S7-Protokollbibliothek als Bindeglied zwischen SPS und Industrie-PC (Stand 1-531) Direkte Verbindung - wirautomatisierer

S7-Protokollbibliothek als Bindeglied zwischen SPS und Industrie-PC (Stand 1-531)

Direkte Verbindung

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Bei komplexeren Automatisierungslösungen bietet sich eine Arbeitsteilung zwischen SPS und Industrie-PC an. Während sich die SPS um die Steuerung und Regelung kümmert, übernimmt der IPC die Aufgaben, die eine höhere Rechenleistung erfordern. Gekoppelt werden die beiden Systeme direkt über eine entsprechende Protokollbibliothek. Ein Beispiel aus der Praxis ist die Wärmebehandlungsanlage bei einem Druckmaschinen-Hersteller.

Frank Schubert, Geschäftsführer der Industrieofen- technik Frank Schubert GmbH & Co. KG in Mann- heim und Gerhard Bäurle, Geschäftsführer Marketing und Vertrieb der Deltalogic Auto- matisierunsgtechnik GmbH in Mutlangen

Bei der Wärmebehandlung von Metallen soll in der Regel eine höhere Dauerschwingfestigkeit, ein besseres Verschleißverhalten oder eine höhere Korrosionsbeständigkeit erreicht werden. Für eine hohe Qualität sind dabei eine exakte Steuerung, eine optimale Regelung und eine lückenlose Überwachung der Prozesse unumgänglich. Mit den immer geringer werdenden Fertigungstoleranzen stößt man aber mit den Steuerungen und Regelungen älterer Produktionsanlagen oft an Grenzen. Ein effizienter Energieeinsatz sowie eine geringstmögliche Belastung der Umwelt ist damit schwer oder überhaupt nicht zu erreichen.
Ältere Wärmebehandlungsanlagen sind diskret aufgebaut. Als Stand-alone-Lösungen werden sie von Spezialrechnern gesteuert und sind konventionell verdrahtet. Die Regelung der Prozessparameter wie Temperatur und C-Pegel erfolgt mit verschiedenen Hardwarereglern. Mit solchen proprietären Lösungen fern von jedem Standard sind die heutigen Qualitätsanforderungen schwer zu erreichen. Auch bezüglich der Wartbarkeit und der Anlagendokumentation stellt man heute höhere Anforderungen. Speziell für den Bereich Wärmebehandlung von Metallen hat die Industrieofentechnik Frank Schubert GmbH & Co. KG daher die Systemlösung Diffpro zur Modernisierung solcher Anlagen entwickelt.
Nur Standardkomponenten
Die Lösung basiert auf langfristig verfügbaren Baugruppen wie S7-Steuerungen, Industrie-PCs und Standard-IT-Komponenten. Damit ist die Ersatzteilversorgung für viele Jahre gesichert. Spezielle Hardware wurde nicht entwickelt. Die S7-Steuerungen von Siemens übernehmen die komplette Anlagensteuerung sowie alle Regelungsaufgaben. Die Kommunikation innerhalb der Anlage erfolgt über Profibus und TCP/IP. Die Nutzung moderner IT-Standards hat noch weitere Vorteile. Die Fernwartung per Internet oder direkt per Telefon ist genauso möglich wie die Anbindung an übergeordnete ERP- oder PPS-Systeme. Darüber hinaus lassen sich die Daten sichern und eine Lösung mit redundanten Systemen für besondere Ausfallsicherheit aufbauen.
Die integrierte Simulation schafft Sicherheit sowohl beim Anlagenbauer als auch beim Anlagenbetreiber als Auftraggeber. Die kundenspezifischen Anpassungen von Diffpro werden komplett umgesetzt und in der Simulation umfassend getestet. Mit der Umrüstung wird erst dann begonnen, wenn der Auftraggeber die Simulation abgenommen hat. So können dem Kunden extrem kurze Umrüstzeiten von ca. einer Woche garantiert werden. Die Simulation steht dem Anlagenbetreiber später zur Optimierung seiner Wärmebehandlungsprozesse weiter zur Verfügung.
