Kompakt-SPSen sind längst nicht mehr nur die kleinen Brüder für einfache Aufgaben.

Kompakt-SPSen sind längst nicht mehr nur die kleinen Brüder für einfache Aufgaben.Panasonic

Wie definiert sich der Begriff ‚Kompakt-SPS‘? Das Grundgerät einer Kompakt-SPS ist eine komplette SPS-Einheit. Diese setzt sich in der Regel aus Netzteil, CPU sowie aus digitalen Ein- und Ausgängen und einer Programmierschnittstelle zusammen. Um sich gegenüber Wettbewerbsprodukte abzugrenzen, sind oft weitere Funktionen integriert, zum Beispiel Kommunikationsschnittstellen, Temperatureingänge oder analoge Ein- und Ausgänge. Auch Kombinationen mit einem integrierten Bediengerät finden sich im Markt. Kleinsteuerungen mit einem Listenpreis von unter 180 Euro sind im hart umkämpften Massenmarkt keine Seltenheit.

Die Kompakt-SPS lässt sich in den meisten Fällen um drei bis acht Module erweitern und benötigt dabei keinen Grundträger. Deren Die Anbindung erfolgt in der Regel über ein schnelles Bussystem. Die kleinste Steuerung beginnt typischerweise bei circa sechs Eingängen sowie vier Ausgängen und lässt sich auf bis zu 256 I/Os erweitern. Zusammen mit den dezentralen I/Os sind damit bis zu 1.024 I/Os möglich. Damit dringt die Kompakt-SPS bereits in den unteren Bereich modular aufgebauter Steuerungen vor.

Früher waren extrem schnelle Befehlsabarbeitungszeiten und Zykluszeiten ausschließlich der High-End-Klasse der modularen SPS-CPUs vorbehalten. Heute erreichen auch Kompakt-SPSen der neuesten Generation Befehlsabarbeitungszeiten von unter einer Mikrosekunde und Zykluszeiten unter einer Millisekunde. Durch die rasante Weiterentwicklung der Prozessoren verbessert sich auch das Preis-Leistungs-Verhältnis ständig.

Was früher mit teuren Zusatzkarten und eigenen Prozessoren realisiert werden musste, ist heute für viele Prozessoren in 32-Bit-Technologie mit integrierten Kommunikations-Ports, schnellen Zählereingängen und Pulsausgängen für die Antriebstechnik und weiteren Funktionen kein Problem mehr. Für viele Applikationen reichen jedoch etwas langsamere CPUs mit 16-Bit-Prozessoren. Auch in den Ein- und Ausgabeeinheiten findet eine Miniaturisierung statt. Erforderte früher die Unterbringung von 16 Ein- und Ausgängen noch eine Baugruppe im doppelten Europaformat, passt heute die gleiche Anzahl von Ein- und Ausgängen inklusive CPU, Speicher und Schnittstellen in ein Gehäuse, das nicht viel größer als eine Zigarettenschachtel ist. Grenzen nach unten setzen hier nur die I/O-Anschlüsse selbst.

Hardware-Unabhängigkeit kontra Verfügbarkeit

Der eindeutige Vorteil PC-basierter Soft-SPSen ist die unabhängige Hardware-Plattform sowie die rasante Entwicklung der PCs. Jede Hardware-Generation ist automatisch schneller, bei meist gleichen Preisen. Allerdings muss bei einer Portierung von Programmen auf modernere Hardware die Software oft angepasst werden. Für Kompakt-SPSen sprechen dagegen die lange Verfügbarkeit und das sichere proprietäre Betriebssystem. Maschinenlebenszeiten von 15 und mehr Jahren sind keine Seltenheit, weshalb alle renommierten SPS-Hersteller normalerweise für ihre Produkte Verfügbarkeiten von zehn bis 20 Jahren anbieten. Bei den Software-Funktionen nähern sich die klassischen SPSen immer mehr den Soft-SPSen an. Eine dominante Rolle spielt dabei vor allem der IEC- 61131-3-Standard, der die Software-Funktionen eindeutig definiert. Auch die meisten Anwender wollen mittlerweile diesen Standard. Für die SPS-Hersteller liegt in der IEC-Norm die Chance sich mit zusätzliche Funktionen und Bibliotheken von Konkurrenzprodukten abzugrenzen.

Nahezu alle renommierten Hersteller von Automatisierungssystemen bieten ein Programmiersystem nach IEC 61131-3 an, allerdings ist der Standard nicht immer konform zu den Definitionen umgesetzt. Das Programmiersystem FPWIN Pro von Panasonic verfügt über die Zertifikate ‚Conformity Level ST‘ und ‚Reusabiltiy Level ST‘ als Nachweis für das Einhalten der Norm. Was hat die Norm nun mit Kompakt-SPSen zu tun? Verfügte früher eine Klein-SPS typischerweise nur über Boolsche Anweisungen, Zeitglieder, Zählerfunktionen und vielleicht noch über einige 16-Bit-Datenfunktionen für die Analogverarbeitung, beherrscht eine Kompaktsteuerung heute einige hundert Befehle.

Das Programmiersystem FPWIN Pro verfügt über  die Zertifikate 'Conformity Level ST' und 'Reusabiltiy Level ST' der PLCopen als Nachweis für das Einhalten der Norm.

