Grenzen sprengen

PC-based Automation - Wenn klassische SPS-Aufgaben mit spezieller Datenbearbeitung verbunden sind, sollte die komplette Automatisierung PC-basiert gestaltet werden. Das entlastet die Steuerung und erschließt neue Möglichkeiten zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung der Daten. Der Offenheit und Flexibilität steht aber oft hoher Aufwand für die Konfiguration der passenden Hard- und Software gegenüber. Ein neuer, kompakter Industrie-PC mit Software SPS löst dieses Problem für den maschinennahen Einsatz.

05. Juli 2005

In der Theorie bietet der offene, PC-basierte Ansatz vor allem dort entscheidende Vorteile, wo neben den MSR-Aufgaben zahlreiche Rezepturen und wechselnde Einstelldaten verwaltet, umfangreiche Produktionsdaten der Bürowelt verfügbar gemacht, spezialisierte Software integriert und komplexe Abläufe übersichtlich visualisiert werden sollen. Vorteile, die in der Praxis jedoch oft an Grenzen stoßen, wie hohe Umgebungstemperaturen, Vibrationen und mangelnder Einbauraum.

Systemerprobtes LeistungspaketHandelsübliche PCs kommen unter diesen Bedingungen von vornherein nicht in Frage, und viele Industrie-PCs sind entweder nicht kompakt oder die kompakten nicht leistungsfähig genug.

Zu den potentiellen Schwachstellen PC-basierter Lösungen zählen nicht nur die Festplatte und die Lüfter, sondern auch die meist überdimensionierte Funktionalität der verwendeten traditionellen Betriebssysteme.Die Herausforderung besteht darin, die Architektur in der Hard- und Software so auf die Anwendung abzustimmen, daß das System diese Grenzen überwindet, ohne an Flexibilität und Offenheit zu verlieren. In vielen Fällen aber rechnet sich der dafür erforderliche Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand nicht. Dies gilt um so mehr für Einzelanwendungen oder kleine Stückzahlen. So entstand bei Siemens die Idee, eine Systemlösung mit folgenden Bestandteilen zu schaffen:

- Der neue, robuste und ultrakompakte Simatic Microbox PC 420

- Ein anwendungsgerechtes Betriebssystem Windows XP embedded (XPe)

- Die bewährte Software-SPS Simatic WinAC (Windows Automation Center)

Die Step 7-Kompatibilität mit den weiteren, vielfältigen Automatisierungskomponenten aus dem Simatic-Spektrum inkl. den Kommunikationsmöglichkeiten von Profibus und Industrial Ethernet stand dabei von Anfang an im Mittelpunkt der Entwicklung dieses Industrie-PCs. So fügt sich der Microbox PC 420 nahtlos in die durchgängige Welt von Totally Integrated Automation von Siemens ein. Zusammen mit WinAC zielt er zunächst auf universelle PC-basierte Applikationen, bei denen höchste Robustheit und Zuverlässigkeit, geringer Platzbedarf und niedrige Engineering-Kosten im Vordergrund stehen.

Das stabile und effiziente Zusammenspiel von Microbox PC, Windows XPe, WinAC

und anderen Automatisierungskomponenten aus dem Simatic-Spektrum wird in einem kontinuierlichen Programm intensiver Systemintegrationstests geprüft.

Vertraute Programmierumgebung

So kann der Automatisierer und Anwender sicher sein, eine auf erprobte Standards basierende, in Hard- und Software perfekt aufeinander abgestimmte Lösung mit höchster Funktionsqualität für die jeweilige Applikation zu erhalten. Simatic WinAC macht den Microbox PC 420 zu einer ebenso leistungsfähigen wie offenen Plattform auch für anspruchsvollere Maschinen- und Anlagensteuerungen.

Programmiert wird die Soft-PLC mit den Werkzeugen der Simatic-Welt von Step 7 bis hin zu Engineering-Tools wie S7 SCL (Structured Control Language) oder S7 GRAPH für die grafische Projektierung von Ablaufsteuerungen unter dem bewährten Simatic Manager. Dieser führt als durchgängige Programmieroberfläche für sämtliche Automatisierungs- und Antriebskomponenten der Simatic-Welt zu großen Zeitersparnissen beim Erstellen, Verwalten und Pflegen von Automatisierungsprojekten. Auch zentrales Engineering über Industrial Ethernet oder Profibus ist möglich.

WinAC ist codekompatibel zur Simatic S7-400. Programme oder Programmteile, die bereits für Simatic Hardware-Steuerungen erstellt wurden, sind problemlos portierbar. So kann der Automatisierer das über Jahre hinweg in der vertrauten Programmierumgebung von Step 7 entwickelte Know-how weiter nutzen. Auch die Investitionen des Anwenders bzw. Endkunden in die Software sind nachhaltig gesichert. Damit kann der Anwender ohne großen zusätzlichen Engineering-Aufwand die für seine Automatisierungslösung am besten geeignete Steuerung frei wählen.

Technologische Applikationen wie Meßwerterfassungssysteme oder Bilddatenverarbeitung lassen sich mit dem Open Development Kit (ODK) von WinAC in den Steuerungsverbund integrieren. Der ODK vereinfacht die Einbindung von C++ Programmen und damit den Zugriff auf alle Hardware- und Software-Komponenten, was die Flexibilität des Microbox PC maximiert. Eine offene Datenschnittstelle auf der Basis von OPC (OLE for Process Control) ermöglicht die vertikale Integration standardisierter Bürosoftware für den einfachen und symbolischen Zugriff auf Prozeßdaten. Der integrierte OPC-Server unterstützt auch die Kommunikation mit Simatic-fremden OPC-Clients.

