Alle Fäden in der Hand

SPS - Moderne Steuerungstechnik bestimmt heute sämtliche Schritte einer komplexen Produktion. Unterschiedliche Varianten eignen sich dabei für eine Vielzahl von Anwendungen. Die optimale Lösung für alle Zwecke gibt es bisher offenbar noch nicht.

11. Dezember 2007

Nie zuvor gab es derart vielfältige Wahlmöglichkeiten zur Steuerung einer Automatisierungsaufgabe: Neben der klassischen modularen SPS steht dazu heute eine ganze Reihe anderer Systeme zur Verfügung, von der Soft-SPS über die Slot-SPS als PC-Steckkartenlösung und den Drive Controller als integrierte Lösung im Frequenzumrichter bis hin zum Motion Controller als kompakte Komponente für die Realisierung von Maschinenapplikationen. Für den Anwender bedeutet diese Vielfalt eindeutig eine Bereicherung, denn jede dieser Steuerungsbauformen hat ihre speziellen Vorteile und kann für bestimmte Anwendungen ihre Stärken ausspielen.

Bewährte Systeme

Der Klassiker unter den Steuerungssystemen ist die modulare SPS. Ihr großer Vorteil ist nach wie vor ihr sehr hohes Maß an Flexibilität. Die Angebotspalette reicht dabei von der Kleinststeuerung bis zum High-End-System. Entsprechend groß ist die Bandbreite der Anwendungsmöglichkeiten, von einfachen Anwendungen wie Torsteuerungen und kompakten Maschinen bis hin zur Steuerung von komplexen Prozessen wie beispielsweise in Stahlwerksapplikationen, bei denen eine redundant aufgebaute Hot-Stand-by-Lösung die nötige Verfügbarkeit garantiert.

Im Prozessormodul liefert oft PC-Technik die nötige Rechenleistung und die benötigten Schnittstellen. Der Anschluss des Programmiergeräts erfolgt heute oft über USB und ersetzt dabei die in Notebooks heute vielfach nicht mehr vorhandene serielle Schnittstelle. Zu den Standardschnittstellen auf vielen Prozessoren gehört heute zudem Ethernet, das noch vor gar nicht langer Zeit als grundsätzlich nicht industrietauglich eingestuft wurde.

Begonnen hat der Siegeszug des Ethernet und der Web-Technik in der Automatisierung nicht zuletzt in der modularen SPS, und zwar zunächst ungefähr im Jahr 2000 mit Kommunikationsmodulen, in denen erstmals auch Web-Server integriert wurden. Mittlerweile ist dieses Kommunikationsmodul bereits im Prozessor integriert und ermöglicht dem Anwender, selbst definierte Webseiten zu hinterlegen, über die er mit nahezu jedem normalen PC standortunabhängig auf Informationen aus Steuerung und Prozess zugreifen kann. Die Anwender der Modular-SPS haben heute die Qual der Wahl: So lassen sich zentrale Lösungen mit analogen und digitalen E/A-Modulen und speziellen Funktionsbaugruppen ebenso realisieren wie dezentrale Lösungen mit klassischem Feldbus oder Ethernet bis ins Feld. Dazu kommen Kombinationen beider Ansätze.

PC-basierte Lösungen

Eine PC-basierte Lösung ist besonders interessant für diejenigen Anwender, die eine enge Koppelung zwischen der Steuerung und einer PC-Applikation benötigen, wenn also große Datenmengen aus der Steuerung im PC verarbeitet oder archiviert werden müssen. Die immer höheren Rechenleistungen heutiger PCs führten dabei zu dem naheliegenden Schritt, den SPS-Prozessor als reine Software-Lösung zusätzlich auf dem oft ohnehin vorhandenen PC laufen zu lassen. Trotz dieser Vorteile hat die Soft-SPS die klassische SPS nicht verdrängt, wie anfangs prophezeit wurde. Ein Grund dafür sind die extrem kurzen Innovationszyklen moderner Büro- oder Heim-PCs und ihre oft kurze Lebensdauer. Demgegenüber müssen Anlagen- oder Prozess-Steuerungen oft zehn Jahre und mehr im Einsatz sein.