Das Programmiersystem FPWIN Pro verfügt über die Zertifikate ‚Conformity Level ST‘ und ‚Reusabiltiy Level ST‘ der PLCopen als Nachweis für das Einhalten der Norm.Panasonic

IEC 61131-3 fängt steigende Komplexität auf

Auch Datentypen wie sie früher nur in Hochsprachen oder auf Soft-SPSen realisiert wurden, sind dabei keine Ausnahme mehr. Mit der IEC 61131-3 entfällt die Notwendigkeit, sich jedes Mal neu in unterschiedliche Systeme einzuarbeiten, um diese Funktionen zu nutzen. Viele Kleinsteuerungen bieten mittlerweile auch durch ihre Prozessorarchitektur integrierte Motion-Control-Funktionen für Ein- und Zwei-Achsen-Anwendung mit linearer und zirkularer Interpolation. Hier hat wiederum die PLCopen Motion-Control-Bausteine definiert, um eine durchgängige Programmierung oder Parametrierung für unterschiedliche Systeme zu schaffen. Auch Panasonic bietet eine zertifizierte Motion-Control-Bibliothek für seine SPSen an. So kann zum Beispiel eine Kompaktsteuerung wie die FP Sigma bis zu zehn Servoantriebe regeln.

Offene Kommunikation ist wichtiger denn je

Über eine  integrierte RS232C-Schnittstelle (unterstützte Protokolle: unter anderem Modbus RTU, IEC60870, Siemens Protokolle RK512 und) wird eine einfache Vernetzung und Kommunikation zwischen Engineering-System, SPSen und Bediengeräten für die Programmierung und zur Punkt-zu-Punkt-Kommunikation realisiert. Hierdurch ist der Anschluss beliebiger Endgeräte mit serieller Schnittstelle möglich, zum Beispiel Motorendstufen, Drucker, Barcodeleser und intelligente Sensoren.

Der  Webserver FP an vernetzt SPSen mit dem Netz. Alle Maschinen und Anlagendaten sind so per PC und einem Standard-Browser zugänglich.

Der Webserver FP an vernetzt SPSen mit dem Netz. Alle Maschinen und Anlagendaten sind so per PC und einem Standard-Browser zugänglich.Panasonic

Ein weiterer Aspekt bei Kompaktsteuerungen sind Feldbus- und Kommunikationsschnittstellen. Sie gehören heute zur Standardausrüstung.  Kompaktsteuerungen mit Industrial-Ethernet-Schnittstellen sind bereits erhältlich. Noch ein Thema ist die Verschmelzung von Software-Konfiguratoren und Programmiersystemen. Die Kommunikationsschnittstellen sind oft bereits im Grundgerät integriert oder es besteht die Möglichkeit nachzurüsten. Durch eine modulare Architektur sind SPSen heute offen für beliebige Spezialmodule, die sich durch simples Stecken integrieren lassen. Die Konfiguration erfolgt je nach Anforderung automatisch oder aber – falls erforderlich – im Programmiersystem. Auch Standardisierungen wie XML-Austauschformate und FDT-Werkzeuge (Field Device Tools) spielen dabei langfristig eine bedeutende Rolle. Für eine Vernetzung über Modem, GSM, GPRS, Bluetooth oder Wlan sind Kompaktsteuerungen heute offen. Damit besteht eine Basis für jede Art von Fernwirklösungen.

Für die Zukunft gerüstet

Durch immer größere Leistungsfähigkeit und steigende Funktionalität bei konstantem Preisniveau wird sich die Kompaktsteuerung zur Universalsteuerung entwickeln. Mit noch leistungsfähigeren Prozessoren und durch die Miniaturisierung der elektronischen Bauteile wird sie weiter in den Bereich der modularen SPSen und auch in den Bereich der Soft-SPSen eindringen. Dabei kommen sich klassische SPS und die Soft-SPS immer näher und gehen vielleicht auch einmal ineinander auf. Das Erschließen neuer Märkte in der Gebäudeautomatisierung, in der Fernwirktechnik oder im Konsumer-Bereich bietet der Kompaktsteuerung Potenzial für Zuwächse. Eine entscheidende Rolle spielen auch die verfügbaren Software-Module. Hier ist eindeutig ein Trend absehbar, der vom hardware-nahen Programmieren – mit Hochsprachen sowie mit fertigen Bausteinen und Bibliotheken – wegführt. Die Zukunft gehört vielmehr Konzepten, die statt Programmieren nur noch ein Konfigurieren der Steuerung erfordern.

Technik im Detail

Kompakt-SPS mit Webserver aufrüsten

Panasonic bietet den Webserver FP an, um hauseigene SPSen im Web  zu vernetzen und mit Datalogging auszustatten. Alle Maschinen und Anlagendaten sind per PC und einem Standard-Browser zugänglich. Der FP Web-Server 2 bietet die Möglichkeiten der  Fernbeobachtung, Fernbedienung, Fernsteuerung und Fernprogrammierung. Von überall auf der Welt kann mit einem Internetzugang jeder Maschinenschritt beobachtet oder verändert werden – mit allen erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen. Der Panasonic FP WEB Server kann Daten zeitgesteuert per E-Mail verschicken, Daten zeit- oder event-gesteuert als FTP Client senden und Point-to-Point-Verbindungen steuern. Außerdem unterstützt er einfache Skriptsprache, auch zur Steuerung der integrierten NTP- und SNMP-Dienste, und den skriptgesteuerten Aufbau eines VPN-Tunnels.