Bei Anwendungen, bei denen es nicht nur um das Steuern und Regeln geht, sondern auch um das Erfassen und Speichern von größeren Datenmengen, haben sich in den letzten Jahren neben der marktbeherrschenden Hardware-SPS-Lösung auch diverse Software-SPS-Lösungen etabliert. Nach unten, d.h. für mittlere und kleine Applikationen, gab es bisher jedoch eine Grenze: Software-SPS-Lösungen basierten typischerweise auf PC-Plattformen mit allen Vor- und Nachteilen eines PCs: Den Vorteilen einer Offenheit, skalierbarer Leistung und flexibler Speichergröße standen viele und manchmal entscheidende Nachteile gegenüber. Ausschalt- und Remanenzverhalten, Virenanfälligkeit, Komplexität oder mangelnde Robustheit sind einige Beispiele dafür. So manche Systemeigenschaften der Software-SPS-Lösungen konnten bisher verbessert werden, dennoch wirkt heute oft noch der höhere Preis einer PC-orientierten Software-SPS-Lösung als Hemmschwelle für eine weitere Marktdurchdringung. Hier bieten sogenannte embedded Systeme (PC Hardware mit integrierten Softwarelösungen) mit robuster Hardware neue Ansätze. Die eingesetzten Betriebssysteme reichen von Standard-PC Betriebssystemen bis hin zu Pocket-Betriebssystemen wie z.B. Windows CE. Diese Pocket-Betriebssys-teme, die schon seit Jahren in HMI-Systemen eingesetzt werden, haben sich nicht zuletzt wegen ihrer Robustheit im Markt durchgesetzt. Simatic HMI MultiPanels der Siemens AG bieten hier mit all ihren positiven Eigenschaften wie z.B. Standard Betriebssystem Windows CE 5.0, performanter Risc Architektur, ausreichend Speicher, Robustheit und Wartungsfreiheit eine Plattform für die Software-SPS WinAC MP 2007. Diese lässt sich einfach auf vorhandenen multifunktionalen Plattformen installieren. Die Vorteile, die sich durch den Einsatz einer Software-SPS auf einer MultiPanel-Plattform ergeben, werden im Folgenden beschrieben: Neben einem deutlichen Platzvorteil einer Software-SPS gibt es weitere wichtige Faktoren. So ist z.B. das Aus-/Einschaltverhalten der Software-SPS auf der multifunktionalen Plattform dem einer Hardware-SPS gleichwertig. Das bedeutet, dass wie bei einer Hardware-SPS Datenbereiche (Datenbausteine und Merker), aber auch Zeiten und Zähler, remanent eingestellt, beim Ausschalten automatisch gespeichert werden. Die entsprechenden nötigen und schnellen Speicherbausteine sind in den Simatic HMI MultiPanels bereits fest integriert. Die Bearbeitungszeit der einzelnen SPS-Befehle wurde für die Software-SPS ebenfalls gesteigert. Das bedeutet, dass die Laufzeiten der einzelnen Operationen um Faktoren schneller abgearbeitet werden als bei einer vergleichbaren Hardware-CPU. Die eingesparte Zeit wird benötigt, um den Bedien- und Beobachtungsteil sowie vorhandene Optionen auszuführen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das verbesserte Serviceverhalten einer Software-SPS. Wo bei getrennten Plattformen (HMI und SPS) noch zwei Datensicherungen auf zum Teil unterschiedlichen Speichermedien nötig sind, kann beim Einsatz einer Software-SPS alles auf einem Standard-Speichermedium gesichert werden – und zwar auf Knopfdruck und ohne IT-Fachkenntnis. Das versetzt auch einen Endkunden ohne detailliertes IT-Know-how in die Lage, im Servicefall seine Anlage selbst schnell wieder in Betrieb zu setzen. Das sorgt \’im Fall der Fälle\‘ für kurze Stillstandzeiten. Mit einer WinAC MP 2007 wird auch ein sogenannter Softbus auf der MultiPanel-Plattform installiert. Dieser Softbus ermöglicht einfach zu parametrierende Routing-Funktionalitäten. Wo bei diskreter Technik noch oft die eine oder andere Leitung nötig war, reicht beim Einsatz einer WinAC MP 2007 eine Ethernet-Verbindung zwischen Projektierungsrechner und Simatic MultiPanel. Über diesen Weg lassen sich alle Teilnehmer erreichen, die über das Ethernet oder den Profibus-Zweig des Panels verbunden sind. Ein Umstecken und Wechseln der Verbindungsleitung gehört somit der Vergangenheit an.
Wie arbeitet eine Software-SPS?
