Achsen mit dem Smartphone steuern

Von Volker Schlotz

Mobile Apps und Smart Devices haben den Consumer-Markt durchdrungen und werden auch in der Automatisierungstechnik einen nachhaltigen Innovationsschub bewirken. Die Softwaretechnologie moderner Mobilgeräte wie Tablets und Smartphones eröffnet Herstellern und Anwendern neue Möglichkeiten, um Informationen von Produktionsmaschinen und -anlagen zu verarbeiten.
Mit Blick auf zunehmend komplexere Anlagen und den steigenden Wettbewerbsdruck im Maschinenbau kommen Smart Devices mit ihrer Anwendungssoftware – mobilen Apps – genau zur richtigen Zeit. Unter Verwendung bekannter Softwaretechnologien aus der IT-Automation besitzen diese ein für Hersteller wie Betreiber interessantes Innovations- und Differenzierungspotenzial.

Offene Schnittstelle verbindet IT und Automatisierung

Die bislang getrennten Engineering-Welten von Automatisierung und IT verbindet Rexroth mit Open Core Engineering. Neben offenen Standards, Software-Tools und Funktionspaketen bringt dieser Ansatz eine neue Schnittstellentechnologie mit sich, die die Brücke zwischen SPS- und Hochsprachen-Programmierung schlägt. Das so genannte Open Core Interface stellt Rexroth für seine Motion-Logic-Systeme IndraMotion MLC und IndraLogic XLC zur Verfügung. Es beinhaltet ein Software-Entwicklungskit (SDK) für die unterschiedlichen Programmierumgebungen, Betriebssysteme und Zielgeräte von Smart Apps sowie andere Anwendungen der IT-Automation. Über die Schnittstelle haben hochsprachenbasierte Anwendungen von unterschiedlichen Zielgeräten aus flexiblen Zugriff auf die Motion-Logic-Systeme. Anwendungen auf Basis C/C++ sind direkt in der Echtzeitumgebung der Steuerungen lauffähig.

Einsatzfelder und Nutzen von Smart Devices

Im Produktionsumfeld finden sich infolge der zunehmenden horizontalen und vertikalen Vernetzung sowie der Verschmelzung mit der IT verschiedene Anwendungsbereiche, wo Informationen zur richtigen Zeit am richtigen Ort bereitgestellt und verarbeitet werden müssen. Smart Devices bieten hierfür eine interessante Lösungsplattform.
Zu den bevorzugten Einsatzzielen mit eher lokalem Bezug gehören Maschinenbedienung und Service. Der lokale Zugriff auf Maschineninformationen bietet viele neue Anwendungsszenarien zum Nutzen der Maschinenbetreiber wie Konzepte zur vereinfachten Maschinenbedienung, Betriebsdatenerfassung, Service, Diagnose oder Wartung. Zu erwarten ist, dass leistungsfähige Mobilgeräte stationäre Terminals teilweise ablösen. Das gilt insbesondere für die Bereiche, in denen keine erhöhten Anforderungen an das industrielle Umfeld bestehen. Auf höherer Ebene kommen produktionsweite Anwendungen wie Remote Condition Monitoring, Energiemanagement und Manufacturing-Execution-Systeme zum Einsatz.
Angesichts der steigenden Komplexität von Maschinen und Anlagen versprechen Smart Devices in Verbindung mit Apps und deren intuitiven Bedienung mittels Symbolen und Multitouch Betreibern eine deutliche Erleichterung. Die gleichen Vorteile, die den starken Absatz von Smart Devices im Consumer-Bereich begründen, werden auch zu neuen Bedienmöglichkeiten von Maschinen und Anlagen führen: intuitive, gestengesteuerte Bedienung und an den Anwendungsfall angepasste Informationen mit weltweit verständlicher Symbolik.
Darüber hinaus bietet die in Smart Devices integrierte Technologie – von Kamera, WLAN bis zu GPS – Vorteile für Wartung, Instandhaltung und Betriebsdatenerfassung. Speziell für den Servicebereich offerieren Kamera und GPS neue Möglichkeiten, beispielsweise für die Übermittlung von Bildinformationen und die ortsabhängige Informationsdarstellung. Nicht zu vergessen sind in diesem Zusammenhang die integrierten Bewegungssensoren, die neue Wege für die Bedienung, beispielsweise zum Ausführen von Maschinenbewegungen, eröffnen.

