Siemens Simatic S7-1500: Ein starkes Duo

Der Maschinenbau steht vor vielfältigen Herausforderungen. Anwender erwarten immer leistungsfähigere Maschinen, die schneller sind und mehr produzieren, aber gleichzeitig immer weniger Kosten dürfen. Darüber hinaus erhöht sich die Vielfalt der Maschinentypen, denn die Maschine soll optimal auf die jeweilige Fertigung zugeschnitten und leicht zu integrieren sein. Gerade hier müssen Maschinenbauer flexibel agieren und auf Wünsche des Anwenders eingehen können. Gleichzeitig darf sich jedoch für Programmierer und Servicetechniker die Komplexität des Automatisierungssystems nicht erhöhen, da diese immer mehr Maschinen zu betreuen haben und auch die Lieferzeiten immer kürzer werden. Diese Herausforderungen sind jedoch nicht neu. Maschinenbauer als auch Automatisierungsausrüster sind deshalb ständig auf der Suche nach neuartigen Lösungen, um die steigenden Anforderungen noch besser zu meistern.

TIA Portal plus neue Controller steigern Effizienz

Mit dem intuitiven, effizienten und bewährten Engineering-Framework Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) setzt Siemens neue Maßstäbe im Software-Engineering. Denn das TIA Portal besitzt den großen Vorteil, dass damit alle Planungs- und Produktionsprozesse der Wertschöpfungskette in einer zentralen Umgebung entworfen werden können. Das benutzerorientierte Konzept mit einheitlicher Oberfläche, integrierter Intelligenz und konsistentem Datenmanagement erleichtert es, die Vorteile des TIA Portals sowohl für einfache wie hoch komplexe Projekte zu nutzen. Unternehmen aus allen Bereichen der Industrieautomatisierung können hiermit nicht nur effizienter arbeiten, sondern auch ihre Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig verbessern. Mit dem TIA Portal V11 wurde bereits die Effizienz beim Engineering im Einsatz mit bestehenden Controller-Familien Simatic S7-300 und S7-400 gesteigert. Doch mit der Einführung des TIA Portals V12 lässt sich das noch übertreffen, denn die Entwicklung der Simatic S7-1500 stellt hier seitens der Hardware eine wichtige Innovation dar. Effizienzsteigerungen resultieren dabei vor allem aus dem Zusammenspiel von beiden Komponenten Hardware und Software. Die Simatic S7-1500 ist die konsequente Weiterentwicklung der seit langer Zeit im Markt etablierten S7-300- und S7-400-Systeme. Die neue Steuerung bietet eine Vielzahl an Beispielen, anhand derer die aktuellen und zukünftigen Trends bei Automatisierungssystemen beschrieben werden können.

Komplexität reduzieren, Bausteine wiederverwenden

Da in jeder Maschine in der Regel eine Steuerung, aber viele IO-Baugruppen enthalten sind, ist eine einfache Handhabung der IO-Baugruppen von entscheidender Bedeutung. Dies beinhaltet eine einfache, intuitive und fehlerfreie Montage sowie Verdrahtung der Baugruppen, eine einfache Prüfung der Verdrahtung im Fehlerfall sowie einen unkomplizierten Baugruppenaustausch, ohne zusätzliches Werkzeug. Eine geringe Anzahl an CPU- und IO-Baugruppen, die applikationsunabhängig alle Anwendungsfälle abdecken, sowie einheitliche Verdrahtungsschemata für alle Baugruppen eines Typs helfen zusätzlich die Komplexität zu reduzieren und Fehler in der Verdrahtung zu vermeiden. Wichtig ist hierbei auch die einheitliche Verwendung der IO-Baugruppen in einem zentralen Aufbau mit der CPU sowie in verteilten Anlagen mit Interfacemodulen. Natürlich ist es immer Ziel, die Baugruppengröße und besonders die Baubreite zu reduzieren, ohne hierbei Kompromisse in der Handhabung eingehen zu müssen. Der neue Controller von Siemens erfüllt die voran genannten Voraussetzungen, um die Komplexität eines Automatisierungssystems zu reduzieren.

