Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) werden neben den klassischen Sprachen der IEC 61131–3 – also Funktionsplan (FUP), Kontaktplan (KOP), Ablaufsprache (AS) und Strukturierter Text (ST) – zukünftig vermehrt in Hochsprachen wie C++ und C# programmiert werden. Darüber hinaus kommt insbesondere für regelungstechnische Anwendungen die modellbasierte Programmierung zum Einsatz, beispielsweise Matlab Simulink. Die Automatisierer müssen allerdings nicht nur die für sie oftmals neuen Sprachen berücksichtigen, sondern aufgrund von Industrie 4.0 und des Internet of Things (IoT) zusätzliche Anforderungen im Bereich der Konnektivität umsetzen. Nicht zu vergessen, dass die Datensicherheit stetig an Bedeutung gewinnt. Um den sich verändernden Rahmenbedingungen gerecht zu werden, hat Phoenix Contact die Technologieplattform PLCnext Technology entwickelt, auf deren Basis eine neue Steuerungsgeneration entsteht. Als erstes Gerät wird die Axiocontrol-SPS AXC F 2152 auf der SPS IPC Drives 2017 in Nürnberg vorgestellt.
Ausführung von gemischtem Code in Echtzeit
Möchte der Programmierer den Steuerungscode weiterhin gemäß IEC 61131–3 schreiben, steht mit PC Worx Engineer eine neue Engineering-Umgebung zur Verfügung. Das Tool ermöglicht sowohl die komfortable Programmierung in den klassischen SPS-Sprachen als auch die Konfiguration der Steuerung und der angeschlossenen Feldbusse. Außerdem lässt sich eine Visualisierung erstellen, die auf der Steuerung abläuft und sich über einen Webbrowser auf dem jeweiligen Bedienterminal anzeigen lässt. Bei der Programmierung in Hochsprache (C++ oder C#) setzt das Unternehmen auf Werkzeuge, die sich bereits bei den Anwendern bewährt haben. Für diese Werkzeuge werden kostenlos erhältliche Plug-ins für Eclipse sowie Visual Studio angeboten. Der Hochsprachen-Programmierer kann also nach wie vor seine gewohnte Engineering-Umgebung nutzen. Der von ihm generierte Code wird entweder als Bibliothek in PC Worx Engineer eingebunden oder direkt aus den jeweiligen Werkzeugen an die Steuerung gesendet. Er setzt sich aus IEC-61131–3– sowie Hochsprachenprogrammen zusammen, die gleichberechtigt nebeneinander stehen. Die Programme werden durch PC Worx Engineer oder mittels simpler XML-Dateien instanziiert. Genauso einfach gestaltet sich die Erstellung von Tasks, denen dann die Programminstanzen zur Abarbeitung zugewiesen werden. Auf der Steuerung führt der Execution and Synchronisation Manager (ESM) den Code anschließend in Echtzeit aus. Die PLCnext Technology erlaubt sogar die Mischung von Programmen aus unterschiedlichen Domänen in einer Task.
Anbindung aller PLCnext-Steuerungen
an die Proficloud
Für den Datenaustausch zwischen den Programinstanzen ist der Global Data Space (GDS) verantwortlich. Die Kommunikation, die ebenfalls konfiguriert wird, erfolgt durch die Verwendung cleverer Puffermechanismen taktsynchron. Das bedeutet, dass ein Wert, der in einer hochprioren und schnellen Task berechnet und danach vom Code einer niederprioren und langsamen Task konsumiert wird, sich nicht innerhalb eines Zyklus der niederprioren Task ändert. So stellt die PLCnext Technology sicher, dass die Abfrage des Werts am Zyklusanfang dasselbe Ergebnis liefert wie am Zyklusende, selbst wenn die hochpriore Task zwischenzeitlich einen neuen Wert kalkuliert hat. Die PLCnext Technology umfasst ferner einen Datenlogger, mit dem sich Daten zyklisch aufzeichnen lassen. Die Speicherung geschieht entweder in festen Intervallen oder synchron zu den definierten SPS-Tasks. Die Werte werden auf der Steuerung respektive auf ihrer SD-Karte abgelegt und von dort beispielsweise zur Langzeitarchivierung an einen PC weitergeleitet. Alternativ ist die Aufzeichnung in einem Ringpuffer möglich, wobei die Speicherung über einen Trigger gestoppt werden kann, sodass sich der Verlauf der Daten vor und nach dem Trigger-Zeitpunkt auswerten lässt. Als weiterer Vorteil der Technologie erweist sich die in jede PLCnext-Steuerung integrierte Anbindung an die Proficloud. Die von Phoenix Contact entwickelte Cloud-Lösung unterstützt die Unternehmen beim digitalen Wandel. Als offene und skalierbare IoT-Plattform bietet die Proficloud neben der intelligenten Kommunikation und einer vernetzten Steuerungstechnik effektive Cloud-Dienste sowie eine umfassende Datenanalyse. Dabei ist stets für eine hohe Datensicherheit gesorgt. Damit erschließen sich dem Anwender alle Vorteile und Freiheitsgrade beim Übergang in das digitale Zeitalter.
