Steuerungstechnik

Lenze kombiniert PC und SPS

21. August 2019, 8:00 Uhr | Martin Kluge

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Eins ist besser als zwei

Das Modell c750, das auf der gleichen Hardware basiert, lässt die Trennung zwischen SPS und Industrie-PC weiter verschwimmen. Denn dieser Controller deckt Anwendungsfälle ab, in denen Windows-Anwendungen zwingend benötigt werden. Die hier zum Einsatz kommende OpenSystem-Architektur teilt die Rechenleistung auf zwei unabhängige Betriebssysteme auf: Das Real-Time-Linux ist für Steuerungsaufgaben zuständig, das offene Windows 10 IoT Enterprise steht für anwenderspezifische Software-Anwendungen zur Verfügung.

Jedes dieser Systeme läuft auf einem physikalischen Prozessorkern, der sich in zwei virtuelle Kerne aufspaltet und damit zwei Aufgaben parallel bearbeiten kann. Möglich macht dies die in der CPU integrierte Virtualisierung auf Prozessorebene, die eine direkte Zuordnung der vorhandenen Ressourcen (Prozessorkerne/Arbeitsspeicher/Schnittstellen) erlaubt. So sind beim Cabinet Controller c750 der Display-Port, ein Gigabit-LAN-Anschluss, der USB-3.0-Port und der CFast-SSD-Einschub dem Windows-System zugeordnet. Ethercat-Master, ein zweites Gigabit-LAN, und der USB-2.0-Port sind mit dem SPS-Teil verknüpft.

Zu den häufigsten Windows-Applikationen zählen Datenbank-Applikationen wie etwa Rezeptmanagement und Daten-Auswertungen, zum Teil mit Hilfe von Machine Learning, beispielsweise für Predictive Maintenance. Auf Windows angewiesen sind zumeist auch Bilderkennung für Barcode-Leser und 2D/3D-Scanner oder Vi-sion-Applikationen, ebenso Teaching-Anwendungen zum einfachen Anlernen von Robotern.

In zunehmendem Maße wird der Datenaustausch mit der Cloud relevant. Die Datenvorverarbeitung, beispielsweise in Form von Mittelwerten über einen Messintervall, die Reduzierung der zu übertragenden Messpunkte oder das Herausfiltern von abweichenden Messwerten können dazu beitragen, das in die Cloud zu übertragende Datenvolumen deutlich zu reduzieren. Dies verringert zum einen den Netzwerk-Verkehr im Shopfloor und auf externen Kommunikationswegen, zum anderen hilft es Kosten bei der Cloud-Anwendung zu sparen, da deren Abrechnung häufig auf dem übertragenen Datenvolumen basiert.

Im Mittelpunkt dieser Kombination von SPS und PC in einem Gerät steht die kompromisslose Stabilität der Maschinensteuerung. Die beiden Betriebssysteme sind voneinander völlig unabhängig: Sollte das Windows 10 IoT Enterprise auf dem PC-Teil abstürzen, läuft der Steuerungs-Teil völlig unbehelligt weiter – allerdings ohne die Berechnungen, die an den PC-Teil ausgelagert wurden. Der Cabinet Controller c750 ist also genauso zuverlässig wie die Kombination aus einer Steuerung und einem PC mit jeweils eigener Hardware.

Gleiches gilt für die Sicherheit: Trotz der Integration in einem Gehäuse und der gemeinsamen CPU besitzen SPS- und Windows-Teil jeweils ein eigenes Netzwerk. Diese können zwar intern miteinander kommunizieren, lassen sich aber auch mit den üblichen Sicherheitsmaßnahmen gegeneinander abschotten, sodass Malware oder Angriffe auf dem Windows-PC nicht automatisch die SPS gefährden.

Zudem ergeben sich interessante wirtschaftliche Vorteile. Denn bestimmte Baugruppen müssen nicht doppelt ausgeführt werden. Die Verkabelung gestaltet sich einfacher, und auch bei der Programmierung und der Wartung des Systems ist für den OEM weniger Aufwand nötig, da sich der Entwickler nur mit einem System verbinden muss, anstatt parallel auf zwei Geräten zu agieren. Vom kompakten Formfaktor profitiert die Dimensionierung des Schaltschrankes. Hier ist meist wenig Platz, und im Unterbau von Maschinen oder Antrieben ist eine Veränderung der Außenmaße, um einen zusätzlichen PC unterzubringen, oft nicht möglich.

Nicht zuletzt wird für den Anlagenbetreiber durch die Integration von SPS und PC vieles einfacher: Gemeinsame Geräteüberwachung, einfachere Status-Übergabe und ein integratives Power-Down-Handling sind hier unter anderem zu nennen.