Da die Vielfalt bei einzelnen Maschinen steigt, ist es auch immer wichtiger, bestehende Konfigurationen flexibel erweitern zu können. Mit dem S7-1500-System lassen sich hier bis zu 32 Module in einer Zeile aufbauen. Bei größeren Maschinen, die ein höheres Mengengerüst erfordern, kann bei Bedarf problemlos auf die nächst größere CPU gewechselt werden. Funktionsbausteine lassen sich hierdurch problemlos von der kleinsten bis zur größten Maschine wiederverwenden. Der Baustein braucht somit nur einmal entwickelt und getestet werden. Mit dem neuen Controller ist dies nicht nur innerhalb der eigenen Steuerungsfamilie möglich, sondern auch darüber hinaus. Denn diese Funktionsbausteine können ebenfalls von der S7-1200 für kleinere Applikationen verwendet werden.

Mit Profinet – schnelle Reaktionszeiten, hohe Performance

Der konsequente Einsatz des ethernetbasierten Industriekommunikationsstandards Profinet in beiden Systemen garantiert deren optimale Einbindung in Anlagen mit unterschiedlichsten Topologien inklusive IWLAN, eine optimale Diagnose der Netzwerke sowie den schnellen Datenaustausch mit Antrieben und Ein-/Ausgabebaugruppen. Die Kommunikation mit Antrieben und IO-Baugruppen erfolgt hierbei nicht nur über CPU-interne Schnittstellen, sondern auch über zusätzliche Kommunikationsmodule. Wichtig sind hierbei gleiche Datenübertragungsraten und Reaktionszeiten, die durch eine extrem schnelle Rückwandbusanbindung erreicht werden. Dies gewährleistet eine ausgezeichnete Skalierbarkeit des S7-1500-Systems was die Feldbusanbindung angeht sowie die Kommunikation mit einer Vielzahl von Anlagenpartnern.

Security – mittels VPN und Firewall

Mit zunehmender Vernetzung und der Integration der IT-Welt in die Automatisierungstechnik, verändern sich auch die Anforderungen an Zugangsschutz und Manipulationssicherheit von Fertigungsanlagen. Dieser ist für moderne Steuerungssysteme unumgänglich. Hierbei muss sichergestellt werden, dass nur autorisierte Personen Zugriff auf das Automatisierungssystem erhalten und Daten während der Übertragung nicht verändert werden. Mit speziellen Kommunikationsbaugruppen lässt sich diese Sicherheit mittels VPN (Virtual-Private-Network) und Firewalls noch weiter erhöhen.

Sicherheit ist jedoch auch wichtig, wenn das Entwicklungs-Know-how einer Maschine geschützt werden soll – zu große Investition stehen hier dahinter. Hierzu können einzelne Funktionsbausteine geschützt werden, so dass unbefugte keinen Zugriff auf deren Inhalt haben und somit Algorithmen nicht kopieren oder verändern können. Mit einem Kopierschutz, d. h. Verknüpfung von Programmteilen mit der Seriennummer der Speicherkarte, wird gleichzeitig die Vervielfältigung der Maschinen verhindert, so dass geschützte Programme nur in zulässigen Maschinen eingesetzt werden können.

Trace-Funktion verkürzt Inbetriebnahme und erhöht Verfügbarkeit

Eine einfache und effiziente Diagnose ist heutzutage von zentraler Bedeutung. Eindeutige und transparente Diagnosemeldungen helfen bei einer schnellen Inbetriebnahme und geben Servicetechnikern die Möglichkeit, schnell auf Störungen zu reagieren und somit Maschinenstillstandzeiten zu minimieren.

Das Display der Steuerung unterstützt den Anwender bei der Inbetriebnahme und im Servicefall, indem wichtige Informationen wie z. B. Fehlermeldungen, im Klartext direkt zur Verfügung stehen. Zusätzliche Software ist zur Diagnose der Station/Maschine nicht nötig. Fehlermeldungen für CPU, IO-Baugruppen und Antriebe werden automatisch generiert und bei Downloads in die Steuerung geladen. Als in die Firmware integrierte Funktion, benötigt die Diagnose keine zusätzlichen Ressourcen, die dem Programmierer sonst an anderer Stelle fehlen würden. Aufgrund des einheitlichen Anzeigekonzeptes werden alle Meldungen im Fehlerfall automatisch auf dem CPU-Display, CPU-Weberserver, online im TIA Portal und über Simatic HMI-Geräte angezeigt und selbst bei CPU-Stopp weiter aktualisiert.

