Systemaufbau Dezentrale Peripheriestationen mit mehr Grips

Autor / Redakteur: Christian Dörner, Paul Pletner* / Reinhard Kluger

Dezentrale Peripheriestationen sichern die Flexibilität beim Gestalten von Maschinen und Anlagen. Zusammen mit einer integrierten, leistungsfähigen CPU ist noch mehr möglich. Denn damit lassen sich flexible Steuerungskonzepte einfach realisieren.

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Die dezentrale Peripherie Simatic ET 200SP gibt es nun mit integrierter Steuerung. Als I-Device und/oder Shared Device kann sie direkt mit anderen, auch überlagerten Steuerungen kommunizieren.
Die dezentrale Peripherie Simatic ET 200SP gibt es nun mit integrierter Steuerung. Als I-Device und/oder Shared Device kann sie direkt mit anderen, auch überlagerten Steuerungen kommunizieren.
(Siemens)

Maschinen und Anlagen systematisch zu flexibilisieren, schreitet voran, was gerade in Zeiten der technologischen Entwicklung hin zur „Digitalen Fabrik“ ein entscheidendes Wettbewerbskriterium darstellt. Die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen als autark arbeitende, intelligente Einheiten, spiegelt sich auch auf der Feldebene wider. Sie stützt sich hier unter anderem auf dezentrale Peripherieeinheiten wie zum Beispiel das Peripheriesystem Simatic ET 200 von Siemens.

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Dadurch ergeben sich für Hersteller und Betreiber von Maschinen und Anlagen viele Vorteile, die sie sowohl bei der Planung, Konstruktion und dem Bau als auch bei der Inbetriebnahme, dem Betrieb und beim Service unterstützen.

Umfangreiche Motion-Control-Funktionalität

Das beste Beispiel dafür liefern die neuen dezentralen Peripheriestationen Simatic ET 200SP mit integrierter Steuerung, die um etwa den Faktor 5 mehr digitalen Speicher-umfang bieten als die bisherigen ET 200S Stationen mit IM151-8 PN/DP CPU. Trotz dezentralem Aufbau besitzen diese CPUs (1510SP-1PN und 1512SP-1PN) den gleichen Leistungsumfang und die gleiche Funktionalität wie die entsprechenden CPUs der Simatic S7-1500(1511-1PN, 1513-1PN)-Familie. Sie bieten beispielsweise Universalregler und Schrittregler mit integrierter Selbst-optimierung für eine optimale Regelgüte. Darüber hinaus besitzen sie eine umfangreiche Motion-Control-Funktionalität, sodass damit eine schnelle und einfache Inbetriebnahme von regelbaren Antrieben gegeben ist.

Flexibler beim Gestalten der Soft- und Hardware

Die neuen ET 200SP CPUs sind nahtlos ins Engineering Framework TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) integriert. Dies vereinfacht Engineering, Projektierung und Nutzung neuer Funktionen. Mit dem gemeinsamen Software Framework lassen sich bestehende Lösungen der S7-1200 oder S7-1500 direkt für die ET 200SP CPU verwenden. Dabei tritt ein wesentlicher Aspekt der Geräte ganz deutlich in den Vordergrund: Durch den feingranularen, modularen Aufbau der dezentralen Peripherie lässt sich die Konfiguration äußerst flexibel anpassen. In der Praxis bedeutet das, dass sowohl digitale als auch analoge Ein- und Ausgabemodule angereiht werden können.

Unterschiedliche Hardwarekonfigurationen innerhalb der Steuerung vorhalten

Weiterhin gibt es Kommunikationsmodule sowie Technologie- und Spezialmodule. Neu ist allerdings, dass sich nun die Software und vorhandene Hardwarekonfigurationen komfortabel aufeinander abstimmen lassen. So können Maschinenhersteller beispielsweise ein einziges Standardprogramm entwickeln, das sie einfach nur an die tatsächliche Ausstattung der dezentralen Peripherie – und somit an die Ausstattung der Maschine beziehungsweise Anlage – anpassen. Kurzum: Es lassen sich unterschiedliche Hardwarekonfigurationen innerhalb der Steuerung vorhalten und nutzen.

Überdies bieten die neuen Möglichkeiten die Freiheit, bei Bedarf optionale Funktionsumfänge vorzuhalten und auf Kundenwunsch zu aktivieren. Auf diese Weise lässt sich der Aufwand für das sonst notwendige zeitkostende Umprogrammieren deutlich reduzieren. Durch den modularen Aufbau kann der dafür benötigte Bauraum hardwareseitig sogar schon vorbereitet und die dezentralen Peripheriestationen können mit leeren Geräteträgern bestückt werden. Fazit: Schneller und einfacher lassen sich Funktionserweiterungen oder -anpassungen von Maschinen und Anlagen zurzeit kaum nachrüsten.

Vereinfachtes Vernetzen für bessere Gesamtlösungen

Das funktioniert unter anderem deshalb so einfach, weil die neuen Geräte die Funktion I-Device unterstützen und ebenso eine Vernetzung nach dem Vorbild von Shared Device ermöglichen. Als I-Device wird eine Steuerung bezeichnet, die auf Basis von Profinet nicht nur mit unterlagerten Geräten wie IO-Devices kommunizieren kann, sondern auch mit überlagerten oder zentralen Steuerungen als intelligentes Gerät. Der Datenaustausch erfolgt dabei in Echtzeit.

