Ecosystem automatisiert IoT-Welt

PLC next Technology von Phoenix Contact ist das einzigartige, offene Ecosystem für die moderne Automatisierung, das allen Anforderungen der IoT-Welt gewachsen ist – die Kombination aus offener Steuerungsplattform, modularer Engineering-Software und systemischer Cloud-Integration ermöglicht eine einfache Adaption an sich verändernde Anforderungen und eine effiziente Nutzung von existierenden und zukünftigen Software-Diensten.  Offenes Ecosystem PLC next Technology weiter ausgebaut

Ende 2017 hat Phoenix Contact die erste Steuerung mit offener Architektur auf den Markt gebracht und damit einen Trend gesetzt. Losgelöst von den Einschränkungen der bekannten Standards lassen sich nun mit einfachen Werkzeugen selbst komplexe Applikationen umsetzen. Zu diesen Hard- und Software-Tools gehören linksanreihbare Erweiterungsmodule für die PLC next Controller.

Durch die Nutzung der Werkzeuge kann jede Projektaufgabe mit dem passenden Tool realisiert werden. Für regelungstechnische Anwendungen kommt beispielsweise Matlab/Simulink zum Einsatz, Visualisierungen werden in C# geschrieben und die aufgenommenen Daten in der Proficloud gespeichert. Die in den verschiedenen Disziplinen erzeugten Projektteile lassen sich anschließend im Engineering-Tool PLC next Engineer zusammenführen, ohne dass sich der Entwickler Gedanken über Determinismus und Echtzeitfähigkeit machen muss. Das übernimmt die PLC next-Firmware. Das Ziel eines offenen Steuerungssystems ist mit der offenen Firmware-Architektur allerdings nicht zu Ende gedacht: 2019 stellte Phoenix Contact die flexible Erweiterung der Steuerungen durch ein Linksanreihungssystem vor. Unabhängig vom Angebot einer entsprechenden Softwarelösung steht jetzt eine Hardware mit vielen Freiheitsgraden zur Verfügung.  

In den letzten Jahren wurden zusätzliche Aufgaben in die Steuerung verlagert, die nun weit mehr als die Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe von Daten leisten muss. Daher waren die Grenzen klassischer Steuerungssysteme schnell erreicht. Aufgrund der Individualität der Echtzeit-Betriebssysteme erweist sich die Erweiterung der SPS außerhalb des Laufzeitsystems als aufwendig und teuer. Darüber hinaus kann ein solcher Schritt nicht abschätzbare Auswirkungen auf das Echtzeitsystem haben. Doch es geht auch einfacher: Das offene Steuerungssystem von Phoenix Contact besteht aus in sich geschlossenen Komponenten, die nur über definierte Schnittstellen miteinander kommunizieren. So lassen sich Einflüsse besser beurteilen und neue Funktionen schneller integrieren – unabhängig davon, ob die Funktionen in Echtzeit laufen müssen oder nicht.  

In einer schnelllebigen Zeit ist es nahezu unmöglich, Expertenwissen in allen Bereichen der Automation aufzubauen. Außerdem liegt die Halbwertszeit des Know-hows im IT-Bereich bei weniger als zwei Jahren. Vor diesem Hintergrund sollen sich Steuerungssysteme schnell an geänderte Rahmenbedingungen anpassen und Expertenwissen einfacher in sie einbeziehen lassen. Mit der PLC next Technology hat Phoenix Contact hier ein Ecosystem entwickelt, das neben den Steuerungen die Engineering-Umgebung PLC next Engineer, den offenen Online-Marktplatz PLC next Store, den Erfahrungsaustausch in der PLC next Community und die Proficloud beinhaltet.   

Im Steuerungsportfolio finden sich Geräte unterschiedlicher Leistungsklassen. Als Unterkategorie der PLC next-Steuerungen erlaubt das Linkanreihungssystem die Erweiterung der SPS in Axioline-Bauform um Funktionen, die sie bislang nicht umfasst. Die Linksanreihungsmodule, die lediglich in Verbindung mit der passenden SPS verwendet werden können, tauschen Daten über PCIe aus. Auf der linken Seite der Steuerung werden Bussockel-Module zur Rangierung des PCIe-Busses genutzt. Ein Versteckschutz sorgt dafür, dass der Mitarbeiter die Bussockel- und Extension-Module korrekt ineinandersteckt. Die Anzahl der anschließbaren Erweiterungsmodule wird durch die physikalischen Grenzen der SPS und des PCIe-Busses limitiert.

Das Linksanreihungssystem lässt sich nur mit den PLC next Controllern AXC F 2152 und AXC F 3152 betreiben. In den AXC F 2152 ist eine PCIe-Schnittstelle vom Typ Gen1 mit einer Lane integriert. Das begrenzt die Anzahl der ankoppelbaren Geräte auf ein Modul und dessen Datenbreite auf maximal 2 Gbit/s. Beim AXC F 3152 wird die PCIe-Schnittstelle als Gen2 mit zwei Lanes ausgeführt, die Anzahl der anbindbaren Module also auf zwei und die maximale Datenbreite auf 4 Gbit/s pro Lane beschränkt. Dabei ist es egal, welche Funktion die Module haben sowie in welcher Reihenfolge sie angeschlossen sind. Das Zusammenspiel von PLC next-Steuerung und Extension-Modulen scheint auf den ersten Blick unspektakulär, wenn es nicht das Modul AXC F XT EXP geben würde.