Seit August 2001 ist Diffpro in der Wärmebehandlungsanlage bei der Heidelberger Druckmaschinen AG im Einsatz. Im Werk Wiesloch wurde im Betriebsurlaub 2001 die komplette Mess- und Steuerungstechnik der Anlage erneuert. Unter anderem wurde eine S7 414-3 mit CP 443-1 über Ethernet mit einem Server und zwei Leit-PCs vernetzt. Der Datenaustausch zwischen Server/PCs und der S7-400 erfolgt über TCP/IP. Da die Anlage durch das neue Steuerungskonzept wesentlich produktiver arbeitet, wurde im August 2002 auch die Härterei im Werk Brandenburg modernisiert. Schon nach acht Tagen konnte die Anlage wieder angefahren werden.
Zugriff auf die S7-Prozessdaten
Bei umfassenden Automatisierungslösungen ist die ideale Lösung eine Aufgabenteilung zwischen PC und SPS. Während die Steuerungs- und Regelungsprogramme auf der SPS ablaufen, überlässt man Aufgaben mit hohen Datenmengen oder größerem Rechenaufwand dem PC. Die Anbindung der S7-Steuerung kann über einen OPC-Server oder über eine S7-Protokollbibliothek erfolgen. Bei Diffpro war jedoch eine hohe Übertragungsrate erforderlich, so dass der OPC-Server von Anfang an nicht in die engere Wahl genommen wurde. Nach verschiedenen Untersuchungen hat sich die direkte Kopplung über die S7-Protokollbibliothek Accon-Aglink-S7-TCP/IP als beste Lösung erwiesen. Zusammen mit der Siemens-Baugruppe CP 443-1 haben sich die kürzesten Übertragungszeiten ergeben: 9 ms für das Lesen von 16 Datenbytes (weitere Messwerte siehe Tabelle).
Für Accon-Aglink S7 von Deltalogic sprach auch, dass es sich bei der S7-Protokoll-Bibliothek um ein ausgereiftes Softwarepaket handelt, das schon ein paar Jahre auf dem Markt ist und laufend weiterentwickelt wird. Wichtig ist auch, dass das S7-Programm nicht angepasst werden muss. Die Funktionen der Bibliothek kommunizieren nach dem selben Prinzip mit der Steuerung wie die Programmiersoftware. Es sind keine detaillierten Kenntnisse über das ablaufende S7-Programm notwendig – es muss nur bekannt sein, an welcher Stelle (Datenbyte X oder Merkerbyte Z) die Daten stehen, die mit der PC-Anwendung verarbeitet werden sollen.
Offen in alle Richtungen
Die Funktionen zur S7-Kommunikation liegen mit der S7-Protokollbibliothek in Form einer Win32-DLL vor und sind somit für alle gängigen Programmiersprachen geeignet. Die Applikationen können in C/C++, Visual Basic, Delphi oder Labview erstellt werden – oder mit jeder anderen Programmiersprache, die Funktionen von Win32-DLLs aufrufen kann. Ebenso kann man mit der Win32-DLL S7-Prozessdaten direkt in Excel einlesen.
In der aktuellen Version ist auch ein Labview-Interface integriert. Mit diesem kann man von einer Anwendung aus direkt auf Daten von S7-Steuerungen zugreifen. Für die S7-Kommunikation stellt Accon-Aglink die entsprechenden grafischen Elemente für die Entwicklungsumgebung von Labview zur Verfügung. Das Lesen und Schreiben von S7-Prozessdaten wie Daten-, Eingangs-, Ausgangs- und Merkerbytes sowie Timer- und Zählerworte kann man damit mit wenigen Mausklicks realisieren.
Die Bibliothek arbeitet multithread-fähig und multithread-sicher. Je nach Anforderung kann man auf Funktions-ebene festlegen, ob die Kommunikationsaufträge synchron oder im Hintergrund abgearbeitet werden sollen. Freigegeben ist die S7-Protokollbibliothek unter den Betriebssystemen Windows 98, NT, 2000 und XP.
Es gibt für die verschiedenen Kommu-nikationswege ein ein-heitliches API (Software-Schnittstelle). Neben dem seriellen Zugriff (MPI-Adapter oder PC Adapter) unterstützt die Bib-liothek die Kommunikation über Profibus-Karten (Softing und Hilscher), über Standard-Ethernetkarten (TCP/IP-Protokoll), über Modem mit TS-Adapter und über das PPI-Kabel (nur S7-200).
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