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Die Zukunft der Steuerungstechnik bei Mitsubishi Electric

Interview: Thomas Lantermann und Harald Voigt zu zukünftigen Steuerungsarchitekturen
„Die SPS ist tot – lang lebe die (speicherprogrammierbare) Steuerung“

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Anlässlich des Automatisierungstreffs in Böblingen stellte Mitsubishi Electric die Frage: Gibt es eine Zukunft für die SPS? Dahinter steht die Erkenntnis, dass einzelne Steuerungskomponenten für den Kunden an Bedeutung verlieren; dieser sucht vielmehr Lösungen, mit denen er flexibel auf sich ändernde Randbedingungen eingehen kann. Die elektro Automation fragte Thomas Lantermann, Senior Business Development Manager bei der Mitsubishi Electric Europe B.V. in Ratingen und seinen Kollegen Harald Voigt, Senior Product Manager PLC/HMI/Software, was das konkret für die Anwender bedeutet.

Das Interview führte Michael Corban, Chefredakteur elektro Automation

elektro Automation: Herr Lantermann, Herr Voigt: Gibt es eine Zukunft für die SPS?
Lantermann: Nein – jedenfalls nicht so, wie sie heute existiert; so wird sie nicht überleben können. Denn die Anwender im Maschinen- und Anlagenbau wollen die sich konkret stellenden Steuerungsaufgaben möglichst einfach lösen, ohne sich dabei stets überlegen zu müssen, ob dafür eine SPS, ein intelligenter Sensor, ein Motion Controller oder eine Roboter-Steuerung am besten geeignet ist. Sie suchen vielmehr eine flexible, schnell zu bedienende Lösung, mit der sie Software-gestützt parametrieren und programmieren können, und in der Aufgaben nach freier Kapazität verteilt werden. Nur auf diese Weise ist es möglich, auf die sich schnell ändernden Anforderungen des Marktes zu reagieren – neue Produktionsbedingungen, Anlagen oder Verpackungseinheiten müssen sich schnell berücksichtigen lassen, um die ganze Automatisierungsaufgabe intelligent zu lösen. Die Stichworte liefert hier die IEC 61499, die eine offene Architektur mit Funktionsbausteinen für industrielle Leitsysteme sowie Richtlinien für verteilte Intelligenz in Steuerungssystemen beschreibt.
elektro Automation: Das heißt die SPS verliert ihre heute oft dominierende Stellung in der Steuerungsarchitektur, bleibt aber als Komponente mit ihren besonderen Eigenschaften etwa hinsichtlich der Echtzeitfähigkeit erhalten?
Lantermann: So ist es, die SPS wird natürlich niemals sterben, weil sie einfach ein sicheres Betriebssystem und die direkte Verknüpfung von Ein- und Ausgangsebenen bietet. Allerdings würde ich nicht mehr von SPS sprechen, sondern allgemein von Steuerung – denn die muss ja flexibler werden, auch wenn es sich im Prinzip immer noch um eine speicherprogrammierbare Steuerung handeln wird: Also ein Rechner plus Speicher mit verschiedenen Ein- und Ausgabemöglichkeiten. Sinngemäß gilt das ja bereits heute für alle Komponenten, unabhängig davon, ob sie als Motion Controller, Umrichter, CNC-System oder klassische SPS eingesetzt werden. Der Unterschied in der Zukunft ist der, dass die Geräte so flexibel sein werden, dass sich mit ihnen diese verschiedenen Anwendungen steuern lassen. Man könnte auch sagen: Die SPS ist tot – lang lebe die Steuerung, die speicherprogrammierbare Steuerung. Parallel dazu wird es übrigens auch die Windows-basierten Systeme geben, die sich durch hohe Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit auszeichnen – aber eben kein Echtzeitbetriebssystem bieten.
