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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Jumar, Ulrich


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ISSN
2196-677X
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Volume 67, Issue 3

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Automatisierte Inbetriebnahme von Industriellen IoT-Systemen in der Prozessautomatisierung: Eine Referenzarchitektur

Plug-and-Produce for IIoT systems in process automation: A reference architecture

Andreas Burger / Marie Platenius-Mohr / Heiko Koziolek
Published Online: 2019-03-01 | DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2018-0089

Zusammenfassung

Die Inbetriebnahme von Prozessleitsystemen ist heutzutage teuer und umständlich, da ein hoher manueller Aufwand nötig ist. Durch den Trend zu Industrie 4.0 und IIoT sind bereits eine Vielzahl industrieller Standards verfügbar, auf deren Basis herstellerunabhängige selbstkonfigurierende Geräte („Plug-and-Produce“ (PnP)) realisiert werden können, die den Aufwand der Inbetriebnahme verringern. In diesem Papier stellen wir eine auf solchen Standards basierende Referenzarchitektur für IIoT-Prozessautomatisierungssysteme vor. Die Eckpfeiler der Architektur sind (i) die Verwendung modellbasierter Beschreibungen basierend auf PLCopen für gesteuerte Geräte, (ii) die Spezifikation eines PnP-Dienstes, der das Abstimmen der Konfigurationen von Steuereinheit (engl. Controller) und Feldgeräten entkoppelt und hierzu auf OPC UA Pub/Sub zurückgreift sowie (iii) die Verwendung von Technologien für selbstkonfigurierende Netzwerke. Weiterhin diskutieren wir zukünftige Forschungsherausforderungen, die auf der vorgeschlagenen Architektur aufbauen.

Abstract

The commissioning of distributed control systems is complex and costly, especially an high manual effort is necessary. Nowadays, distributed control systems evolving towards Industrial Internet-of-Things (IIoT) systems. Hence, a lot of industrial standards are available to build the basis for vendor independent self-configuring devices (Plug-and-Produce (PnP)). In this paper we propose a plug-and-produce reference architecture for IIoT process automation systems which relies on these standards. The main contribution of the paper is, (i) the usage of model based descriptions based on PLCopen for devices, (ii) the specification of an PnP service which decouple the configuration of the controller and the field devices by using OPC UA Pub/Sub, and (iii) the usage of technologies and methods for self-configuring networks. Additionally, we discuss further research challenges in the area of self-configuring distributed control systems.

Schlagwörter: IIoT; Plug-and-Produce; Industrie 4.0

Keywords: IIoT; Plug-and-Produce; reference architecture, process automation

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About the article

Andreas Burger

Dr. Andreas Burger ist Senior Scientist am ABB Forschungszentrum in Ladenburg. Er leitet dort Projekte im Bereich Software Produkt Linien und Software-Architekturen. Außerdem übernimmt er die Koordination der Industrie 4.0 und Digitalisierungstätigkeiten des ABB Forschungszentrums. Er schloss seine Promotion an der Universität Tübingen im Fachbereich Technische Informatik 2016 unter der Betreuung von Prof. Oliver Bringmann ab. Seine Forschungsinteressen beinhalten Industrie 4.0, Industrial Internet of Things sowie Softwarearchitekturen für Eingebettete Systeme.

Marie Platenius-Mohr

Dr. Marie Christin Platenius-Mohr ist bei ABB Corporate Research in der Gruppe „Software Systems and Architecture“ in Ladenburg tätig. Zuvor war sie als Post-Doc in der Fachgruppe Softwaretechnik des Heinz Nixdorf Instituts an der Universität Paderborn beschäftigt. Dort leitete sie das Softwarearchitektur-Team des Sonderforschungsbereichs 901 „On-The-Fly Computing“. Sie schloss ihre Promotion an der Fachgruppe Softwaretechnik unter der Betreuung von Prof. Wilhelm Schäfer an der Universität Paderborn 2016 ab. Sie war involviert in die Organisation mehrerer wissenschaftlicher Veranstaltungen, z. B. ESEC/FSE 2017 und IoT-ASAP 2017–2018 und agierte als Reviewer für Konferenzen und Journals. Ihre Forschungsinteressen beinhalten Internet of Things, Softwarearchitektur, modellgetriebene-, komponentenbasierte- und service-orientierte Softwaretechnik.

Heiko Koziolek

Dr.-Ing. Heiko Koziolek ist Senior Principal Scientist am ABB Forschungszentrum in Ladenburg und leitet dort Forschungsprojekte über Software-Architekturen in der Prozessautomatisierung. Zusätzlich berät er ABB Geschäftseinheiten beim Entwurf von großen Softwaresystemen. Er promovierte im Bereich Softwaretechnik an der Universität Oldenburg. Seine Forschungsarbeiten zielen auf die Vorhersage der Laufzeitperformance von Softwaresystemen sowie die Analyse von Wartbarkeit. Er ist Ko-Autor des 2016 erschienenen Buches „Modeling and Simulating Software Architectures“ bei MIT Press. Er ist Mitglied des Programmkommittees bei den führenden Konferenzen zum Thema Softwaretechnik (ICSE) und Software-Architektur (ICSA) sowie Gutachter für die Zeitschriften „IEEE Transactions on Software Engineering“ und „Journal of Systems and Software“. Darüber hinaus ist er langjähriges Mitglied der Plattform „Industrie 4.0“ im Arbeitskreis „Referenzarchitekturen und Standards“ und des ZVEI Spiegelgremiums „Modelle und Standards“.


Received: 2018-07-23

Accepted: 2018-10-10

Published Online: 2019-03-01

Published in Print: 2019-03-26


Citation Information: at - Automatisierungstechnik, Volume 67, Issue 3, Pages 172–182, ISSN (Online) 2196-677X, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2018-0089.

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