Expertenmeinungen zum Thema „Kompaktsteuerungen“

Spezialisten für Spagat

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Das Angebot an Kompakt-SPSen wächst ständig, laufend kommen neue Modelle auf den Markt. Im aktuellen Trendinterview der elektro Automation erläutern sieben Fachleute aus der Automa- tionsbranche, durch welche Stärken sich diese kompakten Steuerungen auszeichnen und wo die Grenzen ihres Einsatzes liegen.

eA: Was sind ihrer Meinung nach typische Eigenschaften einer Kompakt-SPS?

Buchwitz: Eine Kompakt-SPS ist in ihrer Baugröße eher klein (kompakt), beinhaltet aber bereits viele Funktionalitäten in einem Grundgerät ohne Erweiterungen. Auf Grund der Verschiedenartigkeit der Anwendungen ist jedoch eine Erweiterungsmöglichkeit zwingend erforderlich. Diese kann über einen Systembus oder ein serielles Kommunikationsmedium erfolgen. Die Kompaktsteuerungen von Jetter lassen sich von Haus aus auch mittels CAN-Systembus dezentral erweitern.
Högener: Eine moderne Kompakt-SPS bietet heute umfangreiche Funktionalitäten zu einem sehr guten Preis- Leistungsverhältnis. Neben digitalen und analogen Ein- und Ausgängen, Zählern und Interrupt-Eingängen gehören vielfältige Kommunikations-Möglichkeiten zum Standard. Lokale und dezentrale Erweiterungen gehören zu den Anforderungen, denen sich heutige Kompaktsteuerungen stellen müssen. Die Kompakt-SPS easy Control ist die logische Weiterführung der easy-Erfolgsgeschichte und erfüllt diese Anforderungen in idealer Weise.
Lenz: Unter Kompakt-SPS verstehen wir eine Kleinsteuerung (CPU) mit integrierten Ein- und Ausgängen als funktionsfähige Einheit in einem Gehäuse. Ob die Steuerung durch E/A-Baugruppen erweitert werden kann, spielt dabei keine Rolle.
Lüdtke: Von einer Kompakt-SPS wird erwartet, dass sie an I/Os, Schnittstellen und Leistung ziemlich genau das bietet, was für die Erfüllung der Steuerungsaufgabe notwendig ist. Nicht viel mehr, aber auch nicht weniger, denn feingranulare Modularität bedeutet höhere Kosten. Die sehr unterschiedlichen Anforderungen zwingen zum Spagat zwischen Kosten und Flexibilität. Deshalb bietet Kuhnke mit der Ventura Remote PLC verschiedene gut ausgestattete Kompakt-SPSen mit einem Sortiment von Erweiterungsmodulen. Multifunktions-I/Os lösen die grobe Granularität auf.
Melkus: Genau genommen gibt es zwei Typen von Kompakt-SPSen. Einerseits die Kleinst-SPSen, das sind eigenständige Kleinsysteme, die für Mini-Anwendungen optimiert sind. Sie eignen sich ideal für in sich abgeschlossene, einfache Steuerungsaufgaben. Der günstige Einstiegspreis spielt hier eine entscheidende Rolle. Typisch für diese Art der Kompakt-SPS sind daneben die kleine, kompakte Bauweise (CPU und eine gewisse Anzahl von I/Os in einer Einheit) sowie eine begrenzte Erweiterbarkeit. Daneben gibt es die „geschrumpften Großen“, die wie das C- DIAS-System von Sigmatek für kleine Anwendungen in einem Umfeld konzipiert sind, in dem auch mittlere bis große Systeme zur Anwendung kommen. Hier ist zwar der Preis ein wichtiger Faktor, eine viel größere Rolle spielen jedoch die Kosten. Die Durchgängigkeit der Projektierungs-Tools stellt hier ein wich-tiges Entscheidungskriterium dar.
Rahlves: Eine moderne Kompaktsteuerung lässt sich direkt modular erweitern. Sie verfügt sowohl über eine Feldbus- als auch über eine oder mehrere Ethernet-Schnittstellen. Neben der Kopplung der Steuerungen untereinander können auf Grund der verfügbaren Bandbreite auch Visualisierungen über Ethernet in das Netzwerk integriert werden. Standard-Protokolle wie ftp oder http sorgen für die Anbindung an das Intra- und Internet.
