Ratgeber
Sie gehört zweifellos zu den Bestsellern im Bereich der speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) – die SIMATIC S7 von Siemens. Wir stellen Ihnen hier die wichtigsten Fakten zur Version 300 dieses Systems vor.
SIMATIC wurde 1958 von Siemens eingeführt und hat mittlerweile vier Hauptgenerationen durchlaufen. Die jüngste ist die SIMATIC-S7-Generation.
Die Serie ist für die digitale industrielle Automatisierung und Produktion bestimmt. Wie bei anderen speicherprogrammierbaren Steuerungen sollen SIMATIC-Geräte die Steuerung einer Maschine vom direkten Betrieb der Maschine über feste Verdrahtungen trennen.
Die frühen SIMATIC-Bausteine basierten auf Transistoren und ersetzten rein mechanische Relais, die an eine bestimmte Maschine angeschlossen und an diese angepasst waren. Mikroprozessoren wurden 1973 eingeführt, so dass Programme gespeichert und zur Maschinensteuerung verwendet werden konnten. Alle SIMATIC-Controller verfügen über Ein- und Ausgangsmodule zur Verbindung mit gesteuerten Maschinen. Die Programme auf den SIMATIC-Geräten reagieren in Echtzeit auf Eingaben von Sensoren auf den gesteuerten Maschinen und senden Ausgangssignale an Aktoren, die ihren Betrieb steuern.
Die ersten Versionen der S7-Linie wurden von Siemens 1994 veröffentlicht und umfassten die drei Leistungsklassen S7-200, S7-300 und S7-400. Mit der Einführung von SIMATIC-S7 wurde auch der neue Feldbusstandard PROFIBUS veröffentlicht und mit PROFINET industrielles Ethernet eingesetzt.
Traditionell bezeichnet Siemens die Computer der SIMATIC-Reihe als CPU, als „Central Processing Unit“. Normalerweise ist mit CPU allerdings nur der Hauptprozessor auf einer Computerplatine gemeint, nicht das gesamte System.
Die SIMATIC-CPUs unterscheiden sich denn auch erheblich von gängigen PCs: Alle elektronischen Komponenten sind auf Datendurchsatz und Zuverlässigkeit auch unter rauen Bedingungen ausgelegt: Als Umgebungstemperatur für die Top-Versionen der CPUs aus der 300er-Reihe – Bezeichnung 6AG1317 – gibt Siemens minus 25 bis plus 60 Grad Celsius an. Hinzu kommt ein äußerst geringer Stromverbrauch. So besitzen beispielsweise die vorgenannten CPUs eine Stromaufnahme von lediglich 750 Milliampere bei einer Versorgungsspannung von 28,8 Volt. Die Verlustleistung beträgt dabei nur 4,65 Watt.
Der aus heutiger Sicht recht dürftige Arbeitsspeicher von lediglich 1536 Kilobyte erweist sich in der Praxis dennoch als ausreichend. Das Gleiche gilt für die rund acht Megabyte große Multimedia-Card (MMC) als wechselbarer Ladespeicher.
Neben den „klassischen“ CPUs bietet Siemens auch so genannte SPS-Kompakt-CPUs an. Sie sind bereits werkseitig mit Modulen für Ein- und Ausgangssignale ausgestattet, müssen zum Betrieb also nicht erst aufgerüstet werden. Die 6ES7314 zum Beispiel verfügt über maximal fünf analoge und 24 digitale Eingänge sowie 16 Ausgänge. Als höchste Umgebungstemperatur wird laut Siemens plus 60 und als niedrigste 0 Grad Celsius angegeben.
Nicht zuletzt durch die Vielzahl und Flexibilität der Ein- und Ausgabemodule wurde die Siemens SIMATIC-Reihe weltweit populär.
Die Bandbreite reicht von dedizierten E/A-Modulen für Ein- und Ausgänge über Kombimodule und SPS-Steuerungen bis zu SPS-Kommunikationsmodulen wie das SINAUT ST7. Letzteres ermöglicht die Verbindung über das industrielle Ethernet mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Megabit pro Sekunde.
