Von Michael Gulsch, Sybille Hilker

Nach wie vor ist es gängige Praxis, dass die Hersteller von Kleinstmaschinen- oder -apparaten eigene Steuerungslösungen für ihre Anwendungen entwickeln. Selbst die im Haushalt eingesetzten Kühl- und Heizsysteme oder die für spezielle Aufgaben konzipierten kleineren Automatisierungsanwendungen wie Flaschenrücknahme-Geräte basieren auf einem individuellen Steuerungskonzept. Neben dem hohen Erstellungsaufwand bringen solche Lösungen den Nachteil mit sich, dass eine Erweiterung des Funktionsumfangs der Maschine in der Regel eine aufwendige Neuentwicklung des Steuerungskonzepts zur Folge hat. Oftmals entsprechen die Individual-Lösungen nicht dem Standard industrieller Automatisierungstechnik und sind demzufolge nicht in vorhandene Systeme integrierbar beziehungsweise auf zukünftige Technologien portierbar. Dass trotz dieser augenscheinlichen Mängel viele Hersteller von Kleingeräten an ihren Eigenentwicklungen festhalten, liegt unter anderem daran, dass die Alternative hierzu – eine am Markt etablierte und standardisierte Industriesteuerung – in Relation zur lösenden Automatisierungsaufgabe relativ hohe Anschaffungskosten bedeutet und darüber hinaus lange Einarbeitungszeiten in die Entwicklungsumgebung mit sich bringt.

Ergo hat sich Phoenix Contact mit der Nanoline zum Ziel gesetzt, eine universelle Steuerungslösung für einfache Applikationen zu entwickeln, die auch angelerntes Personal schnell in die Lage versetzt, selbstständig Programmier- und Installationsaufgaben durchzuführen. Dazu bieten vor allem Standard-Schnittstellen wie USB die Möglichkeit eines einfachen Zugangs zur Steuerung, da die Programmierung komfortabel über einen herkömmlichen PC oder ein Notebook erfolgen kann. Hardwareseitig besteht die Lösung aus verschiedenen Grundmodulen, die neben je sechs digitalen Eingängen entweder vier Transistor- oder vier Relaisausgänge zur Verfügung stellen. Über Erweiterungsmodule ist es möglich, die Anzahl der digitalen Ein- und Ausgänge auf maximal 24 auszubauen oder zusätzliche analoge Eingänge mit dem Grundmodul zu verbinden. Die Programmierung der als Basis-Einheit bezeichneten Grundmodule erfolgt intuitiv mit einer grafischen, flussdiagramm-orientierten Sprache auf der Basis eines kostenlosen Programmier-Tools, genannt Nanonavigator. Hierzu benötigt der Anwender lediglich sechs Anweisungen:

• Entscheidung,
• Vergleich,
• Textausgabe,
• Register schreiben/lesen,
• Register kopieren,
• Warten.

Ausschnitt aus der Oberfläche der Entwicklungsumgebung: In der Menüleiste sind die sechs Symbole der Befehle, die für die Programmierung ausreichen, zu sehen.

Mittels dieser Reduktion auf einfache, leicht zu parametrierende Funktionen ist es auch Personen, die bisher nichts mit Programmieraufgaben zu tun hatten, möglich, schnell und zielgerichtet Anwenderprogramme zu erstellen. Der Entwickler der Automatisierungslösung verfolgt hierzu die Zustände bestimmter Eingänge, Ausgänge, Zähler, Timer oder Flag-Register direkt am Bildschirm. In den jeweils 32-Flag-Registern, Zählern und Zeitgebern lassen sich Zählerstände, Vergleichswerte, Parameter oder Zeitstempel ablegen. Dabei sind die Daten aufgrund der Vergleichs- und Entscheidungsfunktionen zur Ablaufsteuerung der Applikation frei verwendbar. Die Auswahl und Parametrierung der Register, Zähler und Zeitgeber erfolgt durch Drop-down-Menüs. Da dem Benutzer eine feste Auswahl an möglichen Einstellungen vorgegeben ist, wird er schnell in die Lage versetzt, einen parameter-abhängigen Programmverlauf zu entwickeln.

Erfordert die Anwendung das unabhängige Verarbeiten mehrerer Steuerungsaufgaben („Tasks“), so werden diese grafisch durch unabhängige Flussdiagramme dargestellt. Dabei ist die Startbedingung für jede Steuerungsaufgabe auf Basis vorgefertigter Auswahlfelder und Drop-down-Menüs beliebig konfigurierbar. Nach Fertigstellung der Applikation wird das Anwendungsprogramm via USB-Schnittstelle auf die Steuerung übertragen. Anschließend ist eine Funktionskontrolle mit dem PC möglich. Über die USB-Schnittstelle ist die Steuerung auch innerhalb der Entwicklungsumgebung bedienbar. Auf diese Weise lassen sich kleinere Änderungen und Applikationsverbesserungen während der Entwicklungsphase testen und in die Applikation einpflegen. Was die Leistungsfähigkeit der Steuerung betrifft: Die Zykluszeit für die Abarbeitung von 384 Bausteinen respektive Befehlen liegt bei rund 5 ms.

Visualisierung – von einfach bis komplex

Alle Funktionsblöcke sind auf einfache Weise parametrierbar.

Die Bedienung und Visualisierung der Kleinststeuerung erfolgt über eine Display-Einheit mit integriertem Tastenfeld. Dieses lässt sich in das Grundmodul integrieren oder auch abgesetzt montieren – zum Beispiel in einer Schaltschranktür. Texte können auf dem LC-Display durch Einbindung des entsprechenden Funktionsbausteins in das Programm ausgegeben werden. Im Baustein werden hierzu die anzuzeigenden Texte in eine vorgefertigte Maske eingetragen. Die Abfrage der Bedienschalter erfolgt ebenso wie beim direkten Registervergleich innerhalb der Entscheidungs- oder Vergleichsfunktion durch Auswahl über Drop-down-Menüs. Geht es darum, komplexere Bedien- und Visualisierungslösungen zu realisieren, so können mittels der implementierten ModbusTCP/ RTU-Verbindung beispielsweise beliebige Anzeige- und Bedienkonzepte auf handelsüblichen SCADA-Systemen entwickelt werden.

Zur Einbindung der Steuerung in vorhandene Netzwerke sowie zur Kommunikation mit der externen Peripherie lassen sich je nach Applikationsanforderung verschiedene Kommunikationsmodule mit RS232-, RS485- oder Ethernet-Schnittstelle (Modbus-RTU und -TCP) in die Basis-Einheit integrieren. Zum Überspielen des Anwenderprogramms auf die Steuerung in das Grundmodul dient die modular zu ergänzende USB-Schnittstelle. Auch ein Speichermodul und eine Echtzeituhr kann in diesen Steckplatz integriert werden.

Zur Einbindung der Steuerung in vorhandene Netzwerke sowie zur Kommunikation mit der externen Peripherie lassen sich je nach Applikationsanforderung verschiedene Kommunikationsmodule mit RS232-, RS485- oder Ethernet-Schnittstelle (Modbus-RTU und -TCP) in die Basis-Einheit integrieren. Zum Überspielen des Anwenderprogramms auf die Steuerung in das Grundmodul dient die modular zu ergänzende USB-Schnittstelle. Auch ein Speichermodul und eine Echtzeituhr kann in diesen Steckplatz integriert werden.

Zusammenfassend lässt sich festhalten: Für Anwendungen, in denen Grenzwertschalter, Analogwert-Überwachung, Zählaufgaben oder zeitabhängige Ablaufsteuerungen zu realisieren sind, ist Nanoline im Vergleich beispielsweise zu einer Klein-SPS die wirtschaftlichere Lösung. An seine Leistungsgrenzen stößt das Konzept, wenn komplexe mathematische Funktionen zu realisieren, Regelstrecken zu modellieren oder Regler zu implementieren sind.

Autoren:

Sybille Hilker ist tätig im Bereich Produktmarketing IPC/HMI bei Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont.

Michael Gulsch ist tätig im Bereich Systemmarketing bei Phoenix Contact Electronics.