IoT-Konzepte für die Automatisierung mit TwinCAT Cloud Engineering

Engineering leicht gemacht

Bereits im Jahr 2018 betrug die Anzahl weltweit aktiver IoT-Devices über sieben Milliarden. Bis zum Jahr 2025 rechnen Experten mit einer Verdreifachung. Die Cloud stellt die notwendige, skalierbare Infrastruktur zur Verfügung, damit sich diese Milliarden von Geräten überhaupt miteinander vernetzen lassen. Für Maschinenbauer und Anlagenbetreiber bedeutet dies eine enorme Chance, denn wer das Potenzial der PC- und cloudbasierten Steuerungstechnik zur Vernetzung auf der Automatisierungsebene ausschöpft, kann mittel- und langfristig Wettbewerbsvorteile realisieren.
 Mit TwinCAT Cloud Engineering arbeiten 
Engineering-PC, Instanz und Steuerung 
passend abgestimmt zusammen.
Mit TwinCAT Cloud Engineering arbeiten Engineering-PC, Instanz und Steuerung passend abgestimmt zusammen.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Die lokale und insbesondere die standortübergreifende Vernetzung von Maschinen und Anlagen ermöglicht nicht nur die Implementierung neuer Geschäftsmodelle, sondern sie erhöht zugleich die Effizienz des kompletten Produktionsprozesses: vom Engineering bis zur cloudbasierten Datenanalyse im Betrieb, inklusive zuverlässiger Predictive-Maintenance-Konzepte für erhöhte Verfügbarkeit und reduzierte Stillstandzeiten. Als Spezialist für PC-based Control unterstützt Beckhoff die Umsetzung hocheffizienter IoT-basierter Automatisierungskonzepte: Alle Maschinenfunktionen von der SPS über Motion Control, Robotik und Vision bis zu HMI und Machine Learning werden auf einer zentralen, offenen Steuerungsplattform integriert. Über die PC-basierte Steuerungstechnik lassen sich Maschinen, Anlagen und Fertigungslinien so miteinander vernetzen, dass Effizienzpotenziale prozessübergreifend ausgeschöpft werden können. Am Anfang steht dabei das einfache Engineering aller Instanzen und Steuerungen mit TwinCAT Cloud Engineering, inklusive Analytics und HMI-Integration.

TwinCAT Cloud Engineering ermöglicht eine Instanziierung und Verwendung der existierenden TwinCAT-Engineering- und -Runtime-Produkte direkt in der Cloud. Der Zugriff erfolgt einfach über die Beckhoff-Webseite. Registrierte Anwender verfügen hier über die Möglichkeit, Cloud-Engineering-Instanzen zu erzeugen, zu verwalten und mit diesen zu interagieren. Die Ankopplung realer Steuerungshardware an die TwinCAT-Cloud-Engineering-Instanz erfolgt über einen sicheren Transportkanal. Über ein faires Abrechnungsmodell kann der Anwender frei entscheiden, ob er die Instanz nach Ablauf der Testphase weiter nutzen will. Gleichzeitig profitieren Anwender von den Vorteilen der TwinCAT-Steuerungsarchitektur und von dezentralen Kollaborationsmöglichkeiten, z.B. über ein integriertes Source Control Repository.

 TwinCAT bietet über OPC UA Pub/Sub 
eine große Flexibilität bei der Realisierung von standardisierten IoT- oder 
M2M-Kommunikationsszenarien.
TwinCAT bietet über OPC UA Pub/Sub eine große Flexibilität bei der Realisierung von standardisierten IoT- oder M2M-Kommunikationsszenarien.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Zugriff direkt über den Webbrowser

Der Anwender erhält über das zentrale, webbasierte Kundenportal myBeckhoff Zugriff auf die TwinCAT-Cloud-Engineering-Umgebung und kann sich durch ein frei konfigurierbares Dashboard eine Übersicht über alle erstellten Instanzen verschaffen. Die Instanzen können hierbei selbstständig vom Anwender gestartet oder gestoppt werden, wodurch sich die Bereitstellungskosten reduzieren lassen. Aus dem Dashboard heraus lässt sich eine webbasierte Remote-Desktop-Verbindung mit der Instanz initiieren. Der Webbrowser dient hierbei als alleiniges Werkzeug um die Verbindung über HTTPS herzustellen. Es werden keinerlei zusätzliche Softwarekomponenten oder Einstellungen in der Unternehmensfirewall benötigt. Innerhalb der Instanz greift der Anwender dann über die etablierte TwinCAT XAE Toolchain auf sein Projekt zu und kann dies über ein zur Verfügung stehendes, Git-basiertes System kollaborativ als Quellcodeverwaltung verwenden.

