Steuerungen mit OPC-UA-Server: Per OPC UA ins Industrial IoT

OPC UA hat sich in der Automatisierungstechnik etabliert. Deshalb unterstützen auch die PLCnext-Steuerungen von Phoenix Contact den Standard. Der in sie integrierte OPC-UA-Server erlaubt beispielsweise einen umfassenden Zugriff auf die SPS, der über ein Rechte-/Rollenkonzept abgesichert ist.

Phoenix Contact Bildquelle: © Phoenix Contact

Bild 1: Der RFC 4072 S bildet die High-End-Leistungsstufe der Steuerungsserien auf Basis der PLCnext Technology.

Steuerungen haben heutzutage viele verschiedene Aufgaben, wobei die eigentliche Steuerungsfunktion einen immer kleineren Anteil einnimmt. Im Rahmen von Industrie-4.0-Anwendungen soll die SPS beispielsweise jederzeit Daten an die Cloud weiterleiten oder mit anderen intelligenten Einheiten der Applikation austauschen. Qualitäts-Management- und überlagerte Asset-Management-Systeme wollen zyklisch oder den Umständen entsprechend über den Status des Prozesses sowie der unterlagerten Geräte und Fertigungsmodule informiert werden. Lokale Bedienkonzepte sind dem Produktionssystem per WLAN dynamisch hinzuzuschalten. Und schließlich muss das Kommunikationsnetzwerk vor unautorisierten Zugriffen geschützt sein.

Um all diese Aufgaben zu erfüllen, hat Phoenix Contact unter dem Namen „PLCnext Technology“ eine komplett neue Steuerungsplattform auf Basis des Betriebssystems Linux konzipiert und schon während der Entwicklungsphase auf die genannten Anforderungen vorbereitet. Auf der SPS IPC Drives 2017 wurde dann die erste PLCnext-Steuerung vorgestellt, die AXC F 2152. Im November 2018 folgt eine Variante für die High-End-Steuerungsfamilie der „Remote Field Controller“ mit integrierter Sicherheits-SPS (Bild 1).

Deterministische und taktsynchrone Abarbeitung

Programmierern, die den Steuerungs-Code für die PLCnext-Controller weiterhin gemäß IEC 61131-3 schreiben wollen, steht die neue Engineering-Umgebung „PLCnext Engineer“ zur Verfügung. Das Tool ermöglicht sowohl die komfortable Programmierung in den klassischen SPS-Sprachen als auch die Konfiguration der Steuerung und der angeschlossenen Feldbusse. Für die Code-Erstellung in Hochsprache – also in C++ oder C# – setzt Phoenix Contact auf Werkzeuge, die sich bei den Anwendern schon bewährt haben: Eclipse und Visual Studio. Anschließend führt der „Execution and Synchronisation Manager“ (ESM) den Code in der SPS in Echtzeit aus (Bild 2).

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Bild 2: OPC-UA-Server und Webserver greifen durch den Global Data Space auf alle internen Informationen zu; die Sichtbarkeit der Infor­mation im OPC-UA-Server ist pro Information einzeln definierbar.

Für den Datenaustausch zwischen den Programminstanzen ist der „Global Data Space“ (GDS) verantwortlich. Die Kommunikation, die der Anwender ebenfalls konfiguriert, erfolgt durch clevere Puffermechanismen taktsynchron. Das bedeutet, dass sich ein Wert, der in einer hochprioren und schnellen Task berechnet und danach vom Code einer niederprioren und langsamen Task aufgenommen wird, nicht innerhalb eines Zyklus der niederprioren Task ändert. Auf diese Weise 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.

Als weiterer Vorteil der PLCnext Technology erweist sich die in jede PLCnext-Steuerung implementierte Anbindung an die Proficloud. Die von Phoenix Contact entwickelte Cloud-Lösung unterstützt die Unternehmen beim digitalen Wandel. Als offene und skalierbare IIoT-Plattform bietet die Proficloud neben einer intelligenten Datenübertragung und vernetzten Steuerungstechnik effektive Cloud-Dienste sowie eine umfassende Datenanalyse. Dabei ist stets für eine hohe Datensicherheit gesorgt.

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Robert Wilmes, Mitarbeiter im Bereich Software & System Technology bei Phoenix Contact Electronics

Die PLCnext Technology integriert sich über zwei Schnittstellen in überlagerte Bedien- und Kommunikationsnetze. Zum einen lässt sich im Programmierwerkzeug PLCnext Engineer eine HTML5-basierte Visualisierung erstellen, die in der Steuerung abläuft und über einen Webbrowser auf dem jeweiligen Bedien-Terminal angezeigt wird. Zum anderen ist ein OPC-UA-Server in die SPS eingebaut. Über das Kommunikationsprotokoll kann dann aus allen Richtungen auf die Steuerung zugegriffen werden. Der OPC-UA-Server stellt sämtliche Informationen dar, die im GDS ausgetauscht werden. Damit ist es für den Zugriff unerheblich, ob der Wert nun aus einer Hochsprachen- oder IEC-61131-Task erzeugt ist. Der Zugriff ist vollständig transparent. Weil OPC-UA-Server und Webserver außerhalb des Echtzeitkontextes der Steuerung laufen, lässt sich allerdings die Zykluskonsistenz der Daten nicht mehr sicherstellen.