Voigt: Ein Ausblick auf kommende Steuerungskomponenten liefert beispielsweise unser ‚C Controller‘ – eine offene Plattform, die von der Parametrierung bis hin zur Integration von Kommunikationsstandards die unterschiedlichsten Lösungen unterstützt. Der C Controller sieht genauso aus wie eine SPS oder andere Controller, bietet aber ein frei programmierbares Betriebssystem, so dass er sich etwa als Motion Controller oder SPS nutzen lässt – oder eben als Kombination von beidem. Gleichzeitig sorgt der C Controller als Teil unseres e-F@ctory-Konzepts für mehr Transparenz auf allen Unternehmensebenen und bietet als Modul der ‚Melsec iQ Platform‘ eine Direktverbindung zwischen Produktions- und MES-Ebene.
elektro Automation: Bevor wir auf das Thema Kommunikation noch näher eingehen eine Nachfrage: Steuerungsaufgaben werden also künftig nach Kapazität vergeben?
Lantermann: Ja, die IEC 61499 bietet hier die Antwort auf viele Fragen rund um die Steuerungsauslegung. Denn in der Praxis finden wir doch immer häufiger etwa intelligente Sensoren und Aktoren. Ist hier noch Rechenkapazität frei, stellt sich natürlich die Frage, ob man diese nicht nutzen kann – anstelle teuren SPS-Speicher dazuzukaufen. Oder als ein weiteres Beispiel: Wenn der Umrichter, der direkt am Antrieb sitzt, noch ein paar Ein- und Ausgänge frei hat, kann ich doch im Zweifel auf ein zusätzliches Busmodul verzichten: Dann soll der Umrichter diese Aufgabe bitte mit übernehmen. Die Systeme werden in der Summe intelligenter – und damit sollten wir ihr Potenzial auch effizienter nutzen.
Voigt: Wenn man sich die Bandbreite möglicher Controller anschaut – von intelligenten Sensoren über Bediengeräte mit Monitoring-Funktionen hin zu in die Antriebe integrierten SPSen –, dann erkennt man bereits jetzt, dass sich die Intelligenz immer mehr verteilt. Auch wir selbst bieten ja beispielsweise Frequenzumrichter mit integrierter Steuerung – zukünftig werden hier immer mehr Funktionen hinzukommen. In diesem Sinne werden dezentrale Systeme Fuß fassen und herkömmliche Steuerungsarchitekturen verdrängen.
elektro Automation: Lässt sich denn angesichts der doch eher zahlreichen Feldbus- und auch Industrial-Ethernet-Systeme die Kommunikation zwischen all diesen Komponenten sicherstellen?
Lantermann: Durchsetzen wird sich sicherlich ein Ethernet-basierendes System, so dass man dann wirklich – unabhängig davon, wo das Steuerungsprogramm hinterlegt ist – einfach nur noch den Kommunikationspfad mit angeben muss und die Anlage funktioniert. Um all die verschiedenen Komponenten mit Intelligenz zu verbinden, ist ein einheitlich durchgängiges Netzwerk Voraussetzung; Einzellösungen, etwa für das Thema Motion Control, sollte es dann nicht mehr geben. Entscheidend ist vielmehr, dass beispielsweise bei den schnellen Bewegungen einer Verpackungsmaschine eine Ressource zur Verfügung steht, die das steuern kann. Vorauszusetzen ist zudem generell die Verwendung offener Standards, offener Schnittstellen. Da allerdings bislang keine einheitliche Lösung in Sicht ist, unterstützen wir neben den japanischen natürlich auch alle europäischen und amerikanischen Standards. Und mit CC-Link IE setzt Mitsubishi Electric schon länger auf ein Ethernet-basierendes System mit einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit.
elektro Automation: Wie erleichtern Sie denn die Parametrierung und Programmierung all der verschiedenen Controller?
