SPS in Software Harte Echtzeit trotz Windows

Über Jahrzehnte hinweg waren speicherprogrammierbare Steuerungen das klassische Beispiel für ein höchst zuverlässiges Embedded-System. Die Anforderung nach einer funktionierenden und zuverlässigen SPS ist offensichtlich und nachvollziehbar. Ausfälle, wie wir sie vom Büro-Alltag am PC kennen, sind bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung schlicht und einfach per Definition nicht gestattet.

Über Jahrzehnte hinweg waren speicherprogrammierbare Steuerungen das klassische Beispiel für ein höchst zuverlässiges Embedded-System. Die Anforderung nach einer funktionierenden und zuverlässigen SPS ist offensichtlich und nachvollziehbar. Ausfälle, wie wir sie vom Büro-Alltag am PC kennen, sind bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung schlicht und einfach per Definition nicht gestattet.

Stets nach Absturz eines Windows-PCs sehnte sich die SPS-Gemeinde nach einem PC für die Büro-Arbeitswelt, der die Zuverlässigkeit einer SPS aufweist. Umso unvorstellbarer war es, einen unter Windows laufenden PC als Steuerungsplattform mit SPS-Funktion auszuwählen. Genau das ist jedoch bei einer Soft-SPS der Fall: Phoenix Contact bietet im Rahmen seines Automatisierungs-Konzeptes »Automationworx « eine Soft-SPS auf Basis eines Industrie-PCs, die einerseits die Zuverlässigkeit einer klassischen Embedded-Control-SPS (dedizierte Hardware) aufweist und andererseits den Komfort sowie die hohe Verarbeitungsleistung einer PC-Umgebung bietet. So entstehen skalierbare High-End-Lösungen auf Industrie-PC-Basis. Das zentrale Element, mit dem die neue Industrie-PC-Lösung hart echtzeitfähig wird, ist die Echtzeiterweiterungs-Plattform »CeWin« von Kuka Controls. Mit CeWin ist der parallele Betrieb von WindowsXP mit WindowsCE auf derselben CPU möglich, ohne dass WindowsXP die Echtzeitfähigkeit des Systems beeinträchtigt.

PC als Hardware-Basis

Eingefleischte Entwickler und Anwender einer SPS fragen sich in diesem Kontext, warum neben dem klassischen Embedded-Control- Konzept bei speicherprogrammierbaren Steuerungen auch eine Soft-SPS notwendig sei – deren Vorteile sind allerdings äußerst vielfältig. Der Käufer einer Soft-SPS weiß, dass er vom Prinzip her jeden Industrie-PC als Hardwareplattform nutzen kann. Somit ist die Hardware nicht mehr (semi-)proprietär, sondern ein Standardprodukt, welches den Gesetzen des Marktes ausgesetzt ist. Da PC-Hardware in viel größeren Stückzahlen gefertigt wird, können die Käufer auch viel attraktivere Preise erzielen. Andererseits sind die PC-Spezifikationen sowie die Schnittstellen exakt definiert beziehungsweise standardisiert, und auch die Weiterentwicklung ist auf Grund der hohen Eigendynamik bei (Industrie-) PCs garantiert. So stellen Abkündigungen von Produkten kein Problem mehr dar, da die PCs prinzipiell untereinander voll kompatibel sind. Eine Hardware-Liefergarantie über die üblichen zehn Jahre hinweg stellt die Anbieter einer Soft-SPS somit vor keinerlei Probleme.

Außerdem lässt sich die Verarbeitungsleistung flexibel an die jeweilige Anwendung anpassen, denn wird ein schnelleres System benötigt, genügt unter Umständen bereits ein Austausch des Prozessors gegen eine schnellere CPU des gleichen Typs. Bei den klassischen Embedded- Steuerungen hängt der Hardware-Fortschritt stark vom Hersteller ab, denn er entscheidet, wann er auf eine neue Prozessor-Generation umsteigt, wie viel Skalierungsmöglichkeiten es zwischendurch gibt und wie das Gesamt-Preisniveau der Hardware aussieht.

Ein SPS-System auf PC-Basis bietet aber auch besondere Vorteile, wenn die Gesamtanwendung neben der eigentlichen Steuerung zusätzlich zum Bedienen und Visualisieren genutzt wird oder wenn sie andere spezialisierte Aufgaben wie beispielsweise Bilderfassung, Bildauswertung oder komplexe Regelungs-Prozesse übernehmen soll.

Mit dem Umstieg von der proprietären Embedded-Hardware auf Industrie-PCs wandelt sich ein Anbieter von speicherprogrammierbaren Steuerungslösungen zu einer Art Spezial-Systemhaus, welches (Edel-)Hardware im Paket mit der entsprechenden Steuerungssoftware anbietet. Ein solches Hardware/Software-Gesamtsystem, das neben der selbst entwickelten Software auch die im eigenen Haus entwickelte bzw. konfigurierte Hardware enthält, kann dann optimal auf die Anwendung und ihre Eventualitäten ausgerichtet sein. Aus diesem Grund fertigt Phoenix Contact selbst Industrie-PCs.

Mit »PC Worx« bietet Phoenix Contact eine Automatisierungssoftware, welche die Programmierung nach IEC 61131, die Feldbus-Konfiguration und die Anlagendiagnose in einem Tool vereint.

Der in PC Worx integrierte OPC-Konfigurator stellt die Verbindung zu übergeordneten Visualisierungssystemen wie beispielsweise Genesis 32 her. Schnittstellen zu ECAD-Softwarepaketen sowie zu Engineering-Tools der Office-Welt (z.B. Excel) vereinfachen die Arbeit, vermeiden Fehler durch mehrfache Dateneingabe und reduzieren den Zeitbedarf. Dabei nutzt PC Worx eine intuitiv bedienbare grafische Benutzeroberfläche mit voreingestellten Sichten. Die Software unterstützt die fünf Sprachen der IEC 61131-3 und basiert auf der Anwenderseite auf WindowsXP, während die Echtzeitfunktion in der WindowsCE-Welt abläuft. PC Worx unterstützt sowohl Interbus als auch Profinet IO.