Neue Anforderungen an das Automatisierungssystem
Bild 2. Mit dem links an eine Axioline-Steuerung AXC F 3152 anreihbaren Machine-Learning-Modul AXC F XT ML 1000 können neuronale Netzwerke in Hardware auf Basis des Google Coral Boards beschleunigt werden, um die CPU der Steuerung zu entlasten und komplexe Algorithmen auf vergleichsweise kleinen Systemen auszuführen (Quelle: Phoenix Contact)
Bild 4. Die PLCnext-Architektur begreift sich als konnektive Schnittstelle innerhalb der kontinuierlich verschwindenden Grenze zwischen IT und OT. Daher sind sowohl Security als auch Safety tief im System verankert. Security wird für die frei programmierbaren Safety-Steuerungen bis PL e/SIL 3 unterstützt. Diese sind je nach Steuerungsklasse bereits Teil der Hauptsteuerung oder können als linksanreihbares Modul nachgerüstet werden (Quelle: Phoenix Contact)
Auf der organisatorischen Ebene ergeben sich des Weiteren erhebliche Einsparpotenziale durch zustandsbasierte Instandhaltungskonzepte (Predictive Maintenance) auf Basis von Condition-Monitoring-Systemen (CMS). Darunter fallen die bereits genannten Blade-Intelligence-Lösungen oder traditionelle Konzepte, beispielsweise die Triebstrangüberwachung. Sämtliche Maßnahmen zur LCOE-Verbesserung haben gemein, dass sie neue Anforderungen an das Automatisierungssystem stellen. Insbesondere wächst die Anzahl der auszuwertenden Signale, während deren Verarbeitung komplexer wird. Ferner kommt wegen der höheren Komplexität eine stetig größere Anzahl spezialisierter Entwicklungswerkzeuge zum Einsatz. Die entwickelten Softwarepakete reibungslos auf einer Plattform interagieren zu lassen, stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. Bei allen Aktivitäten müssen zudem die Security-Ansprüche an die kritische Infrastruktur beachtet werden, sodass sich daraus weitere Anforderungen an das Automatisierungssystem ableiten (Bild 3).
Parallele Task-Abarbeitung und echtzeitfähige -Ausführung
Mit dem offenen, aber sicheren Ecosystem PLCnext Technology stellt Phoenix Contact eine Lösung zur Verfügung, mit der sich die vielfältigen Anforderungsprofile abdecken lassen. Einerseits wird ein skalierbares Portfolio an Steuerungshardware angeboten: von 800 MHz-Zweikernprozessoren mit ARM-Architektur und 512 MB RAM bis zu High-End-Systemen mit Intel-Core-i7-Prozessoren der zehnten Generation und bis zu acht Kernen sowie 8 GB RAM, SSD-Festplatte und integriertem Safety-Controller, der selbst für anspruchsvolle Reglerimplementierungen – wie MPC – genug Leistungsreserven aufweist (Bild 4). Abgerundet wird das Hardwareangebot durch das I/O-System Axioline, das speziell für die Umgebungsbedingungen inner- und außerhalb der WEA konzipiert wurde, sowie ein breites Spektrum an physikalischen Ein- und Ausgängen umfasst (Bild 5).
Andererseits steht PLCnext Technology auch und vor allem für eine innovative Softwarearchitektur. Sämtliche erwähnten Ansätze zur LCOE- Reduktion vereint der Grundgedanke, durch zusätzliche Daten beziehungsweise deren Verarbeitung einen Mehrwert zu generieren und dafür verschiedene Werkzeuge zu nutzen. Dementsprechend ist die Firmware der PLCnext Technology um die zentralen Aspekte des Global Data Space (GDS) und Execution and Synchronization Managers (ESM) orchestriert.
Der GDS organisiert den Datenfluss zwischen den unterschiedlichen Applikationsteilen im Kontext einer parallelen Abarbeitung in Multicore-Prozessorarchitekturen und stellt dabei a priori die Datenkonsistenz sicher. Der ESM sorgt dafür, dass die Applikationsteile echtzeitfähig ausgeführt werden respektive überwacht deren Abarbeitung. Hier spielt es keine Rolle, ob das entsprechende Programm in strukturiertem Text gemäß IEC 61131 in der eigenen Engineering-Umgebung PLCnext Engineer, mit dem Matlab-Plugin PLCnext Target for Simulink oder der Erweiterung für Microsoft Visual Studio in C# oder C++ erstellt worden ist. Außerdem wurde beim offenen, auf Linux basierenden PLCnext-Betriebssystem von Beginn an das Thema Security berücksichtigt und das System nach der IEC 62443 zertifiziert (Bild 6).