Voigt: Dafür bieten wir als Automatisierungsplattform unsere Melsec iQ Platform an mit ihrem grafischen Konfigurator, über den der Anwender die Steuerungssysteme sehr einfach konfigurieren kann – per Drag & Drop. Der Vorteil: Alle Prozessoren lassen sich darüber miteinander verbinden und ein einziger PC genügt, um die gesamte Maschine zu parametrieren. Auf diese Weise lassen sich die verschiedensten Komponenten wie Umrichter, Roboter, HMI, SPS oder Motion Controller programmieren. Habe ich hier beispielsweise einer SPS Variablen zugewiesen, stehen die auch anderen Systemen direkt zur Verfügung – etwa im Bedienterminal oder Motion Controller. Die Schnittstellen, etwa die IP-Adresse für den Zugriff auf die SPS, muss man auf diese Weise nur einmal eingeben; anschließend kann auch eine SCADA-Lösung sehr einfach darauf zugreifen. Ein Export über Excel oder gar das Abtippen von Namenslisten sind nicht mehr zeitgemäß.
elektro Automation: Gilt das denn auch für die Einbindung von Steuerungen anderer Hersteller?
Lantermann: Idealerweise werden natürlich Komponenten von Mitsubishi Electric eingesetzt – allerdings wissen wir, dass es auch Wettbewerber gibt. Und weil wir hier die Wünsche unserer Kunden erfüllen wollen, setzen wir eben konsequent auf offene Schnittstellen, um etwa Parameter auch mit Steuerungskomponenten von Third-Party-Anbietern auszutauschen. Denn die Vielzahl der unterschiedlichen Netzwerke und insbesondere der nicht genormten Schnittstellen erfordert immer einen Mehraufwand bei der Implementierung. Interessanterweise werden dabei auch aus Kundensicht gute Ansätze wie etwa AutomationML viel zu wenig nachgefragt – und setzen sich deshalb bislang nicht durch. Bei unseren Komponenten bieten wir aber die Möglichkeit, Daten gezielt freizugeben.
„In der Zukunft werden die Geräte so flexibel sein, dass sie verschiedene Aufgaben – sei es als Motion Controller, Umrichter, CNC-System oder klassische SPS – übernehmen können.“
elektro Automation: Nehmen wir an, ein Maschinenbauer arbeitet mit einem modular aufgebauten Produktprogramm. Während sich die mechanische Kopplung noch leicht umsetzen lässt, hakt es an der steuerungstechnischen Einbindung – insbesondere beim Wechsel einzelner Module…
Lantermann: …und genau dieses modulare Hardware-Konzept unterstützen wir optimal. All unsere Programmiertools nutzen offene Schnittstellen, um eben vom Entwurf der Maschine bis hin zu ihrem Einsatz eine durchgängige Lösung bieten zu können. Zudem binden wir Partnerunternehmen ein, beispielsweise bezüglich der Versionskontrolle – was wiederum durch die Verwendung offener Schnittstellen erleichtert wird. Das geht so weit, dass wir zum Beispiel für bestimmte Module dann automatisch das entsprechende Steuerungs-Programm generieren, kompilieren und bis in die Steuerung übertragen können! Gerade diese Art der automatischen Programm- beziehungsweise Lösungsgenerierung wird für uns immer wichtiger – hier investieren wir sehr stark, um intelligente Lösungen für unsere Kunden zu finden. Und um es noch einmal klar zu betonen: Offene Standards sind die Voraussetzung, um flexible Lösungen zu schaffen. Das gilt etwa für die Unterstützung der Weihenstephan-Protokolle genauso wie für die Anbindung im E-CAD/CAE-Bereich als auch den Einsatz offener Betriebssysteme. Codesys beispielsweise läuft auch direkt auf unserem C Controller. Damit unterstützen wir zudem sehr tief den Gedanken der Industrie 4.0.
elektro Automation: Welche Bedeutung hat denn das Thema Industrie 4.0 für Mitsubishi Electric?
