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Round-Table-Gespräch zu 25 Jahren SPS IPC Drives - wirautomatisierer

Neben datenbasierten Modellen bleibt das physikalische Verständnis elementar
Round-Table-Gespräch zu 25 Jahren SPS IPC Drives

Die SPS IPC Drives feiert 2014 ihren 25. Geburtstag. Grund genug für die elektro AUTOMATION, im Round-Table-Gespräch mit Vertretern von Ausstellerbeirat, Kongresskomitee, Mesago Messe Frankfurt, VDMA und ZVEI nach einem kurzen Rückblick über die Entwicklungen der kommenden 25 Jahre in der Automatisierung zu sprechen. Naturgemäß taucht dabei das Thema Industrie 4.0 auf, aber ebenso interessant ist die Frage, wie sich junge Leute für die Automatisierung gewinnen lassen und wie sie am besten ausgebildet werden.

Das Round-Table- Gespräch moderierte Michael Corban, Chefredakteur, elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Herr Thoma, zunächst herzlichen Glückwunsch an die Mesago Messe Frankfurt zum 25. Geburtstag der SPS IPC Drives. 1990 startete die Messe in Sindelfingen mit 63 Ausstellern, 2014 werden es in Nürnberg über 1600 sein. Das spricht für die Bedeutung der Automatisierung!

Thoma (Mesago Messe Frankfurt): Wir starteten ja zunächst als Kongress mit begleitender Ausstellung, heute ist es umgekehrt. In der Tat spiegelt der Erfolg der Messe mit stetig steigenden Zahlen wider, wie sich die Automatisierungsindustrie entwickelt hat. Angesichts der rund 1650 Aussteller und 60.000 Besucher, die wir im November in Nürnberg erwarten, zeigt das sehr deutlich, wie wichtig und mit wie viel Potenzial versehen diese Branche Automatisierung heute ist.

elektro AUTOMATION: Prof. Frey, wie erläutern Sie Ihren Studenten, was sich in den letzten 25 Jahren in dieser Branche getan hat?

Frey (Kongresskomitee): Mit Blick auf die Steuerungstechnik gehen wir zunächst noch weiter zurück bis ins Jahr 1969, dem Geburtsjahr der SPS, und betrachten dann deren Entwicklungsschritte. Auf diese Weise landen wir dann beim Thema Software, das heute eine wesentliche Rolle in der Automatisierung spielt.

elektro AUTOMATION: Welche technischen Meilensteine haben uns denn die vergangenen 25 Jahre gebracht?

Adolphs (Ausstellerbeirat): Eine ganze Menge – besonders herauszuheben ist aber sicherlich das Thema Feldbusse, das uns ja im Rahmen der SPS IPC Drives in den 90er und frühen 2000er Jahren sowohl auf dem Kongress als auch der Messe immer wieder beschäftigt hat. Bei genauer Betrachtung stellt man zudem fest, dass dies auch der Einstieg in die Vernetzung über Ethernet war – also das, was wir heute unter dem Stichwort ‚Industrie 4.0‘ diskutieren.

Bürger (VDMA): Gerade das Thema der Ethernet-basierenden Bussysteme ist wie zuvor die Feldbusthematik insbesondere auch für den Maschinen- und Anlagenbau sehr wichtig. Für die nahezu 60 Prozent der Besucher, die aus dieser Branche kommen, bietet die Messe deswegen eine gute Gelegenheit zu erkennen, welche Technologien sich entwickeln und dann auch behaupten.

Huber (ZVEI): Ergänzend sei zudem die Entwicklung mit Blick auf die Programmierung der SPSen genannt; mit der IEC 61131 haben wir hier sicherlich einen großen Schritt in Richtung Standardisierung gemacht. Das wird uns nicht zuletzt auch bei der Diskussion um Industrie 4.0 helfen – denn auch hier müssen wir nun den nächsten Schritt machen und zu einheitlichen Standards kommen.

elektro AUTOMATION: Was muss denn passieren, damit sich Industrie 4.0 sinnvoll einsetzen und nutzen lässt?