Das Erweiterungsmodul AXC F XT EXP fungiert als PCIe-Switch, der die Restriktion hinsichtlich der maximal anreihbaren Anzahl an Modulen aufbricht. Statt ein an den AXC F 2152 ankoppelbares Modul lassen sich durch den Einsatz des AXC F XT EXP jetzt drei zusätzliche Extension-Module stecken – und dass bei gleichbleibender Datenbreite. Der AXC F 3152 kann sogar um vier Erweiterungsmodule ergänzt werden. Somit sind der Flexibilität der PLC next-Steuerungen keine Grenzen gesetzt. Wie genau funktioniert das Modul AXC F XT EXP? Die eine PCIe-Lane, die linksseitig aus der Steuerung AXC F 2152 herausgeführt ist, wird an das Extension-Modul AXC F XT EXP angebunden, welches das Signal aufbereitet und an einen PCIe-Switch weitergeleitet. Der Switch macht dann aus der einen PCIe-Lane drei neue PCIe-Lanes. Diese werden auf der linken Seite des AXC F XT EXP erneut bereitgestellt. In das Bussockel-Modul ist eine geeignete Leiterführung eingebaut. Sie sorgt dafür, dass die erste Lane dem nachfolgenden Erweiterungsmodul zugeführt wird. Die beiden anderen Lanes stehen den weiteren Extension-Modulen zur Verfügung.  

Das aktuelle Portfolio an Erweiterungsmodulen umfasst sämtliche relevanten Funktionen. Das Leistungsspektrum des Moduls AXC F XT EXP wurde schon beschrieben. Das Modul AXC F XT ETH 1TX stellt eine Ethernet-Schnittstelle bereit. Eine eigene MAC-Adresse im Gerät ermöglicht, dass der Anwender physikalisch komplett voneinander getrennte Netzwerke aufbauen kann. Für die IT-Sicherheit einer Anlage spielt diese Eigenschaft eine wesentliche Rolle, denn eine Steuerung lässt sich so in zwei verschiedenen Netzwerken nutzen. 

Beim Extension-Modul AXC F XT IB handelt es sich um einen Interbus-Master, über den entsprechende Bestandsanlagen weiterlaufen können. Ferner lassen sich bestehende Interbus-Applikationen modernisieren, um von den neuen Features der PLC next-Architektur zu profitieren. Das Erweiterungsmodul AXC F XT PB dient als vollwertiger Profibus-Master, an den bis zu 125 Profibus-Teilnehmer angebunden werden können. Das Modul kommuniziert sowohl zyklisch (DP V0) als auch azyklisch (DP V1).

Das Extension-Modul AXC F XT SPLC 1000 arbeitet als Safety-Steuerung, die sicherheitsgerichtete Aufgaben übernimmt. Über das Modul können bis zu 32 Profisafe Devices an das Netzwerk eingebunden werden. Das Engineering des AXC F XT SPLC 1000 ist vollständig in das Tool PLC next Engineer integriert, was die Programmierung der Anwendung vereinfacht. Reichen 32 Profisafe Devices nicht aus, greift der Nutzer zur nächstgrößeren linksanreihbaren Safety-Steuerung, dem AXC F XT SPLC 3000. An dieses Erweiterungsmodul lassen sich maximal 300 Profisafe Devices ankoppeln. Beide Sicherheitssteuerungen bieten einen Sicherheits-Integritäts-Level von 3 (SIL 3). Da das Extension-Modul AXC F XT SPLC 3000 ebenfalls PLC next Engineer verwendet, können erstmals sicherheitsrelevante C-Funktionen nachgeladen werden, sodass sich die Applikationsentwicklung beschleunigt.

Das Erweiterungsmodul AXC F XT ML 1000 ist für den Einsatz von künstlicher Intelligenz designt worden. Es beinhaltet eine Tensor Processing Unit (TPU), die als Hardware-Beschleuniger fungiert. Dies ist notwendig, weil Machine-Learning-Applikationen rechenintensiv sind und das auf der Steuerung befindliche Prozessorsystem komplett auslasten würden. Durch Nutzung des AXC F XT ML 1000 werden die das Machine Learning betreffenden Operationen über ein Highspeed-Interface ausgelagert und die Steuerung erhält nur die Ergebnisse, auf die sie angemessen reagieren kann. Schließlich übernimmt das Extension-Modul AXC F XT SSD die Funktion eines Massenspeichers. Seine Speichergröße kann während des Bestellvorgangs konfiguriert werden. Zur Anwendung kommt der AXC F XT SSD hauptsächlich in Datalogging-Applikationen.

Der Einsatzbereich der Extension-Module erweist sich als vielfältig. Liegt der Fokus der Anwendung auf der Konnektivität, erweist sich bei der Projektplanung eine kleinere Steuerung als gute Wahl. Laufende Anlagen lassen sich modernisieren, sodass sie dem aktuellen Stand der Technik entsprechen. In Kombination mit dem PLC next Controller AXC F 2152 wird das Modul AXC F XT ETH 1TX häufig zur Trennung von zwei Netzwerken innerhalb der Anlage verwendet, um den Security-Anforderungen gerecht zu werden. Das Safety-Erweiterungsmodul AXC F XT SPLC 1000 lässt sich beispielsweise zur Automation einer Roboterzelle nutzen, in die sicherheitsrelevante Lichtschranken, Sicherheitstüren und Notaus-Taster zu integrieren sind.

Als wesentlicher Bestandteile des Ecosystems PLC next Technology stellt das Linksanreihungssystem somit für nahezu jede Applikation die passende Lösung zur Verfügung. In puncto Offenheit und Flexibilität bleibt dabei kein Wunsch offen. In Summe zeigen sich die Erweiterungsmodule als innovative Lösung in schnelllebigen Zeiten.