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Industrie 4.0: Die Migration im Engineering

Fortsetzung des Artikels von Teil 3.

Industrie 4.0 – AAS und PLCopen

AAS 1 Bildquelle: © PLCopen

Bild 5: Die AAS können ...

AAS 2 Bildquelle: © PLCopen

... aufeinander aufbauen.

Ein wichtiges neues Konzept für Produktionsmaschinen im digitalen Zeitalter wird mit der Asset Administration Shell ( kurz: AAS oder Verwaltungsschale) in der Industrie 4.0 definiert. In Zukunft muss jede Anlage, Maschine oder Komponente mit einer AAS ausgestattet sein, um ‚I.4.0 ready‘ zu sein. Im Falle einer Maschine sollte die AAS – wie sie aus einer anderen übergeordneten Instanz (der Cloud) wahrgenommen wird – die Startseite oder das Ressourcenverzeichnis sein, das alle Dienste auflistet, die die Maschine bereitstellen kann. 

Die Grundidee der I4.0-Komponenten: Jede Industrie-4.0-Anlage soll eine Asset Administration Shell (AAS) aufweisen, die eine minimale, aber ausreichende Beschreibung gemäß den Industrie-4.0-Anwendungsfällen enthält. Die Asset-Verwaltung besteht somit aus einer Reihe von ‚Submodellen‘. Diese stellen verschiedene Aspekte des betreffenden Vermögenswertes dar; sie können beispielsweise eine Beschreibung der Sicherheit enthalten, aber auch verschiedene Prozessfähigkeiten wie Bewegung oder Synchronisation beschreiben. Auf diese Weise lässt sich eine Maschine (das ‚Asset‘) als aus verschiedenen Teilmengen konstruiert betrachten, die wiederum Assets darstellen (Bild 5).

Beispielhafter Admin-Shell-Funktionsblock Bildquelle: © PLCopen

Bild 6: Beispielhafter Admin-Shell-Funktionsblock

Auf eine reale Anlage heruntergebrochen könnte dies folgendermaßen aussehen: Auf der untersten Ebene gibt es ein Kombination aus den Assets Antrieb und Motor mit einem Encoder, die mit den in PLCopen Motion Control definierten Funktionalitäten wie MC_Move_Absolute und MC_Power verbunden sind. Auf der nächsthöheren Ebene werden mehrere dieser zusammengefassten Assets wiederum zusammengefasst und ein weiteres Asset – etwa eine Steuerung – hinzugefügt. In diesem Fall kann man Funktionalitäten wie die Synchronisation zwischen den Achsen oder sogar eine virtuelle Achse hinzufügen. Auf der nächsthöheren Ebene repräsentiert das Asset die Maschine, einschließlich der Anwendungssoftware, die in der Steuerung läuft. Auch die Sicherheitsaspekte lassen sich auf diese Weise berücksichtigen. 

Ein AAS-Submodell Bildquelle: © PLCopen

Bild 7: Ein AAS-Submodel

Exemplarische Inszenierung Bildquelle: © PLCopen

Bild 8: Die exemplarische Instanziierung von Eigenschaften

Um auf die AAS zugreifen zu können, arbeitet PLCopen zusammen mit seinen Mitgliedern an der Definition einer Reihe von Funktionsblöcken. Auf der obersten Ebene könnte dies beispielsweise so aussehen: Die ‚AasTypeId‘ bezieht sich auf den Identifikator einer typspezifischen Adminstrationsshell (Bild 6). Durch die Beschreibung einer solchen AAS kann der Systemintegrator oder Maschinenbauer eine Reihe von Maschinen beschreiben und angeben, welche Teilmodelle und Informationen von jeder Maschine der Reihe implementiert werden. Das Attribut kann leer gelassen werden, wenn keine solche Beschreibung vorhanden ist. Mit der ‚AasInstanceId‘ kann eine Instanz-ID für die AAS angegeben werden. Der Implementierer sollte darauf achten, dass jede einzelne Maschine mit einer eindeutigen ID versehen ist. Die ‚AssetId1‘ bezieht sich auf die serialisierte ID der Maschine, Produktionsstation oder ähnlichem. Wie bei der ‚AasInstanceId‘ ist es erforderlich, einerseits Individualiät, andererseits aber auch ein einfaches Implementieren zu gewährleisten. 

Die Informationen und auch die Funktionalitäten einer AAS sind in ‚Submodellen‘ organisiert. Der Inhalt eines Teilmodells kann durch Industrie 4.0 standardisiert oder von einem Systemintegrator frei eingeführt werden. Viele Teilmodelle können von der AAS verwaltet werden (Bild 7).

Auf der nächsten Ebene werden Funktionsblöcke für Eigenschaften verschiedenen Datentypen (Boolean, DateTime, Enumerations, Integers, Real numbers, Strings) vorgeschlagen. Jeder dieser Blöcke weist fast die gleichen Attribute auf (Bild 8).