In Verbindung mit Shared Device ergeben sich zusätzliche Vorteile: So können beispielsweise mehrere überlagerte Steuerungen auf bestimmte Module der ET 200 separat und direkt zugreifen. Damit lässt sich auf Maschinenebene eine flexibel aufgebaute Architektur realisieren, die eine höchst anpassungsfähige Datenvernetzung verkörpert. Shared Device eignet sich besonders gut im Zusammenhang mit Simotion, in denen eine Standard-CPU und eine fehlersichere CPU als getrennte Steuerungen im Einsatz sind.

Zusatzmodul für die Profibus-Kommunikation

Zusammen mit dezentraler Peripherie, bei der sich Standard- und fehlersichere Module beliebig aneinanderreihen lassen, lassen sich so sehr kompakte und übersichtliche Automatisierungslösungen entwickeln.

In diesem Zusammenhang ist für viele Hersteller von Maschinen und Anlagen das Zusatzmodul für die Profibus-Kommunikation interessant, das es für die ET 200SP in Verbindung mit einer CPU vom Typ 1510SP-1 PN beziehungsweise 1512SP-1 PN gibt. Denn es gibt nach wie vor viele Applikationen, in denen zwar Profinet eingesetzt wird, aber an manchen Stellen oder für vereinzelte Subsysteme eine Profibus-Kommunikation zwingend erforderlich ist. Dieses Zusatzmodul ist als Profibus DP-Master für bis zu 125 DP-Slaves oder als DP-Slave verwendbar.

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Komfortable Lösung für mehr Energieeffizienz

Der neue Controller besitzt für die einfache kommunikative Anbindung standardmäßig drei Ethernet-Ports mit einem variablen Busadapter für RJ45-, FC (Fast Connect)- und SC RJ (Fibre Optic)-Anbindung. In Verbindung mit dem Protokoll PROFIenergy kann diese Vernetzung mit Hilfe von Profinet zum gezielten Abschalten der ET 200SP Module während Pausenzeiten genutzt werden, um die Energieeffizienz von Maschinen und Anlagen nachhaltig zu verbessern.

Ein weiterer Vorteil kommt hier zum Tragen, der heute bei immer mehr Anwendern eine wichtige Rolle spielt, nämlich die Chance zur Energiedatenerfassung. Durch die eingangs beschriebene Möglichkeit der einfachen Nachrüstung von Funktionalitäten kann beispielsweise die Energiemessung im Steuerungsprogramm vorgesehen sein, die dazu notwendige Hardware sofort mit eingebaut oder erst später bei Bedarf nachgerüstet werden. Dies kann hardwareseitig vom Anwender selbst durchgeführt werden, während die Programmintegration online freigeschaltet wird. Hierzu besitzt das dezentrale Peripheriesystem einen entsprechenden Web-Server, der einfach über entsprechende Login-Prozeduren angesprochen wird.

Mess- und interne Werte zur Laufzeit parametrieren

Idealerweise gibt es für die Energiemessung ein sogenanntes Energy-Meter-Modul für die Simatic ET 200SP mit 20 mm Baubreite. Damit lassen sich elektrische Kenngrößen in einem Ein- oder Drei-Phasen-Netz mit einer Genauigkeit von +/- 0,5 % erfassen. Dabei lassen sich Mess- und interne Werte zur Laufzeit parametrieren. Eine Diagnose für Überlast, Toleranzwert und Toleranzzeit ist dabei verfügbar. Die Steuerung wertet die gemessenen Daten wie Spannung, Strom etc. aus und archiviert sie für die Nutzung in einem Energiemanagement.

Programmierung leicht gemacht, mittels TIA Portal

Der modulare Aufbau ermöglicht kompakte Maschinen ohne Funktionseinschränkung. Die dezentrale Peripherie passt selbst in kleine Schaltkästen und ist in die gesamte Anlagenperipherie als voll funktionsfähige, verteilte Intelligenz integrierbar. Entsprechend der konstruktiven Gestaltung kann man bis zu 50 % des ansonsten benötigten Raumbedarfs einer Lösung mit separater Steuerung einsparen. So sind neue Maschinenkonzepte realisierbar. Die Funktionsintegration nimmt zu, ohne bisherige konstruktiven Grenzen erweitern zu müssen.

Diese moderne Steuerungslösung spart nicht nur Hardware-Platz, sie ist dank des TIA-Portals einfach programmierbar. Erneut unterstreicht Siemens mit den neuen Geräten den Trend zur Hochsprachenprogrammierung. Sie sind nämlich in der Lage neben AWL auch KOP, FUP und SCL zu verarbeiten – bei gleichem Befehlsumfang in allen Programmiersprachen.

Projektiert und programmiert mit Step7

Selbst die vollständig symbolische Programmierung mit S7-Graph ist damit möglich, was einen besonders schnellen und übersichtlichen Programmaufbau unterstützt. Das Anbinden an die Visualisierung kann voll symbolisch erfolgen, beim Ändern des SPS-Programms ist nicht zwangsläufig eine Anpassung der Visualisierung notwendig. Projektiert und programmiert wird dabei mit Step7 im TIA Portal ab der Version V13.

* *Christian Dörner, Paul Pletner, Produktmanager, Factory Automation, Siemens AG, Nürnberg

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