Offene Automatisierung für die Verpackungsindustrie

Die industrielle Verpackung von Konsumgütern ist eine komplexe Aufgabe. Viele unterschiedliche maschinelle Anwendungen, wie Förderbänder, Greifroboter, Pumpen und Abfüller, die alle von unzähligen einzelnen elektrischen Motoren angetrieben werden, müssen automatisiert und passgenau ineinandergreifen. Damit gestaltet sich die Orchestrierung einer wettbewerbsfähigen Produktionslinie als sehr zeit- und kostenintensiv. Schließlich gilt es, alle verbauten mechatronischen Komponenten, cyberphysischen Systeme oder Module inklusive ihrer jeweiligen PLC Systeme detailliert einzustellen und nach und nach in den Gesamtablauf zu integrieren. Gerade wenn dabei Steuerungen verschiedener Hersteller und/oder Generationen zum Einsatz kommen, ist das ein äußerst aufwändiges Unterfangen – das nicht nur viel Zeit und Geld kostet, sondern je nach Anwendungsfall auch hochgradig spezialisiertes Fachwissen erfordert.

Mittlerweile haben sich die Zeiten etwas gewandelt. Durchgängige IIoT-Vernetzung ist aus der Automatisierungsbranche nicht mehr wegzudenken und für eine neue Generation an Automatisierern greifen OT- und IT-Anwendungen mehr und mehr ineinander. Bei allem Nutzen und Mehrwert, den herkömmliche Automatisierungslogiken der Branche über viele Jahre gebracht haben – das Festhalten an proprietären Steuerungssystemen steht einer konsequenten Weiterentwicklung in Richtung IIoT und Industrie 4.0 heute im Wege. Viele Vorteile, die sich in Sachen Energieeffizienz, Engineering, Nachrüstung, Flexibilität und Sicherheit für die Automatisierung bieten würden, lassen sich ohne eine durchgängige, offene und ungehinderte Datenkommunikation schlichtweg nicht nutzen. Kein Wunder also, dass die Forderung nach hardwareunabhängiger und softwarebasierter Modellierung immer lauter wird. Bei Tech-Konzern Schneider Electric hat man die Zeichen dafür frühzeitig entsprechend gedeutet: „Wir fordern nicht nur neue Standards, sondern wir haben bereits gehandelt,“ betont Michael Gieselmann, Senior Product Manager Automation DACH bei Schneider Electric. „Mit dem EcoStruxure Automation Expert haben wir auf Basis von IEC 61499 ein wegweisendes Softwaretool entwickelt, das visionäre OEMs und Endkunden im CPG-Segment schon heute ganz konkret von den Vorteilen universeller Automatisierung profitieren lässt.“

Hardwareunabhängiges Engineering in einer Softwareumgebung

Modellieren nach IEC 61499 erfordert zunächst ein gewisses Umdenken in Sachen Automatisierung. Viele Arbeitsschritte, die herkömmlicherweise für das Engineering einer industriellen Verpackungsanwendung notwendig waren, entfallen für den Anwender. „So übernimmt unser EcoStruxure Automation Expert zum Beispiel eigenständig die bisher immer sehr aufwändige Konfiguration der Kommunikationsschnittstellen zwischen den einzelnen mechatronischen Komponenten“, erklärt Automatisierungsexperte Gieselmann. „Innerhalb der Software besteht für den Programmierer damit jederzeit Klarheit über die jeweiligen Abhängigkeiten der verschiedenen Module, sprich darüber, auf welche Art und Weise ein bestimmtes Bauteil mit einem anderen Bauteil verknüpft werden kann.“ Das Engineering lässt sich auf diese Weise natürlich erheblich beschleunigen und vereinfachen.

Insgesamt ist mit IEC 61499 also ein Perspektivenwechsel verbunden: Engineering und Orchestrieren automatisierter Anwendungen müssen nicht länger von den physischen Hardware-Gegebenheiten her gedacht und vorgenommen werden, sondern lassen sich rein softwareseitig realisieren – im Idealfall sogar noch bevor überhaupt ein einziges Stück Hardware bestellt wurde. Dazu sieht IEC 61499 eine ganze Palette an vorgefertigten Funktionsbausteinen vor (z.B. für eine Pumpenanwendung), die sich im EcoStruxure Automation Expert ganz einfach per sogenanntem „single line engineering“ rein grafisch miteinander verbinden lassen. Ein automatischer Plausibilitätscheck sowie elaborierte Simulationsmöglichkeiten geben dann in der virtuellen Softwareumgebung sofort darüber Aufschluss, ob und wenn ja, wie produktiv und effizient die real ausgelegte Anlage funktionieren würde. Die softwareseitig modellierten Programmstrukturen lassen sich gemäß IEC 61499 dann im Anschluss frei und herstellerunabhängig auf die jeweiligen realen Anwendungskomponenten verteilen – seien es nun Frequenzumrichter, speicherprogrammierbare Steuerungen, IPC’s, Windows/Linux-Rechner oder kleine Einplatinencomputer.

