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PC als Steuerungsplattform

IIOT-Anwendungen mit dem Computer steuern

PC-basierte Steuerungen gibt es in unterschiedlichen Formaten in etwa so lange wie PCs selbst. Denn schon seit SPSen auf den Markt gekommen sind, arbeiten PCs mit Maschinensteuerungs-Anwendungen. Für die meisten Anwendungen eignen sich Industrie-PCs hervorragend als industrielle Steuerungsplattformen.



Bild: Advantech Europe BV

In Industrie-PCs wird dieselbe Technologie eingesetzt, wie in Millionen anderer PCs und Mobile-Computing-Geräten. Advantech verwendet CPUs und Chipsets aus Produktreihen, die mit Intel CPUs arbeiten und für Industrieanwendungen mit einem genau spezifizierten Lebenszyklus sowie einem standardmäßigen Speicher mit erweitertem Temperaturbereich, Grafikkarten und den herkömmlichen Kommunikationstechnologien wie Ethernet-Ports, isolierten seriellen Anschlüssen und USB-Schnittstellen entwickelt wurden. Inzwischen besteht ein Industrie-PC aus einer 32- oder 64-Bit-Architektur mit mehreren Kernen, einem RAM mit vielen Gigabytes und einem praktisch unbegrenzten Massenspeicher, der Multifunktions-Anwendungen unterstützt. Ein Industrie-PC ist ein zukunftssicheres Entwicklungskonzept, das eine langlebige CPU-Technologie von verschiedenen Anbietern und Standard-Formfaktoren liefert, die auf dem Standard der 19″-Rack-Technologie basieren. Außerdem dient er als offene Steuerungsplattform, die auf den gängigen Betriebssystem- und Kommunikations-Standards basiert. Auch sind mit diesem Gerät die vielen Vorteile von PC-basierten technologischen Innovationen im Bereich von Prozessoren, Massenspeichern und Kommunikationsnetzwerken nutzbar. Darüber hinaus kann die Steuerungsarchitektur aufgrund der hohen Leistung eines Industrie-PCs, der in einem Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-Netzwerk wie einem Ethercat eingesetzt wird, auf eine Schicht komprimiert werden. So sind weder Gateways noch Switches, Protokollwandler oder Datenverbindungen notwendig. Alle Steuerungsgeräte befinden sich auf einem ethernet-basierten CAT5e-Netzwerk. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Steuerungslösung eines Industrie-PCs in Software implementiert wird, die von der Hardware abstrahiert wurde. Die Investition des Kunden bleibt also lohnbringend, da die überaus offene Architektur auch auf andere Industrie-PC-Marken umgestellt werden kann. Dafür ist in der Regel nur eine Neu-Komplilierung erforderlich. Wird dies mit einer PLC-Lösung, deren Software in der Regel auf proprietärer Hardware entwickelt wird, verglichen, kann die Software in diesem Fall nicht von der Hardware getrennt werden. Es ist also keine Abstraktion zwischen beiden möglich. Wenn keine SPS-Plattform verfügbar ist oder unterstützt wird, wird die Softwareanwendung normalerweise komplett neu entwickelt.

Alle Funktionen im Paket

Die von der deutschen Firma 3S-Smart Software Solutions GmbH entwickelte Software-Suite Codesys ist speziell darauf ausgerichtet, die vielen verschiedenen Anforderungen moderner Industrieautomatisierungs-Projekte zu erfüllen. Das Programmier-Tool Codesys Development System gemäß IEC61131-3 ist der Kern der Suite. Die Lösung bietet Funktionen, um den Benutzer bei der Entwicklung von Aufgaben zur Integration der Feldbus- und I/O-Konfiguration, der Web- und Target-Visualisierung, der Bewegungs- und CNC-Steuerungsfunktionen und vielem mehr zu unterstützen. Kundenspezifische Plug-ins, angepasste Bibliotheken und Erweiterungen sowie externe Bibliotheken können integriert werden. Integrierte Compiler, objektorientierte Programmierung, 3D-CNC-Interpolation, Alarmverwaltung und Add-Ons aus der IT-Welt wie UML- oder SVN-Integration sind nur einige der vielen Highlights, die Codesys zu einem leistungsstarken Automatisierungs-Tool machen. Die Lösung kann in praktisch alle Systemstrukturen mit Schnittstellen zu Standards wie OPC und anderen Automatisierungstechniken wie FDT mit Treibern der einzelnen Kunden eingebettet werden. Die CPU-Plattform und das Betriebssystem für den IPC-Controller können frei gewählt werden.

