Automatisierungsplattform So wird die Steuerungswelt zukunftsfähig

Von Alexander Japs und Stefan Kuhnert* und Ines Stotz

In einer schnelllebigen Zeit, in der die individuellen Bedürfnisse und Wünsche im Vordergrund stehen, hat sich auch das Verständnis von Automatisierungstechnik geändert. Phoenix Contact stellt daher ein offenes und flexibles Ecosystem namens PLC Next Technology zur Verfügung. Doch was bietet die Plattform genau?

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PLC Next Technology – das offene Ecosystem für eine grenzenlose Automatisierung.
PLC Next Technology – das offene Ecosystem für eine grenzenlose Automatisierung.
(Bild: Phoenix Contact)

Mit dem Produktlaunch der ersten PLC Next Control AXC F 2152 startete das Unternehmen Ende 2017 seinen Weg in Richtung offene, Linux-basierte Steuerungsarchitektur. Die speziell entwickelte Firmware erlaubt dem Anwender die Nutzung von IEC-61131-Programmiersprachen in Kombination mit Hochsprachen – etwa C++ oder C# – sowie einem Regelalgorithmus-Modell in Matlab Simulink.

Hinter der neuen Steuerungsgeneration steckt allerdings mehr als eine offene Plattform. Um den sich stetig ändernden Anforderungen gerecht zu werden, erwarten die Anwender ein benutzerfreundliches Engineering, in das sich Softwarelösungen einfach integrieren lassen. Bestenfalls umfasst die Lösung darüber hinaus eine Datenbank mit nützlichen Funktionen, Bibliotheken und vollständigen Applikationen, die regelmäßig gewartet und erweitert werden. Bleiben dann noch Fragen offen, kann der Anwender diese in einer Community klären. Genau diese Ansprüche erfüllt das Ecosystem PLC Next Technology mit den PLC Next Controls, PLC Next Engineer, dem PLC Next Store und der PLC Next Community.

Das einfach handhabbare, robuste und schnelle I/O-System Axioline F sowie die Axioline Smart Elements eröffnen zudem die Möglichkeit, Signale jeglicher Art an die Steuerung weiterzuleiten. Rechtsseitig an die PLC Next Control montiert, bilden die I/O-Module mit dieser eine Station im gleichen Look and Feel. Fehlt eine Schnittstelle, kann ein Feldbussystem nicht eingebunden werden oder wird Sicherheitstechnik relevant, kommt für PLC Next Controls der Axiocontrol-Bauform ein Linksanreihungssystem zum Einsatz.

Von der Kleinsteuerung bis zum Box-PC skalierbar

Das Portfolio der PLC Next-Steuerungen ist skalierbar und lässt sich für nahezu jeden Anwendungsfall nutzen. Aktuell gibt es sieben Geräte in verschiedenen Leistungsklassen und unterschiedlichem Funktionsumfang:

  • Wird eine Automatisierungslösung mit einem I/O-System benötigt, erweisen sich die PLC Next Controls der Axiocontrol-Bauform als leistungsstarke und platzsparende Lösung.
  • Für kleinere Aufgaben eignet sich der AXC F 1152, der in die Klasse der Kleinsteuerungen eingruppiert ist. Er baut auf einer ARM-Architektur auf und verwendet die verfügbare Leistung optimal.
  • Werden die Performance-Ansprüche größer und wird mehr Konnektivität verlangt, zeigt sich der im oberen Bereich der Kleinsteuerungen angesiedelte AXC F 2152 mit dem Linksanreihungssystem als richtige Wahl. Die Steuerung basiert ebenfalls auf der ARM-Architektur.
  • Für den mittleren Leistungsbereich bietet sich der AXC F 3152 an. Seine x86-basierte Plattform ist leistungsstark und überzeugt durch hohe Flexibilität. Im Kontext von Cyber-Security erlauben die drei separaten Netzwerkschnittstellen eine physikalische Trennung der Netzwerke.
  • Wird kein I/O-System für die Automatisierungslösung benötigt, wie dies bei dezentralen Systemen der Fall ist, kommt der RFC 4072S zur Anwendung. Die sicherheitsgerichtete Steuerung der High-Performance-Klasse dient überwiegend als dezentrale Recheneinheit, über die sich sicherheitsrelevante Komponenten integrieren lassen.
  • Wird eine PC-basierte Lösung gefordert, steht der BPC 9102S zur Verfügung. Beim Box-PC, der eine 8-Kern-CPU beinhaltet, handelt es sich nicht nur um die leistungsstärkste Steuerung von Phoenix Contact, sondern ebenso um eine der schnellsten Profisafe-SPSen weltweit. Die Sicherheitsfunktion ist auch hier in das Gerät eingebaut.
  • Bedingt die Applikation einfache Edge Devices, werden der EPC 1502 oder der EPC 1522 genutzt.

