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Steuerungstechnik

Cloud-basiert steuern - aber wie?

21. Juni 2017, 10:17 Uhr   |  Reinhard Langmann, Michael Stiller

Cloud-basiert steuern - aber wie?
© CCAD / Fraunhofer ESK

Steuerung einer Fertigungszelle mit zwei Bearbeitungsstationen und einem Roboter über eine Cloud-SPS: rechts unten das Bedienpanel für die CICS-Steuerung im Webbrowser mit 3D-Visualisierung der beiden Bearbeitungsstationen.

Zwei Konzepte beherrschen die Forschung zu Cloud-basierten Steuerungen: Virtualisierung von SPSen und Strukturierung einer SPS nach dem Dienst-Prinzip. Die industrielle Umsetzung hängt vor allem von Engineering-Werkzeugen und von geeigneten Geschäftsmodellen ab.

Steuerungen, insbesondere SPS-Steuerungen, bilden seit jeher eine wesentliche gerätetechnische Basis für die Automatisierung von industriellen Prozessen. Auch im Zeitalter von Industrie 4.0 (I4.0) und Industrial Internet ist davon auszugehen, dass diese für die Produktionsautomatisierung von morgen weiterhin benötigt werden. Dafür müssen sie jedoch an die I4.0-Fertigungsbedingungen angepasst werden. Worum geht es dabei im Detail? Industrie 4.0 ist gleichbedeutend mit hochgradig vernetzten Produktionssystemen auf Basis von Cyber Physical Systems (CPS), die in diesem Zusammenhang auch als Cyber Physical Production Systems (CPPS) bezeichnet werden. Diese müssen folgende Bedingungen erfüllen:

  • Vernetzung in lokalen und globalen Netzwerken
  • Überwindung der starken Informationskapselung von Steuerungen
  • Einführung des Dienst-Paradigmas in die Produktionsautomatisierung (Produktionsdienste)
  • Autonomie, Rekonfigurierbarkeit und Agilität (Plug&Work)
  • Interoperabilität zwischen heterogenen Steuerungssystemen
  • Dynamische Veränderbarkeit der Abhängigkeiten zur Laufzeit
  • Nutzung von Modellen zur Entwicklung ‚höherwertiger‘ Steuerungsansätze
  • Orchestrierung heterogener Steuerungen.

Heutige SPS-Steuerungen können diese Anforderungen mehrheitlich nicht beziehungsweise lediglich nur rudimentär oder mit extrem hohem Aufwand erfüllen. Warum ist das so? Aus ihrer historischen Entwicklung heraus sind Speicherprogrammierbare Steuerungen als proprietäre Gerätesysteme ausgelegt, die unter Echtzeit-Bedingungen lokal betrieben werden. Falls aus Anwendersicht eine Vernetzung dieser Steuerungen erforderlich ist, kommen dazu ebenfalls proprietäre oder standardisierte TCP/IP-Protokolle zum Einsatz. Das heißt: Die aus dem Internet und Web-weit verbreiteten Standardtechnologien spielten bei SPS-Steuerungen bisher kaum eine Rolle. Seit einigen Jahren vollzieht sich aber ein Wandel und SPS-Hersteller integrieren zunehmend IKT-Technologien aus der Web-Welt in ihre Systeme.

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1. Cloud-basiert steuern - aber wie?
2. Unterschiedliche Ansätze für eine Cloud-SPS
3. Virtualisierung einer SPS in der Cloud
4. Steuerungen als Service aus der Cloud
5. Connectivität in die Cloud
6. Die anstehenden Herausforderungen

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Fraunhofer ESK (Institut für Eingebettete Systeme und Kommunikationstechnik), Universität Stuttgart