Viele Industrieanwendungen kämpfen damit, Informationen aus verteilten Geräten, Anlagen oder Anlagenteilen an einer zentralen Stelle zusammenzuführen, um den Gesamtprozess besser zu steuern bzw. zu regeln. Die wesentliche Anforderung ist dabei, die physikalische Ebene einer Anlage oder verteilter Anlagen mit einer Steuerung zu verbinden. In der Vergangenheit war dies eine Hardware-Steuerung, die naturgemäß an einem bestimmten Ort installiert sein musste.
Diese herkömmlichen, hierarchischen Strukturen entsprechen aber nicht mehr den Anforderungen, die die Digitalisierung heute an Steuerungstechnik stellt. Mit der von ihm gegründeten Firma Logiccloud geht Bernhard Böhrer einen anderen Weg: „Unsere Idee war es, die SPS selbst in die Cloud zu bringen. Der Gedanke dahinter ist der, verteilte Prozessinformationen von der physikalischen Ebene über IoT-Technologien in der Cloud zu sammeln und auch von dort zu steuern. Wenn jetzt eine künstliche Intelligenz diese Daten auswerten und daraus Prozessoptimierungen ableiten würde, die die digitale Steuerung dann wieder an den Prozess zurückgibt – das Einsparpotenzial wäre immens.“
Die Steuerung einer Anlage in die Cloud zu verlegen, stößt bei vielen Automatisierern zuerst einmal auf Skepsis. Zykluszeiten und Sicherheit sind dann die wesentlichen Einwände. Aber viele Anwendungen benötigen überhaupt keine kurzen Reaktionszeiten und sind zudem nicht sicherheitskritisch in dem Sinne, dass ein gefahrbringender Anlagenteil schnell und zuverlässig ausgeschaltet werden muss.
Die SPS für das digitale Zeitalter ist ein Service
„Wir erreichen Roundtrip-Zeiten unter 100ms, mit 5G sind wir bei etwa 10ms und was mit 6G möglich sein wird, kann man dann entsprechend erahnen. Aber auch jetzt sind schon unglaublich viele Projekte mit der virtuellen SPS realisierbar. Aktuell bieten wir unsere SPS in drei Varianten an: Als Cloud-, als On Premise- und als Edge-Device-Lösung“, erläutert Böhrer. Alle drei Varianten lassen sich auf die gleiche Weise im Logiccloud-Portal programmieren.
Immer wenn geografisch verteilte Maschinen und Anlagen oder Infrastrukturen überwacht, visualisiert und gesteuert werden sollen, bietet sich die Cloudlösung an. Programmierung und Installation einfach zu bewerkstelligen. Wer bereits Erfahrung mit SPS-Programmierung hat, kommt mit der Programmierung im Logiccloud-online-Portal schnell zum Ziel, da die Steuerung wie gewohnt per IEC 61131-3 programmiert wird (Berechnung von Kennzahlen, Überwachung von Grenzwerten sowie Steuerungsalgorithmen). Genutzt werden dazu intuitive Tools und KI-gestützte Programmier-Lösungen; eine spezielle Programmiersoftware ist nicht notwendig. Sind wichtige Prozessdaten zum Beispiel aufgrund gesetzlicher Vorgaben oder für statistische Auswertungen über einen vorgegebenen Zeitraum sicher zu speichern, lassen sich diese direkt in die Time-Series-Datenbank Influx schreiben. Für Auswertungen kann man Grafana-Dashboards direkt in die Visualisierung einbinden. Die Visualisierung selbst lässt sich über einen Drag&Drop-Designer mit wenigen Mouse-Clicks aus einer Vielzahl an modernen Widgets erstellen. Die Widgets sind frei positionierbar und nicht an vorgegebene Raster gebunden. Dass sich im Logiccloud-Portal SPS-Programme und HMI direkt auch testen und simulieren lassen, beschleunigt und verbessert den Prozess zusätzlich.
SPS as a Service bringt viele Vorteile
Im Gegensatz zu hardwarebasierten Steuerungslösungen bringt die softwarebasierte Alternative Vorteile wie Flexibilität, Skalierbarkeit und Effizienz. Weil keine Hardware-Komponente angeschafft werden muss, sondern die Steuerung virtuell läuft, sind individuelle Anpassungen bei Rechenleistung, Zykluszeit, Verfügbarkeit oder Anzahl der Lese- und Schreibzugriffe einfach möglich. Die SPS ist also skalierbar und kann mit dem Projekt sowie dessen Anforderungen einfach weiterwachsen. Das schlägt sich auch in den Kosten nieder, weil Steuerungen bei der Installation nicht überdimensioniert werden müssen, um auch künftigen Anforderungen standzuhalten.
Flexibilität und Unabhängigkeit von proprietären Lösungen entstehen auch durch die einfache Integration verteilter Maschinen und Anlagenteile über Standard-Protokolle, wie MQTT, Sparkplug B oder OPC UA PubSub. Für den Anschluss an die Cloud kann man in den meisten Fällen bereits vorhandene Hardware verschiedener Hersteller verwenden, ohne dass zusätzliche VPN-Nutzungsgebühren anfallen. Das Aufspielen von Steuerungs-Updates ist bei hardwaregebunden Systemen oft aufwändig. Bei der softwarebasierten Steuerung lassen sich Updates hingegen auch über weit verteilte Anlagen(teile) einfach aufspielen. Dass sich manche Anwendungen mit herkömmlichen Lösungen oft gar nicht oder nur mit immensem Aufwand realisieren lassen, zeigt die folgende Anwendung.
Virtueller Heizungs-Ingenieur und Facility Manager
Die 7 Business Consulting AG (7BC) sieht ein großes Potenzial darin, viele der in Deutschland installierten Wärmepumpen virtuell zu regeln und instand zu halten. Bis Jahresende wollen sie dazu Fehler in Heizungssystemen erkennen, den Energieverbrauch von Heizungsanlagen um 20 Prozent reduzieren, vorausschauende Wartung für Heizungssysteme anbieten und Smart Home Funktionalitäten integrieren. Die Vision des Unternehmens sieht vor, dazu bis 2030 100.000 Heizungsanlagen zu regeln, die Häuser mit günstigem Strom aus der Strombörse zu versorgen und Energieversorger als Smart-Grid-Partner für ein sicheres Stromnetz zu unterstützen. Dabei soll das E-Auto als Hausenergie-Speicher genutzt werden und dennoch eine Mobilitätsgarantie gewährleistet bleiben. Realisierbar wäre damit eine CO2-Reduktion um 750.000t pro Jahr bzw. eine Energieeinsparung von 250GWh.