STEP 7 ist das Standard-Softwarepaket, das für die Konfiguration und Programmierung der Siemens SIMATIC-Serie verwendet wird. Im Paket dieser Engineering-Software ist STEP 7 für Anwendungen auf SIMATIC S7-300/S7-400, SIMATIC M7-300/M7-400 und SIMATIC C7 enthalten. Die integrierten SIMATIC-Programmiersprachen sind konform mit EN 61131-3. Das Standardpaket entspricht der grafischen und objektorientierten Betriebsphilosophie von Windows und läuft unter den Betriebssystemen MS Windows XP Professional bis MS Windows 10.
Die Standardsoftware unterstützt den Anwender in allen Phasen des Erstellungsprozesses einer Automatisierungsaufgabe, dazu gehören zum Beispiel:
Einrichten und Verwalten von Projekten
Konfigurieren und Zuweisen von Parametern für Hardware und Kommunikation
Symbole verwalten
Erstellen von Programmen, zum Beispiel für S7-CPUs
Herunterladen von Programmen auf programmierbare Geräte
Prüfung des Automatisierungssystems
Diagnose von Anlagenausfällen
PROFINET ist ein technischer Industriestandard für die Datenkommunikation über das industrielle Ethernet, entwickelt für die Erfassung von Daten und das Steuern von Geräten in industriellen Systemen. Seine besondere Stärke liegt in der Bereitstellung von Daten unter engen Zeitvorgaben.
Der Standard implementiert die Schnittstelle zu Peripheriegeräten und ermöglicht die direkte Kommunikation mit ihnen. Er definiert den gesamten Datenaustausch zwischen CPUs und den Geräten sowie deren Parametrierung und Diagnose. Zu den typischen Geräten gehören E/A-Blöcke, Antriebe, Sensoren und Aktoren. Das PROFINET-Protokoll sorgt dabei für den schnellen Datenaustausch. Geräte in einer untergeordneten PROFIBUS-Linie lassen sich über einen so genannten IO-Proxy nahtlos in das PROFINET-System integrieren.
PROFIBUS wiederum ist ein Standard für die Feldbuskommunikation in der Automatisierungstechnik. Er wurde 1989 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung erstmals gefördert und dann von Siemens eingesetzt. PROFIBUS ist als Teil der IEC 61158 öffentlich zugänglich.
Zwei Varianten von PROFIBUS sind aktuell in der Praxis zu finden: Die am häufigsten verwendete Variante PROFIBUS DP und die weniger verbreitete, anwendungsspezifische Variante PROFIBUS PA.
PROFIBUS DP für dezentrale Peripheriegeräte ist in der Regel dann zu empfehlen, wenn Sensoren und Aktoren über eine zentrale Steuerung – zum Beispiel eine Siemens SPS-CPU – angesprochen werden sollen. Insbesondere die zahlreichen Standard-Diagnosemöglichkeiten stehen hier im Mittelpunkt.
PROFIBUS PA für die Prozess-Automation dient dagegen zur Überwachung von Messgeräten über ein Prozessleitsystem. Diese Variante ist für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen konzipiert. Die Anschlusskabel entsprechen der IEC 61158-2, die es erlaubt, Feldgeräte über den Bus mit Energie zu versorgen und gleichzeitig den Stromfluss so zu begrenzen, dass selbst bei einer Störung keine explosionsgefährdeten Zustände entstehen. Die Anzahl der Geräte, die an ein PA-Segment angeschlossen sind, wird durch dieses Merkmal allerdings begrenzt.
PROFIBUS PA bietet eine Datenübertragungsrate von 31,25 Kilobit pro Sekunde, verwendet jedoch dasselbe Protokoll wie DP und kann mit Hilfe eines Koppelgeräts an ein DP-Netzwerk angeschlossen werden. Das wesentlich schnellere DP fungiert dann als Backbone-Netz zur Übertragung von Prozesssignalen. Dies bedeutet, dass DP und PA eng zusammenarbeiten können, insbesondere bei Hybridanwendungen, bei denen Prozess- und Fabrikautomatisierungsnetzwerke nebeneinander arbeiten.