Interview zum Thema: autarke Stand-alone-Steuerung mit Docker Container „Passende Anwendungen vor Ort ausführen“

Für Maschinen, die selbstständig arbeiten, ist die Steuerung U-Control Web ausgelegt. Nun hat Weidmüller sie um sogenannte Docker Container erweitert. Uwe Henneboel, Technischer Produktmanager, erläutert im Interview, wie damit die Steuerung eigene oder 3rd-Party-Software besser nutzen kann und Zeit, Kosten und Ressourcen eingespart werden.

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Die Stand-Alone-Steuerung U-Control von Weidmüller kann ohne übergeordnetes System eigenständig Steuerungsaufgaben vor Ort erfüllen. Dazu sind eine Reihe von Softwaremodulen, wie ein Webserver oder ein OPC-UA-Server integriert. Nun wurde sie um ein weiteres Modul ergänzt, den Docker Container. Welche Vorteile bietet eine dezentrale Steuerung dem Anwender, und warum die Ergänzung durch die Container-Technologie?

Viele Unternehmen nutzen bei IoT-Applikationen noch maßgeschneiderte Softwarelösungen für die Datenverarbeitung. Gravierender Nachteil: Sie hängen stets von einzelnen Betriebssystemen ab. Damit lassen sie sich nur schwer auf andere Systeme portieren. Ebenso sind Pflege, bzw. erforderliche Aktualisierungen von Software mit viel Aufwand verbunden, zum Beispiel im Falle von Sicherheitslücken. Automatisierungsaufgaben müssen aber immer effizienter, einfacher und bedarfsorientierter gestaltet werden. Dafür hat Weidmüller die Automatisierungslösung U-Control Web auf Basis offener, plattformunabhängiger Technologien entwickelt. Durch die Web-Anbindung der Steuerung wird nur noch ein Display mit Browser zusätzlich benötigt, ansonsten ist die Maschine einsatzfähig – und gleichzeitig in die IoT-Umgebung eingebunden. Außerdem benötigt der Anwender keine zusätzlichen Entwicklungstools oder Wartungsverträge, was Kosten spart.

Der Einsatzbereich fokussiert sich aktuell noch vorrangig auf Stand-alone-Maschinen. Zukünftig können aber auch große Anlagen partiell als dezentrale Einheit oder vollständig mit der U-Control gesteuert und überwacht werden. Mit der Docker-Technologie wird diese nun nochmals flexibler, einfacher zu bedienen und an individuelle Aufgabenstellungen anpassbar.

Wozu dient die Docker-Technologie?

Anwender kennen die Situation: An einer Maschine sind eine Vielzahl an Aufgaben gleichzeitig zu machen. Da benötigt man einen Cloud-Connector eines Drittanbieters, wie zum Beispiel Anyviz von der Firma Mirasoft, oder die Möglichkeit Alarme bei kritischen Grenzüberschreitungen aus Node Red heraus per E-Mail zu verschicken. Oder sie möchten per MQTT oder OPC UA ihre Anlage mit anderen Geräten vernetzen. Das ist ein realistisches Szenario. Aber eigentlich wünscht sich niemand so ein Sammelsurium an Hardwarekomponenten mit verschiedenen Betriebssystemen. Docker Container helfen dabei, das alles auf einer Steuerung laufen zu lassen.

Und wie macht das so ein Docker Container?

Docker ist eine Software, die unterschiedlichste Anwendungen in Form von gekapseltem Container, zum Beispiel innerhalb einer Linux-Distribution, zur Ausführung bringt. Das heißt, jeder Container enthält dabei die zur Ausführung benötigten Software-Teile und benötigt im Vergleich zu einer Virtual-Machine weitaus weniger Systemressourcen. Zudem lässt sich mit Docker auf einen sehr umfangreichen Pool – sogenannte Registries – an Open-Source-Software zugreifen, welcher durch die Community stetig erweitert wird.

Welche Vorteile ergeben sich denn daraus für den Anwender?

Zum einen können eigene oder 3rd-Party-Software innerhalb eines Containers ausgeführt werden. Zum anderen bieten sich somit individuelle Erweiterungsmöglichkeit des Software-Spektrums für die U-Control. Und nicht zuletzt die Möglichkeit, zusätzliche Hardware einzusparen.

Anwender können eigene Softwarelösungen programmieren, nutzen vorhandene Open-Source-Software aus einem Container Hub oder greifen beispielsweise auf Lösungen wie Microsoft Azure, auf Datenbanken wie Influxdb oder natürlich auch viele andere wie die Weidmüller internen Anwendungen zurück. Damit lässt sich die Funktionalität der Steuerung flexibel erweitern. Und: Docker Container sind parallel lauffähig – damit ein Beleg für die Flexibilität der U-Control.

