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Speicherprogrammierbare Steuerungen

Steuerungen im Geschwindigkeitsrausch

| Autor/ Redakteur: Alexander Völkert / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Der Trend bei speicherprogrammierbaren Steuerungen geht hin zu immer kürzeren Zyklusszeiten. Auf der Messe SPS IPC Drives können die Fachbesucher sich in Nürnberg selbst ein Bild davon machen. Fünf Beispiele aus der Welt der Steuerungen belegen dies.

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Zwei Platinen mit Individualisierungsmöglichkeit definieren bei dieser Steuerung eine Abgrenzung zu konventionellen Industriesteuerungen.
Zwei Platinen mit Individualisierungsmöglichkeit definieren bei dieser Steuerung eine Abgrenzung zu konventionellen Industriesteuerungen.
(Bild: Micro Control)

Maschinen und Anlagen werden schneller, die Anforderungen an Geschwindigkeit nehmen zu, die Hersteller von speicherprogrammierbaren Steuerungen unterbieten sich mit immer kleineren Zykluszeiten. Meist ist es aber nicht die absolute Zykluszeit, die in der Praxis die Probleme bereitet, sondern deren Jitter, die laufende prozessbedingte Schwankung der Zykluszeiten. Und somit hilft das Ringen um Mikrosekunden wenig, denn schnelle Positionierungen an Verpackungsmaschinen kommen ungenau, Leimstreifen variieren in der Länge oder Aufdrucke sitzen nicht an einer Stelle.

Zykluszeit Null – ist das möglich?

Die Steuerung ZX20 von Zander will das Problem ursächlich angehen und eliminiert systembedingt vollständig alle Zykluszeiten. Doch wie soll es möglich sein, keine Zykluszeit zu haben?

Schauen wir daher ins Herz einer SPS: Dort arbeitet ein schneller Mikrocontroller den kompilierten Code des Anwenderprogramms zyklisch ab – mit den erwähnten Zeiten und Schwankungen. Das Anwenderprogramm wird in ein FPGA (Field Programmable Gate Array) gebrannt. Damit läuft gar kein Programm mehr ab, es findet vielmehr eine vollständige Parallelverarbeitung statt. Somit wird das komplette Anwenderprogramm in „Hardware umgesetzt“. Und der Programmierer? Er merkt von alledem nichts, erstellt in der ihm bekannten SPS-Sprache ST (Strukturierter Text) sein Programm und lädt es wie in einer herkömmlichen SPS in die Steuerung. Aber dort wird eben kein Datenspeicher sondern ein hochkomplexer FPGA gebrannt. Dabei gilt: Es ist völlig gleichgültig, ob eine Problemlösung direkt oder auf Umwegen programmiert ist - die Zykluszeit des ZX20 ist immer gleich und konstant, nämlich Null. Das Ergebnis an der Maschine: immer schnellstmögliche und auch konstant schnelle Reaktionen ohne Schwankungen in allen Betriebszuständen.

Darüber hinaus ist die Kommunikation mit weiteren ZX20, anderen Steuerungen oder PCs ist über Ethernet mit 10 oder 100 MBit/s möglich. Hier unterstützt das integrierte Net-Protokoll von Zander die Vernetzung. Dabei ist die Kommunikation mit oder ohne Fremdprotokolle im Netz möglich. Am Stand 191 in Halle 7 erfahren Sie mehr.

Statt Steuerung heißt es Automation Controller

Vor einem Jahr präsentierte die Firma Micro Control aus Troisdorf ein Konzept für eine Steuerung. Der Aufbau (Zwei Platinen mit Individualisierungsmöglichkeit) und Eckdaten (-40 bis 85 °C, 9 bis 36 VDC Versorgungsspannung, batterielose Speicherung) definiert bereits eine Abgrenzung zu konventionellen Industrie-Steuerungen. Nach einjähriger Entwicklungsarbeit in Kooperation mit Erstkunden ist das Konzept serienreif. Seit Anfang November 2015 liefern die Rheinländer. Und es soll so deutliche Unterschiede im Leistungsprofil geben, dass der Anbieter sein Angebot Automation Controller statt Steuerung nennt. Unterscheidungsmerkmale sind unter anderem Metall- statt Kunststoffgehäuse, herstellerungebundenes Betriebssystem (Linux), Integrationsfähigkeit in IT-Infrastruktur, lokale Programmierung ohne zusätzliche, externe Engineering Tools und außerdem 4.0-fähig. Schauen Sie sich das mutmaßliche Wunder am Stand 301 in Halle 2 an.

Eigenständige SPS und dezentrales E/A-System zugleich

Ein Unternehmen hoch aus dem Norden verspricht ein modulares System, das sowohl als eigenständige SPS aus auch als ein dezentrales E/A-System verwendet werden kann. Der in Codesys V3 programmierbare embedded PC und die zugehörigen E/A-Module der Kuhnke-FIO-Familie senken den Platzbedarf im Schaltschrank. Außer den Modulen mit SPS-Funktion stellt das Unternehmen auch unterschiedliche, hochintegrierte E/A-Erweiterungsmodule mit bis zu 32 E/A-Punkten auf einer Reihenklemme zur Verfügung. Der Anschluss der Verkabelung erfolgt dabei über separate Steckklemmen, so dass ein Austausch oder eine Vorverdrahtung problemlos durchgeführt werden kann.

Für die Kommunikation zwischen den Modulen und in die angeschlossene Feldbuswelt sorgt das Ethercat. Das Ethernet-Protokoll mit 100 MBit/s bleibt bis in jede einzelne Klemme erhalten. Es entsteht also kein Zeitverlust durch eine Protokollumsetzung. Damit können auch Echtzeitfähigkeit mit geringer Reaktionszeit sowie eine Synchronizität durch Distributed-clock-Signale realisiert werden. Wenn kleine Motoren gesteuert werden sollen, ein Nockenschaltwerk nötig ist oder eine kundenspezifische Vorort-Verarbeitung der Prozesswerte erfolgen soll, sei das individuell angepasste System die richtige Wahl. Wer sich überzeugen will, besucht in Nürnberg den Stand 250 in Halle 7.

Software als Bindeglied zwischen Sicherheit und Automation

Die Ostfildener mit der gelben Farbe zeigen in Nürnberg auf ihrem großen Stand in Halle 9 von der Sensorik über die Steuerungstechnik bis hin zur Antriebstechnik die gesamte Bandbreite an Sicherheit und Automation. Zu den vorgestellten Neuheiten wird das Basisgerät „m B1“ für die konfigurierbaren Steuerungssysteme Pnozmulti 2 zählen. Es bietet mehr Leistung für Maschinen mit größerem Funktionsumfang und verfügt über zwei integrierte Ethernet-Ports. Kurze Stillstandzeiten und hohe Anlagenverfügbarkeit seien durch den Anschluss an alle gängigen Feldbussysteme über entsprechende Erweiterungsmodule garantiert. Ebenfalls in Nürnberg vorgestellt wird die Version 10.0.0 des "Pnozmulti Configurators". Mit ihm lassen sich alle Steuerungssysteme Pnozmulti inklusive Pnozmulti Mini und Pnozmulti 2 komfortabel bedienen. Die Version unterstützt die Konfiguration von Modulprogrammen. So erlaubt das Programm bei den Motion-Monitoring-Modulen das Konfigurieren mehrerer Überwachungsbereiche, wie beispielsweise Geschwindigkeit oder Drehzahl, die dann auf dem Erweiterungsmodul lokal ausgeführt werden. Für den Anwender bedeute das eine höhere Flexibilität in der Applikation. „Der Software kommt in modernen Automatisierungskonzepten eine zentrale Rolle zu. Ihre Aufgabe ist es, Einrichtung und Betrieb der immer komplexeren Maschinen und Anlagen möglichst einfach zu halten. Zudem ist sie das entscheidende Bindeglied zwischen Sicherheit und Automation: Ein Werkzeug für beide Welten, das ist unser Anspruch“, erklärt Renate Pilz, Vorsitzende der Geschäftsführung der Pilz GmbH & Co. KG.

Ein Controller für komplexe Steuerungsaufgaben

Und auch einer der ganz großen präsentiert in Nürnberg etwas Neues: die „SPS AC500“. Die SPS von ABB hat einen Mehrprozessorkern, mit dessen Leistung anspruchsvolle Maschinensteuerungen und Motion-Control-Automatisierungen realisiert und Kommunikationsaufgaben ausgeführt werden können. Der AC500 Machinery Controller PM595 ist für robuste, leistungsstarke Steuerungen in der Industrie optimiert und hat zur Ausführung von Kommunikationsaufgaben einen 1,3-GHz-Prozessor mit vier 32-Bit-Risc-Prozessoren sowie einen integrierten, doppelt genauen Gleitkommaprozessor, 16-MByte-Anwenderprogrammspeicher und zahlreiche Kommunikationsschnittstellen. Aufgrund der hohen Verarbeitungsleistung könne der Controller komplexe Steuerungsaufgaben ausführen. Das sind zum Beispiel präzise koordinierte Bewegungen mit einer Vielzahl von Achsen und umfangreiche mathematische Operationen wie trigonometrische Berechnungen in Echtzeit für Roboter oder komplexe kinematische Anwendungen. Das Unternehmen finden Sie in Halle 4 am Stand 420. MM

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