Erschienen am: 11.11.2016, Ausgabe SPS-MAGAZIN SPS-Special 2016

Programmieren und Visualisieren im Webbrowser

Run anywhere - run everywhere

Auf dem Weg zu Industrie 4.0 und dem IIoT scheint die Umsetzung innovativer Ideen und die damit verbundene Softwareentwicklung oft auf eher klassischen und wenig innovativen Wegen zu erfolgen. Typischerweise müssen Entwicklungsumgebungen immer noch auf dem Computer installiert werden. Effizienter und gleichzeitig kundenfreundlicher wäre ein Weg über Web-Applikationen um dem Kunden ein geräte- und betriebssystemunabhängiges Produkt zu bieten. Der folgende Artikel beschreibt am Beispiel eines IEC61131-Programmierungseditors die Vorteile und Mehrwerte für Anwender durch Programmierung und Visualisierung mittels Webbrowser.


q4Logix Programmiereditor im Browser
Bild: qmd4 GmbH

Vor Beginn eines Automatisierungsprojektes muss in der Regel die entsprechende Entwicklungsumgebung auf dem Computer des Mitarbeiters installiert werden. Auch regelmäßige Updates werden meist nicht automatisch durchgeführt um die Integrität der Entwicklungsumgebung während der Projektentwicklung nicht zu gefährden. Statt dessen muss dieser Schritt vor jedem neuen Projekt überdacht und durchgeführt werden. Das kann in Unternehmen mit vielen Mitarbeitern zu einem nicht zu unterschätzenden Kostenfaktor werden. Bedenkt man auch Hardwarewechsel durch Umstieg auf Ersatzgeräte bei Neuanschaffung oder Defekt, kommt schnell ein immens hoher Aufwand und ein Mix an unterschiedlichen Versionsständen zusammen. Nach einem Update ein altes Projekt ohne den damaligen Softwarestand weiterzubearbeiten kann auch riskant sein. Welche technischen Möglichkeiten die Hersteller klassischer Entwicklungsumgebungen auch immer vorsehen, ein gewisser logistischer und technischer Aufwand im Unternehmen bleiben dennoch bestehen. Des Weiteren wird durch unterschiedliche Versionen die Zusammenarbeit im Team eventuell negativ beeinflusst, da es z.B. zu Inkompatibilitäten beim Austausch von Programmteilen kommen kann. Wenn man dann noch den Aufwand für Schulung seiner Mitarbeiter auf unterschiedlichen Gerätefamilien mit einbezieht, stellt man sich schnell die Frage, ob es hier nicht Möglichkeiten gibt die Arbeitsabläufe nicht nur effizienter sondern auch gleichzeitig kostenreduzierend zu gestalten.

Web-Applikation bietet gute Voraussetzungen

Um solche Nachteile zu beseitigen bedarf es eines geräteunabhängigen Weges. Die standardisierte Webbrowser-Technik bietet passende Voraussetzungen für einen 'Run anywhere - run everywhere'-Ansatz. Die Fähigkeiten von Webbrowsern Daten geräte- und betriebssystemunabhängig darzustellen, war ein wesentlicher Beitrag zum Erfolg des Internets. Denn als Beginn des Internets für Browser noch keine einheitlichen Standards existierten und dementsprechend Web-Seiten mal gut oder schlecht funktionierten, war die Akzeptanz bei den Anwendern bei weitem noch nicht gegeben. Sie steigerte sich erst nachdem die Browser standardisiert wurden und dadurch die Verwendbarkeit von Webseiten einfacher und vor allem geräteunabhängig wurde. Einfacher wurde es aber nicht nur für Anwender, auch Anbieter von Web-Seiteninhalten mussten sich keine Gedanken mehr machen, mit welchem Gerät ein potentieller Kunde die Seite besucht. Kosten für Wartung und Entwicklungsaufwand konnten somit deutlich reduziert werden, da keine redundanten Seiten entwickelt und gepflegt werden mussten. Diesen Vorteil könnten sich auch SPS-Systemanbieter zu Eigen machen, indem sie Programmierumgebungen als Web Applikation anbieten. Mit der Einführung des HTML5-Standards wurde zusätzlich die Basis geschaffen, nicht nur statische sondern auch dynamische Daten darzustellen. Das prädestiniert den Browser nicht nur als Medium zum Darstellen von Daten, sondern zusätzlich als Medium zum Generieren von Daten - sprich als Editor zum Programmieren und Visualisieren direkt im Webbrowser. Durch Web-Anwendungen verschwinden nicht nur die Nachteile klassischer Desktop-IDEs, sie ermöglichen darüber hinaus zusätzliche Features. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass der Anwender keine Software auf seinem eigenen Gerät installieren muss. Er spart sich dabei nicht nur den Aufwand für Erstinstallation und die folgenden Updates, er gewinnt auch an Datensicherheit. Geht ein Arbeitsgerät, z.B. ein Laptop, kaputt oder wird gestohlen, sind die Daten von Projekten unwiederbringlich verloren oder in falschen Händen. Bei Web Anwendungen hingegen kann der Mitarbeiter sofort mit einem Ersatzgerät ohne Installation von Software an seinem Projekt weiterarbeiten. Auch die Programme und Daten bleiben stets innerhalb des sicheren Firmennetzes gespeichert und sind somit vor Sabotage oder Diebstahl geschützt. Die Möglichkeit parallel mehrere Versionen auf dem Server bereit zu halten ist ein weiterer Vorteil. Er erleichtert das Pflegen von abgeschlossenen Projekten, auch nach Jahren.

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Web-Applikationen für die Automatisierung

Web-Applikationen sind in der IT bereits seit einigen Jahren State-of-the-Art, nicht nur bei klassischen Office-Anwendungen oder Speicherdiensten, sondern auch als Entwicklungsumgebungen im Bereich von Web Design und verwandten Anwendungen. Man kann also durchaus von bereits erprobter und zuverlässiger Technologie sprechen. Im Automationsbereich ist bisher die österreichische Softwareschmiede qmd4 mit einer IEC61131-Funktionsplanprogrammierumgebung Vorreiter in diesem Segment. Das Tool q4Logix ist eine Client/Server-Anwendung, deren Kommunikation auf zukunftssicheren Standardprotokollen basiert und somit sicheren Datenaustausch via https oder secure websocket ermöglicht. Die Entwicklungsumgebung läuft ressourcenschonend und benötigt daher nur eine geringe Bandbreite zum Datenaustausch. Die Editierung im Client ist auch ein großer Vorteil gegenüber Applikationen, die auf einem Server laufend Rechenleistung und Bandbreite belegen. Mit q4Logix ist der Einsatz auch bei einer mobilen Anbindung problemlos möglich. Bei q4Logix wird im Browser die entsprechende Programmstruktur per Drag&Drop in der Arbeitsfläche gezeichnet. Neben einer breit gefächerten Auswahl an vorkonfektionierten Funktionen und Funktionsblöcken stehen unterschiedliche Datentypen zur Verfügung. Per Mausklick wird der entsprechende Code für die Laufzeitumgebung (q4PLC) generiert und auf die entsprechende Zielhardware geladen. Das eigentliche SPS-Programm läuft dann wie bei jeder anderen, klassisch programmierten SPS, direkt auf dem Zielsystem. Da die Programmierumgebung auf einem verschlüsselten Web Server läuft (z.B. via SSL) und der Code auf einer gesicherten Verbindung zur Zielhardware übertragen wird, können Sicherheitsbedenken entkräftet werden. q4Logix dient zur high-level Programmierung auf der Basis von Systembausteinen des Hardware- und Systemlieferanten in Funktionsplan. Diese Systembausteine können in den Sprachen C und Assembler erstellt werden. Weiter gibt es eine Reihe von Bibliotheken von qmd4 z.B. nach IEC61131. Um Vorbehalten von Cloud-Applikationen entgegen zu wirken, bietet qmd4 die Option, q4Logix nicht nur über einen öffentlichen Server zugängig zu machen, sondern zusätzlich die Möglichkeit den entsprechenden Web Server innerhalb einer Firmengruppe einzubinden. Somit kann man zusätzliche Zugriffssicherheit via VPN gewähren und gleichzeitig können alle Teammitglieder innerhalb der Firmengruppe sicher zugreifen. Als dritte Option könnte man die Installation gleich direkt auf der SPS selbst vornehmen. Man verliert durch den Betrieb direkt auf der SPS selbstverständlich den einen oder anderen Vorteil einer Cloud, der Vorteil der Geräte- und Betriebssystemunabhängigkeit bleibt aber komplett vorhanden. Somit gibt es für jede Applikation die passende Möglichkeit in der Umsetzung. Für die Fehlersuche steht ein integrierter Online Debugger zur Verfügung, der wie die gesamte Entwicklungsumgebung im Browser läuft. Dieser zeigt die aktuellen Werte der Variablen an und erlaubt auch eine Änderung zu Testzwecken. Zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs können auch direkt im Funktionsplan mehrere Trendansichten oder Trendiagramme dargestellt werden, ein wohl in der Branche einmaliges Feature. Die kurzen Turnaround-Zeiten im Bereich von Sekundenbruchteilen für Codegenerierung und Laden des Programms machen die Fehlerbehebung angenehm und einfacher.