Bis jetzt mussten Variablenwerte während der Inbetriebnahme mit Hilfe von Variablentabellen beobachtet und geändert werden – gerade ein zeitlicher Verlauf lässt sich hieraus oftmals nur schwer erkennen. Mit der integrierten Trace-Funktion können sämtliche Variablenwerte und I/O-Signale zyklusgranular aufgezeichnet werden. In Step7 wird der zeitliche Verlauf der Signale dargestellt und kann weiter analysiert werden. Mit Hilfe von Triggerbedingungen lassen sich auch sporadische Fehler schnell und einfach auffinden. Es können auch mehrere Trace-Aufträge gleichzeitig in den Controller geladen werden, um unterschiedliche Anlagenzustände zu überwachen. Hierdurch wird die Inbetriebnahmezeit verkürzt und Maschinenverfügbarkeit erhöht.

Effizientes Zusammenspiel von Hardware und Software

Software und Hardware bieten eine Vielzahl an Vorteilen – der größte jedoch entsteht durch das optimale Zusammenspiel der beiden Systeme. Die S7-1500 CPU ermöglicht z. B. die freie Wahl der Programmiersprachen dank einheitlicher Befehlssätze im Engineering. Dadurch kann sich der Anwender, je nach Applikation und regionalen Gegebenheiten, frei für die passende Programmiersprache entscheiden. Da die Programme in AWL, KOP, FUP und SCL aufgrund innovativer Compiler die gleiche Verarbeitungsgeschwindigkeit in der Steuerung haben, entstehen auch hierdurch keine Einschränkungen in der Auswahl.

Im Online-Modus sind sofort alle Programmänderungen gegenüber dem aktuellen Stand auf der CPU erkennbar und werden vom System beim Download berücksichtigt. Somit wird gewährleistet, dass die Steuerung bei einem Download im laufenden Betrieb nicht aufgrund inkonsistenter Bausteine in den STOP-Zustand geht. Dies wird in der Steuerung auch dadurch garantiert, dass alle geladenen Änderungen synchron aktiviert werden. Dies erhöht die Maschinenverfügbarkeit und beschleunigt die Inbetriebnahme.

Technologieobjekte vereinfachen Antriebsanbindung

Moderne Steuerungen beinhalten immer mehr Funktionen, die in der Vergangenheit mit zusätzlichen Baugruppen beziehungsweise Funktionsmodulen realisiert wurden. Die Integration dieser Funktionen in die Steuerung ermöglicht kompaktere und günstigere Maschinen als bisher und vereinfacht zudem die gleichzeitige Konfiguration und Programmierung dieser Funktionen. In der S7-1500 und Step7 V12 helfen Technologieobjekte dem Anwender, einzelne Achsen zu konfigurieren. Eine Achssteuertafel sowie die Trace-Funktion unterstützen die Inbetriebnahme. Die Achsbewegungen werden mit standardisierten PLCopen-Funktionsbausteinen programmiert. Diese Technologiefunktionen vereinfachen die Antriebsanbindung, so dass diese schneller und unkomplizierter als bisher, ohne spezielles Expertenwissen, durchgeführt werden kann.

Steigerung der Effektivität durch optimale Integration

Die konsequente Integration der IT-Technologien mit verbesserten Sicherheitsfunktionen in Steuerungen, eine erhöhte Skalierbarkeit des Gesamtsystems sowie deren einfache Handhabbarkeit, zusätzlich integrierte Funktionen sowie ein präzise abgestimmtes Zusammenspiel von Engineeringsoftware und Hardware reduzieren die Zeiten der Programmerstellung und Inbetriebnahme deutlich, steigern die Maschinenverfügbarkeit und verkürzen Stillstandzeiten aufgrund optimierter Diagnosemöglichkeiten.