Schulz: Kompakt-SPSen werden von Siemens schon seit langem angeboten. Unter einer Kompakt-SPS verstehen wir, neben einer kompakten Bauform, eine SPS mit zusätzlich integrierten Funktionen: Die CPUs der Baureihe Simatic S7-200 und S7-300C bieten neben Onboard-E/As außerdem technologische Funktionen wie Zählen, Positionieren, Frequenzmessung oder Pulsweitenmodulation. Die Integration von Funktionen erspart zusätzliche Investitionen in weitere Baugruppen. Durch die effiziente Anbindungsmöglichkeit von E/As auf der On- board-Unit lässt sich auch ein schneller E/A-Datenaustausch mit der CPU erreichen. Wichtig für den Anwender ist: Unsere Kompakt-CPUs sind trotzdem modular mit normalen Peripheriebaugruppen erweiterbar. Zudem bieten sie integrierte Kommunika- tionsschnittstellen.
Voigt: Eine Kompakt-SPS vereint heute, wie schon vor über 25 Jahren die ersten Geräte von Mitsubishi Electric, eine CPU, Spannungsversorgung und integrierte E/As in einem leistungsfähigen Grundgerät zu einem angemessenem Preis-/Leistungsverhältnis. Dabei spielen heutzutage Flexibilität durch integrierte Schnittstellen bzw. Erweiterungsmöglichkeiten zum Kommunizieren, Positionieren und zur offenen Netzwerkanbindung, aber auch einfache Bedien- und Programmierbarkeit, eine entscheidende Rolle.
eA: Hat sich die Leistungsgrenze der Kompakt-SPS zur klassischen SPS hin verschoben? Wird die Programmierung nach IEC 61131-3 auch von Kompakt-SPSen vollständig unterstützt?
Buchwitz: Wie in vielen Bereichen der Steuerungstechnik, so verschwimmen auch hier die Grenzen. Steuerungssysteme aus demselben Haus müssen auch mit ein und derselben Sprache programmierbar sein; mit dem selben Programmiertool. Bei uns ist das Strukturierter Text mit Erweiterungen mit der Sprache Jetsym St(X) und dem gleichnamigen Tool.
Högener: Die Grenzen zwischen Kompakt-SPS und klassischen SPS sind fließend. Entscheidend ist, das der Kunde sich aus einem durchgängigen System die für Ihn optimale Lösung wählen kann. Dazu gehört ein einheitliches Programmiersystem nach IEC 61131-3, ohne Systembrüche über die Leistungsgrenzen hinweg. Der Programmieraufwand sinkt durch die Nutzung von Bausteinbibliotheken. Moeller setzt auch bei der neuen Kompakt-SPS easy Control auf das seit Jahren erfolgreiche Programmiersystem Codesys.
Lenz: Die klassische SPS im eigentlichen Sinne mit diskreten Ein- und Ausgängen ohne zusätzliche Funktionalität gibt es heute kaum noch. Die SPS hat sich im Laufe der Jahre den Anforderungen angepasst und wurde zum Multitalent. Anders verpackt kommuniziert sie über Netzwerke, wird über diese auch programmiert und gewartet und erfüllt so alle Anforderungen für den modernen Maschinen- und Anlagenbau. Leistungsgrenzen zwischen Kompakt- und klassischer SPS gibt es deshalb nur noch in Bezug auf die Anzahl der E/As, nicht mehr jedoch bei Geschwindigkeit und Kommunikationsfähigkeit. Alle Panasonic-Steuerungen, von der kleinsten Kompakt-SPS mit 6 Ein- und 4 Ausgängen bis zur leistungsfähigsten SPS werden durchgängig mit einer, IEC61131-3 kompatiblen Software programmiert. Die Frage nach einer vollständigen Unterstützung dieser Programmiernorm für Kompaktsteuerungen stellt sich bei Panasonic seit 8 Jahren nicht mehr.
Lüdtke: Kompakt oder modular ist keine Frage der Leistung, sondern des Kompromisses von Kosten, Flexibilität, Baugröße, Projektieraufwand usw. Der SPS-Anwender erwartet die komfortable und einheitliche Projektierung aller Steuerungen. Da ist die Programmierung mit IEC 61131-3 Standardtools auch für Kompakt-SPSen heute selbstverständlich.
Melkus: Ja, da die Erweiterbarkeit der Kompakt-SPS umfangreicher geworden ist, hat sich die Leistungsfähigkeit der Kompakt-SPS-Systeme zur klassischen SPS hin verschoben. Bei Sigmatek wird die Programmierung nach IEC 61131-3 auch bei Kompakt-SPSen vollständig unterstützt.
