Steuern per IPC und Ethernet

Im Rahmen eines Retrofit-Projektes stand der Betreiber einer Kaltverformungsanlage vor der Aufgabe, die bestehende S5-SPS auf eine modernere Plattform umzurüsten – so effektiv wie möglich. Die Lösung: PC-basierte Steuerungshardware in Kombination mit Industrial-Ethernet als Kommunikationsmedium.

Im Rahmen eines Retrofit-Projektes stand der Betreiber einer Kaltverformungsanlage vor der Aufgabe, die bestehende S5-SPS auf eine modernere Plattform umzurüsten – so effektiv wie möglich. Die Lösung: PC-basierte Steuerungshardware in Kombination mit Industrial-Ethernet als Kommunikationsmedium.

Die Firma Winkelmann Powertrain Components mit Sitz im nordrheinwestfälischen Ahlen fertigt für die Automobilindustrie rotationssymmetrische Motorkomponenten sowie Baugruppen von Kraftstoffmodulen. Seit vielen Jahren leistet dort eine Kaltverformungsanlage bei der Herstellung sogenannter Poly-V-Riemenscheiben aus Aluminium gute Dienste. Rotationssymmetrische Körper werden dabei spanlos aus einer Platine durch Kaltverformung mittels rotierender Werkzeuge in die gewünschte Form gebracht.

Bis vor kurzem wurde diese Anlage von einer Simatic-S5-SPS gesteuert, die Ansteuerung der acht Werkzeug-Zustellachsen übernahmen separate Positioniersteuerungen. Im Zuge einer anstehenden Gesamtüberholung der hydraulischen und elektrischen Komponenten entschloss sich der Betreiber, die bestehende Steuerungstechnik auf die aktuelle S7-Technik zu modernisieren. Mit ein Grund hierfür war, dass die alte S5-Steuerung vom Hersteller Siemens seit langem abgekündigt ist und sich die Ersatzteilbeschaffung immer schwieriger gestaltete.

Nachdem der Beschluss für das Retrofit gefallen war, stand Winkelmann vor einer weiteren Entscheidung: Mit welcher Steuerung ist der Umbau am effektivsten zu realisieren? Vorgaben waren neben einem optimalen Preis/Leistungs-Verhältnis, dass sich die Steuerung mit Step7 programmieren lässt und die Umstellung der vorhandenen S5-SPS-Programme nach Step7 möglichst geringen Aufwand verursacht. Weiterhin waren ein schnelles Feldbussystem und kostengünstige sowie kurzfristig verfügbare E/A-Baugruppen gefordert.

Bei ähnlichen Steuerungsmodernisierungen hatte Winkelmann bereits mehrfach gute Erfahrungen mit dezentralen E/A-Komponenten der Firma Beckhoff gemacht, die über Profibus mit einer Siemens-S7-CPU kommunizierten. Eine S7-CPU mit nachgeschalteter Beckhoff-Hardware hat den Vorteil, dass das SPS-Programm weiterhin mit Step7 zu erstellen ist, die durchgängige Softwarebasis somit erhalten bleibt. Auf diese Weise ließ sich zudem die Visualisierung und Bedienung der Anlagen wie gewohnt mit einem vorhandenen Multipanel von Siemens – dem Bedienstandard bei Winkelmann – projektieren.

Zur Programmierung und komfortablen Konvertierung wurde schon seit Jahren das Programmiersystem „S7 für Windows“ von IBHsoftec verwendet. Mit der Verfügbarkeit einer aus demselben Hause stammenden S7-kompatiblen Steuerungshardware, die wiederum auf den Hutschienen-PCs der Serie CX von Beckhoff beruht, ergab sich schließlich die Gelegenheit, die komplette Steuerungshardware der Kaltverformungsanlage mit Beckhoff-Komponenten auszustatten – ohne auf die Step7-Programmierung und das Bedienterminal von Siemens verzichten zu müssen. Für die Beckhoff-Hardware sprachen neben Kostenaspekten die Vielfältigkeit der verfügbaren Feldbusklemmen, ein einfacherer Aufbau sowie die besseren Diagnosemöglichkeiten.

Ebenfalls konnte so der moderne Ethercat–Feldbus zum Einsatz kommen, der in der Hardware der S7-CX317– Steuerung serienmäßig integriert ist. Im Vergleich zu anderen Feldbus-Systemen ist Ethercat nach Einschätzung von Winkelmann derzeit das schnellste Industrie-Bussystem. Vorteilhaft gegenüber beispielsweise Profibus sind neben der höheren Geschwindigkeit die Vielfalt der Topologien wie Linie, Baum, Ring, Stern sowie deren Kombinationen und nicht zuletzt niedrigere Hardwarekosten.

Da sich die verwendete S7-CX-SPS Hardware von IBHsoftec wie eine Original-Simatic-SPS verhält, ist neben dem Tool „S7 für Windows“ auch das Original-Programmiertool Step7 von Siemens verwendbar. Mit anderen Worten: Das komplette Programm einer Siemens-S7-SPS ist 1:1 auf die S7-CX-Serie übertragbar. Dieses modulare Steuerungssystem lässt sich je nach Aufgabenstellung zusammenstecken und in einen Schaltschrank oder Klemmenkasten einbauen. Über entsprechende Buskoppler sind sowohl die Beckhoff-(Ethercat-)Klemmen als auch andere Bussysteme anschließbar. Die Visualisierung und Bedienung erfolgt mit „WinCC Flexible 2007“ auf einem Touchpanel MP370 von Siemens, das über „ISO on TCP/IP“ mit der IBH-Steuerung kommuniziert.

In Summe beinhaltet die auf der beschriebenen Steuerungsplattform modernisierte Gesamtanlage 312 Digital-Eingänge, 288 Digital-Ausgänge, sowie die bereits angesprochenen sechs Analog-Eingänge, 16 Analog-Ausgänge und acht SSI-Geber-Eingänge. Insgesamt sind sechs dezentrale Stationen vorhanden, die über Buskoppler-Klemmen via Ethercat mit einer Ethercat-Verlängerung an der IBH-S7-CX-317-Steuerung angeschlossen sind.