Frey (Kongresskomitee): Industrie 4.0 ist ein relativ breites Feld; technologisch sehe ich eigentlich weniger Probleme – es geht um viele Technologien, die bereits erdacht und entwickelt wurden, gelegentlich fehlt noch die Marktreife. Wichtig aber ist die Frage: Was macht man damit? Es fehlt gewissermaßen die ‚Killer-App‘, die zeigt, warum sich eine Investition in die dahinterstehenden Technologien lohnt.

elektro AUTOMATION: Technologisch wird sicherlich mit Blick auf die kommenden 25 Jahre wiederum die Ethernet-basierende Kommunikation eine wichtige Rolle spielen?

Adolphs (Ausstellerbeirat): So ist es, weil die Entwicklung im Rahmen von Industrie 4.0 ja letztlich dazu führt, dass jeder Teilnehmer eines Automatisierungssystems mit jedem anderen kommunizieren kann – und zwar auch auf unterschiedlichen Ebenen der ‚ehemaligen‘ Automatisierungspyramide. Und da ist sicher eine Ethernet-Kommunikation sehr viel besser geeignet als Feldbus-basierende Systeme. Allerdings führt dies auch zu zusätzlichen Problemen, etwa rund um das Thema Security. Bei einer hartverdrahteten AS-i-Lösung – bei der ich letztlich durch die mechanische Vorgabe sage, wer mit wem sprechen kann – ist Sicherheit wesentlich einfacher zu erreichen. Ich denke, dass insbesondere dieser Widerstreit – erhöhte Kommunikationsmöglichkeiten versus Investitionen in Security – eine sehr wichtige Rolle spielen wird.

elektro AUTOMATION: Sie sprachen soeben von der ‚ehemaligen‘ Automatisierungspyramide – welche Rolle wird diese künftig spielen, wie verändern sich die Strukturen in der Steuerungstechnik?

Adolphs (Ausstellerbeirat): Ich habe den Begriff bewusst ein bisschen konfrontativ gewählt – natürlich wird uns die Automatisierungspyramide noch lange Zeit begleiten, denn sie hat ja immer noch ihre Berechtigung. Überall dort, wo allerdings im Rahmen von Industrie-4.0-Konzepten die direkte Kommunikation eines Teilnehmers mit einer Komponente zwei oder drei Ebenen höher Sinn macht, wird sie sich auflösen. Und genau an dieser Stelle kommen dann auch die Vorteile der Ethernet-Kommunikation zum Tragen.

Huber (ZVEI): Im Rahmen der Diskussion um Industrie 4.0 unterscheiden wir ja zudem zwischen Office- und Shop-Floor – und im Shop-Floor werden wir die Automatisierungspyramide durchaus weiter sehen. Schnelle Regelungen bedürfen auch in Zukunft eines Controllers oder einer SPS! Dass ein Software-System per Ethernet ein Ventil ansteuert, ist unwahrscheinlich. In anderen Bereichen, insbesondere denen, die weniger Geschwindigkeit benötigen, werden wir dagegen durchaus andere Kommunikationswege nutzen. Ich denke, wir werden künftig Kombinationen sehen.

elektro AUTOMATION: Das könnte insbesondere dann der Fall sein, wenn Sensoren als ‚Augen und Ohren‘ noch deutlich mehr Informationen liefern – Stichwort Big Data. An welcher Stelle steht die Sensorik hier heute und was muss folgen?

Adolphs (Ausstellerbeirat): In den letzten 25 Jahren hat die Sensorik sich bereits extrem weiterentwickelt; insbesondere dadurch, dass leistungsfähigere Controller-Bausteine ‚bezahlbar‘ wurden. Ganz entscheidend wird nun sein, dass die Sensoren dann auch hochwertige Informationen in ein System einspeisen! Betrachtet man traditionelle Anlagen, werden häufig nur Schaltsignale abgefragt – die in einem Messgerät vorliegenden, wirklich hochwertigen Informationen werden im Rahmen der Automatisierung oft gar nicht verwendet. Einer der Gründe dafür ist sicherlich, dass es teilweise sehr aufwändig ist, diese Information an die richtige Stelle zu transportieren – aus Sicht der Sensorhersteller setzen wir hier unsere Hoffnungen auf Industrie 4.0. Denn damit sollte es leichter möglich sein, hochwertige analoge und vielleicht auch mit mehr Parametern versehene Messwerte an die richtige Stelle zu liefern.

