Fachartikel vom 03/04/2013

Betriebsdaten preiswert erfassen

Kommunikation ohne Hürden

Die Inline-Controller ILC 1xx haben sich in allen Bereichen durchgesetzt, in denen Steuerungsaufgaben in Verbindung mit einem hohen Kommunikationsaufwand gefordert sind. Da die Erfassung und Übertragung der Betriebsdaten eine immer größere Rolle spielt, verfügt die neue Generation der Kleinsteuerungen nun beispielsweise über mehr Speicherkapazität.

Bild 1: Die Steuerungen der 100er Leistungsklasse unterstützen viele Feldbus- und IT-Standards (Bild: Phoenix Contact)

Die Erfolgsgeschichte der Inline-Controller 1xx begann im Jahr 2007 mit dem ILC 150 ETH. Die von Phoenix Contact entwickelte Kleinsteuerung ist als erstes für Automatisierungsanwendungen erhältliches Gerät mit einem neuen, auf der .NET-Technologie basierenden Laufzeitsystem ausgestattet worden. Eine weitere Besonderheit der ILC 1xx ergibt sich aus dem 32-Bit-Prozessor auf der Grundlage eines FPGA. Als einer der Entwicklungstreiber des Echtzeit-Ethernet-Protokolls Profinet hat sich Phoenix Contact dem Grundsatz der IT-powered Automation verschrieben. Deshalb ist von Beginn an mindestens eine Ethernet-Schnittstelle in die Kleinsteuerungen integriert worden. Sie erlaubt dem Anwender die Umsetzung sämtlicher Kommunikationsaufgaben mit Hilfe des Inline-Controllers (Bild 1). Aufgrund des eingebauten Webservers kann er mit dem Tool WebVisit auf einfache Weise eigene Web-Seiten erstellen und auf die Steuerung laden. Mit dem ebenfalls integrierten FTP-Server lassen sich beispielsweise Rezepturdaten über das Netzwerk auf den ILC 1xx schreiben oder protokollierte Applikationsdaten auslesen.

Im Laufe der Jahre sind die Kommunikationseigenschaften der Kleinsteuerungen stetig durch Bibliotheken erweitert worden. In ihrer heutigen Ausbaustufe unterstützen die Geräte die Ankopplung an SQL-Server, das Versenden von Emails über SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), die Zeitsynchronisation via SNTP (Simple Network Time Protocol) sowie viele weitere Standard-IT-Protokolle. Zahlreiche Anwender nutzen die Modbus-Bibliothek, um über den klassischen Übertragungsstandard verschiedene Komponenten in die Automatisierungslösung einzubinden.

SD-Karten-Slot bietet zusätzlichen Speicherplatz

Neben den Kommunikationseigenschaften hat Phoenix Contact auch das Hardware-Portfolio der 100er Steuerungsklasse kontinuierlich ausgebaut. Zur Abrundung des Angebots im unteren Leistungsbereich wurde der ILC 130 ETH eingeführt, der preissensitive Applikationen wirtschaftlich realisiert. Für die Umsetzung größerer Anwendungen bietet sich der ILC 170 ETH 2TX mit zwei Ethernet-Ports und einem steckbaren Parametrierungsspeicher an. Damit selbst in einfachen regelungstechnischen Applikationen ausreichend Rechenreserve vorhanden ist, wurde der ILC 190 ETH 2TX um eine FPU (Floating Point Unit) ergänzt. Mit dem ILC 150 GSM/GPRS steht ein echtes Kommunikationstalent zur Verfügung, denn die frei programmierbare SPS umfasst ein Modem zur Weiterleitung der Daten über das Mobilfunknetz. Der ILC 150 GSM/GPRS wird daher insbesondere im Bereich Infrastruktur in Wasser- und Energieversorgungsunternehmen eingesetzt, um die großflächig verteilten Anlagen aus der Ferne zu überwachen sowie deren Daten abzufragen.

Bild 2: Alle Geräte der neuen Kleinsteuerungs-Generation ILC 1x1 werden mit einem eingebauten SD-Karten-Slot ausgestattet (Bild: Phoenix Contact)

Derzeit zeichnet sich ab, dass der Kommunikation und Betriebsdatenerfassung in der Fabrik- und Prozessautomation in Zukunft eine immer größere Bedeutung zukommen wird. Dem erhöhten Speicherplatz-Bedarf trägt die neue Kleinsteuerungs-Generation ILC 1x1 Rechnung (Bild 2). Alle Geräte werden mit einem eingebauten SD-Karten-Slot ausgestattet, der SD-Flash-Medien mit einer Kapazität bis 2 GByte unterstützt. Auf diese Weise eignen sich die Inline-Controller besonders für Steuerungsaufgaben mit Betriebsdatenerfassung. Dies gilt auch für die kleinste Steuerung ILC 131 ETH. Ihr SD-Karten-Slot ermöglicht die Implementierung einer ausgefeilten Betriebsdatenerfassung selbst in preissensitiven Anwendungen. Das erweist sich für Kleinmaschinenbauer als vorteilhaft, weil so zu geringen Kosten der Nachweis über den Betriebs- und Belastungszustand der Maschine erbracht werden kann.