In einer Anwendung aus der Folienproduktion entlastet dies die Verwiegesteuerungen in der Kleinkomponentendosierung, indem die Mischanweisungen von der Soft-PLC aus einer zentralen Datenbank ausgelesen und dosierte Mengen automatisch an das System zurückgemeldet werden.

Keine drehenden Bauteile

Mit einer Baugröße von nur 262 x 132 x 47 mm erfüllt der Microbox PC 420 den Anspruch, der in seinem Namen steckt. Ausgelegt für die Montage auf Standardhutschiene im Schaltschrank, beispielsweise mit dezentralen Peripheriegeräten Simatic ET 200S, eignet sich das robuste Ganzmetallgehäuse aber auch für externe Wandmontagen oder den Einbau im Maschinenfuß.

Die Standardausführung hat keinerlei drehende, schock- oder staubanfällige Bauteile, wie Festplatte und Lüfter, die den störungsfreien Betrieb in Frage stellen könnten. Als Speichermedien kommen vorzugsweise Compact-Flash-Karten (CF) zum Einsatz, die sich ebenso wie Arbeitsspeicher (SDRAM) und Batterie auch am eingebauten Gerät schnell austauschen lassen. Die verbauten Komponenten sind für den lüfterlosen Betrieb rund um die Uhr bei Umgebungstemperaturen bis 50 °C ausgelegt. Dies erspart in vielen Fällen eine zusätzliche Schaltschrankbelüftung und damit Kosten. Für den maschinennahen Einsatz besitzt der Microbox-Industrie-PC eine hohe Vibrations- und Schockfestigkeit, wie sie im Umfeld von Pressen und Stanzen unerläßlich ist oder auch an Lkw-Durchfahrwaagen, bei denen ein Microbox PC den vollautomatisierten Wiegeprozeß und ein Identsystem zur Erfassung und Fernübertragung der Fahrzeugdaten integriert.

PC-technische Basis sind langfristig verfügbare Intel Celeron- und Pentium-Prozessoren mit Hauptspeichern bis 512 MB sowie ein Siemens-Motherboard mit Grundfunktionalitäten auf der Basis bewährter Phoenix-BIOS-Technologie. So bleibt die Produktpflege weitgehend unabhängig von Zulieferern. Die Lieferbarkeit und Ersatzteilversorgung des Microbox PC ist auf mindestens drei bzw. fünf Jahre festgeschrieben. Bei künftigen Generationen hat die Funktionskompatibilität höchste Priorität.

Robuste PC-TechnikDas Schnittstellenangebot umfaßt in der Standardausführung neben einem seriellen RS232-Port und einem DVI-I-Grafikanschluß für CTR- oder LCD-Monitor zwei Ethernet- und vier USB 2.0-Anbindungen, zwei davon für Versorgungsströme bis 0,5 A, sowie optional eine Profibus DP-Schnittstelle als bevorzugtem Standard für die Kommunikation mit Feldgeräten. Für zusätzliche Prozeßperipherie stehen drei freie Steckplätze für Karten im kompakten PCI-Format PC/104-Plus bereit, die sich ebenfalls bequem an der Gerätefront stecken lassen und die Bautiefe jeweils um lediglich 17 mm erhöhen. Bei der Auswahl und Integration geeigneter Steckkarten kann der Kunde auf die Unterstützung durch das Siemens IPC Customization Center zurückgreifen. Im Gegensatz zu herkömmlichen PC-Lösungen ist das 128 kB große SRAM (Static RAM) des Microbox PC auch ohne externe, unterbrechungsfreie Stromversorgung (batterie-)gepuffert, so daß Prozeßdaten unter allen Umständen sicher abgespeichert werden können. Eine integrierte 24-V-Stromversorgung mit Potentialtrennung zur Überbrückung von Netzausfällen bis 15 ms versteht sich fast schon von selbst.

Das industriegerechte Metallgehäuse schützt die Elektronik vor elektromagnetischen Störungen. Zusätzliche Datensicherheit bieten die integrierten Überwachungs-Funktionen für Spannung, Temperatur und Programmablauf (Watchdog). Maximale Robustheit im maschinennahen Einsatz erfordert ein Betriebssystem, das möglichst keine Festplatte benötigt und wenig Speicherplatz einnimmt. Windows XP embedded von Microsoft erfüllt diese Anforderungen. Als Speichermedien kommen von außen auswechselbare Compact-Flash-Karten zum Einsatz, deren Kapazität von der Ausführung des Microbox PC 420 unabhängig ist.

Windows XPe basiert auf XP Professional. Für den Einsatz auf dem Microbox PC wurde das Betriebssystem von Siemens exakt auf die Hard- und Softwareanforderungen zugeschnitten und so ressourcenoptimiert (geringer Speicherbedarf).

Überflüssige Treiber und Zusatzprogramme entfallen. Dennoch ist es offen für Anpassungen an veränderte Prozeßumgebungen. Pilotapplikationen finden sich im Zeitungsdruck, in der Halbleiterindustrie (Datenkonzentrator) sowie im Verpackungs- und Stanzmaschinenbau (Rüttelfestigkeit). Auch in der traditionell eher konservativen Automobilindustrie erschließt sich der Microbox PC erste typische Anwendungen. Weitere Anwendungsfälle finden sich unter anderem in der Energiewirtschaft, der Metallverarbeitung und der Textilindustrie.

Erschienen in Ausgabe: 06/2004