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Die Simatic S7-1500 CPU 1518(F)-4 PN/DP MFP / Multifunktionale Plattform kombiniert Controller- und PC-Funktionalität für Hochsprachenprogramme in einer robusten Hardware-Plattform. (Bild: Siemens)

Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Multifunktionale Plattform als neuer Gerätetyp bei den Simatic Advanced Controllern kombiniert klassische Steuerungs- mit PC-typischen Aufgaben
  • Reduzierter Platzbedarf bei gleichzeitigem Erreichen der Robustheit einer Simatic S7
  • Stabilität und Langzeitverfügbarkeit durch ein geschlossenes Embedded-Betriebssystem
  • Minimale Anlagenstillstandszeiten durch Plug & Play der Simatic Memory Card
  • Ermöglicht es, steuerungsunabhängige Applikationen wie Protokollkonverter oder Datenbankanwendung in C/C++ zu erstellen
  • Komplexe Funktionen können nach Codegenerierung direkt im SPS-Programm aufgerufen werden

Die Entwicklung bei Smartphone und Tablet reflektiert einen der großen Trends im Maschinen- und Anlagenbau: Statt vieler spezieller Lösungen versuchen Unternehmen immer mehr, ihre Prozesse mit flexiblen Systemen zu automatisieren, die einerseits einen hohen Grad an Standardisierung ermöglichen und andererseits möglichst viele unterschiedliche Funktionen abbilden. Auf diese Weise lassen sich wiederkehrende Abläufe ressourcen- und kostensparend realisieren. Gleichzeitig verändern sich auch die Anforderungen an die Programmierung der Systeme: Mit wachsender Flexibilisierung des Anlagenbetriebs müssen zunehmend komplexere Aufgabenstellungen umgesetzt werden, bis hin zur Einbindung mathematischer Modelle. Solche Applikationen programmieren die Entwickler typischerweise auf Basis von Hochsprachen.

Hochsprachen-basierte Automatisierung ergänzt klassische Steuerung

Nicht zuletzt aus diesem Grund kommen oft Industrie-PCs in Kombination mit einer (Soft-)SPS zum Einsatz. Mit dieser Kombination können Anwender eigene Applikationen – zum Beispiel eine Modellierung – in Hochsprache realisieren und diese für die Steuerung ihrer Anlagen nutzen. Der Vorteil dieses Ansatzes liegt in der Flexibilität, den die PC-Plattform mit ihrer Systemleistung, vielseitigen Schnittstellen und ausreichend Speicherplatz bereitstellt.

Allerdings bedeuten PC-basierte Lösungen immer auch einen gewissen Mehraufwand für den Maschinen- und Anlagenbauer: Damit die Systeme zuverlässig im industriellen Umfeld arbeiten, müssen regelmäßig Updates eingespielt werden. Auch die IT-Sicherheit stellt zusätzliche Anforderungen an die Konfiguration der Systeme, und nicht zuletzt haben Industrie-PCs auch im Vergleich zur ‚klassischen‘ Automatisierung deutlich kürzere Innovations- und Lebenszyklen. In Summe ist die Instandhaltung der Systeme deutlich aufwändiger.

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Im TIA Portal ab V15 erscheint die CPU 1518 MFP als Hardware mit zwei Runtimes, Steuerung und C/C++. Siemens

Auf der anderen Seite bietet die Weiterentwicklung bei speicherprogrammierbaren Steuerungen im Prinzip ausreichend Ressourcen, um C/C++-Applikationen ablaufen zu lassen. Der Vorteil dieses Ansatzes: Die Hardware ist sozusagen von Haus aus für die Anforderungen im industriellen Umfeld ausgelegt und damit robuster, langlebiger und im Servicefall einfacher auszutauschen als ein Industrie-PC. Wie die Integration von Hochsprachen-Applikationen in die SPS aussehen kann, zeigt Siemens mit der multifunktionalen Plattform Simatic S7-1500 MFP-CPU.

