‘Denk bij machinesoftware in functies en interfaces’

Machinebouwers die machines ontwikkelen met een eenvoudige besturing komen meestal weg met conventionele programmering. Dit zijn vaak eenvoudige toepassingen met weinigcoderegels, en is een objectgeoriënteerde aanpak niet nodig. Wordt het echter complex en ‘smart’,dan is object-georiënteerd programmeren (OOP) wel de juiste keuze. Vooral voor seriemachines in verschillende uitvoeringen en de eis om deze machines te integreren in een intelligent machinenetwerk. De Engineering Tool Lasal van SIGMATEK is ontwikkeld volgens het IEC61131-3 protocol en is vanaf de grond af object georiënteerd opgebouwd.

Object georiënteerd programmeren (OOP) staat voor hoge modulariteit, gestructureerdheid en eenvoudig hergebruik van de applicatie – zodat de software de modulariteit en schaalbaarheid van de hardware kan bijhouden. Dit soort programmeer methoden zijn ondertussen behoorlijk doorgedrongen in de machinebouw. Vooral bij de jongere generatie automatiseringstechnici maakt OOP al deel uit van de opleiding. Er zijn dus al tal van softwarearchitecten die ervaring hebben met dit moderne programmeertype en bij de machinesoftware al in functies en interfaces denken.

Weinig code, minder inspanning
Sigmatek richt zich al 20 jaar op objectoriëntatie. De Engineering Tool Lasal ontwikkeld volgens het IEC611313 protocol is vanaf de grond af object georiënteerd opgebouwd en ontwikkeld als lowcode platform, zodat de gebruiker zijn programmeerinspanning kan beperken. Wanneer zoals bij Lasal de objectoriëntatie met een grafische weergave wordt omgezet, nemen duidelijkheid en overzichtelijkheid van een softwareproject direct toe. Dit zijn belangrijke elementen voor de machinebouwer, omdat het vooral de software is waarmee vandaag de dag het grootste deel van de toegevoegde waarde wordt behaald. Daarnaast kan de applicatie met Lasal consistent worden ontwikkeld: besturing, visualisatie, motion, safety inclusief service tools.
OOP biedt de machinebouwer tal van nieuwe mogelijkheden, maar vereist een andere benadering van applicatieontwikkeling. Uitgaande van het totale project bekijken de software architecten welke functies nodig zijn in de machine en hoe ze met elkaar worden gecombineerd. Bij topdown design gaat het erom taken uiteen te zetten en visueel toe te voegen: welke machineonderdelen communiceren met anderen en welke wisselen gegevens uit? Objecten en interfaces worden gedefinieerd en weergegeven op het netwerk. “Er is geen coderegel nodig om te begrijpen hoe de applicatie werkt in een Lasal netwerk,” legt Franz Aschl, Innovation Manager bij Sigmatek uit.

Software in een modulair systeem
Wanneer de functies en communicatie interfaces zijn bedacht, begint de ontwikkeling bottom up. De basis functies van een machine kunnen met slechts een paar klikken worden geassembleerd met behulp van de uitgebreide Lasal Libraries, voorzien van parameters en interfaces zodat de programmeur de applicatie kan testen. De Lasal bibliotheken bevatten meer dan tienduizend klassen. Daarnaast zijn moderne templates en kant-en-klare geteste softwarecomponenten beschikbaar: functie specifieke addons en themagerelateerde pakketten. Voorbeelden zijn regelaars, receptbeheer, alarmsysteem, safety, dataanalyse en complexe bewegingsfuncties zoals multi-as besturing of delta robot inbedrijf stelling. “De laatste tijd is de bibliotheek sterk gegroeid op het gebied van communicatieprotocollen varierend van TCP/IP, via OPC UA Client en server en van MQTT tot SSL versleuteling,” zegt Aschl. Er is een toenemende behoefte aan netwerken zowel horizontaal, bijvoorbeeld met camerasystemen of controllers van andere fabrikanten als verticaal met highend systemen zoals ERP, MES en Cloud. Met het gebruik van de voorgeprogrammeerde softwarecomponenten kan de ontwikkelingstijd voor basisfuncties met maximaal 70 procent worden verminderd. De software engineer kan zich richten op het implementeren van machine specifieke, innovatieve functies.

