Die Zahl der neuen vom Engineering Framework TIA Portal unterstützten Funktionen der Controller-Familien Simatic S7-1200 und S7-1500 wächst: Mit jedem Firmware- und Software-Update kommen weitere in die CPUs integrierte Eigenschaften hinzu. Hohen Anwendernutzen bieten spezielle Funktionen, indem sie die Umsetzung von Regelungs- oder Antriebsaufgaben vereinfachen und kosteneffizienter machen. So bieten beispielsweise alle S7-1500-CPUs inzwischen flexible Möglichkeiten, Antriebsachsen im Gleichlauf zu betreiben. Das war bislang speziellen Technologie-CPUs bzw. -Baugruppen vorbehalten. Vergleichbare Innovationen gibt es auch im unteren Leistungsspektrum bei den Basic-Controllern Simatic S7-1200. Hier wurden mit der Firmware-Stufe V4.1 die Motion-Control-Funktionen wesentlich erweitert und verbessert.
Positionieren integriert – gesteuert und geregelt
Wichtigste Neuerung ist die Positionierfunktionalität für lagegeregelte Achsen über das sogenannte Technologieobjekt \’Positionierachse\‘. Bislang konnten über die integrierten Puls-Schnittstellen (PTO Pulse Train Output) je nach Hardware-Ausführung bis zu vier gesteuerte Antriebe angeschlossen werden. Dazu zählen neben Schrittmotorantrieben auch die in Asien stark verbreiteten Servoantriebe mit Puls-Schnittstelle. Darüber hinaus lassen sich nun zusätzlich auch Frequenzumrichter und Servoantriebe an S7-1200-SPSen betreiben. Unabhängig vom CPU-Typ sind bis zu acht lagegeregelte Achsen möglich. Die Anbindung erfolgt dabei abhängig von der Antriebsvariante über die integrierten PTO-Schnittstellen, über analoge Ausgänge oder digital via Profidrive und Profinet. Bei Einsatz eines Profibus-Master-Kommunikationsmoduls können auch Profibus-Antriebe genutzt werden. Bei den lagegeregelten Achsen erhalten die Antriebe einen Drehzahlsollwert über Analog- oder Profidrive-Schnittstelle. Der Lageregelkreis muss durch eine Lageerfassung geschlossen werden. Dafür stehen unterschiedliche Varianten zur Verfügung. Alle CPUs der Reihe Simatic S7-1200 verfügen über integrierte schnelle Zähler (High-Speed-Counter, HSC) für Frequenzen bis zu 1MHz. Sie ermöglichen ein schnelles Erfassen von Prozessereignissen oder das Messen der Frequenz. Darüber hinaus können aber auch inkrementelle Lagegeber direkt, das heißt ohne zusätzliche Eingabebaugruppen eingelesen werden, so dass auch hier separate Hardware eingespart werden kann (Bild 2). Damit lassen sich viele der häufig benötigten, einfacheren Antriebs- und Positionieraufgaben nun allein mit den Bordmitteln der Basic Controller lösen – sehr effizient und wirtschaftlich. Alternativ zum Anschluss über HSC können die Daten des Lagegebers auch über die Kommunikationsschnittstelle via Profidrive-Telegramm eingelesen werden. Der Lage-Istwert stammt dann entweder vom Antrieb direkt, von einem Profidrive-Geber oder von einem Technologie-Modul (TM). Bei allen drei Varianten werden sowohl inkrementelle als auch absolute Lagegeber unterstützt. Bei Verwendung von Absolutwertgebern entfällt das Referenzieren nach Einschalten der Steuerung, wodurch sich der Maschinenhochlauf und Programmierung vereinfachen. Die Programmierung der Motion-Control-Funktionen erfolgt über die bekannten PLCopen-konformen Motion-Control-Funktionsbausteine (FBs). Sie sind in Simatic Step 7 Basic V13 enthalten und können darum auch im Engineering Framework TIA Portal direkt genutzt werden. Die bereits für Basic Controller verfügbaren Funktionsbausteine werden auch von den höherwertigen Advanced Controllern unterstützt, Programmänderungen bei einer Hardware-Migration sind an dieser Stelle also nicht nötig. Neben dem relativen und absoluten Positionieren gibt es mit der neuen Firmware auch Motion-Control-Funktionen zur Drehzahlvorgabe, zum Referenzieren und für den Tippbetrieb (Bild 3). Als Besonderheit stehen bei den gesteuerten Achsen sogenannte \’Auftragstabellen\‘ zur Verfügung. Diese bestehen aus einer Abfolge von Bewegungsaufträgen, die automatisch sequenziell abgearbeitet werden, um beispielsweise Geschwindigkeits- oder Verfahrprofile zu erzeugen.