Maßgeschneiderte Bedienoberfläche

Mit q4Viz bietet der Anbieter auch ein Tool zum Erstellen von maßgeschneiderten Bedienoberflächen an. Wie beim Programmeditor verwendet auch dieser den Webbrowser nicht nur zur Darstellung sondern auch als Editor. Es gelten daher für das Tool die gleichen Vorteile wie für die Entwicklungsumgebung. Auf mehreren Bildern können die aktuellen Werte von Variablen übersichtlich und optisch ansprechend dargestellt werden. Vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten mit Bildern, dynamischen Wertanzeigen und interaktiven Elementen erlauben auch das Verändern von Variablen. Zusätzliche Bibliotheken für z.B. Gebäudeautomatisierung und Maschinenelemente sind verfügbar. Editor und runtime laufen ebenfalls im Webbrowser und auf allen gängigen Panels. Neben den Vorteilen für Anwender bieten die Produkte von qmd4 auch Mehrwert für OEM- und Systemanbieter, z.B. hinsichtlich der Produktpflege. Hier können neue Features allen Anwendern gleichzeitig zur Verfügung gestellt werden und nicht erst schrittweise nach Installation auf jedem einzelnen Computer. Während bei Desktop-Programmen mit der Neuinstallation die vorherige Version überschrieben oder gelöscht wird, genügt bei q4Loix einfach ein Link zu Vorgänger Versionen um hier auf einen Alt Zustand zurückgreifen zu können. So ermöglicht diese Lösung die Möglichkeiten eines effektiven und gezielten roll-outs ohne Kunden, für welche ein Umstieg zeitlich unpassend kommt, zu verärgern. Durch einfache Zugriffsrechtevergaben lassen sich auch gezielt Features für einzelne Kundengruppen bereitstellen und somit maßgeschneiderte Pakete für individuelle Applikationen anbieten und vermarkten. Durch diese technischen Möglichkeiten ergeben sich Chancen ganz neue Wege in der digitalen Zusammenarbeit mit den Kunden einzugehen und darauf aufbauend neue Geschäftsmodelle zu entwickeln. Eine vertiefte digitale Zusammenarbeit eröffnet Möglichkeiten bestehende Kundenbindungen weiter auszubauen, da man viel gezielter auf die jeweilige Bedürfnisse eingehen und diese auch entsprechend bedienen kann.

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Zeitgemäße Entwicklungsumgebung

Bei Web-Applikationen stellt sich immer auch die Frage bezüglich Server-Hosting. Neben dem Angebot den Cloud Dienst direkt von qmd4 zu nutzen, können OEM-Kunden auch ihren eigenen Web Server mit ihrer individuellen konfigurierten Entwicklungsumgebung betreiben. q4Logix lässt sich einfach und problemlos in bestehende Webanwendung integrieren. Zusätzlich sind die Produkte an das gewünschte Look&Feel des OEMs anpassbar. Mittels Web-Applikationen können OEMs ihren Kunden nicht nur eine zeitgemäße Entwicklungsumgebung und Systemarchitektur bieten, sondern gleichzeitig ihr eigenes Geschäftsmodell innovieren und neue Wege in Richtung digitale Kundenpflege und -support gehen. Dies wäre ein wesentlicher Schritt nicht nur die eigenen Produkte sondern auch das Geschäftsmodell auf Industrie 4.0 zu trimmen.

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