Neue Funktionen einfach rechts und links an die SPS anreihen

Wie bereits erwähnt, wird die Funktionserweiterung einer Steuerung als Hardwarelösung durch das Linksanreihungssystem realisiert. Die PLC Next Controls der Axiocontrol-Bauform lassen sich also um Funktionen ergänzen, die standardmäßig nicht in ihrem Leistungsspektrum enthalten sind. Damit passen die linksanreihbaren Extention-Module die Steuerung genau auf die Anforderungen der jeweiligen Applikation an. Allein sind die Erweiterungsmodule folglich nicht sinnvoll einsetzbar, sondern generieren lediglich in Kombination mit der passenden Steuerung einen Mehrwert.

Prinzipiell ähnelt das Linksanreihungssystem dem lokalen I/O-System Axioline F, das rechts von der Steuerung montiert wird. Die Kommunikation der Module zur Steuerung erfolgt hier allerdings über PCIe und nicht, wie bei den lokalen I/Os, über den Axioline F-Lokalbus. Dies ist vorteilhaft, weil mit PCIe eine standardisierte Schnittstelle zugrunde liegt, die sich ebenfalls von anderen Herstellern verwenden lässt.

Des Weiteren werden auch auf der linken Seite Bussockelmodule für die Rangierung des PCIe-Busses genutzt. Ein Versteckschutz sorgt dafür, dass die Bussockel und Extension-Module nur passend ineinandergesteckt werden können. Die Anzahl der anschließbaren Erweiterungsmodule wird durch die physikalischen Grenzen der Steuerung und des PCIe-Busses limitiert.

Derzeit unterstützen lediglich der AXC F 2152 und der AXC F 3152 das Linksanreihungssystem. Ersterer ermöglicht dabei das Stecken von einem Extension-Modul und der AXC F 3152 von zwei, wobei die verschiedenen Erweiterungsmodule an beiden Steuerungen einsetzbar sind.

Bausteine, Apps und Bibliotheken vom digitalen Marktplatz herunterladen

Die PLC Next Technology bringt Flexibilität und Offenheit in die klassische SPS-Welt. Dem Anwender ist es jetzt selbst überlassen, mit welchen Engineering-Werkzeugen er arbeiten und in welcher Programmiersprache er seine Applikation umsetzen möchte.

Natürlich lassen sich die Werkzeuge und Programmiersprachen innerhalb eines Projekts ebenfalls mischen, ohne dass dies zu Einbußen im Bereich der Deterministik und Echtzeitfähigkeit führt.

Die Erfahrungen zeigen, dass sich die Anforderungen während der Laufzeit eines Projekts oder des Lebenszyklus einer Anlage ändern. Deshalb sollte ein flexibles Steuerungssystem gewählt werden, welches das nachträgliche Laden oder Stecken von Funktionen erlaubt.

Zum Laden neuer Funktionen steht der PLC Next Store zur Verfügung. Dort ist eine Reihe nützlicher Funktionen, Bibliotheken und sogar vollständiger Applikationen erhältlich, die in regelmäßigen Abständen gepflegt und bei Bedarf erweitert werden. Da auch Dritte Funktionen oder Apps einstellen können, wächst das Angebot des digitalen Marktplatzes stetig.

