Technologie-Update für Siemens-S7

Kompaktsteuerungen bieten sich bei kleineren und mittelgroßen Maschinen und Anlagen an. Dennoch wollen Anwender den gleichen Leistungsumfang wie bei den ‚Großen‘. Dass das geht, zeigt Siemens mit dem ‚Technologie-Upgrade‘ seiner Kompakt-CPUs. Auf diese Weise lassen sich die Einsatzbereiche der Steuerungen ausweiten.

Das Leistungsspektrum moderner Steuerungen wird sukzessive erweitert, was beispielsweise die Simatic S7-1500 von Siemens bestätigt. In dieser modular aufgebauten Systemfamilie, die seit dem Jahr 2012 den Generationswechsel im Steuerungssegment vorantreibt, hat der Hersteller 2015 das Portfolio der Advanced Controller um zwei kompakte Geräte erweitert: Simatic CPU 1511C und CPU 1512C vereinen CPU samt Front-Display sowie Ein- und Ausgänge in einem Gehäuse.

Diese besonders kompakten Geräte mit 85 beziehungsweise 110 mm Baubreite erhalten nun ein Technologie-Upgrade und besitzen zudem eine deutlich gesteigerte Performance gegenüber dem Vorgängermodell Simatic S7-300C. Beispiele dafür sind unter anderem die integrierte Zählerfunktion oder die Möglichkeit, Frequenzen mit 100 kHz schnellen Eingängen präzise zu messen. Für die technologischen Funktionen Pulsweitenmodulation (PWM), Schrittmotoransteuerung (PTO: Pulse Train Output) oder Frequenzausgabe stehen vier integrierte, bis zu 100 kHz schnelle Ausgänge zur Verfügung. Damit werden Zählen, Messen und Positionserfassung sowie eine Pulsausgabe ohne weitere Hardware möglich.

Mit Pulsweitenmodulation Energie sparen

Bei Verwendung der Pulsweitenmodulation lassen sich ohne externe Verstärker unterschiedliche Aktoren steuern und dabei die Leistung präzise dosieren. Die Ausgänge übertragen bis zu 0,5 A Strom und bis zu 12 W Leistung. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist die Ansteuerung von Proportionalventilen. Dabei lässt sich durch das Puls-Pausen-Verhältnis die Ventilstellung variabel steuern. Durch das präzise einstellbare Puls-Pausen-Verhältnis (Tastgrad) kann die Kraft auf die Ventilspule genau kontrolliert werden und dadurch hat der Anwender den Druck beziehungsweise den Durchfluss des Mediums genau im Griff. Wenn statt Ventilen bürstenbehaftete Gleichstrommotoren verwendet werden, kann mithilfe der unterschiedlichen Impulslänge (Tastgrad) die am Motor wirkende Spannung genau kontrolliert und damit die gewünschte Drehzahlvarianz erreicht werden.

Ein weiteres Beispiel sind hydraulische und pneumatische Schaltventile: Während beim Schaltvorgang vergleichsweise viel Strom in der Spule fließen muss, genügt nach dem Schaltvorgang ein erheblich niedrigerer Haltestrom. Durch die Anpassung des Puls-Pausen-Verhältnisses werden die effektiv wirksame Spannung und damit der sich einstellende Strom gesteuert. Dadurch lässt sich die Leistung sehr genau dosieren und damit auch Energie sparen. Möglich werden diese Funktionen mit der neuen Firmware V2.0: Sie erlaubt die Ausgabe einer konstanten Periode mit variabler Einschaltdauer (Tastverhältnis). In Verbindung mit dem Software-Update lassen sich die neuen Funktionen auch bei der bestehenden Hardware, wie sie bereits vielfach verwendet wird, anwenden.

Frequenz-Ausgabe für schnelle Signalfolgen

Neben PWM ist die Betriebsart „Frequenz-Ausgabe“ eine weitere Funktion, die mit der neuen Firmware in Verbindung mit den Kompaktsteuerungen von Siemens genutzt werden kann. Die Frequenz wird vom SPS-Programm als Real-Wert vorgegeben und kann zwischen 0,1 Hz und 100 kHz variieren. Auf diese Weise lassen sich variable Werte digital sehr einfach übertragen und damit die Nachteile analoger Signale, wie Qualitätsverlust bei langen Leitungen und notwendiger EMV-Schutz, vermeiden. Durch entsprechende Push-Pull-Treiber sind außerdem steile Flanken möglich, wodurch sich die Kompakt-CPUs der Simatic S7-1500 zur Übertragung von Informationen selbst in dynamischen Anwendungen eignen.