Huber (ZVEI): Die Sensorik wird sich in diesem Sinne auch klar in Richtung der Analytik entwickeln. Heute messen wir Umgebungsbedingungen wie etwa Temperatur oder Druck, weil wir die eigentliche Messgröße nicht erfassen können. Das wird uns aber mit Fortschritten in der Analysetechnik gelingen – was zu einer deutlich reduzierten, gleichzeitig aber hochwertigeren Instrumentierung führen wird.

elektro AUTOMATION: Dennoch wird die Menge der Daten zunehmen…

Bürger (VDMA): …weswegen das Schlüsselwort ‚Information‘ heißt! Wir müssen die Frage beantworten, wie sich aus der Menge an Daten für den Anwender nutzbare Informationen gewinnen lassen. Hier werden völlig neue, mathematische Methoden notwendig sein, um aus der Masse an Daten eben genau diese relevanten Informationen zu generieren.

Frey (Kongresskomitee): Um diese zu generieren, benötigt man zudem Know-how – es wird nicht genügen, rein auf datenbasierte Methoden zu setzen. Erst mit Wissen und entsprechenden Modellen lassen sich die vorliegenden Daten interpretieren – und speziell hier können wir noch sehr viel besser werden. Ein kritischer Punkt ergibt sich übrigens mit Blick auf das Thema Security: Was ist etwa mit Daten, die man zur Laufzeit von Produkten erhebt? Dürfen wir diese beziehungsweise sollten wir sie überhaupt nutzen?

Huber (ZVEI): Die Frage, wie sich aus Daten Informationen gewinnen lassen, beeinflusst zudem stark das Ingenieurwesen. Während man in der Automatisierungstechnik noch klassisch nach V-Modell entwickelt, arbeiten die Software-Spezialisten bereits mit der Agilen Software-Entwicklung. Geht es nun um Themen wie Big Data, ist aus meiner Sicht auch ein Wandel in der Lehre erforderlich – sowohl Ingenieure als auch Informatiker betreffend. Nur so lassen sich zukünftig Aufgaben der Automatisierung lösen.

Frey (Kongresskomitee): Dazu eine Bemerkung: Natürlich sollte ein Automatisierungstechniker, der klassischerweise ein Ingenieur ist – entweder des Maschinenbaus oder der Elektrotechnik – heute verstärkt über Informatikkenntnisse verfügen; es gibt bereits Studiengänge, die aus der Informatik heraus diesen Bereich bedienen. Nach wie vor sollte ein solcher Ingenieur aber immer noch physikalische Kenntnisse besitzen, um die zu behandelnden Prozesse zu verstehen – hier landet man wieder beim Thema Modelle. Ansonsten besteht eine gewisse Gefahr darin, dass man aufgrund der großen und einfachen Verfügbarkeit von Daten auf rein datenbasierte Modelle setzt, rein statistische Modelle – ohne das tiefere Prozessverständnis zu besitzen. Möglicherweise bin ich da etwas altmodisch, aber dies halte ich für den falschen Weg. Ein Ingenieur, der eine Anlage plant und betreibt, sollte die darin ablaufenden Prozesse verstehen und nicht rein auf Basis von Black-box-Datenmodellen arbeiten.

elektro AUTOMATION: Das fordert dann auch eine disziplinübergreifende Zusammenarbeit – wie etwa die von Spezialisten der IT und Automatisierung. Müssen wir hier weitere Anstrengungen unternehmen?

Huber (ZVEI): Ich denke, dass dies vor allem ein Zeitproblem ist. Heute sind Automatisierung und IT noch unterschiedliche Disziplinen, die müssen erst zusammenkommen – das haben wir bei der Industrie-4.0-Spezifikation gelernt. Das wird noch ein paar Jahre dauern. Sicher ist aber, dass wir uns gegenseitig verstehen müssen.

Bürger (VDMA): Der Maschinenbau kommt ja auch zunehmend mit IT-Themen in Berührung. Genannt wurden bereits agile Entwicklungsmethoden, Security oder Big Data. Aktuell wird die Verbindung unter dem Dach der Unternehmen geschlossen, die Produkte entwickeln. Ich bin aber sehr zuversichtlich, dass in der Lehre nach und nach ein Umdenken erfolgen wird und auch die Ausbildung in diese Richtung gehen wird. Seitens des VDMA gibt es zudem Bestrebungen, verschiedene Fachverbände zusammenzubringen. Aktuell identifiziert beispielsweise der Fachverband Elektrische Automation zusammen mit den Kollegen aus dem Fachverband Software Themen, um die Zusammenarbeit in Arbeitskreisen zu fördern. Beispiele sind wiederum Themen wie Security oder auch App-Anwendungen für die Maschinenbedienung.