Maximale transparantie
Lasal is ook geschikt voor slimme ontwikkelteams, wanneer zeer gestructureerd gewerkt moet worden. “Bij het onzuiver implementeren van programma’s en variabelen, die kriskras in het project worden beschreven, zijn de effecten van een programmawijziging praktisch onvoorspelbaar,” benadrukt Aschl. Dat is heel anders met OOP: de objecten zijn naar buiten ingekapseld, zodat een onbedoelde beïnvloeding bijna kan worden uitgesloten. “Variabelen kunnen alleen worden gemanipuleerd met bijbehorende methoden. Dit betekent dat er duidelijke interfaces worden gespecificeerd, die dan ook gebruikt moeten worden,” vervolgt Aschl. “De visuele weergave van de ingekapselde objecten in het netwerk met alle communicatie interfaces is uniek bij Lasal en zorgt voor een hoge transparantie zoals het lowcode principe. In tegenstelling tot andere objectgeoriënteerde tools wordt de teksteditor vanwege de grafische weergave van objecten eigenlijk alleen aan het einde gebruikt,” legt Aschl uit. De softwareengineer kan implementatie van methoden in de klassen in programmeertalen zoals ST, AWL of KOP volgens IEC611313 of in C uitvoeren. Moderne engineering tools zoals Lasal maken het gebruik van objectgeoriënteerde programmering gemakkelijk door het gebruik van terugkerende functies. Als voorbeeld wordt de code voor de toekenning van klassen, variabelen of interfaces op de achtergrond gemaakt. “Variabelen kunnen niet alleen worden gevisualiseerd, maar kunnen beschikbaar worden gesteld voor bedrijven via wereldwijde WAN netwerken, zodat ook tijdens de ontwikkeling kan worden bepaald welke interfaces extern bruikbaar of zichtbaar zijn,” aldus Aschl.

Visuele live foutopsporing
Het realistische gedrag van de componenten in het Lasal project is in realtime in een online modus te zien. In de gedetailleerde weergave zijn mogelijke aansluitingen en bus verbindingen visueel en kunnen de huidige waarden eneigenschappen van de componenten worden afgelezen of geconfigureerd. Bovendien kan de hardware opstelling in het Lasal project worden vergeleken met de werkelijke configuratie van de besturingshardware. Eventuele verschillen worden grafisch weergegeven en producten kunnen individueel worden opgenomen of verwijderd. Met handige tools voor het simuleren en visualiseren van alle projecten, een complete test omgeving tot aan de debugger inclusief centraal beheer van projecten en versies, kan de transparantie en kwaliteit van de software verbeteren. “Met Lasal is zelfs visuele live debugging mogelijk, dat wil zeggen de huidige waarden zijn niet alleen zichtbaar in de programmacode, maar onmiddellijk live in het grafische objectbeeld,” vervolgt Aschl. “Dat bespaart enorm veel tijd.”

Evolutie in plaats van revolutie
“Degenen die niet geloven in objectoriëntatie zijn van gisteren,” zegt Aschl enigszins provocerend, maar met een knipoog. Objecten komen overeen met machinefuncties en kunnen steeds opnieuw worden gebruikt, net als beproefde mechanische componenten. “De code wordt grafisch verwerkt en zorgt voor een duidelijke interface. Deze structuur en de lowcode aanpak houden de code leesbaar en gemakkelijk aanpasbaar, zelfs na jaren en in het geval van een verandering van werknemer.” De code wordt duurzaam en kan duidelijk worden doorgegeven.Naast kosten bespaart dit ook tijd en stress. “Meestal veranderen voor de toepassing zelf alleen kleine dingen: evolutie in plaats van revolutie. Met moderne objectoriëntatie komen seriële machinebouwers gewoon zelf naar de software toe – vandaag en morgen,” vat Aschl samen.