Die Bereitstellung einer TwinCAT-Cloud-Engineering-Instanz dauert mithilfe eines speziellen, automatisierten Prozesses nur wenige Minuten. Durch die Integration der Arbeitsoberfläche in den Webbrowser müssen keine zusätzlichen Softwarekomponenten installiert und bedient werden und der Zugriff kann von beliebigen Betriebssystemen und Endgeräten aus erfolgen. Instanzen können mit verschiedenen TwinCAT-Versionen betrieben und benutzerübergreifend verwendet werden. Vor allem die Service-Abteilungen von Unternehmen aus dem Maschinenbau profitieren durch diese einfache Bereitstellung der Engineering-Umgebung: Es lassen sich mehrere TwinCAT-Instanzen versionsgenau für eine Maschine oder Maschinengeneration einrichten und von mehreren Benutzern verwenden. Im Servicefall kann dann genau die Instanz gestartet werden, die gerade für die jeweilige Maschine benötigt wird. Eine aufwändige Installation der unterschiedlichen Engineering-Tool-Versionen auf den verschiedenen Mitarbeiter-PCs entfällt.

Anbindung physikalischer Steuerungssysteme

Die Kommunikation der virtuellen mit der physikalischen Welt einer realen Steuerungshardware kann wahlweise über Secure ADS oder ADS-over-MQTT erfolgen. Die Datenverbindung wird hierbei über Standard-Sicherheitsmechanismen wie TLS mit Zertifikaten abgesichert. Die Handhabung der Steuerungsverbindung ist völlig transparent für den Anwender und analog zur bisherigen Vorgehensweise, sodass sich auch existierende Applikationen nahtlos integrieren lassen. Zudem steht mit OPC UA ein weiterer Transportkanal in die Instanz zur Verfügung, worüber sich auch Drittanbietersysteme integrieren lassen.

Seit der ersten Verfügbarkeit im Jahre 2006 ist OPC UA auf dem Vormarsch und in vielen Industriebereichen der klar gesetzte Standard für eine sichere und herstellerunabhängige Kommunikation. Durch eine Erweiterung der Spezifikation wurde die klassische Client/Server-Architektur durch eine Publisher/Subscriber-Kommunikation bereichert. Um hierbei eine Vielzahl an Anwendungsfällen zu ermöglichen, wurde OPC UA Pub/Sub für zwei nachrichtenbasierte Middleware-Varianten spezifiziert, unter anderem für einen Broker-basierten Nachrichtenaustausch auf Basis von MQTT. Durch den im TwinCAT Cloud Engineering integrierten Message Broker lassen sich Kommunikationsverbindungen auch per OPC UA Pub/Sub aufbauen – sei es nun zwischen TwinCAT in der Cloud und den physikalischen Steuerungsgeräten oder auch zwischen den Steuerungsgeräten untereinander. Eine entsprechende TwinCAT-Produktankündigung erfolgt auf der SPS 2021 am Beckhoff-Messestand (Halle 7, Stand 406).

Breite Anwendungsfelder

Mit dem generischen Aufbau der Plattform und dem modularen Steuerungskonzept von TwinCAT lassen sich die bekannten Anwendungsszenarien aus der Automatisierungswelt nun auch in der Cloud nutzen. Durch die zentrale Bereitstellung und einfache Integration werden jedoch auch viele neue Anwendungsfelder erschlossen: Die Corona-Pandemie hat über einen langen Zeitraum hinweg Reisetätigkeiten stark eingeschränkt, was etwa Präsenzschulungen unmöglich machte. Durch TwinCAT Cloud Engineering konnte Beckhoff Schulungen jedoch weiterhin anbieten. Als Arbeitsgrundlage dienten anstelle von physikalischen Demoracks mehrere TwinCAT-Cloud-Engineering-Instanzen, die Schulungsteilnehmer bequem von ihrem Rechner aus bedienen konnten. Über reguläre Webkonferenz-Tools standen Trainer und Teilnehmer dabei stets in Kontakt miteinander.

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Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

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