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Forschung: Neue Ansätze für die Softwareentwicklung speicherprogrammierbarer Steuerungen

Kooperationsprojekt IMPACT: Fraunhofer Institut und Fakultät für Technik der Hochschule
 

Im Rahmen des Forschungsprojekts „IMPACT“ (Innovative Methods for Programming of Automation Control Technology) am Institut für Smart Systems und Services (IoS³) der Hochschule Pforzheim sollen neue Ansätze für die Softwareentwicklung für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) entwickelt werden. „SPS realisieren die Automatisierung von Prozessschritten in der Produktion; die zur Programmierung genutzten Sprachen verfügen jedoch nur über begrenzte Abstraktionsmechanismen. Die Formulierung von komplexen Abläufen ist daher aufwändig, die Änderung solch komplexer Programme führt oft zu unerwünschten Seiteneffekten. Dies beeinflusst die Erreichbarkeit eines zentralen Ziels von Industrie 4.0 – die effiziente Wandelbarkeit von Produktionsanlagen“, erklärt Professor
Dr.-Ing. Thomas Greiner, IoS³-Leiter und wissenschaftlicher Direktor des Instituts für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Pforzheim. Thomas Greiner leitet das IMPACT-Projekt auf Seiten der Hochschule – externe Projektpartner sind das Fraunhofer Institut für Experimentelles Software Engineering (IESE), Kaiserslautern, und drei mittelständischen Unternehmen aus dem Bereich Automatisierungstechnik: die logi.cals GmbH, Langenfeld, die VSR Elektrotechnik GmbH, Landau, und die GS Kunststofftechnik GmbH, Idar-Oberstein. „IMPACT“ wird mit rund 1,2 Mio. Euro durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Erste Reihe: Christoph Lehnert (HS Pforzheim), Thomas Greiner (HS Pforzheim), Grischan Engel (HS Pforzheim) (von links nach rechts). Zweite Reihe: Torben Sölken (Logi.cals GmbH), Thomas Kuhn (Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering), Wolfgang Heich (GS Kunststofftechnik - Gebrüder Schmidt KG) (von links nach rechts). Dritte Reihe: Dieter Goltz (Logi.cals GmbH), Thomas Psota (Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering), Markus Lehr (VSR Elektrotechnik GmbH), Rainer Drath (HS Pforzheim) (von links nach rechts).  (Foto: Sophia Zundel/Hochschule Pforzheim)

Es besteht eine lange Tradition beim Einsatz von Fertigungsanlagen mit zentraler Kontrolle durch SPS, deren Entwicklung und Vertrieb zu einer wichtigen Säule der deutschen Automatisierungsindustrie geworden ist. Auf einer SPS laufen die Eingangssignale aus dem Prozess zusammen, werden auf Basis einer in Software formulierten Logik Entscheidungen getroffen und in Form von Ausgangssignalen zurück in den Prozess gespeist. Sie ist echtzeitfähig, d. h. sie bietet garantierte Antwortzeiten, was die Steuerung von zeit- und sicherheitskritischen Anwendungen ermöglicht. IMPACT soll industrielle Anbieter und Nutzer bei der Modernisierung ihrer Automatisierungstechnik unterstützen und zur Wettbewerbsfähigkeit in diesem Bereich beitragen. Eine der Maßnahmen ist die Entwicklung und prototypische Umsetzung einer domänenspezifischen Sprache (Domain Specific Language - DSL) zur dienstorientierten SPS-Programmierung: „Diese DSL vereint moderne Methoden der  

Informatik zur Beherrschung von Komplexität, Nebenläufigkeit, Robustheit, Abstraktion und Einfachheit mit den Bedürfnissen der Automatisierung hinsichtlich einer auf Verständlichkeit und Wartbarkeit optimierten Programmierung komplexer Automatisierungsabläufe. Mittels einer automatisierten Codegenerierung auf Basis der DSL entstehen sichere und robuste Sprachkonstrukte. Für typische Aufgabenstellungen sollen entsprechende DSL-basierte Entwurfsmuster erarbeitet und zur Verfügung gestellt werden“, gibt Thomas Greiner einen Einblick in die Arbeiten der Forschungsgruppe.

Intelligente Systeme (Smart Systems) sind der Schlüsselfaktor für die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie. Das Institut für Smart Systems und Services widmet sich zukunftsträchtigen Aufgabenstellungen im Rahmen von anwendungsorientierten Forschungsprojekten. „Schwerpunkte sind die Themen Industrie 4.0 und Künstliche Intelligenz, welche die zukünftige industrielle Entwicklung nachhaltig beeinflussen werden. Dahinter steht die Vision von flexiblen und intelligenten Produktionsprozessen. In der Fabrik der Zukunft, der Smart Factory, werden sich Produktionsanlagen selbst organisieren. Es entstehen sogenannte Cyber-physische Produktionsysteme (CPPS) mit intelligenten Anlagen, die eigenständig Informationen austauschen und Aktionen auslösen. In unserem Institut bearbeiten wir diese Themenfelder und verstehen uns als Ansprechpartner für Unternehmen“, so Thomas Greiner.