Engineering-Effizienz in jeder Lage
Die erweiterten Motion-Control-Funktionen der S7-1200-Steuerungen lassen sich intuitiv und komfortabel über das TIA Portal konfigurieren, projektieren, parametrieren und programmieren. Dabei setzt Siemens konsequent auf die Verwendung von Technologieobjekten (TOs) für das Engineering von Motion-Control-Funktionen. Dies erleichtert unerfahrenen Anwendern das Implementieren elementarer Motion-Control-Aufgaben, und erlaubt außerdem dem Experten das Umsetzen auch anspruchsvoller Applikationen. Aus Programmiersicht modellieren TOs die realen Antriebe. Das Anwenderprogramm für Motion Control kann dadurch hardware-neutral gehalten werden – was den Umstieg auf andere Antriebs-Hardware deutlich vereinfacht. Das TO Positionierachse bietet eine Reihe weiterer Werkzeuge zur Konfiguration, Inbetriebnahme und Diagnose der jeweiligen Achse. In der Ansicht \’Konfiguration\‘ lassen sich mit wenigen Mausklicks die spezifischen Eigenschaften der Achse definieren, beispielweise die Auswahl der gewünschten Antriebsschnittstelle. Die fertige Konfiguration wird im Datenbaustein des TOs gespeichert. Diese enthält neben den Konfigurationsparametern auch die Statuswerte der Achse. Über diese Parameter kann der Anwender aus dem Programm heraus auf die aktuellen Statuswerte – wie z.B. die aktuelle Position – zugreifen oder das Verhalten der Achse modifizieren. Die Bezeichnung der Achsparameter wurde für Basic und Advanced Controller einheitlich gestaltet, was das Portieren von Programmen vereinfacht. Bei der Inbetriebnahme kann die Funktion der Achse auch ohne Anwenderprogramm getestet werden. Dazu stehen die Inbetriebnahmewerkzeuge \’Achssteuertafel\‘ und \’Optimierung\‘ (Bild 4) zur Verfügung. Mit der Steuertafel lässt sich die Achse freigeben oder sperren, im Tipp-Betrieb verfahren, absolut oder relativ positionieren und referenzieren. Für die Verfahrbefehle können in der Achssteuertafel die Dynamikwerte (Geschwindigkeit und Beschleunigung) angepasst werden. Bei der Anpassung wiederum werden kleine Lagesprünge erzeugt, das Achsverhalten automatisch mit dem Trace aufgezeichnet und in Signalverläufen anzeigt. Dies ermöglicht eine schnelle Verbesserung des Lagereglers. Die Diagnosemasken der Achse liefern dazu weitere aktuelle Status- und Fehlerinformationen von Achse und Antrieb. In SPSen der Klasse der Basic Controller nicht alltäglich ist die Echtzeit-Trace-Funktion der Simatic S7-1200. Hiermit lässt sich das Zusammenspiel mehrerer Achsen analysieren und verbessern. Zwei unabhängige Aufzeichnungen mit jeweils bis zu 16 Signalen können gleichzeitig voneinander durchgeführt werden.
Einsatzspektrum erweitert
Die integrierten Motion-Control-Funktionen der Simatic-S7-1200-Reihe erweitern das Einsatzspektrum dieser Basic Controller. Jetzt können alle aktuellen Antriebe des Herstellers Siemens eingesetzt werden, um vielfältige, einfachere Antriebs- und Positionieraufgaben komfortabel, schnell und kosteneffizient umzusetzen. Solange keine besonderen Anforderungen an die Bahngenauigkeit der Bewegung bestehen, sind die in den Basic Controllern integrierten Motion-Control-Funktionen für alle Prozesse geeignet, die ein exaktes, dynamisches Positionieren erfordern – auch mehrerer Einzelachsen simultan.