Zwei Architekturen in einer CPU-Baugruppe

Die CPU 1500 MFP vereinfacht die Erstellung, Pflege und Wartung der Automatisierungslösung durch eine robuste, langzeitverfügbare Architektur, ein geschlossenes Betriebssystem und die anwenderorientierte Programmierschnittstelle (API). PC-basierte Automatisierungslösungen (rechts) sind zwar flexibler, erfordern allerdings einen höheren Wartungsaufwand für den Maschinen- oder Anlagenbauer bezüglich Treiber und Security. Siemens

Die CPU 1500 MFP vereinfacht die Erstellung, Pflege und Wartung der Automatisierungslösung durch eine robuste, langzeitverfügbare Architektur, ein geschlossenes Betriebssystem und die anwenderorientierte Programmierschnittstelle (API). PC-basierte Automatisierungslösungen (rechts) sind zwar flexibler, erfordern allerdings einen höheren Wartungsaufwand für den Maschinen- oder Anlagenbauer bezüglich Treiber und Security. Siemens

Basis der Gerätereihe bilden die Simatic S7-1500 Advanced Controller. Die Idee hinter der Weiterentwicklung zur multifunktionalen Plattform ist, diese leistungsfähige Architektur um eine Runtime zu ergänzen, in der C/C++-Applikationen eigenständig ablaufen können – sozusagen zwei Architekturen in einem Gerät zu integrieren. Als erstes Produkt dieser Familie stellte Siemens vor kurzem die Simatic CPU 1518 MFP vor. Die CPU ergänzt die aus der CPU 1518 ODK bekannte Möglichkeit, Hochsprachen-Programme mit dem Open Development Kit zu erzeugen und in das Step 7-Programm des Controllers zu integrieren, um eine Runtime-Umgebung für eigenständige C/C++-Applikationen. Bis dato war dazu eine eigene PC-Hardware nötig.

Auf der MFP-CPU haben Anwender zwei Möglichkeiten, ihre C/C++-Programme ablaufen zu lassen: Zum einen – wie bisher auch – als Aufruf im zyklischen Programm. Dafür stellt die CPU 50 MB Speicher zur Verfügung. Diese Variante ist für Anwendungen gedacht, bei denen die C/C++-Funktion im SPS-Zyklus abgearbeitet werden muss.

Zum anderen können jetzt auch Hochsprachen-Applikationen in der zusätzlichen Runtime-Umgebung zyklusunabhängig laufen. Hierfür hält die CPU insgesamt 500 MB Speicher bereit. Das Paket beinhaltet neben der Hardware auch eine C/C++-Lizenz sowie eine entsprechende API für die Entwicklung eigener Applikationen. Zusätzlich erhält der Anwender auch eine OPC UA-Lizenz für die zukunftsorientierte Kommunikation im Rahmen von Industrie 4.0.

PLC-based high level programming

Damit verfolgt die Simatic S7-1500 MFP praktisch einen komplementären Ansatz zu PC-based Control: Die Plattform integriert Hochsprachen-Applikationen in die Steuerung. Das hat für Anwender einige Vorteile. Sie nutzen eine Plattform, die robust, langlebig und einfach zu warten ist. Wie alle Simatic S7-Controller ist auch die MFP-CPU für mindestens zehn Jahre ersatzteilkompatibel verfügbar und ebenso schnell bei einer Störung ausgetauscht: Der Anwender steckt nur die Speicherkarte der alten CPU in das Austauschgerät, das danach hochläuft und sofort betriebsbereit ist. Dies reduziert die Stillstandszeiten auf ein Minimum. Gerade in industriellen Anwendungen mit ihren Lebenszyklen ist diese langfristige Systemverfügbarkeit ein wichtiger Vorteil einer SPS-basierten Lösung. Da Siemens auch die komplette Pflege der Runtime übernimmt, muss sich der Anwender nicht um Patches und Updates kümmern. Das Embedded-Betriebssystem der Runtime wird wie die CPU über die Firmware-Updates des Simatic Controllers auf aktuellem Stand gehalten.

Sinnvolle Ergänzung für industrielle Anwendungen

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Basierend auf der Gerätereihe der bewährten Simatic S7-1500 Advanced Controller bietet die Simatic S7-1500 MFP-CPU 50 MB Datenspeicher für C/C++-Funktionen, sowie 500 MB Datenspeicher in der eigenständigen Runtime für Hochsprachen- Applikationen. Siemens

Eine Eigenschaft des geschlossenen Systems ist, dass der Anwender, im Vergleich zu einem Industrie-PC, mit den vorgegebenen Schnittstellen und Speichermöglichkeiten zurechtkommt. Daher sieht Siemens die multifunktionale Plattform auch als Ergänzung zu PC-basierten Systemen für C/C++-Programme. Wenn in der Applikation große Datenmengen erfasst, abgelegt und aufbereitet werden müssen, ist ein Industrie-PC mit Massenspeicher nach wie vor die Plattform der Wahl.

Für viele Anwendungen stellt die CPU S7-1500 MFP jedoch eine interessante Alternative dar, vor allem, wenn die Prozesse einer Maschine oder Anlage ohnehin eine leistungsfähige SPS verlangen. Dann kann der Maschinen- oder Anlagenbauer in der MFP-CPU zusätzlich noch PC-basierte Funktionen realisieren, ohne eine zweite Hardware-Komponente in die Automatisierungslösung integrieren zu müssen. Das spart sowohl bei der Installation und Verdrahtung als auch beim Engineering einiges an Aufwand, da der Programmierer nur eine CPU im Engineering-Framework TIA Portal anlegen muss.

Gleichzeitig profitiert der Projekteur von einer größeren Flexibilität in der Umsetzung seiner Lösung. Er kann eigene C/C++-Programme entweder innerhalb des CPU-Zyklus oder auch eigenständig ablaufen lassen und damit zahlreiche Funktionen für die Regelung und Integration seiner Anlage realisieren. Beispielswiese lässt sich die eigenständige Runtime dafür nutzen, unterschiedliche Ethernet-basierte Protokolle durch Konvertierungsprogramme abzudecken oder Daten für die Archivierung in einer externen Datenbank aufzubereiten.

Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Integration modellbasierter Regelungsansätze. Über die MFP-CPU können Simulationstools wie Matlab/Simulink eingebunden oder eigene Modelle für die Regelung der Anlage genutzt werden. Die ODK-Umgebung erzeugt dann die entsprechenden Funktionsbausteine, die das Laden und Ausführen der Funktionen aus dem Steuerungsprogramm heraus übernehmen.

Flexibel und trotzdem sicher

Nicht zuletzt bietet die S7-1500 MFP auch aufgrund der Möglichkeit, Hochsprachen-Applikationen ohne PC-Plattform zu implementieren, weitere Vorteile für die Anwendung in der Industrie: Die geschlossene Plattform nutzt das mehrstufige Industrial Security Konzept der Simatic Controller und erfordert daher keine zusätzlichen Maßnahmen gegen unbefugte Zugriffe oder Cyberangriffe. Gleichzeitig kann der Anwender eigenes Know-how und zusätzliche Funktionen über C/C++-Applikationen realisieren, ohne eine zusätzliche Hardware integrieren zu müssen. Er kann dafür eine robuste SPS-Plattform nutzen, für die er mindestens 10 Jahre lang ein kompatibles Ersatzgerät bekommt, das sich im Servicefall schnell und einfach tauschen lässt. Damit ist die S7-1500 MFP eine gute Investition in die Zukunft: langlebig und dennoch flexibel genug für viele kommende Anforderungen.

Andreas Czech

ist Marketingmanager Simatic bei der Siemens AG in Nürnberg.

Andrea Rauscher

ist Produktmanager Simatic bei der Siemens AG in Nürnberg.

(sk)

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