IT-Logiken für die Automatisierung

Nicht nur die rein PC-basierte Nutzung von Hardware ist ein Beispiel dafür, wie sich IT-Technologien für die Automatisierungsbranche lohnen können. Wie in der IT-Welt üblich, ermöglicht IEC 61499 auch für die Automatisierung von Maschinen ein grundlegend eventbasiertes Modell. „80 Prozent des üblichen Codes einer zyklischen SPS benötigt keine Echtzeit, sondern ist genau genommen eventbasiert. Mit EcoStruxure Automation Expert wollen wir diesen Code nicht mehr in ein zyklisches Korsett zwängen, sondern wirklich eventbasiert behandeln“, verspricht Herr Gieselmann. „Right Time statt Real Time ist hierfür der richtige Weg“. Das heißt: Programme werden dementsprechend nicht zyklisch abgearbeitet, sondern bestimmte Aufgaben laufen erst dann ab, wenn vorher festgelegte Maschinenzustände sie triggern. Dafür verfügen die Funktionsbausteine, neben den Datenschnittstellen, noch über zusätzliche Ein- und Ausgänge für Events.

Ein weiteres Beispiel dafür, wie die Automatisierungsbranche mit IEC 61499 von IT-Logiken profitieren kann, bildet das Plug-and-Play-Prinzip. In heterogenen Systemlandschaften kaum umsetzbar, gehört es bei offener Automatisierung zur Normalität. Da auch im Fall neuer oder ausgetauschter Hardware die Kommunikation mit den anderen Anlagenkomponenten sofort automatisch generiert wird und sich die softwareseitig modellierten Programmstrukturen natürlich auch auf das neue Bauteil frei aufspielen lassen, ist die Anlage selbst nach Umbauten und Erweiterungen praktisch unmittelbar wieder betriebsbereit. Die heute sehr zeitaufwändig programmierte Querkommunikation zwischen Steuerungen entfällt. Und noch ein Pluspunkt in Sachen Ersatzteilmanagement: Dank der Herstellerunabhängigkeit müssen weniger Komponenten in weniger Varianten vorrätig gehalten werden und der Aufwand für Bestellwesen und Logistik wie auch die Kapitalbindung durch Lagerbestände sind deutlich minimiert.

Neue Automatisierungswelten

„Offene Automatisierung nach IEC 61499 ist für uns eine wesentliche Grundvoraussetzung für die Industrie der Zukunft“, ist sich Michael Gieselmann sicher und verweist auf die Vorteile des neuen Standards: „Nur mit hardwareunabhängiger Modellierung ist es möglich, den nächsten Entwicklungsschritt in Richtung Industrie 4.0 zu gehen und von mehr Flexibilität, Energieeffizienz und Produktivität zu profitieren.“ Gleichzeitig ermöglicht die noch engere Überlagerung von IT und OT auch eine noch gezieltere Nutzung von intelligenten Softwarehelfern. Da in einer durchgängig vernetzten Anlage eine hohe Datentransparenz herrscht, können praktisch alle Aspekte des Betriebs in Echtzeit überwacht, analysiert und gegebenenfalls optimiert werden. Hoch spezialisierte Softwarelösungen, die passgenau auf die Anforderungen der Verpackungsindustrie zugeschnitten sind, können unter solchen Bedingungen ihr volles Potenzial entfalten. Somit optimiert offene Automatisierung also nicht nur das Engineering, sondern erhöht auch den Stellenwert von digitalen Serviceleistungen.

Über Schneider Electric

Wir von Schneider Electric möchten die optimale Nutzung von Energie und Ressourcen für alle ermöglichen und damit den Weg zu Fortschritt und Nachhaltigkeit ebnen. Wir nennen das Life Is On. Wir sind Ihr digitaler Partner für Nachhaltigkeit und Effizienz. Wir fördern die digitale Transformation durch die Integration weltweit führender Prozess- und Energietechnologien, durch die Vernetzung von Produkten mit der Cloud, durch Steuerungskomponenten sowie mit Software und Services über den gesamten Lebenszyklus hinweg. So ermöglichen wir ein integriertes Management für private Wohnhäuser, Gewerbegebäude, Rechenzentren, Infrastruktur und Industrien. Die tiefe Verankerung in den weltweiten lokalen Märkten macht uns zu einem nachhaltigen globalen Unternehmen. Wir setzen uns für offene Standards und für offene partnerschaftliche Eco-Systeme ein, die sich mit unserer richtungsweisenden Aufgabe und unseren Werten Inklusion und Empowerment identifizieren.  

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