Copyright © Dipl.-Ing. Johannes Hofer 2022, Auszug aus dem neuen active learn book
Die KI-SPS
Die Möglichkeit einer Programmierung für eine SPS, um diese am Geschehen der künstlichen Intelligenz zu beteiligen
Zur besseren Erklärung aus den Anfängen, noch ein wenig aus dem Kapitel 3:
3 Aus Alt wird neu
Bei einer netten Unterhaltung innerhalb eines
Programmier-Seminares, kamen wir auf das Thema KI und deren Anwendung, wohlgemerkt für die industrielle Automatisierung
an Maschinen und Anlagen. Nun, meine Geschichte über das Fotografieren von
Katzen zur späteren Detektieren eines Tierbildes über ein KI-System, kam bei den SPS-Programmierern sehr gut und auch lustig
an. Die Bilder zu analysieren, damit diese später dann zur Wiedererkennung
verwendet werden ist nichts neues in der Automatisierung, denn Bilderkennungssysteme
mit entsprechender Komplexibilität existieren schon seit geraumer Zeit und werden
als Modul in diverse Steuerungen schon lange angewendet. Ich denke die ersten
Gehversuche sind so Ende der 90ziger gewachsen und stellen heute ca. 30 Jahre
später, einen Standard in der Automatisierung sowie grundsätzlich im
Sondermaschinenbau dar.
Was gab es damals für Probleme mit der
Beleuchtung und ganz zu schweigen von den Speicherproblemen und natürlich teilweise
bis heute der zeitraubenden Datenzugriff zur Auswertung der Bilder.
Und
trotzdem kam mein Gedanke Fotos zu machen und als Eingangslayer zu verarbeiten,
vorerst in der SPS-Welt nicht
besonders gut an.
Die SPS-Programmierer
konnten mit dieser neuen Idee noch nicht so richtig etwas anfangen. Diese denken
immer sofort ans Programmieren und deswegen, ich denke das ist der Hauptvorsatz,
ist das beispielhafte Fotografieren von Signalen nicht so richtig verstanden
worden. Aus diesem Grund habe ich mich teilweise vom Foto der Signale entfernt und
habe von Fotos zur Erfassung einer Katze gesprochen, dann gab es wenigsten
etwas zum Lachen, 😊.
Bei genauer Betrachtung einer noch nicht
in Betrieb genommener Anlage haben wir es zu Beginn mit einem Chaos der Signale
zu tun. Abgesehen von Verdrahtungsfehlern, oder vertauschte Signalgeber, müssen
auch mechanische Probleme zur Einstellung der Stellglieder und was es da so
alles gibt, noch richtiggestellt werden. Alles ist somit vorerst unbestimmt und
funktionieren tut eigentlich, zum Leid des Auftraggebers, nur wenig bis nichts.
Erst mit der Inbetriebnahme ändert sich der Zustand allmählich und wird
schrittweise in Ordnung gebracht. Betrachten wir das mal aus dieser Sicht, welche
ja schließlich jeder Automatisierer kennen sollte.
Wenn wir alles richtig gemacht haben und alle
Einzelbewegungen funktionieren, dann könnte man mit dem Programmieren oder mit
der Inbetriebnahme des mitgebrachten Programmes beginnen. Und nun wieder zu den
Katzen, 😊.
Schon
bei dieser Erstinbetriebnahme, die auch als Einstellbetrieb bezeichnet wird,
könnte man Zustände der Eingangs-Signale mit einer „quasi Kamera“ in, meinetwegen
100 Millisekunden-Takt, erzeugen.
Diese Bilder (Daten) werden dann zur
Auswertung in einem speziellen Diagramm zur Verfügung gestellt. Ist doch
denkbar – oder?
So
erzeugte Bilder bzw. Daten nenne ich Signatur-Diagramm
(SD), denn das beschreibt einen
wahren Zustand der Anlage für einen ganz bestimmten Moment.
Das ist dann der Fall, wenn alles ordnungsgemäß
funktioniert, was nach einer Inbetriebnahme oder auch vor der Inbetriebnahme im
Test eines SDs, der Fall sein sollte.
Und da genau muss man ansetzen. Also z. B. könnte
bei einer bereits bestehenden, funktionierenden Anlage trotzdem fotografiert und
dessen Signatur gespeichert werden. Sollte nun doch ein Fehler auftreten (Endschalter
kaputt oder Programmfehler), dann fällt das nun bei der Signatur auf, da ein Vergleich
mit der damals gültigen und funktionierenden Signatur stattfindet oder sogar eine
logische, mathematische Signatur zum Vergleich zur Verfügung steht.
Qualitäts-Sicherung
oder Verbesserung der Produktionssicherheit oder wie auch immer man das nennen
möchte, auf hohem Niveau natürlich, ein sehr sicheres Verfahren mit dem SD.
Überdenken wir nun das Ganze mal umgekehrt. Es
gibt keine Inbetriebnahme, sondern ein KI-System,
welche die Signaturen, wie auch immer, aufnimmt und diese dann ordnungsgemäß
innerhalb der SPS interpretiert. Und
da ist genau der Ansatz zur KI zu entdecken.
Wir brauchen kein Programm, sondern müssen Signaturen erzeugen, damit diese KI-gerecht an das, ich möchte mal sagen KI-Modell, übergeben werden können um
sie danach (Deep-Learning) über einen
KI-Automaten
als Programmersatz und gegebenenfalls als Programmierschnittstelle anzuwenden.
Mit
diesem Gedanken habe ich begonnen und nach einer Signatur gesucht, welche als
Eingangslayer erfasst und dann gegebenenfalls über Deep-Learning in einem KI-Automaten
umgesetzt wird.
Das SD
wird so nach einem Test in eine SPS übertragen.
Dazu dient die Schnittstelle in der SPS,
welche ich als PlcApi bezeichnet habe. Die SPS
kann eine Simatic-S7 oder eine entsprechende SPS-Hardware sein, welche den erwähnten
KI-Automat besitzt.
Das hört sich zunächst so als
Bilderprogrammierung oder Umsetzung von einem KV-Diagramm an, ist es aber nicht, denn:
Genau
diese Technik erlaubt auch das Verständnis andere Programmierwelten wie z. B.
Webprogrammierer, Analytiker und weitere, moderne Instanzen zur industriellen
Automatisierung.
Warum das so ist, möchte ich hier noch nicht darstellen,
denn das würde zu sehr verwirren. Es fehlen für das Verständnis noch entsprechende,
zusätzliche Informationen. Die Anwendung dieser neuen Idee mit dem SD und dem KI-Automat sollen uns viel später in der fortgeschrittenen Lektüre zeigen,
warum das so ist.
