Skalieren oder modulieren?

SPS - Skalierbarkeit der Automatisierung ist besser als Modularität. Denn Skalieren entspricht nicht nur bei der Maschinenvielfalt allen Erwartungen. Auch Einkauf, Inbetriebnahme und Service werden wesentlich vereinfacht.

03. August 2007

Leistungsfähig, flexibel und schnell umzurüsten für Produktionswechsel sollen moderne Maschinen sein. Nicht zu vergessen: erweiterbar und servicefreundlich. Vom Engineering werden bei gesteigerter Qualität immer kürzere Auftragsdurchlaufzeiten erwartet - und all das bei reduzierten Kosten. Alle Register ziehen, heißt das für die Konstrukteure, wenn sie die steuerungstechnischen Komponenten einer Maschine erstellen und die Inbetriebnahme vorbereiten.

Passt die modulare SPS?

Die Variantenvielfalt einer Maschine reicht dabei oft von der einfachsten Applikation bis hin zur komplexen, mit allen Optionen bestückten Hightech-Variante. Dies erfordert einen hohen Modularisierungsgrad der Maschine und ihrer Automatisierungs­lösung. Modulare SPS-Lösungen scheinen dafür vordergründig eine passende Lösung zu sein.

Eine modulare SPS besteht aus einer Vielzahl von Hardware-Einzelkomponenten, die je nach Projektanforderung zu einem System zusammengestellt werden. Dabei ergibt sich als erheblicher Nachteil jedoch die Vielfalt der eingesetzten SPS-Familien und -Geräte, die unter Umständen mit jeweils anderer Software programmiert werden müssen. Damit verliert die Modularität ihren Charme, sowohl im Engineering als auch in vor- und nachgelagerten Prozessen wie Einkauf, Inbetriebnahme und Service.

Gegenüber diesen Schwächen der modularen Steuerungen macht die Skalierbarkeit der Automatisierungssysteme zunehmend Punke. Eine skalierbare Steuerung beschränkt sich auf wenige, universell einsetzbare Standardkomponenten. Sie ist einfach in der Leistungsfähigkeit veränderbar und lässt sich ohne großen Aufwand durch Softwarekonfiguration den jeweiligen Anforderungen einfach anpassen. Dies führt neben dem effizienteren und damit auch kostengünstigeren Engineering zu einer vereinfachten Ersatzteilhaltung und systematisch zur Erhöhung der Verfügbarkeit auf Basis wiederverwendeter, erprobter Komponenten.

Wie funktioniert das Skalieren?

Wie mit der SPS AC500 von ABB skaliert werden kann, zeigt ein Beispiel: Eine Maschine bestehend aus drei bis vier Grundaggregaten wird in mehreren Varianten hergestellt. Bei dieser Maschinenserie wird die skalierbare Steuerung AC500 eingesetzt. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie einfach und durchgängig erweiterbar ist. In der Software ist dies durch ein durchgängiges Engineering Tool für alle CPU-Leistungsklassen gewährleistet. Die Hardware basiert auf einem skalierbaren Plattformkonzept.

Automatisch konfiguriert

In der beschriebenen Maschinenreihe wird ein digitales E/A-Modul eingesetzt, das über frei konfigurierbare Kanäle verfügt. Im Bereich der Fertigungsautomatisierung werden im Allgemeinen etwa zwei- bis dreimal so viele Eingänge wie Ausgänge benö­tigt. Daher sind die ersten 16 Kanäle dieser Baugruppe fest als Eingänge definiert. Die restlichen 16 Kanäle können einzeln wahlweise als Eingang oder als Ausgang definiert werden. So ist es möglich, mit diesem Teil der Baugruppe eine 16-DI-, eine 16-DO- oder eine Mischbaugruppe entsprechend der Applikation zu realisieren. Zusätzlich können zwei der Eingänge auch als schnelle Zähler genutzt werden. Eingangsverzögerung, Kurzschlussüberwachung, das Verhalten bei Kommunikationsfehler und die Rücklesbarkeit der Ausgänge werden ebenfalls per Software festgelegt. Diese Konfiguration des E/A-Moduls ist Bestandteil der Programmierung und damit des Anwenderprogramms. Bei einem eventuell notwendigen Austausch der Hardware-Komponente bekommt ein Ersatzteil daher automatisch wieder die richtige Konfiguration zugewiesen. Der Service vor Ort muss nur austauschen, nicht konfigurieren oder gar in das Programm eingreifen.