Gängige Technologien

Die Embedded-Industrie-PCs von Advantech wurden mit Embedded-Betriebssystemen von Microsoft entwickelt. Der Industrie-PC kann somit für zahlreiche Anwendungen verwendet werden. Er funktioniert also nicht nur als Echtzeit-Steuerungsplattform, sondern kann gleichzeitig auch als HMI-Plattform eingesetzt werden. Die Verbindung zum Unternehmensnetzwerk stellt er über eine gängige Ethernet-Verbindung bereit. Die digitale Transformation geht inzwischen über Anschlussgeräte wie Sensoren, Motoren, Pumpen oder Elektromotoren und andere intelligente Geräte wie Sichtkameras oder intelligente Sensoren und Gateways vonstatten, die mit Edge-Analysen für IoT-Lösungen arbeiten.

Warum Windows 10?

IoT-Lösungen funktionieren mit Smart Things, die bisher unerreichte Möglichkeiten bieten. Von Windows 10 IoT bereitgestellte Smart Things ermöglichen eine schnelle Entscheidungsfindung. Die intuitive Benutzeroberfläche macht das intelligente Gerät zu einem Erlebnis. Windows 10 geht aber noch weiter. Es ist für viele verschiedene Dienste optimiert und ermöglicht die Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Plattformen. Windows 10 IoT wurde für die Zusammenarbeit mit Microsoft Azure IoT-Diensten konzipiert. Windows 10 IoT Enterprise-Geräte verfügen über eine Reihe an leistungsstarken Geschäftsanwendungen, erfüllen eine zweckmäßige Funktion und bieten unternehmensweit die nötige Sicherheit zur Unterstützung der wichtigsten Industriegeräte. Windows 10 IoT Enterprise unterstützt sowohl universelle Windows-Apps und klassische Windows-Anwendungen als auch eine Reihe an innovativen Funktionen: Ein fortschrittlicher Schutz vor den Sicherheitsrisiken der heutigen Zeit, überaus flexible Bereitstellungsmöglichkeiten, Aktualisierungs- und Support-Optionen sowie eine umfassende Infrastruktur und Geräte- sowie App-Verwaltungsfunktionen. Außerdem sind eingebettete PC-basierte Controller in der Lage, andere Betriebssysteme als Windows wie Android und Linux bei spezifischen Echtzeitanwendungen und webbasierten HMI-Anwendungen zu unterstützen.

Wartung vereinfachen

Die Lösung per Industrie-PC-Steuerung funktioniert mit einer gängigen Technologie. Die meisten Benutzer aus dem IT-Bereich sind mit der Windows-Umgebung vertraut und fühlen sich sicher im Umgang damit. Durch IoT wird OT mit IT verbunden. Der Kunde, der den Industrie-PC in der Fabrik nutzt, kann also mehr interne Ressourcen verwenden als wahrscheinlich auf einer SPS-Plattform verfügbar wären. Microsoft punktet mit der hohen Anzahl an Anwendungen, die für das Betriebssystem verfügbar sind. Durch eine PC-basierte Steuerungsplattform werden einfach alle Steuerungsinformationen für die Offline-Verarbeitung von Anwendungen und Tools von Drittanbietern exportiert. Dadurch ergeben sich mitunter sehr leistungsstarke Diagnose- und Analyse-Tools, die wiederum eine optimierte Leistung, Wartbarkeit und Zuverlässigkeit bieten. Ein PC-Steuerungssystem unterstützt zudem mehr bestehende Hardware-Systeme mit standardmäßigen, integrierten Hardware-Schnittstellen wie RS232/485 und TCP/IP auf Ethernet. Auch können PCs über ein System ferngewartet werden. Support-Mitarbeiter können also von jedem beliebigen Standort weltweit aus ohne zusätzliche Geräte und Schnittstellen technische Unterstützung leisten und die Software warten.

Einfache Integration

Auf Industrie-PCs basierende Automatisierungstechnologien ermöglichen die einfache Integration umfassender Messungs- und Steuerungsaufgaben auf einer einzigen IPC-Plattform. Außerdem kann eine große Anzahl an Prozessparametern lokal und dezentral erfasst und gespeichert werden. Ein eingebetteter Industrie-PC-Controller bietet die notwendigen Betriebsbedingungen für die präzise Steuerung sämtlicher Prozesse, die mit der Abwasserklärung und der Kommunikation mit abgelegenen Stationen wie Brunnen, Pumpen und Wassertanks verbunden sind. Prozessparameter wie Wasserstand, Temperatur, Durchfluss, pH-Wert sowie Sauerstoff- und Stickstoffgehalt werden von intelligenten, ferngesteuerten I/O-Modulen aufgezeichnet und anschließend in intelligenten Controllern oder eingebetteten PCs weiterverarbeitet. Die integrierte Steuerungslösung ist nicht nur aufgrund ihres kompakten Designs vorteilhaft, sondern beeindruckt auch durch geringere Systemkosten sowie ein einfacheres Engineering und mehr Flexibilität. Funktionen der prädiktiven Wartung von Pumpen und Durchflusszählern können einfach integriert werden. Per Ethernet, Feldbus, ISDN-Router, SRM und UMTS lässt sich eine Verbindung zu den Kläranlagen herstellen, um den Fernzugriff zu ermöglichen.


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