Abhilfe versprechen hier Industrie-PCs mit ausgewählten, langlebigen Komponenten: Im Fokus steht dabei die Verfügbarkeit von Bauteilen, auf Prozessoren mit höchster Leistung wird dafür verzichtet. Diese Lösung gewährleistet eine längerfristige Verfügbarkeit der Hardware-Plattform, die sich der Lebensdauer von Maschinen oder Anlagen annähert. Zudem erlauben Industrie-PCs einfacher als Büro-PCs spezielle konstruktive Maßnahmen wie beispielsweise modular steckbare Prozessor-Karten oder eine spätere Um- oder Aufrüstung. Spezielle Echtzeit-Betriebssysteme gewährleisten dabei kalkulierbare Zykluszeiten für die Anwendung.

Weitgehend unabhängig von der PC-Hardware ist die Slot-SPS, also ein SPS-Prozessor in Form einer PC-Steckkarte, die trotzdem die Vorteile der PC-basierten Lösung bietet. Der Vorteil dieser Lösung ist ihre hohe Zuverlässigkeit: Der gesteuerte Prozess wird geführt, solange das PC-Netzteil in Ordnung ist, mit externer Versorgung sogar bei ausgeschaltetem PC. Der Datenaustausch zwischen Steuerung und PC-Applikation erfolgt über den Erweiterungsbus des PC, der einen hohen Datendurchsatz sicherstellt. Ein Echtzeit-Betriebsystem ist bei diesem Ansatz nicht erforderlich. Bei beiden Varianten der PC-basierten Lösung wird die E/A-Ebene meist dezentral über Feldbus oder Ethernet angekoppelt, bei einigen Prozessoren lassen sich alternativ Erweiterungs-Baugruppenträger aus verwandten Modular-SPS-Familien als E/A-Ebene verwenden.

Eine zentrale Rolle gerade im Maschinenbau spielen die Themen Antriebstechnik und Motion, schließlich entscheiden Dynamik und Leistungsfähigkeit der Antriebslösung oft über die Realisierbarkeit und Wettbewerbsfähigkeit einer Konstruktionen auf einem umkämpften Markt. Zudem ist in modernen Maschinen der Platz meist knapp. Kompakte Steuerungslösungen sind daher äußerst willkommen. Die beste Lösung ist in solchen Fällen oft der Drive Controller, also eine Steuerung, die in den Antrieb integriert ist. Der Drive Controller ist ein Zusatzmodul, das in den für viele Applikationen ohnehin benötigten Frequenzumrichter gesteckt wird und deshalb keinen zusätzlichen Platz braucht. Weitere Servo-Antriebe oder Frequenzumrichter sowie zusätzlich benötigte dezentrale Ein- und Ausgänge werden über den Feldbus angekoppelt.

Im Antrieb integriert

Eine weitere Variante der antriebszentrierten Automatisierung ist der Motion Controller. Hier liegt der Schwerpunkt auf der komfortablen Realisierung von Achsanwendungen bei einer Applikation, die SPS-Funktionalität ist ebenfalls integriert. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die enge Kopplung zwischen Motion- und Steuerungsteil des Controllers. Der ständige Austausch der notwendigen Daten im Zwei-Millisekunden-Takt ermöglicht dabei auch anspruchsvolle Applikationen. Auch diese Lösung setzt dabei auf konsequente Dezentralisierung: So werden die benötigten Servoantriebe und Frequenzumrichter über den Motion-Bus an den Controller angeschlossen, für die dezentrale E/A dient ein Feldbus, und eine Ethernet- Schnittstelle ermöglicht die Realisierung verketteter Systeme oder die Vernetzung mit über geordneten Systemen. Eine Konfigurationssoftware erleichtert zudem die Realisierung verschiedener Anwendungen per Drag and Drop. Anspruchs vollere Aufgabenstellungen ermöglicht ein komfortables Projektierungs-Tool mit einer umfangreichen Funktionsbaustein-Bibliothek und vorbereiteten Standard- Lösungen für verbreitete Anwendungsgebiete.

Thomas Hammermeister, Schneider Electric/bt

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2008