Rahlves: Die Grenzen zwischen den verschiedenen Steuerungsklassen verschwimmen. Kompaktsteuerungen werden immer leistungsfähiger und kommunikativer. Dies wird durch moderne Prozessoren und die Integration von Feldbus-Schnittstellen sowie mindestens einem Ethernet-Port erreicht. Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz der Kompaktsteuerungen ist darüber hinaus die durchgängige Programmierung ohne Funktionseinschränkungen nach IEC 61131-3.
Schulz: Prinzipiell könnte man in jeder CPU-Leistungsklasse auch eine Kompakt-CPU mit integrierten E/As und technologischen Funktionen anbieten. Unserer Ansicht nach ist es aber sinnvoller, die Kompaktvariante eher im unteren und mittleren CPU-Leistungsbereich anzubieten, da der Anwender besonders bei kleineren Applikationen mit wenigen E/A von den Vorteilen der Kompakt-SPS profitiert. Bei diesen Mengengerüsten ist eine CPU einer kleineren Leistungsklasse völlig ausreichend. Selbstverständlich müssen auch Kompakt-SPSen nach IEC 61131-3 programmierbar sein. Es gibt für uns keinen Grund, hier zu differenzieren.
Voigt: Während früher eine Kompakt-SPS als Stand-alone-Einheit gesehen wurde, integriert heute eine Kompakt-SPS wie die Melsec FX 3 U von Mitsubishi Electric immer mehr Funktionen und die Komplexität einer modularen SPS, d.h. Positionier-/Motionsteuerung, Master-/Slave-Funktionalität in offenen Netzwerken wie Profibus-DP, Ethernetanbindung und Fernwartung, aber auch die volle Integration in ein gemeinsames Programmier-Tool nach IEC 61131-3 mit allen möglichen Programmiersprachen, inklusive Structured Text, was besonders für Hochsprachenanwender interessant ist. Der entscheidende Vorteil der IEC 61131-3 ist und bleibt die Kompatibilität und damit die Möglichkeit der Wiederverwendbarkeit von Programmen.
eA: Was für Anwendungsfelder eröffnen sich für die Kompakt-SPS? Profitiert sie vom Trend zur Dezentralisierung?
Buchwitz: Anwender entscheiden sich ganz einfach auf Grund der Maschinenarchitektur und der Ausdehnung für zentrale oder dezentrale Konzepte. Da sich mittlerweile alle Steuerungen vernetzen lassen, spielt es keine Rolle mehr, welche Art von Steuerungen verwendet werden. Es können kompakte Steuerungen, große SPSen oder auch PC-basierte Lösungen sein, und das in ein und derselben Maschine. Bei Jetter erfolgt die Vernetzung dann üblicherweise über Ethernet. Man kann also nicht direkt davon sprechen, das kompakte Systeme von der Dezentralisierung profitieren.
Högener: Die Anwendungsfelder der modernen Kompakt-SPS sind sehr vielseitig. Sie umfassen die klassischen Anwendungen kleiner und mittlerer Maschinen, Apparate und Anlagen. Kommunikationsfähige Kompakt-SPSen ermöglichen eine dezentrale Automatisierungs-Struktur. Sie geben dem gesamten System eine bessere Performance und einen modularen Aufbau.
Lenz: Neue Anwendungsfelder für Kompaktsteuerungen sehen wir insbesondere im kleinen und mittleren Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Fernwirktechik. Dort, wo früher leistungsfähige Großsteuerungen oder dedizierte Fernwirksysteme eingesetzt werden mussten, erfüllen heute kompakte Kleinsteuerungen diese Aufgabe meist schneller und effizienter. Selbst komplexe Motion-Control-Funktionen sind heute kein Hinderungsgrund mehr für den Einsatz dieser Geräte. Datenbankfunktionen werden ohnehin bereits im Netzwerk bereitgestellt, deshalb genügt es vollauf, wenn auch Kompaktsteuerungen Ethernet beherrschen. Lokale Intelligenz wird zudem auf dezentrale Intelligenz verteilt. Davon profitieren auch Kompaktsteuerungen, soweit sie zentral programmiert und gewartet werden können.
Lüdtke: Der Kostenvorteil kommt besonders im Serieneinsatz zur Geltung. Dort kann eine maßgeschneiderte kompakte SPS die beste Lösung sein. Kommunikation spielt auch für die Kompakt-SPS eine immer größere Rolle. Wenn Feldbuslaufzeiten den Einsatz von Remote-IOs ausschließen, kann eine Remote-PLC zeitkritische Reaktionen ausführen. Kommunikation heißt aber auch Teleservice und Verbindungen zu PC-Systemen. Mit Condition-Pro bietet Kuhnke Monitoringsysteme zur Maschinenüberwachung mit Kompakt-SPSen.
