ki2plc und TIA Portal V20

Einleitung

Nach vielen und lehrreichen Versuchen, neuronale Netze in verschiedenen Programmiersprachen abzubilden, bin ich zu der Erkenntnis gekommen, dass ki2plc mit den Werkzeugen umgesetzt werden sollte, welche SPS-Programmierer benutzen, um ihre SPS zu programmieren und auch in Betrieb zu nehmen. In meiner SPS-Umwelt sind das die Frameworks TIA Portal und CODESYS.

Damit werden die zu diesem Thema von mir bereits gesammelten Erfahrungen, wie beispielhaft in Python und C#, nun nach FUP, SCL und VBS umgesetzt, da ich vorerst das TIA Portal mit der Version V20 verwende. Das Training und damit die verbundene Simulation wird analog zur SPS mit S7-PLCSIM Advanced umgesetzt.

^{Gertäte- und Netzsicht TIA Portal, STEP 7 Professional V20, WinCC Basic/Comfort/Advanced V20}

Zur Anwendung kommen die Spikeneuronen, welche dann feuern, wenn die Bedingung false oder true erfüllt ist, und somit immer eine Auslösung mit unterschiedlichen Frequenzen aktiviert. Das hat u. a. den Vorteil, dass eine Gewichtung zu den künstlichen Neuronen durch den Trainer, nicht mehr durchgeführt werden muss und damit auch die Backpropagation komplett entfällt. Der Vorteil ist die zu erkennende Funktionalität nun auch für den SPS-Programmierer .

Mit diesem Konzept, welches komplett in der SPS umgesetzt wird , ist eine 100%ige Voraussage durch die sogenannte KI während des Betriebes möglich geworden. Ob der Anwender diese komplett nutzt, kann er noch im Nachhinein selbst entscheiden und hat somit die Möglichkeit, in das Geschehen mit seinen Programmierkenntnissen zusätzlich Hand anzulegen. Das zeigt zudem, dass der durch die KI erzeugte Prozess für den SPS-Programmierer nachvollziehbar ist.

Der SPS-Programmierer trainiert seinen KI-Baustein nach der Vorgabe des Konstrukteurs, bzw. dem gemeinsam ausgearbeiteten Funktionsablauf des Anlagenteils. Hier ist besonders zu erwähnen, dass für das Training grundsätzlich keine SPS-Programmierkenntnisse erforderlich sind. So kann auch nur der Konstrukteur das Training durchführen und seine Ergebnisse testen.

Die Festlegung der jeweiligen Eingangs- und Ausgangsparameter, sowie der Aufruf in einem Netzwerk, erfolgt durch den SPS-Programmierer. Dieser kann nun gegebenenfalls mit seinen Kenntnissen entsprechenden Programmiercode hinzufügen. Das war bei den neuronalen Netzen mit Gewichtungen im Nachhinein nicht mehr möglich.

So entsteht ein völlig neues Abbild durch eine spikeorientierte Matrix, welche der SPS-Programmierer trotz der nur ersichtlichen Frequenzen verstehen und nachvollziehen kann. Zur Unterstützung des Trainings auf der ihm bekannten Oberfläche (HMI) werden zusätzliche Trainingshilfen angeboten. Diese erlauben im Nachhinein auch eine Anpassung mit den noch nicht trainierten Vorschlägen aus der KI.

Das Training erfolgt über die HMI, welche ohnehin notwendig ist, falls diese im Prozess installiert werden soll. Die Trainingsmerkmale werden hinzugefügt, damit das Training durch eine Simulation in der HMI durchführbar wird. Alternativ dazu wäre eine externe Simulation wie PLC-Lab denkbar. Noch besser ist die direkte Ausführung an der Maschine/Anlage, falls ein unvorbereitetes Training keine Gefahr darstellt.

Ist das Training beendet, wird im Probebetrieb abgewartet, bis eine Störung auftritt oder die KI eigene Erweiterungsvorschläge liefert. Handelt es sich um eine Störung, dann fehlt meistens nur ein Training zu einem bestimmten Perzeptron. In diesem Fall kann die KI dann automatisch einen Spike vorschlagen und dem Perzeptron direkt zuordnen. Der Trainer kann diese dann einfügen und durch den laufenden Betrieb beobachten, ob diese Maßnahme sinnvoll war.

Die Überwachung durch die KI während des Betriebes ist nun fester Bestandteil innerhalb der SPS geworden und kann so zur Analyse wertvolle Informationen liefern. Besonders interessant sind die Spike-Daten für die Analyse externer KI-Systeme, denn diese verstehen die Frequenzen und können somit eine automatische und gegebenenfalls erweiterte Analyse durchführen.

Wichtig für das Training ist eine praktische, unkomplizierte Vorgehensweise unbedingt erforderlich. Allerdings hat sich gezeigt, dass auch hier unterschiedliche Meinungen zum Training konkorrieren. Es ist ähnlich wie beim Programmieren, denn da gilt auch die Erfahrung, dass 2 Programmierer auch zwei Ergebnisse liefern. Ganz wichtig ist also, dass ein Trainingsprogramm genügend zusätzliche Trainingsunterstützung anbietet. Da gibt es also noch viel zu tun.