Steuerungstechnik

Wandert die SPS in die Cloud?

Welcher Teil der Maschinensteuerung als Hardware vor Ort bleiben wird, welche Funktionalitäten in die Cloud wandern könnten – und wie sich die klassische SPS dadurch ändern wird.

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Andreas Hager ist Produktmanager für Steuerungssysteme bei B&R: Im Gespräch mit AUTlook macht er sich Gedanken darüber, wohin sich die Maschinensteuerung durch den Trend zur Virtualisierung entwickeln wird. 

Herr Hager, das Internet der Dinge, Virtualisierung und 5G eröffnen völlig neue Möglichkeiten. Wird die klassische SPS nun in die Cloud wandern?

Andreas Hager: Ich kann mir schon vorstellen, dass manche Prozesse in der Zukunft aus der Cloud heraus gesteuert werden. Dennoch wird es Hardware vor Ort geben müssen, um den Informationsaustausch zu gewährleisten. Und sobald es um die zeitkritische Synchronisierung zwischen Achsen und Sensoren geht, muss die Steuerungsintelligenz vor Ort sitzen. Auch wenn Technologien wie 5G und TSN höhere Geschwindigkeiten bringen: Das reicht nicht aus, um grundsätzlich alle Maschinensteuerungen vollständig zu virtualisieren und in die Cloud zu verlagern.

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Was heißt das in konkreten Zahlen ausgedrückt?

Hager: Wenn in einer modernen Maschine Bewegungsabläufe genau synchronisiert sein müssen, sprechen wir von Zykluszeiten von deutlich unter einer Millisekunde. Alles was langsamer ist, bremst die Maschine massiv aus und die Maschine kann nicht mehr wirtschaftlich produzieren. Wenn wir uns 5G anschauen, liegt die reale Latenz derzeit im zweistelligen Millisekundenbereich. Dazu kommt, dass durch die Funkverbindung immer wieder Schwankungen auftreten. Für Motion-Anwendungen ist das ein No-Go – umso mehr, wenn Sicherheitstechnik zum Einsatz kommt.

Werden Steuerungen also in fünf Jahren noch genauso aussehen wie heute?

Hager: Nur zum Teil. Die Grundfunktionen werden in fünf Jahren natürlich noch genauso in jeder SPS stecken. Aber die zuerst angesprochenen Themen wie IoT und Cloud-Computing stellen ganz neue Anforderungen an die Steuerungen. Sie sollen in Zukunft nicht mehr nur die Maschine steuern, sondern auch in großem Umfang Daten sammeln, auswerten und übergeordneten Systemen zur Verfügung stellen. Auch 5G wird dabei eine Rolle spielen, zum Beispiel, wenn es um die sichere Fernwartung geht. Zusammengefasst können wir also sagen, dass das Internet der Dinge Steuerungen nicht überflüssig macht, sondern ihre Bedeutung mit einer zusätzlichen Aufgabe sogar noch aufwertet: Als Edge-Gerät mit Verbindung in die Cloud.

Die Daten aus den Maschinen auszulesen und auszuwerten ist der einfachere Teil der Aufgabe, der schwierigere ist es die daraus gewonnen Erkenntnisse strukturiert und automatisiert wieder zurück an den Shopfloor zu bekommen. Wird das mitgedacht? Und welche Lösungsansätze sehen Sie dabei?

Hager: Da gibt es je nach Anwendungsfall unterschiedliche Ansätze. Wichtig ist in jedem Fall, dass es eine bidirektionale Kommunikation gibt. Die Steuerung muss also nicht nur fähig sein, Daten zu verschicken, sie muss auch aufbereitete Daten empfangen und verarbeiten können. Mit OPC UA ist das bereits heute problemlos möglich. Ich könnte mir zum Beispiel folgendes Szenario vorstellen: Ein KI-Algorithmus in einer Cloud-Applikation hat berechnet, dass ein Prozess effizienter ist, wenn mit einer höheren Temperatur gearbeitet wird. Also wird via OPC UA die Information an die Steuerung übergeben, dass die Solltemperatur um den Wert x erhöht werden soll.

Eine der Stärken der SPS ist die relativ hohe Sicherheit gegenüber Angriffen von außen. Wenn nun eine Cloud-Verbindung dazukommt: Was muss da auf Hard- und Softwareseite für die Security passieren?

Hager: Aus meiner Sicht ist die beste Herangehensweise, die zwei Welten strikt zu trennen. Es gibt eine Hardware, die für die Echtzeitsteuerung zuständig ist und eine Hardware, die die Kommunikation in die Cloud ermöglicht. Auf der einen Hardware läuft das Echtzeitbetriebssystem und auf der anderen zum Beispiel Linux. Zwischen den beiden Welten gibt es eine Kommunikationsschnittstelle mit integrierter Firewall. Als Protokoll kann dabei zum Beispiel OPC UA eingesetzt werden.

Was heißt das für die Entwicklungen, an denen Sie arbeiten? Wie kann man sich die Steuerung als „Edge-Gerät mit Verbindung in die Cloud“ vorstellen, welche Zusatzfunktionen oder sonstige Veränderungen wird es geben?

Hager: Nun, grundsätzlich ist das gar keine Zukunftsmusik. Mit unserer Lösung für Secure Remote Maintenance gibt es schon heute eine Hardware, mit der eine Steuerung einfach um eine Cloud-Anbindung ergänzt werden kann. Genauso ist das mit Edge Gateways von Drittherstellern möglich, die per OPC UA Daten von einer B&R-Steuerung abgreifen. Ich kann mir aber auch gut vorstellen, dass die Gatewayfunktion in Zukunft direkt in die Steuerung integriert wird. Für die oben erwähnte Trennung der zwei Welten sorgt dann ein Hypervisor, der die Hardwareressourcen zuverlässig zwischen den Betriebssystemen aufteilt. Die Kommunikation erfolgt dann über eine virtuelle Ethernetschnittstelle mit integrierter Firewall.