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Industrie 4.0: Die Migration im Engineering

Fortsetzung des Artikels von Teil 4.

Industrie 4.0, AAS und PackML

Modelle Bildquelle: © PLCopen

Bild 9: Modelle wie PackML in die AAS werden helfen, IT- und OT-Engineering-Know-how zu verbinden.

In der Produktion erprobte Informations-Modelle der Automation können als Submodelle dienen. Eines dieser Modelle ist PackML, das den Maschinenbetrieb, eine einheitliche Mensch-Maschine-Schnittstelle und vordefinierte OEE-Kennzahlen (Overall Equipment Efficiency) definiert. Ein PackML-Submodell bietet sich an als Part der AAS für ein semantisches Modell des Maschinenverhaltens (Bild 9).

PLCopen, PackML und OPC UA

Die Standardisierung von Maschinen-Informationsmodellen ist ein Schlüssel-Element, was die Interoperabilität und Konnektivität von Maschinen betrifft. Es ist wichtig, sich auf ein gültiges Modell der internen Control-Software zu einigen, um die Effizienz und Skalierbarkeit der Programmierung von Maschinencode zu gewährleisten. Seit mehr als 25 Jahren arbeitet PLCopen als unabhängiger Verband von Technologie-Anbietern an diesen Prinzipien und der aktiven Förderung der Programmierstandards IEC 61131-3. PLCopen hat sich auch dafür eingesetzt, die Verwendung der IEC 61131-3 als Programmiergrundlage für die Erstellung der ANSI/ISA-TR88.00, ‚Maschinen- und Aggregatzustände‘, einzuführen.

Softwareschichten und PLCopen-Kapselungsebenen Bildquelle: © PLCopen

Bild 10: Softwareschichten und PLCopen-Kapselungsebenen

Die OMAC (Organization for Machine Automation and Control) wiederum, die verschiedene Interessengruppen wie OEMs, Systemintegratoren, Technologielieferanten und Endverbraucher vereint, hat den Namen PackML weltweit erfolgreich gefördert und etabliert, mit besonderem Schwerpunkt auf den Markt der Verpackungsmaschinen. Jeder, der PackML einsetzt, weiß, dass diese Normen und Richtlinien auf jede einzelne Produktionsmaschine anwendbar sind. 

Im Sinne von Interoperabilität und Software-Effizienz basiert eine moderne ‚offene‘ Verpackungsmaschine heute auf einer Schicht skalierbarer Software, die auf den von PLCopen und OMAC-PackML geförderten Prinzipien basiert. Diese Beziehung kann als mehrschichtige Lösung beschrieben werden (Bild 10).

PLCopen-standardisierte Funktionsblöcke – auf Level 1 platziert – bieten eine plattformunabhängige Zuverlässigkeit und branchenspezifisches Know-how als solide Grundlage für die Steuerungspyramide. Diese bewährten APIs sind für die Entwicklung einer nachhaltigen, zuverlässigen und verteilbaren Maschinensteuerungssoftware unerlässlich. Auf Stufe 2 und 3 werden Anbieter, Systemintegratoren, OEMs und Anwender ermutigt, eigene Anwendungs-bibliotheken und Tools zu schreiben und zu pflegen. Auf diese Weise können wettbewerbsfähige Innovationen sowie Produktdifferenzierung umgesetzt und der Schutz geistigen Eigentums gewährleistet werden – das geistige Eigentum des OEMs ist auf dieser Ebene gekapselt und geschützt. 

Durch den Aufruf von übergeordneten Funktionsblöcken lassen sich auf Ebene 4 effizient Programme ausführen. Auf ­oberster Ebene 5 erscheint PackML als eine höhere Steuerungsebene, die stan­dardisierte Maschinenzustände und Betriebsabläufe, Overall Equipment Effectivenes (OEE) KPIs, Root Cause Analysis (RCA), flexible Rezeptschemata und ­gängige SCADA- oder MES-Eingaben anbietet. Alle diese möglichen Inter­aktionen mit dem menschlichen Bediener sind im Laufe der Jahre in vielen Produktionsszenarien rund um den Globus gut definiert und verfeinert ­worden.

Sowohl PLCopen als auch OMAC haben mit der OPC Foundation zusammengearbeitet, um ihre jeweiligen Modelle in den OPC-UA-Adressraum einzubringen. Dabei wurde unter anderem das IEC-61131-3 Softwaremodell auf ein OPC-UA-Informationsmodell abgebildet, das die Erstellung komplexer Datenstrukturen wie etwa eine PackML Unit Control Data Structure ermöglicht. 

Zudem erlaubt OPC UA die automatische Erkennung und Erforschung von Servern und deren komplexen Datenstrukturen. Das heißt, wenn die Client-Server-Installation PLCopen und PackML verwenden würde, hätten diese Maschinentypen das gleiche Informationsmodell und könnten sich fast automatisch verstehen. Ein OPC-UA-Client könnte die verfügbaren PackML-Partner erkunden und nach den gewünschten ‚PackML-Services‘ suchen.

Autor:
Eelco van der Wal ist Managing Director der ­PLCopen e.V..