acht Millionen Zugriffe pro Sekunde möglich sind. Die Automatisierungsplattform erzeugt damit zusätzlich ein Echtzeit-Prozessabbild und schafft so die Voraussetzungen, um zum Beispiel Machine-Learning-Anwendungen umzusetzen. 
Die neue Steuerungsgeneration unterscheidet sich damit grundsätzlich von ­bisherigen Industriesteuerungen. Denn bisher haben Anwender keinen Zugriff auf Kernfunktionen und müssen individuelle oder nachträgliche Anwendungen auf zusätzlicher Hardware umsetzen. Das steigert die Komplexität bei Schnittstellen und dem Datenaustausch und erhöht dadurch den Engineering-Aufwand er­heblich. 

Eigene Funktionen Know-how-geschützt programmieren

Anders mit der App-Technologie von ctrlX Works: Mit ihr lässt sich die Komplexität und der Engineering-Aufwand um bis zu 50 % verringern. Standardfunktionen wie ein Daten-Gateway zu Produktionsplanungs-systemen oder der IT-Anbindung, Firewall, VPN Client sowie OPC UA stehen als fertige Apps auf der Steuerung zur Verfügung und müssen nicht selbst programmiert werden. Entweder wählen Entwickler die benötigten Apps aus dem Softwarebaukasten ctrlX Works aus oder sie setzen beliebige Open Source Software ein. Es ist auch möglich, Apps von Dritten, zum Beispiel von der Entwicklungsplattform GitHub, herunterzuladen oder Anwendungen in beliebigen Sprachen selbst zu programmieren. 

Anwender können wie gewohnt mit den Automatisierungssprachen nach IEC 61131 oder G-Code arbeiten, um Prozessabläufe nach PLCopen effizient zu erstellen. Da jedoch immer mehr jüngere Fachkräfte damit in ihrer Ausbildung nicht mehr in Berührung kommen, bietet Bosch Rexroth jetzt die Freiheit, in weit verbreiteten Programmiersprachen wie Java, JavaScript, Python Blockly, den C-Sprachen oder der Open Source Software Node-RED individuelle Funktionen Know-how-geschützt zu realisieren. »Mit den neuen Möglichkeiten verringern Anwender ihren Engineering-Aufwand um bis zu 50 % und können sich durch selbstentwickelte Funktionen vom Wettbewerb differenzieren«, hebt Steffen Winkler hervor.

Anwendungen freischalten und updaten

Die High-Performance CPU ctrlX Core kann durchgängig im Embedded Controller, in Industrie PCs oder direkt in den Antrieb.

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Bislang ist es üblich, dass einmal vom Hersteller programmierte Maschinen-Software beim Anwender über viele Jahre unverändert läuft. Das ist in Zeiten immer stärkerer Vernetzung und höherer Ansprüche an die Flexibilität nicht mehr zeitgemäß. Zukünftig werden industrielle Anwendungen viel stärker als bisher anhand ihrer Update-Fähigkeit gemessen. Auch hier vergrößern sich mit der neuen Lösung die Gestaltungs-möglichkeiten. Das Hinzufügen oder Entfernen einzelner Apps hat keine Rückwirkungen auf das Gesamtsystem. Entwickler können durch die Auswahl der Apps ihre Anwendungen individuell an die Kundenanforderungen anpassen und je nach Bedarf Funktionen freischalten oder selbst ergänzen. Das reduziert die Komplexität bei Updates und bereitet die Automatisierungslösung darauf vor, auch zukünftige Anforderungen in bestehenden Anwendungen zu erfüllen. 

Offene Kommunikation

Die ctrlX Core CPU kann auch in den skalierbaren ctrlX IPC integriert werden.