PTO: Schrittmotoren und Servoantriebe über Technologieobjekte ansteuern

Als dritte, neue Funktion in Verbindung mit der Firmware V2.0 der Kompaktsteuerungen gibt es den gesteuerten Betrieb über ein Puls-Train-Interface (PTO). Dabei handelt es sich um eine einfache Sollwert-Schnittstelle ohne Lagerückführung. Der besondere Vorteil für Anwender besteht darin, dass sich über zwei digitale Leitungen Schrittantriebe direkt ansteuern lassen. Während das eine Signal die Impulse für die Geschwindigkeit und die Anzahl vorgibt, gibt das zweite Signal die Richtung vor. Auf diese Weise lassen sich einfache Antriebslösungen aufbauen und Encoder für die Signalrückführung einsparen.

Selbstverständlich ist auch diese Möglichkeit, einen Antrieb anzusteuern, nahtlos mit den im TIA Portal integrierten Technologieobjekten möglich. Damit muss sich der Anwender nicht um Formatierung und Normierung der Informationen kümmern, sondern kann sich voll und ganz auf die Wünsche der Endkunden konzentrieren. Neben der Anwendung bei einfachen Schrittmotoren eignet sich diese Funktion auch bei komplexeren Leistungsverstärkern und Servoantrieben, die eine PTO-Schnittstelle verwenden.

Großer Funktionsumfang bei kleiner Baugröße

Die kompakten Steuerungen Simatic CPU 1511C und CPU 1512C sind für kleinere und mittelgroße Maschinen und Anlagen eine hervorragende Ergänzung zu den modular aufgebauten Steuerungen Simatic S7-1500 von Siemens. Obwohl sie nur wenig Bauraum erfordern, bieten sie ein hohes Maß an Automatisierungskomfort – auch in Kombination mit weiteren, zentral steckbaren Baugruppen oder mit der dezentralen Peripherie Simatic ET 200. Bei den jeweils 16 beziehungsweise 32 Ein- und Ausgängen stehen in Verbindung mit der Firmware-Version V2.0 vier schnelle Ausgänge für PWM, PTO und Frequenz-Ausgabe zur Verfügung. Jeder Ausgang kann individuell für eine dieser Funktionen zum Einsatz kommen. Das erweitert die Flexibilität und die Einsatzgebiete solcher Geräte.

Praktisch daran ist, dass zur Programmierung keine zusätzliche Spezialsoftware notwendig ist. Wer das TIA Portal V14 verwendet, kann die neuen Möglichkeiten der Kompaktsteuerungen verwenden. Die Geräte müssen lediglich mit der Firmware V2.0 ausgerüstet sein. Die gleiche Funktion gibt es für alle Simatic-S7-1500-CPUs, falls in manchen Anwendungen das vorhandene Mengengerüst den Einsatz einer leistungsfähigeren Steuerungsvariante notwendig macht. In diesem Fall müssen lediglich die für die gewünschte Automatisierungsaufgabe – wie zum Beispiel Zählen, Messen oder PTO – erforderlichen Technologiemodule als separate Baugruppen zentral oder dezentral an die Steuerung angebunden werden. Softwareseitig sind die integrierten und die modularen Lösungen durchgängig und verwenden die gleichen Schnittstellen und Parameter.

In beiden Fällen – ob als Kompakt-CPU oder als modular aufgebaute Steuerungseinheit – sind die Vorteile für Anwender unübersehbar: Für viele Anwendungen sinkt der Programmieraufwand mit moderner Steuerungs- und Gerätetechnik erheblich. Die drei neuen Funktionen PWM, PTO und Frequenz-Ausgabe sind wichtige Komponenten auf dem Weg zu einer leistungsfähigen, kosteneffizienten und energiesparenden Automatisierung. co