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Durchgängige Steuerungsplattformen für die elektrische Automatisierung

19.06.2008
40 Jahre sind seit der Erfindung der SPS vergangen. Die Funktionsvielfalt und Leistungsfähigkeit dieser Steuerungen hat sich seitdem stark weiterentwickelt. Die heutigen Anforderungen sind vor allem vielfältige Kommunikationsfähigkeiten und durchgängige Systemlösungen.

Vor 40 Jahren wurde die erste speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) unter Federführung von Richard Morley entwickelt. Die Modicon 084 wurde von der Bedford Associates in Bedford, Massachusetts/USA, nach einer Ausschreibung von General Motors konzipiert: Die klassische Relaistechnik konnte den hohen Anforderungen in der Automobilindustrie nicht mehr gerecht werden. Man suchte nach einer Steuerungslösung, die flexible Änderungen in Produktionsabläufen kostengünstig möglich machte.

Die Automobilindustrie ist immer noch einer der Motoren für weiter steigende Anforderungen an speicherprogrammierbare Steuerungen. Aber auch in anderen Branchen gibt es kaum noch einen Fertigungsbereich, in dem keine SPS zum Einsatz kommt. SPS sind überall dort die Lösung, wo flexible und kosteneffiziente Automatisierung gefragt ist.

Dabei hat sich über die Jahre nicht nur die Leistungsfähigkeit, sondern vor allem die Funktionalität der SPS stark weiterentwickelt. Auch die Kommunikationsfähigkeit einer Steuerung ist heute eine wichtige Eigenschaft. Die Möglichkeit, mit dezentralen Komponenten oder auch anderen Steuerungssystemen über Feldbussysteme zu kommunizieren, ist in den meisten Anwendungsfällen notwendig.

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Neben der klassischen Ablaufsteuerung werden immer mehr zusätzliche Funktionen in die SPS verlagert. Die Trennung zwischen Motion- und Logic-Control ist praktisch aufgelöst. Leistungsfähige Steuerungen können kürzeste Zykluszeiten bis unter 1 ms realisieren und sind damit für anspruchsvolle Motion-Control-Anwendungen geeignet.

Boom in China und Indien befeuert SPS-Nachfrage

Grundvoraussetzung für Motion-Funktionen ist Echtzeitfähigkeit bei voller Integration der SPS-Logik. Wo einfache Steuerungsaufgaben flexibel und kostengünstig gelöst werden müssen, haben jedoch auch Kleinsteuerungen ihre Anwendungsfelder. Vor allem die Nachfrage nach kostengünstigen Maschinen auf den boomenden Märkten China und Indien sorgt für einen steigenden Bedarf an passenden SPS-Lösungen.

Laut Marktforschungsinstitut IMS haben Kleinsteuerungen und dezentrale E/A ein besonders großes Wachstumspotenzial. Im Report 3528 schätzt Frost & Sullivan den Marktanteil von Steuerungen bis 1024 E/A auf weltweit mindestens 60%.

Systemanbieter müssen also für unterschiedliche Anforderungen ein breites Spektrum an SPS-Lösungen im Portfolio haben. Es reicht nicht aus, Hochleistungskomponenten bereitzustellen, die in der Lage sind, so gut wie allen Anforderungen gerecht zu werden. Anwender fordern auch einfache, kompakte und wirtschaftliche SPS-Lösungen.

Wichtig aus Kundensicht ist dabei die Durchgängigkeit in Engineering, Kommunikation und Programmierung. Die Vereinheitlichung der Programmierung bei den einzelnen Herstellern wird heute durch die Unterstützung von Standards wie IEC 61131-3 und PLC-Open erreicht. Eine einheitliche Entwicklungsumgebung über alle Komponenten eines Herstellers ist immer noch selten anzutreffen.

SPS, Motion und CNC auf einer durchgängigen Plattform

Bosch Rexroth trägt dieser Forderung nach Durchgängigkeit und Skalierbarkeit mit der Steuerungsfamilie Indra-Control L Rechnung. Die Leistung für das SPS-System Indra-Logic, die Motion-Logic-Lösung Indra-Motion MLC mit integrierter SPS oder die CNC-Lösung Indra-Motion MTX sind je nach Anwendung skalierbar.

Als systemübergreifendes Engineering-System steht Indra-Works zur Verfügung. In der einheitlichen Entwicklungsumgebung werden alle Werkzeuge zur Programmierung und Parametrierung zusammengefasst. Die Automatisierungslösungen sind in sechs verschiedenen Leistungsklassen erhältlich, sowohl für Systemlösungen mit höchster Performance als auch für kostenoptimierte SPS-Lösungen.

Die Klein-SPS Indra-Logic L10 basiert beispielsweise auf der kompakten Steuerungshardware Indra-Control L10. Sie ist für den zentralen oder dezentralen Einsatz im unteren Leistungsbereich konzipiert. Als dezentrale SPS kann die Steuerung auch als Slave in Profinet-IO- oder Ethernet/IP-Netzwerke eingebunden werden.

Klein-SPS Indra-Logic für Teilaufgaben zur Materialhandhabung oder -sortierung

Als Anwendungsgebiet für diese Steuerung sind zum Beispiel Teilaufgaben zur Materialhandhabung oder -sortierung möglich. Die L10 wird dazu als dezentrale Steuerung in eine Gesamtanlage integriert. Sie kann aber auch als autonome SPS zur Maschinensteuerung mit angeschlossenem HMI-Gerät eingesetzt werden. Firmware und Applikationsdaten werden, wie bei den größeren Indra-Logic-L-Systemen, auf einer austauschbaren Compact-Flash-Karte abgelegt.