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Was die Kommunikation betrifft, so »setzten wir in der Feldkommunikation auf etablierte Standards«, so Steffen Winkler. Die Steuerungen unterstützen demnach bei den Master-Schnittstellen vorrangig Ethercat sowie Slave-seitig zusätzlich Profinet, Ethernet/IP und Sercos. Über digitale Typenschilder identifizieren sich die intelligenten Automatisierungskomponenten und Peripheriegeräte automatisch bei der Steuerung. Das reduziert den Inbetriebnahme-Aufwand deutlich. 
Bosch Rexroth arbeitet mit in der herstellerübergreifenden Arbeitsgruppe der OPC Foundation, die sich der Definition der OPC-UA-Echtzeit-Erweiterung Field Level Communication (FLC) inklusive TSN angenommen hat. Schon jetzt sind in der Steuerung ctrlX Core ein OPC-UA-Server und -Client integriert, die auch die neue OPC-UA-PubSub-Spezifikation unterstützen werden. »Sobald OPC-FLC-Echtzeit-Querkommunikation verfügbar ist, reicht es, die entsprechende App zu installieren, um darauf umzustellen«, kündigt Winkler an. 

Für die Kommunikation mit der IT und dem IoT bieten die neuen Steuerungen darüber hinaus eine Vielzahl bereits installierter Protokolle und Standards. Die Plattform unterstützt mehr als 30 Standards der IT. Damit lassen sie sich schnell und ohne Programmieraufwand zu zahlreichen Enterprise-IT und Cloud-Systemen verbinden. Auch zukünftige Kommunikationsstandards laden Anwender einfach über Apps in die Steuerung und können sie innerhalb von Minuten einsetzen. Das Engineering erfolgt dabei fast ausschließlich web-basiert und verzichtet somit auf aufwendige Software-Installationen.

Eine Steuerung für alle ­Aufgaben

Steffen Winkler, Vertriebsleitung der Business Unit Automation & Electrification Solutions, Bosch Rexroth: „Der Paradigmenwechsel war überfällig. Wir setzen jetzt auf eine offene Software-Architektur mit flexibler App-Technologie!«

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Bei der Vernetzung der Automatisierung mit der IT zeichnet sich immer deutlicher ab, dass Anwender zunächst ihre Cloud auf Servern vor Ort, ‚on the Edge‘ ein­richten. Damit haben sie genügend große Bandbreiten für die Datenübertragung und eine geschützte Infrastruktur zur ­Verfügung. Auf diesen Trend sind die ­neuen Steuerungen ebenfalls vorbe-reitet, denn die Steuerung ctrlX Core fügt sich auch in Applikationen ‚on the Edge‘ ein. Ob als Embedded Controller, als Industrie-PC oder im Antrieb integriert; von der Kleinst-SPS bis hin zur High-End-Anwendung: Die Core Hardware ist immer identisch, die Skalierung erfolgt über die Software.

Bei ‚on the Edge‘-Anwendungen greifen die Server auf das ctrlX Data Layer und so auf alle Apps und Daten bis auf Aktor/Sensor-Ebene zu. Damit kann die Software beispielsweise die Zustände eines Prozesses während des laufenden Betriebs überwachen und direkt die Produktivität beeinflussen. Sowohl online als auch offline können mit ctrlX IoT-Maschinendaten transparent bis zu sechs Monate in die Vergangenheit gespeichert und angezeigt werden. Diese Daten dienen auch dazu, die OEE von Maschinen und Anlagen zu optimieren. 

Charme der neuen Plattform ist: Anwender integrieren, kombinieren und updaten auf einer modernen Software-Architektur innovative Funktionen in Form von Apps einfach und sicher wie bei einem Smartphone. Damit entsteht ein neues Ökosystem für industrielle Anwendungen, denn ab sofort können Millionen Software-Entwickler industrielle Anwendungen in allen gängigen Programmiersprachen entwickeln und Maschinenherstellern zur Verfügung stellen.   

Die neue Plattform ctrlX Automation im Überblick

Die Lösung basiert auf einer durchgängigen Hardwareplattform für alle gängigen Automatisierungstopologien. Sie umfasst zusätzlich zur Steuerungshardware ctrlX Core unter anderem erweiterbare I/O-Module (ctrlX I/O), eine neue Generation kompakter Servoantriebe (ctrlX Drive), ein Spektrum an Bediengeräten (ctrlX HMI) sowie IPCs (ctrlX IPC) für die PC-basierte Automatisierung oder Edge-Lösungen. Die web-basierte Engineering-Umgebung ctrlX Works beschleunigt die Entwicklung von Maschinen-Software und die Inbetriebnahme neuer Konzepte. Insgesamt spart ctrlX Automation bis zu 50 % sowohl an Bauraum als auch an Engineering-Aufwand.