Für SPS- und Steuerungssysteme existiert bis dato noch kein Standard-Benchmark. Der momentan genutzte kleinste gemeinsame Nenner für die Messung der Prozessorleistung ist die Geschwindigkeitsmessung von 1000 (Boolean) Operationen. Leider ist das Resultat dieses Benchmarks nicht aussagekräftig, weil es keiner tatsächlich eingesetzten Operation auch nur ansatzweise nahe kommt. Weder lässt sich daraus die tatsächliche Leistung der SPS in einem realen Applikationsbeispiel ableiten, noch ist dieser Test selbst irgendwie standardisiert. Die Nutzung eines solchen „Benchmarks“ zum Vergleich von Systemen ist nicht nur fraglich, sondern höchst unangemessen.

Grundsätzlich gibt es zwei Hauptziele, wofür ein Benchmarking von Steuerungen sinnvoll sein kann:

1.Um die Leistungsfähigkeit beziehungsweise Eignung einer SPS für eine bestimmte Applikation einschätzen zu können sowie

2.um die Leistung einer SPS mit einer anderen SPS vergleichen zu können und die spezifischen Stärken und Schwächen der verglichenen Systeme zu identifizieren (Systemauswahl).

Der Startschuss für das Benchmark-Projekt fiel bereits im Jahr 2005 mit der Erarbeitung einer technischen Spezifikation zur Umsetzung dieser Ziele. Ende 2007 wurde klar, dass die bis dahin entwickelten Test-Skripte zu spezifisch waren, als dass sich damit unterschiedlichste Entwicklungsumgebungen einfach unterstützen ließen. Dies resultierte schließlich in der Entscheidung, auf der Basis eines Testskript-Generators universell verwendbare Testskript-Fragmente zu entwickeln, diese auf unterschiedliche Systeme zu adaptieren und schließlich zu testen. Seit März dieses Jahres liegt nun eine neue Version der Benchmark-Spezifikation vor. Der PLCopen-Benchmark setzt direkt auf der Steuerung (SPS) auf und nutzt nur das Prozessabbild ohne tatsächliche Einbeziehung von I/O. In realen Applikationen werden selbstverständlich Sensoren und Aktoren eingebunden. Die Messung der Sensor- und Aktor-Zugriffsgeschwindigkeit ist jedoch nicht Ziel des Projektes. Vielmehr ist das Benchmarking von klassischen Feldbussen, ethernetbasierten Kommunikationssystemen oder direkter I/O-Anschaltung nicht zuletzt aufgrund der hohen Freiheitsgrade der Parameter aus Sicht der PLCopen-Benchmark-Arbeitsgruppe bei den Nutzerorganisationen der einzelnen Kommunikationssysteme angesiedelt.
Nutznießer des PLCopen-Benchmarks sind letztlich Hersteller und Anwender gleichermaßen.

SPS-und Software-Hersteller können damit hausinterne Tests zur Kategorisierung der Leistung ihrer unterschiedlichen Controller beziehungsweise hinsichtlich der Performance und Qualität unterschiedlicher Code-Generatoren durchführen. Zudem können sie auf dieser Basis Tests für ihre Kunden zur standardisierten Vergleichbarkeit mit Mitbewerbsprodukten generieren. Den Maschinenherstellern ermöglicht der Benchmark das Ermitteln vergleichbarer und geeigneter Systeme für eine Anwendung, um die Endanwenderwünsche nach Systemunabhängigkeit erfüllen zu können. Zudem erleichtert das Ermitteln der nötigen SPS-Leistung für eine spezielle Applikation die anschließende Systemauswahl.

Die zwei Benchmark-Typen

Der PLCopen-Benchmarks misst die Performance der Programm­ausführung im Prozessabbild ohne Anbindung von E/A-Geräten.

© PLCopen

Um die genannten Ziele umzusetzen, hat der PLCopen-Arbeitskreis zwei unterschiedliche Test-Typen definiert: zum einen Benchmarks für einzelne Sprachelemente der IEC 61131-3, zum anderen realitätsnahe Anwendungs-Benchmarks. Erstere messen die Performance der Ausführung der einzelnen Sprachelemente der IEC 61131-3 getrennt. Die zu testenden IEC-Elemente sind:

■ Bool-Operationen
■ Word-Operationen
■ Int-Operationen
■ Real-Operationen
■ String-Operationen
■ Verwendung benutzerdefinierter Datentypen (Array-Zugriffe, Verwendung von Strukturen)
■ Variablen-Zugriff (getrennte Messungen für VAR, VAR_Global, VAR_IN_OUT, AT, VAR_Config)
■ Control-Statements (If, For, Case, While)
■ POU-Call (Functions and Function Blocks)
■ SFC (Init Step, Transaction, Actions, Branches)
■ Standard-Library (Timer, Trigger, Counter)
■ Mathematical-Library (SIN, EXP etc.)

Diese Tests sind zwar einfach durchzuführen, für den Anwender jedoch meist nicht aussagekräftig. Zudem erlauben sie keinen ganzheitlichen Vergleich zwischen Systemen unterschiedlicher Machart. Ergänzend hierzu wurden deshalb fünf unterschiedliche Applikationsgebiete identifiziert, welche typisch für die Anwendung von SPSen sind. Die meisten realen Applikationen fallen in eine dieser Anwendungsklassen oder sind eine Mischung aus mehreren dieser Klassen. Konkret handelt es sich dabei um:

■ Verarbeitung von digitalen E/As – typische Anwendung: kleine Maschinen ohne Servo-Antriebe;
■ Einsatz von SFC und Bearbeitung von digitalen I/Os in jedem Schritt – typische Anwendung: Montagesteuerung;
■ Motion-Control-Applikation – typische Anwendung: Verpackungsmaschinen und Druckmaschinen;
■ Datenverarbeitung – typische Anwendung: Material-Handling, Teile-Tracking;
■ Closed loop control – typische Anwendung: Prozess- und Verfahrenstechnik.

Die Grundidee der PLCopen-Arbeitsgruppe war, für jede dieser Anwendungen eine typische Benchmark zu definieren und die Testanwendungen dafür zu spezifizieren. In der ersten nun freigegebenen Version ist nur der erste Anwendungsfall (Verarbeitung von digi­talen I/Os) vollständig und portabel umgesetzt. Die Arbeit an den weiteren Anwendungstests wird nach Freigabe der ersten Version starten.

Die Anwendungstests erlauben im Gegensatz zum Benchmarking der einzelnen Operationen eine gesamtheitliche Beurteilung der Leistung eines Systems. Die Tests der einzelnen Operationen erlauben hingegen die gezielte Identifika­tion von Stärken oder Schwächen eines Systems. System- und Compiler-Hersteller finden mit Hilfe dieser Tests Optimierungspotenzial. Anwender können diese Tests dafür nutzen, die Anwendungstests entsprechend der eigenen Anwendungen zu „gewichten“.