TwinCAT 3: Enabler für Plug-and-produce-Maschinen

Effiziente und individuelle Produktionsstätten erfordern schnell integrierbare und hochflexible Betriebsmittel von der IT bis zur einzelnen Maschine. In der Smart Factory müssen Maschinen in mehrfacher Weise flexibel sein: Sie müssen sich schnell an geänderte oder erweiterte Produktionsprozesse anpassen. Sie müssen sich aber auch flexibel in unterschiedliche vertikale, horizontale oder dienstorientierte Kommunikationsarchitekturen integrieren. Diese Flexibilität ermöglicht die Automatisierungsplattform TwinCAT, die sowohl die Maschinensteuerung als auch unterschiedliche Kommunikationsszenarien realisiert. Durch die Implementierung aller gängigen IT- und Automatisierungsprotokolle ermöglicht TwinCAT die klassische Top-down-Kommunikation, aber auch dienst- bzw. serviceorientierte Architekturen (SOA), in denen physikalische, reale Systeme und virtuelle, digitale Daten zu intelligenten, sich selbst organisierenden Produktionseinheiten verschmelzen.

Die 2014 von Beckhoff vorgestellte SOA-SPS ist ein Anwendungsszenario von TwinCAT 3 und kombiniert Logikfunktionen und OPC-UA-Dienste für die datenkonsistente, sichere und standardisierte Kommunikation. Die Vorteile der serviceorientierten Architektur werden auf der Hannover Messe 2016 in einem Industrie-4.0-Demonstrator auf dem SAP-Messestand in Halle 7 als „ready-to-use“-Technologie präsentiert. Beckhoff und weitere Technologiepartner zeigen dort anhand einer Fertigungslinie die personalisierte Produktion in Losgröße 1. Die Produkt- und Regelparameter kommen direkt aus der SAP Manufacturing Execution Suite. Die Fertigungslinie basiert auf dem linearen Transportsystem XTS von Beckhoff sowie Automatisierungskomponenten von Elster-Kromschröder (Messtechnik), Asentics (Bildverarbeitung), Stäubli (Roboter) und CAB (Industriedrucker).

Das Highlight der Anwendung ist, dass alle IT- und Automatisierungsbetriebsmittel und das SAP-System via OPC UA über standardisierte SOA-Dienste, d. h. in einer „Auftragssprache“, miteinander kommunizieren. Alle am Prozess beteiligten Komponenten fungieren als eigenständige Maschineneinheiten. Die hersteller- und plattformunabhängige Kommunikation erfolgt über OPC UA, welche Bestandteil der RAMI-4.0-Architektur (Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0) ist. Die autonomen Einheiten sind dabei sowohl OPC-UA-Server als auch -Client. Die einzelnen Maschineneinheiten werden von der Software SAP Plant Connectivity „orchestriert“, d. h. die Services werden auftragsbezogen zusammengesetzt.

Enge Verzahnung der Fertigungsprozesse bis in die Managementebene

Die Live-Demonstration zeigt die Fertigung eines Schlüsselanhängers mit integriertem Smart-Chip und personalisierter Oberschale. Nach Auftragseingabe wird der Schlüsselanhänger individuell und hochdynamisch durch das XTS zu den einzelnen Bearbeitungsschritten transportiert bzw. positioniert. Durch TwinCAT als Steuerungsplattform wird das XTS quasi per „plug and produce“ in die SOA-Architektur integriert. Der Vorteil: Maschinenbauliche Änderungen oder Erweiterung haben keinen Einfluss auf das Engineering der Orchestrierung, weil „nach oben“ nur die Dienste der Maschine sichtbar sind.