Voigt: Derzeit ist das ein Schlagwort – aber genauso wie andere Unternehmen arbeiten wir natürlich schon länger daran, den Gedanken der besseren Einbindbarkeit in den Gesamtproduktionsprozess umzusetzen, bis hin zum Enterprise Resource Planning. Über den C Controller lässt sich beispielsweise sehr einfach eine Anbindung an die ERP-Lösung realisieren – ohne dass dazu umfangreiches Know-how bezüglich des verwendeten ERP-Systems erforderlich ist. Im Prinzip geht es wieder darum, dass der Kunde seine Anlage flexibel und einfach an die sich ändernden Gegebenheiten anpassen will – und genau das wollen auch wir erreichen. Denken Sie beispielsweise an das Thema der vorausschauenden Wartung: Nur durch die Analyse aller Informationen, auch der aus den Steuerungen – die ich so einfach und flexibel wie möglich auslesen können muss –, kann ich Stillstände planen und gleichzeitig nach alternativen Produktionskapazitäten suchen, nicht nur im Unternehmen, sondern letztlich weltweit.
elektro Automation: Können Sie uns abschließend noch erläutern, wie Sie aus Sicht des Steuerungsherstellers die digitale Durchgängigkeit vom Entwurf bis zur betriebsbereiten Maschine in den Griff bekommen können?
Lantermann: Wir werden uns auch in Zukunft auf unsere Kernkompetenzen konzentrieren – also die Entwicklung und den Bau von Steuerungstechnik. Um zu einem durchgängigen Lösungsansatz zu kommen, setzen wir auf die Zusammenarbeit mit Partnern und wie erwähnt offene Schnittstellen. Denn Ziel muss sein, diese Durchgängigkeit so einfach wie möglich zu gestalten. Nur so können wir Maschinen virtuell in Betrieb nehmen und sicherstellen, dass die mechanische sowie elektronische Entwicklung parallel stattfinden – der Anwender also schneller und vor allem fehlerfrei eine Maschine auf den Markt bringen kann. Das geht nur mit effizienten Software-Tools.
elektro Automation: Können Sie ein bereits realisiertes Beispiel nennen?
Voigt: Bezüglich der Anlagensimulation arbeiten wir beispielsweise mit Emulate3D und Visual Components zusammen. Hier lassen sich nach Übernahme der kompletten CAD-Daten Roboter platzieren und simulieren. Der Anwender kann so prüfen, ob etwa ein Scara- oder Knickarmroboter die gestellte Aufgabe schneller lösen kann. Automatisch wird dann das Roboterprogramm erzeugt und in die Steuerung gespielt. Umgekehrt lassen sich die Steuerungsprogramme direkt mit der Simulation verbinden und damit testen. Das geht so weit, dass man sich in der Anlage bewegen kann und auch Menschmodelle verwendet werden können. Steuerungsseitig bieten solche Szenarien auch die Möglichkeit, die Mitarbeiter zu schulen und etwa Bottle-Neck-Analysen durchzuführen, um die Anlagenauslegung zu optimieren.
elektro Automation: Herr Lantermann, Herr Voigt, vielen Dank für das Gespräch.

PRAXIS PLUS
In das e-F@ctory-Konzept von Mitsubishi Electric sind dessen Erfahrungen als weltweit agierendes Unternehmen eingeflossen. Ziel ist es, die Fertigung zu optimieren – hinsichtlich reduzierter Gesamtkosten, maximierter Produktivität und nahtloser Integration. Insbesondere geht es dabei um die Herausforderung, auch bei der Leistungssteigerung von bestehenden Produktionsanlagen sowie deren vielfältigen Steuerungssystemen und veralteter Systemarchitektur die Bereitstellung von Produktionsdaten für MES- und ERP-Systeme zu verbessern. Mitsubishi Electric ist Gründer und führendes Mitglied der e-F@ctory Alliance, online ist sie mit einer virtuellen Messe vertreten:

INFO-TIPP
Basierend auf der IEC 61131 befasst sich die IEC 61499 insbesondere mit ‚Verteilten Steuerungen‘. Damit werden die Grundlagen für den Aufbau einer dezentralen Steuerungsarchitektur anstelle der sonst üblichen Systeme mit wenigen großen Steuerungen gelegt. Die IEC 61499 ist in diesem Sinne eine objektorientierte Weiterentwicklung der IEC 61131 und ersetzt insbesondere das zyklische durch ein ereignisorientiertes Ausführungsmodell. Entscheidend ist dabei die freie Verteilung der Intelligenz auf die vernetzte Hardware.
http://iec61499.de
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