Adolphs (Ausstellerbeirat): Wenn man heute in Entwicklungsabteilungen blickt, arbeiten dort Physiker, Ingenieure und Informatiker gemeinsam an Projekten. Dass natürlich der ‚Wortschatz‘ dieser drei Gruppen nach wie vor nicht ganz deckungsgleich ist, liegt in der Natur der Sache – das macht es aber auch spannend und interessant. Ich denke, wir lernen gerade, miteinander umzugehen – gewisse Eigenheiten werden die Disziplinen aber behalten. Der eine denkt mehr in Datenmodellen, der andere ist näher an der Physik – das zusammenzubringen, bringt den Mehrwert.

Frey (Kongresskomitee): Exakt, Ziel kann sicher nicht sein, jemanden auszubilden, der ‚alles‘ kann – das würde dann ein Generalist, der zwar alles aber nichts richtig kann. Ziel muss sein, dieses Verständnis, das im Moment doch eher erst in den Abteilungen der Unternehmen im Laufe des Projekts zustande kommt, schon während des Studiums zu lehren.

elektro AUTOMATION: An dieser Stelle kann ja auch eine Messe einiges bewirken. Welche Rolle kann hier die SPS IPC Drives künftig spielen?

Thoma (Mesago Messe Frankfurt): Die SPS IPC Drives konnte sicherlich schon in den zurückliegenden Jahren zur erfolgreichen Entwicklung der Automatisierung beitragen; hier trifft sich der Markt seit 25 Jahren und oft vibriert die Luft regelrecht. Unser Ziel und Anspruch ist es deshalb auch, Anbieter, Anwender, Wissenschaftler sowie Verbände wie VDMA und ZVEI zusammenzubringen – im Sinne eines Ideenfestivals. Dabei bleibt die Automatisierung immer ein Treiber technischer Weiterentwicklung; sie ist eine Enabler-, eine Schlüssel-Technologie für mehr Energieeffizienz, Qualität und Produktivität. Und ihre Einsatzgebiete sind unzählig, die fortschreitende Digitalisierung wird hier noch mehr Möglichkeiten eröffnen.

elektro AUTOMATION: Muss sich die Messe denn auch neuen Themen – etwa rund um Security – öffnen?

Thoma (Mesago Messe Frankfurt): Die SPS IPC Drives konzentriert sich natürlich auf die elektrische Automatisierung, das ist ihr Profil. Angesichts der vielen Facetten von Automatisierung, die wir hier bereits angesprochen haben, darf das aber kein starrer Rahmen sein; die Veranstaltung muss sich natürlich den Anforderungen anpassen. Beispiele der jüngeren Vergangenheit sind etwa das Zusammenwachsen von Prozess- und Fabrikautomatisierung, die Bildverarbeitung oder eben die IT und die Rolle innerhalb der Automatisierung. Solange das alles in einem Zusammenspiel gezeigt werden kann, ist es hilfreich für den Anwender und damit den Fachbesucher.

Huber (ZVEI): Messen unterliegen an dieser Stelle ja auch einem Wandel. Typischerweise liefert heute das Internet die klassischen Informationen rund um Produkte und Lösungen, nicht mehr eine Messe. Die Besucher einer Messe wollen heute Fragestellungen diskutieren, was für die Aussteller anspruchsvoller aber auch interessant ist. Messen entwickeln sich also weg von der Informationsbeschaffung hin zu einem Diskussionsforum, wo sich Aufgabenstellungen mit verschiedenen Herstellern diskutieren lassen.

elektro AUTOMATION: Kommen wir damit noch einmal zurück auf ein technologisches Thema – die SPS. Da wir viel über Industrie 4.0 gehört haben: Hat die zentrale SPS noch eine Zukunft oder sehen wir mehr und mehr verteilte Steuerungsarchitekturen?