Nachdem die erforderliche App heruntergeladen ist, kann sie ohne großen Aufwand direkt auf die Steuerung geladen und anschließend verwenden werden.

Wie schon angeführt, lassen sich die PLC Next Controls der Axiocontrol-Bauform durch das Linksanreihungssystem um neue Funktionen ergänzen, sodass die Steuerungen genau auf die jeweilige Applikation abgestimmt sind.

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Lokale E/A-Signale direkt ankoppeln

Zur Verarbeitung der Steuerungsprogramme benötigt die SPS Signale aus dem Feld. Durch den modularen Hardwareaufbau mit lokalen I/Os erfolgt die Anbindung von Ein- und Ausgabesignalen bei den PLC Next Controls flexibel. An die Steuerung lassen sich zwei Arten von I/Os direkt mechanisch über den Axioline F-Lokalbus ankoppeln:

  • Blockmodulare I/O-Module Axioline F

Die blockmodularen und robusten I/O-Module zeichnen sich mechanisch durch einen Mehrleiteranschluss sowie abnehmbare Stecker aus. Die Modulvariante XC ermöglicht die Nutzung bei Betriebstemperaturen von -40 bis 70°C. Eigensichere I/O-Module sowie ausgewählte I/Os aus dem XC-Portfolio lassen sich in explosionsgefährdeten Bereichen in der Zone 2 installieren.

  • Kompakte Steckelemente Axioline Smart Elements

Über eine Axioline F-Backplane, die vier oder sechs Module aufnimmt, kann der Anwender die steckbaren Axioline Smart Elements ebenfalls an eine modulare PLC Next Control anreihen. Auf einer Grundfläche von 15 x 62 mm (B x H) stehen bis zu 16 Anschlusspunkte auf einem Modul zur Verfügung. Werden sie zweizeilig in den Modulträger – die Backplane – gesteckt, ergeben sich 32 Anschlusspunkte auf 15 mm Breite. Somit lassen sich platzsparende I/O-Stationen mit hoher Kanaldichte umsetzen.

Gemischte I/O-Stationen aufbauen

Bei einer rechtsseitigen Erweiterung eignet sich beispielsweise die Kombination aus einem AXC F 1152 und Axioline Smart Elements zur Bereitstellung von kompakten und kostengünstigen I/O-Stationen für modulare Maschinenteile im Serienmaschinenbau.

Im Prozessumfeld bietet sich der AXC F 2152 in Verbindung mit I/O-Modulen der Baureihe Axioline F zum Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen an. Diese Zusammenstellung darf in der Zone 2 verbaut werden und kann auch eigensichere I/Os enthalten.

Ist Flexibilität entscheidend, darf es nur wenige Restriktionen geben. Selbstverständlich müssen alle Bestandteile der I/O-Station aus dem Axioline-Baukasten den relevanten Anforderungen der Applikation – zum Beispiel hinsichtlich Umgebungstemperaturen oder Zulassungen – entsprechen.

Je ausgeprägter die Ansprüche an die Hardware sind, desto spezifischer gestaltet sich die Modulauswahl aus dem vorhandenen Baukasten. Muss die Hardware jedoch keine Rahmenbedingungen erfüllen, ist eine beliebige Kombination der PLC Next Control der Axiocontrol-Bauform mit den I/O-Modulen Axioline F und den Axioline Smart Element möglich, also ebenfalls der Aufbau gemischter I/O-Stationen.

Fazit:Das offene Ecosystem PLC Next Technology umfasst unterschiedliche Hardwarelösungen. Als besonders flexibel erweisen sich die PLC Next Controls der Axiocontrol-Bauform, da sie sich nach links durch die Extention-Module und nach rechts durch anreihbare I/O-Module der Baureihe Axioline funktional aufbauen und erweitern lassen. Folglich erhält der Anwender eine flexible Lösung, die sich an die jeweiligen Anforderungen anpasst und die Applikation zukunftssicher macht.

* Alexander Japs, M.Sc., Produktmarketing Control Systems und Stefan Kuhnert, Produktmarketing I/O-Systems, beide Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

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