Melkus: Generell ist die Kleinst-Kompakt-SPS eine Art „Einstiegsdroge“ und stellt für einfache Steuerungsaufgaben eine kostengünstige Lösung dar. Bei Serien-Kunden wird sie oft zur Spektrumsabrundung benötigt. Durch die höhere Leistungsfähigkeit der „geschrumpften Großen“ werden sich die möglichen Anwendungsfelder für diesen Typus der Kompakt-SPS sicher erweitern. Im Maschinenbau profitieren die Kompakt-SPSen eher nicht von der Dezentralisierung, da verteilte Intelligenzen sehr komplex sind und diese (im Gegensatz zu verteilten E/As) eher in fertige Peripheriegeräte wandern (z.B. Drives). Anders im Anlagenbau und in der Gebäudeautomation, wo die Vernetzung kleinerer Steuerungen durchaus sinnvoll sein kann.
Rahlves: Durch die zunehmende Rechenleistung der Kompaktsteuerungen vergrößert sich der mögliche Einsatzbereich von kleinen Applikationen mit reinen Bit-Verknüpfungen bis zu komplexeren Anwendungen mit beispielsweise regelungstechnischen Programmteilen. Selbst umfangreiche Kommunikationsaufgaben können realisiert werden. Neben einem leistungsfähigen Engineering-System sind moderne Kompaktsteuerungen wesentliche Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz dezentraler Steuerungstechnik.
Schulz: Man kann sicher die meisten Anwendungen auch mit einer modularen Standard-SPS und den entsprechenden Peripheriemodulen realisieren. Durch die Integra- tion von Funktionen und E/As können jedoch einige Applikationen sehr elegant gelöst werden. Beispielsweise ermöglicht eine schnelle Istwerterfassung mit Direktzugriff auf Hardwarezähler und Eingänge für die Funktionen Zählen und Frequenzmessung eine hervorragende Dynamik, z.B. bei Positionieraufgaben. Im Zusammenspiel mit dem integrierten Analogausgang erlauben die Positionierfunktionen die direkte Ansteuerung unserer Micromaster-Frequenzumrichter. Die Kompakt-SPS profitiert insofern vom Trend zur Dezentralisierung, als dass Automatisierungsaufgaben in kleinere Einheiten aufgeteilt werden, die dann von Kompakt-SPSen mit kleineren Mengengerüsten effizient bearbeitet werden können. Übrigens: Bei Anwendungen mit vielen dezentralen IOs bieten wir intelligente Kopfbaugruppen aus der „kompakten“, feinmodularen ET 200 S Familie, die als SPS dezentral Daten vorverarbeiten und an die überlagerte Steuerung übertragen kann.
Voigt: Die Kompakt-SPS ist eine klassische Universalsteuerung, die in fast allen Bereichen der Automation, zentral oder in dezentralen Automatisierungslösungen, eingesetzt werden: in sensiblen Anwendungen in der pharmazeutischen Industrie, auf Schiffen und Sonderfahrzeugen, in Verpackungsmaschinen in der Lebensmittelindustrie aber auch in Freizeitparks und in der Gebäudeautomation.
eA: Sind steuernde Bediengeräte eine ernste Konkurrenz zur Kompakt-SPS?
Buchwitz: Für uns als Steuerungsanbieter spielt es eine untergeordnete Rolle, welche Steuerungen wir verkaufen. Insofern kann auch nicht von einer Konkurrenz gesprochen werden. Bediengeräte mit integrierten Steuerungen werden nach unserer Erfahrung vor allem in kleineren, eher kompakten Maschinen eingesetzt.
Högener: In Applikationen, in denen diese Bediengeräte preislich und leistungsmäßig passen, sind sie eine Alternative. Häufig erfordert die Applikation jedoch eine höhere Performance, so dass ein höherer Preis gegenüber der Kompakt-SPS mit separater Bedieneinheit zu berücksichtigen ist. Jede Lösung findet ihre optimale Anwendung. Nicht Konkurenz, sondern systemische Kombinierbarkeit sind die Ziele, die Moeller mit seinem Produktportfolio verfolgt.
