Offene Schnittstellen und Kommunikationsstandards sind die Basis für die Vernetzung von Automation und IT

Die Steuerung als Kommunikationsdrehscheibe

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Mit Industrie 4.0 wird auch die Fähigkeit der CNC-Steuerung zur Vernetzung in künftigen Produktionsumgebungen zur Grundvoraussetzung. Bei seinen CNC-Systemen setzt Bosch Rexroth deshalb durchgängig auf offene Schnittstellen und die Nutzung von Kommunikationsstandards. Das ist die Basis, um Automation und IT-Technologien horizontal und vertikal zu vernetzen.

Auch bei Werkzeugmaschinen nimmt der Softwareanteil durch den Einsatz intelligenter Komponenten und mechatronischer Lösungen zu. Folglich gewinnt dort auch das Software-Engineering an Bedeutung. Eine entscheidende Rolle spielen offene und flexible CNC-Systeme und Engineeringtools, um den steigenden Aufwand für die Softwareprogrammierung durch effizientere Abläufe zu kompensieren.

Mit dem Ziel, die Wirtschaftlichkeit in der Produktion zu steigern, suchen Maschinenbetreiber zudem Möglichkeiten, wichtige Kennzahlen wie Zykluszeiten, Energieverbräuche und Maschinenstillstandzeiten effizient zu erfassen und auszuwerten. Ohne eine optimale Anbindung der Automatisierung an die Unternehmens-IT lässt sich dies jedoch kaum umsetzen. Denn auch die Vernetzung von Werkzeugmaschinen untereinander und mit einem übergeordneten Produktionsleit- und Datenverarbeitungssystem funktioniert nur auf Basis von offenen Schnittstellen. Sind bestehende Produktionssysteme einmal horizontal und vertikal vernetzt, können Unternehmen über den Ethernet-basierten Daten-Highway nicht nur sämtliche Fertigungsdaten dezentral auslesen und per Software wie einer Tabellenkalkulation auswerten. Vielmehr sind weitere Ziele realisierbar die mit Industrie 4.0 in Verbindung stehen, wie ein übergreifendes Condition Monitoring.
Durchgängiges Engineering für SPS- und Hochsprachenprogrammierung
Für die geforderte Vernetzung gilt es, die bislang getrennten Programmierwelten von IT und Automatisierung zusammenzubringen. So können beispielsweise auch aktuelle IT-Technologien mit der Maschinenautomatisierung zu innovativen Diagnose- und Bedienkonzepten verschmelzen. Über entsprechende Apps auf Smart Devices bekommen Maschinenbetreiber unter anderem Einblick in den Status von Produktionsaufträgen, rufen aktuelle Maschinenzustände ab oder passen Auftragsreihenfolge und Stückzahlen an.
Die Voraussetzung sind offene Schnittstellen im Software-Engineering. Das bedeutet, dass Software-Funktionen sowohl in den SPS-Sprachen der IEC 61131-3 als auch in Hochsprachen programmiert werden können. Diese schafft beispielsweise Bosch Rexroth mit Open Core Engineering, in dem das Unternehmen sein Engineering-Portfolio für seine Steuerungen gebündelt hat. Die darin eingebundenen Software-Tools, Funktionspakete und Multitechnologie-Lösungen machen das Engineering effizienter. Sämtliche Schritte von der Projektierung über die Programmierung, Parametrierung und die Inbetriebnahme bis zum Service sind abgedeckt.
Mit der skalierbaren Systemlösung Indramotion MTX steht für die Automatisierung hochproduktiver, spanender und umformender Werkzeugmaschinen eine leistungsfähige CNC mit Mehrkernprozessor für Multi-Technologie-Anwendungen zur Verfügung. Eine Steuerung allein kann bis zu 60 unabhängige Kanäle und 250 Achsen steuern – mit schnellsten SPS- und CNC-Zykluszeiten.
Standardprotokolle für den Datenaustausch
