PLCnext: Offene Plattform für simultanes Engineering

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Unabhängig voneinander in das System integriert

Die drei erläuterten Konzepte zur Realisierung der steigenden Anforderungen mit klassischen SPS-Systemen sowie die Analyse der jeweiligen Nachteile verdeutlichen, worin das eigentliche Problem besteht: in der monolithischen Ausprägung der herstellerspezifischen Laufzeitsysteme. Diese umfassen sowohl die Ausführungsschicht, die den IEC-Programmen bestimmte Funktionen zur Abarbeitung zur Verfügung stellt, als auch den Scheduler, der die Echtzeitausführung, also das zeitsynchrone Starten von Threads verantwortet.

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Darüber hinaus beinhalten die Laufzeitsysteme Komponenten, die sich um den konsistenten Prozessdatenaustausch der Programme untereinander sowie mit den angeschlossenen Feldbussen kümmern. Deshalb integriert die PLCnext Technology die drei für die Entwicklung von Automatisierungsapplikationen wichtigen Komponenten unabhängig voneinander in ein System. Das bedeutet, dass die IEC-Laufzeit zur Abarbeitung von Programmen, die im Engineering-Tool PLCnext Engineer gemäß IEC 61131-3 geschrieben worden sind, ein Programm neben anderen ist, welche in Hochsprache oder Matlab Simulink erstellt sein können.

Auf diese Weise kann jedes Hochsprachenprogramm die API des Betriebssystems direkt nutzen und trotzdem in Echtzeit ausgeführt werden. Dies, weil das Scheduling betriebssystemweit von einer separaten Komponente erledigt wird, dem Execution and Synchronisation Manager (ESM). Der ESM ermöglicht somit das betriebssystemweite Scheduling von beliebigen Programmen – egal, ob sie durch C++-Tools, Matlab Simulink oder innerhalb der Laufzeit aus dem eigenen IEC-61131-Engineering generiert worden sind (Bild 5).

Ähnlich verhält es sich mit dem konsistenten Datenaustausch zwischen Programmen, Tasks und den angebundenen Feldbussen. Diese Funktion, Global Data Space (GDS) genannt, ist ebenfalls als separate Komponente in die PLCnext Technology implementiert.

Die Lösung bietet dem Programmierer die Möglichkeit, die relevanten Daten über In- und Out-Ports am GDS anzumelden, auf den dann weitere Programme zugreifen können. Der Global Data Space bildet gewissermaßen ein Shared Memory, das dem Programmierer viele Aufgaben abnimmt. Setzt er den GDS ein, muss sich der Programmierer keine Gedanken über das Blockieren von Speicherbereichen machen und keine eigenen Buffer-Mechanismen mehr einbauen. Sie sind in der GDS-Komponente enthalten.

Neben der Kombination verschiedener Programme aus unterschiedlichen Engineering-Tools zu einer Applikation lassen sich Programme auch ohne Verwendung des ESM direkt durch das Betriebssystem verwalten. Das freilaufende, eventgesteuerte Programm kann durch Nutzung des GDS aber auf die Prozessdaten der in Echtzeit ausgeführten Programme zugreifen.

Damit eröffnet die PLCnext Technology die größtmögliche Flexibilität in den Bereichen, in denen jede andere Systemarchitektur an ihre Grenzen stößt. Aufgrund der unzähligen Konstellationen könnte beispielsweise ein Programm außerhalb der Echtzeitumgebung eine kontinuierliche Videostream- oder Bildanalyse durchführen. Die ermittelten Daten werden über den GDS an ein in IEC 61131 erstelltes Programm weitergeleitet, um etwa einen XY-Positioniertisch zu steuern.

Rund um die PLCnext Technology ist bei Phoenix Contact ein ganzes Ökosystem entstanden, über das der Anwender seine Geräte auf einfache Weise mit der Cloud verbinden kann. Dazu gehört die Steuerung AXC F 2152 mit dem Dual Core-Prozessor ARM9 und einer Taktfrequenz von 800 MHz für den mittleren Leistungsbereich. Ende 2018 ist zudem der PLCnext Store eingeführt worden. Er stellt Software-Applikationen (Apps) zur Verfügung, mit denen Anwender die PLCnext Controller um technische Funktionen erweitern können. Je nach App werden keine tiefen Programmierkenntnisse benötigt, um mit den Lösungen eigene Anwendungen umzusetzen.

Wegen der Offenheit des Stores können auch Drittanbieter die von ihnen entwickelten Apps hier zum Verkauf anbieten. Damit ist der PLCnext Store nicht nur für die Nutzer der Steuerungstechnik interessant, sondern auch für Software-Anbieter. Durch den einfachen Zugang zu den Software-Applikationen sowie den verringerten Programmieraufwand wird die Anwendungsentwicklung beschleunigt. Neue Apps fördern Vielseitigkeit und Nutzungsmöglichkeit. Als weitere leistungsfähige Steuerung wurde Ende 2018 darüber hinaus die Sicherheits-SPS RFC 4072S vorgestellt.

* Michael Gulsch arbeitet im Business Development bei der Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont.

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