Lenz: Hier gibt es ein klares Nein! Sowohl Bediengeräte mit SPS-Intelligenz als auch abgesetzte Bediengeräte haben ihre Existenzberechtigung. Jeder Anwender hat andere Anforderungen an Bediengerät und SPS. Eine Kombination beider Systeme erzeugt somit eine große Produktvielfalt, die Produktionsstückzahlen werden damit geringer und zwangsweise die Kosten hierfür höher. Dennoch gibt es genügend Applikationen, bei denen Bediengeräte mit integrierter Steuerung den Vorzug vor getrennten Lösungen erhalten.
Lüdtke: Teilweise schon. Steuerung und Bedienung in einem Gerät führen zu noch kompakteren Lösungen. Wenn beides am selben Ort Sinn macht, können Kosten gespart werden. Die Steuerung gehört aber zuallererst in die Nähe der Sensorik/Aktorik. Dort muss jedoch nicht der ideale Platz für die Bedienung sein. Besonders in vernetzten Systemen gibt es ganzheitliche Bedienkonzepte, die keine steuernden Bediengeräte benötigen. Beide Formen haben somit ihre Berechtigung.
Melkus: Bediengeräte mit integrierter SPS finden durchaus in kleineren Maschinen Anwendung. Die Verdrahtung der E/A-Signale zum Bedienfeld ist aber nicht immer sehr vorteilhaft. Wir sehen eher einen Bedarf an SPS-Systemen mit abgesetztem Bedienfeld.
Rahlves: In Applikationen, in denen eine HMI-Funktionalität benötigt wird und eine Kompakt-SPS zum Einsatz kommen würde, bietet eine kombinierte Lösung deutliche Vorteile. Die Kombination von Steuerung und HMI-Gerät in einem Gehäuse reduziert den Platzbedarf, was in Bedienpulten oder kleinen Schaltschränken von Vorteil ist. Durch die Integration werden auch Hardware- Kos-ten gesenkt. Dieser Kostenvorteil ist gerade heute ein entscheidendes Kriterium für den Einsatz von steuernden Bedien- geräten.
Schulz: Nein, sie ergänzen sich. Entscheidend für den Anwender ist, welche Funktionalität für ihn im Vordergrund steht. Dem Trend nach steuernden Bediengeräten trägt Siemens schon seit langem Rechnung. Unsere C7-Komplettgeräte beispielsweise bestehen aus einem Panel mit einer integrierten S7-300-Kompakt-CPU. Hier stehen B & B-Funktionalität und SPS-Funktionalität in einem aufeinander abgestimmten Verhältnis. Der Anwender spart Platz beim Einbau, Zeit bei der Inbetriebnahme und Kosten bei der Hardware gegenüber einer vergleichbaren modular aufgebauten Konfiguration. Unsere Multipanels MP 270/370 dagegen bieten in erster Linie B & B-Funktionaliät, während die Steuerung hier als Add-on in Form einer Soft-SPS nachinstalliert werden kann. Selbstverständlich kann man bei unseren Kompakt-SPS auch jederzeit ein separates Panel anschließen.
Voigt: Die altbewährte Kompakt-SPS hat und wird abhängig von der Applikation weiterhin ihre Berechtigung haben. Hier spielen gegenüber Bediengeräten mit integrierter SPS Faktoren wie Flexibilität, Modularität oder Verfügbarkeit eine Rolle. Ein ganz wichtiger Vorteil bei der Kompakt-SPS-Lösung mit externem Bediengerät ist die Möglichkeit, einzelne Komponenten des Systems auszutauschen oder zu erweitern sowie die einfache Handhabung und Wartung des Systems.
Jetter eA 457
Kuhnke (Hannover Messe: 9-D06) eA 458
Mitsubishi Electric (11-C47) eA 459
Moeller (11-C62) eA 460
Panasoni c eA 461
Phoenix Contact (11-B28) eA 462
Siemens (9-A72) eA 463
Sigmatek (9-D61) eA 464

eA-INFO-TIPP
Das Fachbuch „SPS-Programmierung mit IEC 61131-3“ (ISBN: 3-540- 66445-9) von Karl-Heinz John und Michael Tiegelkamp führt umfassend in die Konzepte der inter-nationalen IEC61131-3-Norm für SPSen und Programmiersysteme ein:

Infomationen zu den Steuerungen der Unternehmen:
Jetter
Moeller
Panasonic Electric Works
Kuhnke
Phoenix Contact
Mitsubishi Electric
Siemens
Sigmatek
Das Fachbuch „SPS-Programmierung mit IEC 61131-3“ (ISBN: 3-540-66445-9) von Karl-Heinz John und Michael Tiegelkamp führt umfassend in die Konzepte der internationalen IEC61131-3-Norm für SPSen und Programmiersysteme ein.
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