Das in der Maschine genutzte Analogmodul hat ebenfalls Ein- und Ausgangssignale. Die­se können kanalweise konfiguriert werden für Strom oder Spannung. Die Eingänge erlauben zusätzlich den Anschluss von PT100, Pt1000, Ni1000, für 2- oder 3-Leiter-Anschluss. Falls erforderlich können die Eingänge auf dem Analogmodul auch als Digitaleingang genutzt werden. Kanalweise wird per Software die Überwachung für Drahtbruch, Kurzschluss und Plausibilität konfiguriert.

Ein weiterer Grund für die skalierbare Steuerung ist der weltweite Vertrieb. Der damit verbundene weltweite Service verlangt ein servicefreundliches System mit wenigen Komponenten und einem durchgängigen Softwaretool. Schließlich soll der Logistik- und Engineeringaufwand möglichst gering bleiben. Die frei konfigurierbaren E/A-Module der AC500 bieten eine passende Lösung für die Anforderungen.

Damit die Kommunikation stimmt

Ein weiterer wichtiger Punkt bei dem weltweiten Einsatz von Maschinen ist das »Kommunikationsumfeld«, in dem sich die Maschine bewegt. Endkunden wünschen oft unterschiedliche Feldbusse und Vernetzungen an übergeordnete Systeme. Deshalb hat der Hersteller der Maschine dafür zu sorgen, dass die Kommunikation leicht den lokalen Erfordernissen angepasst werden kann. Zur AC500 gehören die entsprechenden Kommunikationsmodule und dezentrale Busmodule mit feldbusneutraler Schnittstelle. Das gleiche Busmodul kann sowohl für z.?B. Profibus DP als auch für DeviceNet eingesetzt werden. Diese Flexibilität in Sachen Kommunikation ermöglicht ein Feldbus-Stecker FBP, der einfach auf das Busmodul gesteckt wird. An das Busmodul selbst werden die frei konfigurierbaren E/A-Module angeschlossen. Bei einer Maschine, die z.?B. sowohl nach Europa als auch in die USA geliefert wird, muss somit der dezentrale Schaltschrank nicht verändert werden. Es werden lediglich die Profi­bus-Feldbus-Stecker FBP gegen entsprechende Stecker für DeviceNet ausgetauscht. Die restlichen Geräte bleiben die gleichen. Der weltweite Service wird damit wesentlich entlastet sowie die Konstruktion und Inbetriebnahme erheblich vereinfacht.

Auch das Engineering soll leichtfallen. Deshalb nutzt der Anwender für jede Maschinenvariante die gleiche Programmiersoftware. Bewährte SPS-Programme passen durchgängig für jede CPU-Leistungsklasse. Anwendungsspezifische, für jede CPU der AC500-Familie nutzbare Funktionsbausteine (z.?B. PLCopen-Bausteine) ermöglichen eine komfortable Programmierung. Durch die Skalierbarkeit kann der Anwender bei der SPS-Familie und der Programmiersoftware bleiben, wenn die Maschine eine höhere Leistung erfordert.

Skalierbarkeit der Automatisierung stellt gegenüber der Modularität die bessere Lösung dar. Sie genügt eben nicht nur bei der Maschinenvielfalt den Anforderungen, sondern auch Einkauf, Inbetriebnahme und Service werden wesentlich vereinfacht.

Rita Stockmann-Fuchs, Dr. Volker Biewendt, ABB Stotz Kontakt GmbH/ps

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2007