Für eine weitreichende Konnektivität, also der Fähigkeit zum systemübergreifenden Informationsaustausch, unterstützt Open Core Engineering das Ethernet-basierte Standardprotokoll OPC UA (Unified Architecture) für die Kommunikation von Maschine zu Maschine. Weil sich die Vision von Industrie 4.0 auf Produktionsebene nicht ohne Service Orientierte Architekturen (SOA) umsetzen lässt, hat das Unternehmen die Funktionen des in die Steuerungssysteme integrierten OPC UA-Servers im letzten Jahr noch einmal erheblich erweitert. So erhalten Anwender nun den Zugriff auf sämtliche Geräteinformationen und -funktionen über deren Abbildung im OPC UA-Adressraum. Das hat den Vorteil, dass sich serviceorientierte Lösungen und die automatisierte Datenaufbereitung für beispielsweise ein Energiemanagement oder ein übergreifendes Condition Monitoring viel einfacher implementieren lassen als bisher.
Generic Data Service: Werkzeugmaschinen im Blick
Das webgestützte Server-Softwarepaket Generic Data Server (GDS) vernetzt Produktionsmaschinen mit der IT-Welt über sichere Verbindungen und analysiert für den Anwender die Daten der Werkzeugmaschine. Ziel ist es, die Verfügbarkeit, Produktivität und Energieeffizienz von Fertigungslinien zu steigern. Dazu erfasst und überwacht GDS mit Hilfe von offenen Kommunikationsschnittstellen wie OPC UA oder Sercos alle relevanten Steuerungs-, Antriebs- und Sensordaten und speichert sie auf cloud-basierten Servern. Über vordefinierte Methoden für die Datenanalyse gewährleistet GDS für die angeschlossenen Maschinen ein aussagekräftiges Remote Condition Monitoring und erhöht so deren Verfügbarkeit.
In das Remote Process Monitoring des GDS sind Analysetools zur Optimierung von Taktzeiten und Energieverbrauch integriert. Diese zeigen Relationen zwischen den Programmdaten sowie den Signalen der SPS und den intelligenten Antrieben auf. Das schafft für Maschinenbetreiber die Basis, um Prozesszeiten und -kosten zu verbessern, die Prozessqualität dokumentiert sicherzustellen und die Energieeffizienz zu steigern.
Alle Fehlermeldungen werden im Remote Longterm Diagnosis Logbook des GDS gespeichert. Damit ist es möglich, Ausfallursachen und -raten über den gesamten Lebenszyklus der Werkzeugmaschine nachzuverfolgen. So lassen sich Fehlerursachen systematisch identifizieren.
Universeller Dolmetscher zur Kommunikation zwischen CNC und Webtechnologien
Neben OPC UA sind Webtechnologien ein weiterer wichtiger Baustein für die standardisierte Informationsbereitstellung in der Industrie 4.0. Der von Bosch Rexroth neu entwickelte Webserver versetzt Endkunden und Maschinenbauer in die Lage, performante Web-Anwendungen, die browserbasiert auf beliebigen Plattformen wie PCs, Tablets oder Smartphones laufen, ohne zusätzliche Softwarekomponenten mit seinen Steuerungen und Antrieben zu verbinden. Der Webserver übersetzt webbasierte Kommunikationsprotokolle in die Sprachen der Maschinen und umgekehrt. Auf diese Weise gelingt es unter anderem, von Smart Devices bekannte Technologien wie Web Socket, Java Virtual Machine sowie den neuen Standard HTML5 auf die Motion Logic-Systeme von Rexroth zu übertragen. Als weiterer Vorteil lässt sich die effiziente Hochsprachenprogrammierung direkt auf der Steuerung nutzen.
CNC-Systeme von Rexroth öffnen verschiedene, auf offenen Standards basierende Kommunikationswege als Basis für eine effiziente Vernetzung auf Maschinenebene sowie mit IT-Technologien. Das schafft die Voraussetzung für die Realisierung einer intelligenten Fabrik, in der Maschinen und IT-Systeme homogen und standardisiert Informationen auf unterschiedlichsten Ebenen austauschen.
Bosch Rexroth AG www.boschrexroth.com

Der Autor
Hansjörg Sannwald ist Leiter Branchenmanagement Werkzeugmaschinen bei der Bosch Rexroth AG.
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