Steuerungszugriff nur mit Authentifizierung
In den letzten Jahren sind nicht nur verschiedene IT-Komponenten, sondern auch industriespezifische Steuerungen von Hackern angegriffen worden. Daher haben die Blomberger bei der Entwicklung der PLCnext Technology besonderen Wert auf das Thema Security gelegt. Das bedeutet, dass niemand ohne eine entsprechende Authentifizierung auf die jeweilige Steuerung zugreifen kann. Bei der Inbetriebnahme eines noch nicht benutzten Geräts muss der Anwender zuerst über das Webinterface festlegen, welcher Benutzer die Steuerung mit welchen Rechten bedienen darf. Dazu meldet er sich mit dem auf der SPS aufgedruckten einzigartigen Passwort an und definiert dann die User nach dem RBAC-Verfahren (Role Based Access Control). In größeren Anlagen, in denen mehrere Steuerungen verbaut sind oder unterschiedliche Nutzer mit einer Steuerung arbeiten, erweist sich die Rechtevergabe über die einzelnen Webinterfaces sehr zeitaufwendig oder sogar unmöglich. In diesem Fall greift der Netzwerkadministrator auf das LDAP-Protokoll (Lightweight Directory Access Protocol) zurück, sodass die verteilten Steuerungen ihre Anmeldeinformationen von einem zentralen Server über ein ebenfalls sicheres Netzwerkprotokoll erhalten. Die gesamte Zugriffssicherheit basiert auf dem integrierten TPM (Trusted Platform Module), einem in die Steuerung eingefügten Chip, der das Gerät um grundlegende Sicherheitsfunktionen erweitert. Dieser „Tresor“ wird während der Fertigung der SPS mit einem eindeutigen Zertifikat versehen. So ist sichergestellt, dass sich lediglich von Phoenix Contact signierte Firmware-Komponenten wie auch der Bootloader starten lassen. Der Mechanismus schließt eine Manipulation durch Dritte aus, da diese die veränderten Softwareteile nicht passend signieren können, weshalb diese Teile nicht anlaufen.
Hinzuladen weiterer Programme und Bausteine zum Betriebssystem
Die PLCnext Technology verwendet das in der Embedded-Welt verbreitete Betriebssystem Linux, das durch das bewährte Realtime-Patch der OSADL-Genossenschaft (Open Source Automation Development Lab) echtzeitfähig wird. Aus diesem Grund kann Linux Steuerungsaufgaben zuverlässig übernehmen. Durch die stetig wachsenden Linux-Community werden entdeckte Sicherheitslücken zeitnah behoben, noch bevor sie Hacker für potenzielle Angriffe nutzen können. Daher stellt der Hersteller zukünftig ebenfalls kurz nach dem Bekanntwerden derartiger Bedrohungen Patches zur Verfügung. Durch Paketverwaltungs-Tools bietet Linux zudem die Möglichkeit, bei Bedarf zum Betriebssystem weitere interessante und hilfreiche Programme hinzuzuladen. Darüber hinaus können selbst erstellte Softwareteile und Bibliotheken anderen Nutzern über die Proficloud zugänglich gemacht werden. Auf diesem Weg wird Phoenix Contact auch seine bewährten Funktionsbaustein-Bibliotheken anbieten.
Ein weiterer integraler Bestandteil der PLCnext Technology ist der auf der Steuerung laufende OPC-UA-Server (OPC Unified Architecture), der beispielsweise die Kommunikation mit einem Visualisierungssystem ermöglicht. So können außerdem Daten zwischen verschiedenen Steuerungen oder anderen auf OPC UA basierenden Geräten ausgetauscht werden. Der Einsatz der genormten OPC-UA-Übertragung sorgt für hohe Datensicherheit, weil nur autorisierte Benutzer auf die Komponenten zugreifen können. Mit dem beschriebenen Leistungsumfang trägt die PLCnext Technology somit den unterschiedlichen Anforderungen von Entwicklern und Anwendern Rechnung. Aufgrund ihrer Offenheit sowie der unterstützten Standards lassen sich ferner zukünftige Trends und Aufgabenstellungen umsetzen. jg
Details zur PLCnext Technologie:
„Als Vorteil erweist sich die in jede PLCnext-Steuerung integrierte Anbindung an die Proficloud.“