Native versus webbasierte Apps

Mit dem Open Core Interface können Maschinenhersteller Apps für Smartphones und Tablets selbstständig und unabhängig von der Geräteplattform realisieren. Mit Apple iOS und Google Android unterstützt es die derzeit wichtigsten Betriebssysteme für Smart Devices. Maschinenhersteller können darüber Applikationsprogramme mit Java beziehungsweise Objective-C als native Apps umsetzen.
Diese verwenden gezielt die Eigenschaften des jeweiligen Betriebssystems sowie der darauf basierenden Softwarearchitekturen und Oberflächen. Entsprechende Anwendungen unterstützen damit durchgängig die Bedienung des Gerätes, können gerätespezifische Funktionen wie die Sensorik optimal nutzen und ihre Funktionalitäten völlig autark bereitstellen. Die Erstellung dieser Apps erfolgt mit der vom Betriebssystemhersteller zur Verfügung gestellten Programmierumgebung, die dafür spezielle Erweiterungen bietet.
Im Gegensatz dazu laufen webbasierte Apps im jeweiligen Browser des Geräts und sind damit unabhängig von Betriebssystem und Gerät. Die Programmierung erfolgt in der Regel mit den Webstandards HTML, CSS und Javascript, die – und das ist ein Vorteil – für alle Mobilgeräte verfügbar sind. Der Nachteil ist insbesondere in der nicht angepassten Bedienphilosophie des jeweiligen Geräts zu sehen sowie im fehlenden Zugriff auf spezifische Funktionen des Betriebssystems und des Geräts. Hinzu kommt, dass die Performance webbasierter Apps hinter der nativer Apps zurücksteht und die HTTP-basierte Kommunikationsanbindung entsprechende Datenserver für die Informationen erfordert.

Diagnose via Smartphone

Für eine vollständige Systemdiagnose hat Rexroth beispielhaft eine native App auf Basis von Google Android umgesetzt. Im Fehlerfall kann diese dem Maschinenbetreiber die Diagnose gegenüber der bislang üblichen Vorgehensweise deutlich erleichtern.
Für die gezielte Diagnose von elektrischen Antrieben und Steuerungen wird eine ganze Reihe von Daten benötigt: von der Seriennummer über Hardwaredetails bis hin zur Version der SPS-Firmware. Dafür muss der Maschinenbediener den Schaltschrank öffnen, auf dem Typenschild unter anderem die Seriennummer ablesen und über ein Service-Notebook die Firm- sowie Softwareversionen von der Steuerung auslesen. Anschließend leitet er diese Daten telefonisch oder schriftlich per E-Mail an den Service weiter. Abgesehen davon, dass er für dieses Vorgehen verschiedene Arbeitsmittel – Service-Notebook, Schaltschrankschlüssel, Stift – benötigt, ist es auch fehleranfällig. Fehler beim Ablesen oder Notieren sind in der Praxis keine Seltenheit.
Deutlich effizienter ist der Maschinenbediener mit einer Diagnose-App auf einem Smartphone. Mit diesem scannt er den QR-Code mit der IP-Adresse der Steuerung ein, der zum Beispiel außen auf dem Schaltschrank aufgebracht ist. Damit stellt er die Verbindung zur Steuerung her, kann alle notwendigen Daten mit dem Smartphone auslesen und per E-Mail direkt weiterleiten.
Die Diagnose-App zeigt Systeminformationen an und gibt eine Übersicht über die Hardware-/Firmware-Versionen, die der Maschinenbediener bei Bedarf versenden kann. Dafür muss er nur die entsprechenden Inhalte sowie den auf dem Smartphone vorhandenen Dienst, beispielsweise E-Mail, auswählen. Um einen Fehler ausfindig zu machen, kann der Bediener das komplette Logbuch der Steuerung auslesen, die Einträge bei Bedarf filtern und die Fehlerbeschreibungen lesen. Darüber hinaus zeigt ihm die App eine Übersicht über die an der Steuerung angeschlossenen Antriebe. Zusätzlich zur detaillierten Diagnose mit Echtzeitanzeige kann er auch Meldungen der Antriebe aufrufen. Die Antwortzeiten der Steuerung auf die Informationsanfragen sind, im Gegensatz zu einer App in Verbindung mit einem Webserver, extrem kurz. Neben dem elektronischen Typenschild sieht der Maschinenbediener die eingestellten Parameter und kann auch neue hinzufügen. Die Datensicherheit können Maschinenbetreiber durch verschiedene Maßnahmen gewährleisten. Eine Option ist, dass sich nur bestimmte Smart Devices mit der Maschinen- oder Anlagensteuerung verbinden lassen.
Die Diagnose mittels Smart Device ist für Maschinenbetreiber komfortabler und erlaubt zudem an jeder Stelle einen schnellen Überblick über den Zustand der Maschine. Mit dem innovativen Diagnosekonzept können Maschinenhersteller ihren Kunden einen interessanten Zusatznutzen bieten.  

Volker Schlotz ist bei der Bosch Rexroth AG verantwortlich für die Branche Montage & Handling, Bereich Applikation und Engineering.

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