Gibt es denn dazu auch bereits konkrete Erfahrungen von Anwendern?

Die gibt es: Der Betreiber einer Lackierstraße zum Beispiel. Er erzielt erhebliche Kosteneinsparungen durch den Einsatz von U-Control mit einem von Weidmüller entwickelten Docker Container. Dafür hat er zuvor, neben einer klassischen SPS, noch einen zusätzlichen IPC benötigt. Mit der Docker-Lösung konnte er zudem die Prozesse einfacher, sicherer und schneller gestalten. Denn in seiner Lackierstraße werden manchmal spezielle Zusatzstoffe benötigt. Diese sind sehr teuer, und es rechnet sich nicht, sie in Extra-Tanks permanent vorrätig zu halten. Was macht der Kunde nun? Wenn das Pulver benötigt wird, wird es direkt aus dem LKW in den laufenden Prozess eingebracht und verarbeitet.

Das ist ein relativ komplexer Ablauf. Um ihn zu beherrschen, ist eine entsprechende Prozessvisualisierung notwendig, zudem eine Rechteverwaltung, damit nur die richtigen Leute das machen können.

Weidmüller hat bei dem Kunden ein User-Management realisiert, und das ist für die verschiedenen Standorte mit einer Sprachverwaltung in Deutsch, Englisch und Französisch hinterlegt. Der Benutzer bekommt bei der Anmeldung die eigene Oberfläche in seiner Sprache. Das ist ein sehr mächtiges Tool. In der Vergangenheit hat man dafür spezielle Hardware benötigt – einen IPC, auf dem die verschiedenen Anwendungen liefen.

Wir haben das ganze nun komplett mit der Container-Technologie auf einer U-Control Web abgebildet und die zusätzliche Hardware ist entfallen. Dafür wurde noch das Starter-Kit integriert: Da sind digitale und analoge Ein- und Ausgänge drauf, zudem Temperatursensoren und -schalter. Auf der U-Control läuft das Procon-Web-Laufzeitsystem mit entsprechender Visualisierung innerhalb eines Containers. Das heißt, der Anwender kann in gewohnter Weise über den Procon-Web-Designer seine Anwendung bequem auf das Laufzeitsystem übertragen.

Und wie bekommt der Anwender dieses Laufzeitsystem Procon Web in Form eines Containers denn auf die U-Control?

Wir haben das zunächst mit Portainer gelöst. Portainer ist eine schlanke Open-Source-Anwendung, die die Verwaltung einer Docker-Umgebung über ein komfortables Web-Frontend ermöglicht. Damit lassen sich Procon Web sowie alle genutzten Container komfortabel installieren, steuern und anpassen. Zudem hat der Anwender mit Portainer Zugriff auf sämtliche im Markt verfügbare Container, vor allem auf die von Weidmüller zertifizierten bereits angebotenen wie auch zukünftigen Add-Ons.

Welche Add-On-Erweiterungen der U-Control sind denn demnächst zu erwarten?

Mit Release 1.16 von U-Control, die im April verfügbar sein wird, kommen zahlreiche neue Add-Ons, die sich über den Portainer mit einem Click herunterladen und installieren lassen. Unter anderem der Cloud Connector zur Anbindung der Weidmüller-eigenen Cloud-Lösung „Easy Connect” sowie ein Add-On zur Anbindung und Konfiguration des Weidmüller-eigenen Sensors. Weiter ein Connector zum Cloud-System Anyviz von Mirasoft, und darauf basierend ein Add-On von der Firma Alexander Bürkle.

Und mit Release 1.17 später im Jahr werden wir eine Alternative zu Node Red bieten sowie einen Connector zum Cloudsystem von Microsoft.

Die Docker-Technologie erweitert die Möglichkeiten und die Flexibilität der U-Control als Stand-alone-Steuerung ja also ganz erheblich. Aber wäre das grundsätzlich nicht auch möglich mit den Add-Ons als Virtuelle Maschinen?

Nein. Container und virtuelle Maschinen können zwar vergleichbare Aufgaben übernehmen, jedoch benötigt eine virtuelle Maschine weitaus mehr Ressourcen und beinhaltet ein vollständiges Betriebssystem.

Ein Container dagegen umfasst die Anwendung und verwendet das Betriebssystem auf dem dieser installiert ist. Dadurch erfordert der Container sehr viel weniger Systemressourcen in der Steuerung. Virtuelle Maschinen stoßen zudem an ihre Grenzen, wenn ein hoher Datendurchsatz bei gleichzeitiger Flexibilität gefordert wird. Deshalb sind wir sicher, dass wir mit der Docker-Container-Technologie dem Anwender die beste technische Lösung bieten, um die U-Control mit leistungsfähigen Add-Ons sehr einfach auf seine Bedürfnisse anzupassen.

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