Adolphs (Ausstellerbeirat): Das wird sehr stark davon abhängen, wie die Engineering-Systeme solche Ansätze unterstützen. Noch erfolgt letztlich das Engineering separat für jede einzelne Komponente – koordiniert über eine ‚Excel-Liste‘, um das mal etwas karikierend darzustellen. Der Anwender möchte nach wie vor die Gesamtsicht auf seine Automatisierungsanlage haben – Funktionen in dezentralen Controllern abzubilden, ist dann eine Unteraufgabe. Was sicherlich eine Frage sein wird ist: Reden wir dann noch von einer SPS oder sind das nicht alles PCs – aber das ist ja fast schon eine philosophische Frage, weil nur noch in den wenigsten SPSen auch solche enthalten sind, der IPC hat sich hier durchgesetzt.

Bürger (VDMA): Ich denke die Frage bezüglich der Funktion der SPS lässt sich einfach beantworten – die wird es auch in Zukunft so geben. Das Spektrum der Anwendungen wird dagegen zunehmend getrieben durch die Anwender und Maschinenbauer, die die Modularisierung vorantreiben und variable, rekonfigurierbare Maschinen anstreben. Hier sind dann auch andere Lösungen gefragt, die dezentral in Maschinenkomponenten und Modulen funktionieren, aber durchaus wiederum SPS-Funktionen beinhalten. Hier treffen wir dann wieder auf die bekannte philosophische Diskussion: zentral versus dezentral. Beides gab es schon lange vor Industrie 4.0 und die Antwort lautet einfach: Es wird weiter beides geben!

elektro AUTOMATION: Erforderlich ist also eine den Prozess steuernde zentrale Intelligenz, unter der sich autonome Teilprozesse gestalten lassen?

Frey (Kongresskomitee): Ich sehe das ähnlich, würde es aber anders ausdrücken: Für mich ist die SPS vor allem ein Denk- und ein Programmiermodell – und zwar ein sehr erfolgreiches; die IEC 61131 wurde bereits eingangs angesprochen. Es ist zwar nicht das allerinnovativste Programmiermodell, aber es bietet den einzig stabilen Standard, den wir haben. Die Dynamik des IT-Bereiches wäre an dieser Stelle viel zu hoch. Das für den zyklischen Betrieb deterministische Denk-, das Ausführungs- und Programmiermodell werden wir wahrscheinlich noch relativ lange haben.

elektro AUTOMATION: Wenn das Denkmodell der SPS nicht das ‚allerinnovativste‘ ist – welche besseren Ansätze könnte es geben?

Frey (Kongresskomitee): Hinter dem Modell stehen vor allem Echtzeitfähigkeit und Determinismus – was fehlt ist der verteilte Gedanke. Der findet sich in der Erweiterung der IEC 61499, die sich aber noch nicht so weit durchgesetzt hat – von der Idee her ist das 61131-Modell ein zentrales. Zwar lassen sich im Sinne einer hierarchischen Verteilung Unterfunktionalitäten in Feldgeräte verlagern und abbilden, aber kooperierende Einheiten lassen sich nur sehr schlecht abbilden, weil die Synchronisationsmechanismen vom Standard nicht vorgesehen sind. Das ist ein kleines ‚Manko‘.

Bürger (VDMA): Den Standard der IEC-61131-Programmierung zu haben, auch weltweit und über viele Jahre hinweg, ist sicherlich eine Stärke dieses Ansatzes. Wir sprachen allerdings zuvor auch von dem Zusammenbringen der unterschiedlichen Disziplinen: In der IT-Technik wird die IEC 61131 typischerweise nicht gelehrt, dort sind es eher die Hochsprachen – deswegen sehe ich auch die Chance, das zusammenzubringen. Lassen sich unter Sicherstellung des Determinismus Hochsprachen in das SPS-Denkmodell integrieren, können wir eine neue Generation von Anwendern an die SPS heranführen und Innovationsmöglichkeiten schaffen. Das reicht bis zu anderen Formen der Programmierung oder der Anbindung an Simulationstools.

Huber (ZVEI): Am Ende sehen wir deshalb wieder Kombinationen! Für den Regelkreis wird man weiterhin funktionale Sprache brauchen, weil sich damit der Regelkreis besser beschreiben lässt. Für andere Applikationen macht es aber Sinn, Hochsprachen zu verwenden – etwa mit Blick auf die Big-Data-Thematik.

elektro AUTOMATION: Das zeigt, wie wichtig es ist, das Engineering von Automatisierungslösungen im Blick zu behalten. An dieser Stelle Ihnen allen herzlichen Dank für die interessante Diskussion.


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