Solange sich die Dual-Core-Technologie auf MultiPanel- und kleineren Plattformen noch nicht kostengünstig realisieren lässt, müssen sich HMI und SPS einen Prozessor teilen. Das bedeutet konkret, wer in einer Leis-tungsklasse seine HMI-Plattform schon an der Ressourcen-Grenze betreibt, wird mit dem Einsatz einer Software-SPS nicht glücklich werden. Es bleibt aber zu überlegen, ob es nicht Sinn macht, auf eine performantere Plattform zu wechseln. Denn eine Software-SPS ist in der Anschaffung deutlich günstiger als eine Hardwarelösung. So können die Mehrkosten einer größeren HMI-Plattform schnell durch den günstigen Preis der Software-SPS kompensiert werden. Ein weiterer Vorteil entsteht oft dadurch, dass dann auch die Funktionen der nächst höheren multifunktionalen Plattform zusätzlich zur Verfügung stehen und optimal genutzt werden können, wie z.B. ein TFT-Display statt eines STN-Displays oder zwei Ethernet-Schnittstellen statt einer, was wieder zur Einsparung eines sonst vielleicht nötigen Switches oder Hubs führt. Zurück aber zur eigentlichen Frage, wie eine Software-SPS funktioniert. Die Software-SPS bedient sich aller Hardware-Ressourcen der HMI-Plattform, um den OB 1 und somit das Basis-SPS-Programm einmal komplett abzuarbeiten. Die verstrichene Zykluszeit des OB 1 wird zyklisch ermittelt. Aus dieser wird dann mittels eines fest eingestellten Faktors die Zeit berechnet, die anschließend für den HMI-Teil freigegeben wird. Die SPS legt sich in diesem Zeitraum faktisch schlafen und überlässt während dieser Zeit fast alle Ressourcen der HMI-Applikation. Nach Ablauf der HMI-Bearbeitungszeit wacht die SPS wieder auf und der OB 1 wird erneut gestartet. So wiederholt sich das Prozedere zyklisch. Die Stillstandszeit der Software-SPS, während also die HMI-Applikation läuft, kann sich bei zeitkritischen Applikationen jedoch nachteilig auswirken. Hierfür wurde aber Vorsorge getroffen, indem zwei Alarm-OBs integriert wurden. Der eine, OB 35 als Zeitalarm, kann in einem fest einstellbaren Zeitraster aktiviert werden. Der andere, OB 40, kann auf Flankenwechsel an der Peripherie reagieren. Mittels dieser beiden OBs kann die WinAC MP 2007 sehr einfach an jeden Prozess angepasst werden.
Wie wird die Peripherie mit der Software-SPS verbunden?
Hier wird auf bewährte Technik zurückgegriffen. Dazu steht die komplette Produktpalette der Profibus-DP-Peripherie bereit. So z.B. aus dem Simatic-Angebot die Baugruppen ET200S für digitale I/Os, ET200M für Technologiefunktionen wie Steuern, Regeln, Wiegen, Positionieren usw. Über GSD-Dateien sind auch zertifizierte Profibus-DP-Produkte anderer Hersteller anschließbar. Dies macht die WinAC MP 2007 zu einem offenen und sehr flexiblen System.
Welche Tools sind nötig, um lauffähige Projekte erzeugen zu können?
Es werden keine speziellen oder neuen Projektierungswerkzeuge benötigt. Die bestehenden Tools wie die Programmiersoftware Step7 und das Projektierungssystem WinCC flexible müssen nur auf den neusten Stand hochgerüs-tet werden, was bedeutet, dass bestehende Programme weiterverwendet werden können. Nur die Option WinAC MP 2007 muss noch auf dem Projektierungsrechner installiert werden. Die Option integriert sich bei der Installation automatisch in die beiden zuvor genannten Standard-Tools, was bedeutet, dass sie gar nicht als eigenständige Applikation sichtbar wird. Vielmehr werden die Komponenten, die der Anwender für seine Anwendung benötigt, an den Stellen in den Standard-Tools platziert, wo sie logisch hingehören. So kann nach der Installation sofort mit der Umsetzung und Projektierung eines Software-SPS-Projektes begonnen werden. Wie bisher auch wird in Step7 ein neues Projekt angelegt, in dem ein MultiPanel und nicht nur eine Hutschiene für SPS-Mudule die Hardwarebasis bildet. Aus dem integrierten Baugruppenkatalog von Step7 kopiert man jetzt die Option WinAC MP 2007 per \’drag and drop\‘ auf das MultiPanel. Alle weiteren Schritte sind wie bei einer Hardware-SPS-CPU durchzuführen. Über WinCC flexible muss nun nur noch per Mausklick die Option WinAC MP 2007 selbst auf das reale MultiPanel geladen werden. Der Download der Step7- und WinCC-flexible-Programmteile geschieht wie bisher.