Außer Kosten- und Platzoptimierung ist vor allem die Durchgängigkeit zu bereits bestehenden Systemen ein wichtiges Thema für den Maschinenbauer. Das Engineering erfolgt bei der L10 ebenso wie bei den großen Geschwistern mit dem Software-Framework Indra-Works.

Der SPS-Code ist zu jeder Indra-Steuerung kompatibel: Ein SPS-Programm, das auf einer L20 oder der L40 läuft, kann auf die L10 übertragen werden, soweit Speicherkapazität und Performance es zulassen. So ist es beispielsweise möglich, Programmteile von einer leistungsstarken Zentralsteuerung auf eine kleine dezentrale auszulagern. Auch die Anschaltung von zusätzlichen E/A-Baugruppen ist kompatibel zu allen Komponenten der Indra-Control-L-Plattform.

Dynamisierung der Prozesse stellt höhere Anforderungen an SPS

Bei der Weiterentwicklung von Hochleistungskomponenten geht es nicht nur darum, immer größere und komplexere Programme in immer kürzeren Zeitzyklen abarbeiten zu können. Die Dynamisierung der Fertigungsprozesse stellt auch höhere Anforderungen an die Kommunikationsfähigkeiten einer modernen Steuerung.

Das wird besonders bei der neuen Ethernet-basierten Generation der Feldbussysteme deutlich. Hohe Bandbreiten ermöglichen die Verarbeitung großer Datenmengen in kurzen Bearbeitungszyklen. Eine moderne Steuerung muss dafür genügend Rechenleistung vorhalten.

SPS übernimmt Aufgaben von Netzwerkkomponenten

Es reicht nicht aus, anfallende Datenmengen einzusammeln und der Applikation zur Verfügung zu stellen. Die Steuerung muss klassische Aufgaben von Netzwerkkomponenten mit erledigen – ohne Rückwirkung auf das Ablaufprogramm.

Vor allem in Motion-Control-Anwendungen ist Echtzeitfähigkeit eine Grundanforderung. Die Synchronisation Hunderter von Antrieben in komplexen Leitachsstrukturen über mehrere Steuerungsebenen ist heute vor allem in der Verpackungs- und Drucktechnik keine Seltenheit. Weitere Einsatzgebiete sind komplexe Transferstraßen und Fertigungslinien im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automobilindustrie.

Das Sercos-Interface wird dabei von Rexroth bevorzugt. Mit Sercos III steht dieser weltweit anerkannte Standard zur Antriebskommunikation in Echtzeit in der dritten Generation als Ethernet-basiertes Kommunikationsprofil zur Verfügung. Echtzeitfähigkeit bedeutet dabei nicht nur taktsynchrone Kommunikation, sondern auch die Abarbeitung komplexer Motion-Control-Anwendungen und die gleichzeitige Bearbeitung von SPS-Logikprogrammen in extrem kurzen Taktzyklen.

Neue Steuerungsplattform für Echtzeit-Anwendungen

Für diese hohen Anforderungen wurde die Steuerungsplattform Indra-Control L65 entwickelt, die für anspruchvollste Applikationen ausgelegt ist. Sie dient als Plattform für SPS, Motion Logic und CNC-Anwendungen. Die Auswahl des Systems erfolgt mittels der entsprechenden Compact-Flash-Karte mit der Firmware.

Um die hohen Anforderungen bei gleichzeitiger Flexibilität und Zukunftssicherheit zu erreichen, setzt Rexroth für die Steuerungskomponenten auf den Com-Express-Standard (Com = Computer-on-Module). In der Com-Industrial-Group haben sich unabhängige Hersteller von Embedded- und Single-Board-Computer-Lösungen zusammengeschlossen.

Com-Express standardisiert Formfaktoren und Steckerbelegungen herstellerübergreifend und garantiert damit dem Endanwender Skalierbarkeit und zukunftssicheres Design. Die Verwendung von Com-Express-Boards ermöglicht eine flexible Weiterentwicklung der Steuerungsplattformen.

Flexible Feldbusanschaltung dank moderner Netzwerk-Controller

Der Einsatz moderner Netzwerk-Controller ermöglicht eine flexible Feldbusanschaltung. Ethernet-Feldbus-Topologien mit Ethernet/IP und Profinet IO oder Standard-Feldbusse wie Profibus DP oder Devicenet können applikationsspezifisch projektiert werden. Der Kunde benötigt keine schnittstellenspezifische Hardware. Die Wahl des verwendeten Schnittstellenprotokolls wird erst während des Engineering-Prozesses getroffen.

Sercos III steht dabei als leistungsstarker Universalbus für die Ethernet-basierte Echtzeit-Kommunikation zur Verfügung. Zusätzlich gibt es einen Standard-Ethernet-Anschluss. Über zusätzliche Funktionsmodule kann die Steuerung an verschiedenste Anforderungen in heterogenen Steuerungskonfigurationen angepasst werden.

Norbert Gehre ist Produktmanager bei der Bosch Rexroth AG in 97803 Lohr.

Norbert Gehre | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/124650/

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