Modbus-Integration

Bild 3: Parametrierung der Funktions-Codes eines Modbus-Teilnehmers (Bild: Phoenix Contact)

Die ILC 1x1 zeichnen sich zudem durch eine direkte Modbus-Integration in ihre Firmware sowie in das Engineering-Tool PC-Worx aus. Die Kleinsteuerungen sind zentraler Bestandteil des Automatisierungssystems Easy Automation, mit dem sich kleine bis mittlere Automatisierungsaufgaben einfach und kostengünstig umsetzen lassen. Durch die Kommunikation via Interbus, CAN, ASi und Ethernet bietet Easy Automation bereits vielfältige Übertragungsmöglichkeiten. Aufgrund der nativen Unterstützung der drei am weitesten verbreiteten Feldbussysteme Interbus, Profibus DP und Modbus TCP vereinfacht sich die Handhabung für den Anwender weiter, da durch die tiefe Integration in das System keine Programmierung mehr notwendig ist. Die erforderlichen Daten werden nur noch parametriert.

Als zusätzliche Kommunikationstechnik für Ethernet TCP/IP ist Modbus TCP schon seit 1979 bekannt und heute De-facto-Standard in der Automatisierungstechnik. Das Protokoll bildet häufig den kleinsten gemeinsamen Nenner, wenn Geräte miteinander Daten austauschen sollen. Darüber hinaus stellt es oftmals einen pragmatischen Ansatz zur Nutzung von Ethernet als Übertragungsmedium in der Fabrikautomation dar. Denn durch die Verwendung von Ethernet profitiert der Anwender von den Vorteilen der Kommunikationstechnik wie der großen Reichweite der Netzwerke, einer hohen Teilnehmerzahl, den IT-Funktionen – beispielsweise Web, Email oder FTP – sowie den geringeren Einstiegskosten aufgrund der etablierten Technik und des bestehenden Know-hows. Das trifft sowohl für den Gerätehersteller als auch den Maschinen- und Anlagenbauer sowie den Betreiber zu. Außerdem kann mittlerweile jedes Computer-System respektive jeder Mikroprozessor mit TCP/IP-Netzwerkzugang Modbus TCP sprechen.

Konfigurator unterstützt alle Feldbussysteme

In den ersten Jahren nach der Entwicklung konnten mit dem Engineering-Tool PC Worx lediglich Interbus-Netzwerke projektiert werden, weil die Steuerungen von Phoenix Contact nur mit einem Interbus-Master ausgerüstet waren. Heute ist der Buskonfigurator technologisch in der Lage, jedes beliebige Bussystem zu unterstützen. Aktuell wird Modbus TCP über eine Funktionsbaustein-Lösung realisiert. Die IP-Adressen und sämtliche weitere Modbus-Parameter müssen dabei an den Bausteinen parametriert werden. Durch die Neuentwicklung des Buskonfigurators gehört diese Vorgehensweise nun der Vergangenheit an. Ebenso wie die Interbus- erscheinen jetzt alle Modbus-Teilnehmer in der gewohnten Weise in der Busansicht und lassen sich dort parametrieren (Bild 3).

Bild 4: Prozessdaten-Verknüpfung mit einer Variablen am Beispiel von Modbus TCP (Bild: Phoenix Contact)

Die Profibus-Unterstützung in PC Worx ist kein neues Feature. Neu ist jedoch die Verbindung mit Interbus. Für Profinet-Steuerungen wie den ILC 171 ETH 2TX und den ILC 191 ETH 2TX steht ein Profinet-Profibus-Proxy zur Verfügung, der den Zugang über ein Profinet-Netzwerk in ein Profibus-System ermöglicht. Diese Methode war für den Interbus-Profibus-Master anzupassen. Das Engineering sollte allerdings möglichst gleich bleiben, damit sich der Anwender nicht mit der unterschiedlichen Einbindung beschäftigen muss, sondern sich auf seine Programmiertätigkeit konzentrieren kann. Diese Aufgabenstellung ist erfolgreich umgesetzt worden. Der in PC Worx enthaltene Buskonfigurator erlaubt das Parametrieren verschiedener Feldbussysteme, ohne den Anwender in seiner Arbeit zu behindern. Die anschließende Zuordnung der Variablen zu den Prozessdaten ist für sämtliche Feldbusse einheitlich gelöst und dargestellt, also auch für Interbus und Profibus (Bild 4).

Kostenfreie Engineering-Umgebung

Die Engineering-Umgebung für die Kleinsteuerungen der 100er Leistungsklasse steht kostenfrei zum Herunterladen von der Phoenix-Contact-Homepage zur Verfügung. Aufgrund seiner geringeren Komplexität bietet PC Worx Express im Vergleich zum Standard-Tool PC Worx einen einfachen Einstieg in die auf der internationalen Norm IEC 61131-3 basierenden Programmiersprachen für Steuerungen. Dabei umfasst PC Worx Express alle Funktionen von PC Worx, die die Programmerstellung komfortabel gestalten. Dazu zählt unter anderem das automatische Einlesen der Buskonfiguration, sodass die Inline-I/O-Module nicht manuell in den Busaufbau gezogen werden müssen.

PC Worx Express überzeugt darüber hinaus durch eine vereinfachte Benutzeroberfläche. Folglich können sich Neueinsteiger auf das Wesentliche konzentrieren und haben stets die wichtigsten Funktionen im Blick. Eine integrierte XML-Schnittstelle ermöglicht den Datenaustausch mit vor- und nachgelagerten sowie über- und unterlagerten Software-Lösungen. Auf diese Weise wird der Engineering-Workflow der industriellen Wertschöpfungskette optimal unterstützt.

Autor

Michael Gulsch ist Mitarbeiter im Systemmarketing der Business Unit Control Systems, Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont