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27.03.2008

40 Jahre SPS

Sie ist weiblich, 40 Jahre und wurde von einem Mann erschaffen: die speicherprogrammierbare Steuerung...

Sie ist weiblich, 40 Jahre und wurde von einem Mann erschaffen: die speicherprogrammierbare Steuerung. Ihr Rufname: SPS. Im Lauf der Zeit haben ihre Traummaße deutlich abgenommen; parallel wurde ihre Leistungsfähigkeit weiter gesteigert. Automatisierer sind bei ihrem Anblick verzückt.

 

Die weltweit erste SPS: Modicon 084. Sie wurde von Dick Morley erschaffen

Die weltweit erste SPS: Modicon 084. Sie wurde von Dick Morley erschaffen

Sie wurde geboren in eine von Relaistechnik dominierte Welt. Inmitten der 68er Bewegung sollte auch sie für Revolution sorgen: die Ketten der Festverdrahtungstechnik sprengen und stattdessen durch Flexibilität und Einfachheit ihre Anwender überzeugen. Als Auftragsprodukt von General Motors erschuf sie ihr Vater, Dick Morley, unter dem Namen Modicon 084 (Modular Digital ­Cont­roller). Der damaligen Zeit entsprechend hatte sie die typischen Maße industrieller Geräte von 19-Zoll-Rack-Breite. In ihrem Inneren fanden sich drei Platinen, ein Prozessor, ein Rechenwerk für logische Verknüpfungen und eine Speicherplatine mit bis zu 4 kByte Kernspeicher. Mit dieser Ausstattung zog sie aus, die Männerwelt zu erobern – zunächst in Amerika.

 

Es dauerte rund zehn Jahre nach Erschaffung von Modicon 084 bis die Ingenieurwelt von den weiblichen Reizen der SPS überzeugt war und auch deutschlandweit immer mehr Vertreterinnen dieser Gattung sich am Markt etabliert hatten. Dabei ging die Simatic S30 bzw. S3 aus dem Haus Siemens 1973 als eine der Ersten an den Start, wenig später folgte ihr Secon von Klaschka nach. Die erste „freiprogrammierbare Klöckner-Moeller Steuerung“ hieß Sucos-PS1. Markteinführung war 1976. Das freiprogrammierbare Steuerungssystem bestand aus zwei Grundeinheiten: dem Zent­ralgerät 5TI (Texas Instrument) mit dem Programmspeicher und dem Ein-/Ausgabe-System mit Filter- und Verstärker-Baugruppen sowie Interface-Baugruppen. Das Grundgerät mit 1 k RAM wurde zu einem Brutto-Listenpreis von 9.000 DM angeboten. Hinzu kam ein für die Programmierung erforderliches Programmiergerät bzw. Kassetteneingabegerät. Die Programmierung erfolgte ohne besondere Programmiersprache unter Verwendung von logischen Verknüpfungsplänen, Stromlaufplan-Symbolen, einfachen Logikanweisungen oder Boole’schen Gleichungen. Darüber hinaus waren Zeitgeber, Zähler und Schieberegister vorhanden. Die Leistungsfähigkeit der Steuerung entsprach etwa einer verbindungsprogrammierbaren Steuerung mit 50 bis 250 Hilfsschützen. Und so nahm die Zahl der SPS, ihrer Anbieter und ihrer Anhänger am deutschen Markt stetig zu. Gerade auch mittelständische Hersteller setzten auf die Revolutionärin.

Ein Blick auf den Zeitstrahl der Siemens-Automatisierungsaktivitäten: Die Simatic G (ab 1958) war noch verdrahtungsprogrammiert; die erste „echte“ SPS war die Simatic S30 bzw. S3 (1973)

Ein Blick auf den Zeitstrahl der Siemens-Automatisierungsaktivitäten: Die Simatic G (ab 1958) war noch verdrahtungsprogrammiert; die erste „echte“ SPS war die Simatic S30 bzw. S3 (1973)

Weitere Aktivitäten folgten, das Können der SPS auch in anderen Bereichen nutzbar zu machen. Ein Trend geht in Richtung Kombination aus HMI (Human Machine Interface) und SPS. In diesem Zusammenhang sind es die HMI-Anbieter, die gerne davon sprechen, dass die Zeiten der SPS vorübergehen und die Zukunft der Kombilösung, zum Beispiel als HMI-PLC bezeichnet, gehört. Doppelnamen sind zwar im Trend, allerdings bleibt abzuwarten, wie durchsetzungsfähig sie sind.

 

Auch die Aussage so manches Antriebstechnik-Herstellers, die Zeiten der SPS seien gezählt, stehen im Raum. Sie orientieren sich am momentanen Trend, SPS-Funktionalität in die Antriebe zu verlagern. Laut IMS Research nimmt hier übrigens Lenze europaweit Pionierposition ein.

Die Prognosen für die weltweite SPS-Nutzung in all ihren Ausprägungsformen sind gut. Es lässt sich erkennen, dass die Grenzen zwischen klassischen SPS und PC-basierten Steuerungen immer weiter verschwimmen. Im Zusammenhang mit letztgenannter Gruppe hält der Begriff PAC (Programmable Automation Controller) immer mehr Einzug in die Automatisierungslandschaft. In Amerika hat er sich schon etabliert, hierzulande ist dahingehend noch Aufklärungsarbeit zu leisten. Deshalb vermarkten einige Hersteller, wie Schneider Electric, ihre Systeme hierzulande noch unter der klassischen Bezeichnung SPS und in Amerika bereits unter dem Namen PAC.

Die SPS und ihre Ausprägungen

Wie treffend oder unzutreffend Zukunftsprognosen oftmals sind, zeigt sich im Folgenden.

Vor knapp zehn Jahren waren die weltweiten Marktanteile unter den SPS-Anbietern nach Siemens-Angaben wie folgt verteilt:

  • Siemens: 30 %
  • Rockwell Automation: 16 %
  • Mitsubishi Electric: 11 %
  • Schneider Electric: 9 %
  • Omron: 8 %
  • GE Fanuc: 3,5 %
  • Moeller: 1,5 %
  • Hitachi: 1,5 %
  • Fuji Electric: 1,5 %.

 

Damals kursierte die Prognose am Markt, dass innerhalb von rund fünf Jahren durch Fusionen oder strategische Allianzen nur noch fünf große Anbieter den Markt unter sich aufteilen würden. Wir haben den heutigen Stand in aktuellen Produkten und Systemen der genannten Firmen zusammengefasst.

Siemens: Strategie ausgebaut

Die Siemens-Division Industry Automation bietet heute nahezu alle Ausprägungsformen der SPS an. So wurde ab 1995 die Simatic S5 in die Nachfolgegeneration S7 übergeführt und diese nach und nach in das „Totally Integ­rated Automation“-Konzept des Unternehmens integriert.

Hochverfügbarer, sicherer und fehler­toleranter: die neuen Simatic-S7-400H-Controller von Siemens

Hochverfügbarer, sicherer und fehler­toleranter: die neuen Simatic-S7-400H-Controller von Siemens

Jüngster Neuzugang im Simatic-S7-Bereich ist ein Cont­roller für hochverfügbare Anwendungen und sichere, fehlertolerante Applikationen in der Prozessindustrie. Die Simatic CPU S7-412-3H ergänzt das Produktspektrum der Simatic-S7-400H-Controller-Familie im unteren Leistungsbereich. Das neue Gerät eignet sich für Applikationen mit hochverfügbaren Überwachungen und Regelungen von Temperaturen, Füllständen und Notstromaggregaten bis zu sicheren, fehlertoleranten Lösungen mit höchster Sicherheitsstufe bis SIL 3.

Als Software-SPS steht Simatic WinAC zur Verfügung. Für deren Einsatz eignen sich vor allem auch die Multi Panels 377, mit denen sich damit auch anspruchsvolle Steuerungs- und Visualisierungsaufgaben in einem Gerät lösen lassen. Die im letzten Jahr eingeführten Multi Panels 377 sind mit 64-k-Farben-TFT-Display zur brillanten Farbdarstellung ausgestattet.

Zur Hannover Messe 2008 wird die Produktlinie Simatic Embedded Automation erweitert um den modularen Controller Simatic „S7-mEC“. Er ist besonders robust und leistungsfähig, zudem zeichnet er sich durch Offenheit und hohe Modularität aus. Simatic „S7-mEC“ integriert Steuerungs-, HMI- und PC-Funktionalität in einem Gerät. Der neue Embedded-Controller wird wie ein Standard-Simatic-S7-300-Controller projektiert und in Betrieb genommen. Dabei ist er mit aktueller PC-Technologie ausgestattet, zum Beispiel mit Intel-Core-Duo-Prozessor.

Rockwell Automation: Dominanz im amerikanischen Markt

Im US-Markt nimmt Rockwell Automation mit seinen Allen-Bradley-Steuerungen nach wie vor Platz 1 ein. Allerdings wird zunehmend die „Nachfolgegeneration“ der SPS, der PAC (Programmable Automation Cont­roller), in den Markt geführt.

Rockwell Automation hat seine Steue­rungsfamilie um die Compact-Logix L45 erweitert

Rockwell Automation hat seine Steue­rungsfamilie um die Compact-Logix L45 erweitert

Er soll dem Anwender noch größeren Nutzen hinsichtlich Skalierbarkeit, höherer Funktionalität usw. bieten. Aktuelle Produktneuzugänge zeigen aber auch, dass die Compact-Logix-Ära noch nicht zu Ende ist. So wurde diese Familie an Steuerungen Ende letzten Jahres für kleine bis mittelgroße Applikationen erweitert. Die neue Allen-Bradley Compact-Logix L45 bietet OEM und Endanwendern erweiterte Applikationsfähigkeiten sowie integrierte Funktionen zur Bewegungssteuerung für nun bis zu acht Achsen. Zudem unterstützt das jüngste Mitglied der Logix-Steuerungsfamilie auch die Verwendung mehrerer Netzwerkkarten, wie DeviceNet, ControlNet und EtherNet/IP. „Indem wir die Applikationsfähigkeiten dieser Steuerungsreihe ausbauen, können wir Maschinenherstellern eine integrierte Plattform für die Bewegungssteuerung bieten“, erklärt Reiner Wippermann, Business Manager Integrated Architecture bei Rockwell Automation. „Diese hilft nicht nur bei der Senkung der Systemkosten, sondern erleichtert auch Installation und Wartung – und das alles im Rahmen der erfolgreichen Compact-Logix-Familie.“

In die Reihe der PAC fällt der zur diesjährigen Interpack vorgestellte GuardLogix. Dabei handelt es sich um einen voll funktionsfähigen Control-Logix-Programmable-Automation-Controller mit Sicherheitsfunktionen nach SIL 3, der es dem Anwender erlaubt, Sicherheitsfunktionen und normale Steuerungsaufgaben in einem Projekt durchzuführen. Guard-Logix nutzt die kürzlich freigegebene Programmierer-Software RS-Logix 5000 V. 16 von Rockwell Software.

Mitsubishi Electric: Marktführer Kompaktsteuerungen

Mitsubishi Electric sieht sich als weltweiten Marktführer im Bereich Kompaktsteuerungen. Das Unternehmen meldete im Oktober, dass es seit Markteinführung der ersten Kompakt-SPS im Jahr 1981 bereits mehr als 8 Mio. Kompaktsteuerungen verkauft habe. In Europa betrug der Umsatzzuwachs gegenüber dem Vorjahr 8 %.

Seit der Markteinführung der ersten Kompakt-SPS im Jahr 1981 hat Mitsubishi Electric weltweit mehr als 8 Mio. Geräte verkauft

Seit der Markteinführung der ersten Kompakt-SPS im Jahr 1981 hat Mitsubishi Electric weltweit mehr als 8 Mio. Geräte verkauft

Aufgrund des weltweit weiter steigenden Bedarfs hat das Unternehmen seine Produktionsanlagen im Werk Himeji/Japan erweitert und ist jetzt in der Lage, mehr als 1,5 Mio. CPU für Kompaktsteuerungen im Jahr zu fertigen. Das Unternehmen erwartet daher, dass schon bald die 9-Mio.-Grenze überschritten wird. Erfolgsfaktoren sind die Flexibilität und Modularität der neuen Geräte der FX3U-Serie, die sich auf bis zu 384 E/A erweitern lassen. Neben den Kompakt-SPS bietet das Unternehmen unter anderem auch modulare sowie Klein-SPS an.

 

Aktuelles Highlight auf der Hannover Messe 2008 ist die „iQ Plattform“, die jetzt auch CNC- und Roboter-Steuerungen auf einer gemeinsamen Plattform verbindet. Mit ihr ist es möglich, den gesamten Produktionsprozess durch die nahtlose Integration aller Factory-Automation-Komponenten von Mitsubishi Electric durchgängig über alle Ebenen zu steuern. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen für SPS, Motion Control, CNC und Roboter erfolgt in Echtzeit über den neu entwickelten High-Speed-Rückwandbus. Die Plattform wird jetzt in Europa eingeführt und soll für weitere Umsatzsteigerung sorgen.

Schneider Electric führt Marke Modicon weiter

Schneider Electric führt heute noch die Marke Modicon erfolgreich in seinem Steuerungsprogramm fort. Die SPS-Produktpalette des Unternehmens besteht heute unter anderem aus der Kleinsteuerung Twido, der Kompaktsteuerung Mikro, der modularen Kompaktsteuerung Modicon M340, der modularen Steuerung Premium sowie der High-End-SPS Modicon Quantum.

Omron setzt Meilensteine mit virtuellem Baugruppenträger

Omron hat heute modulare, Kompakt-SPS und SPS im Baugruppenträger im Portfolio. Dabei reicht das Angebot der Kompakt-Steuerungsfamilie mit integrierter Spannungsversorgung und integrierten E/A-Punkten von der einfachen, nicht erweiterbaren 10-E/A-Punkte-Variante CPM1A bis zur leistungsfähigen CP1H. Der umfassende Befehlssatz ermöglicht eine effiziente Programmierung, wodurch sich diese Steuerungen gut für den Einsatz in kleineren Maschinen eignen.

 

Die vom Unternehmen in den 90er Jahren erstmals vorgestellte Technologie des virtuellen Baugruppenträgers wurde in der CJ1-Familie weiter verbessert. Mit einem breiten Portfolio an kompatiblen CPU-, Netzwerk- und Motion-Controller-Baugruppen stellt die Baureihe hohe Modularität bereit. Ferner zeichnet sie sich durch ihre Schnittstellenvielfalt aus.

Die zur C200H-Familie abwärtskompatib­len Steuerungen bieten eine große Vielfalt an E/A- und Spezialfunktionsbaugruppen. Baugruppen für die hochaufgelöste schnelle analoge Datenerfassung, Bahnsteuerungen oder anwenderprogrammierbare Kommunikation machen die CS1-Familie zu einer universellen SPS für einen breiten Bereich anspruchsvoller Anwendungen. Diese Baureihe umfasst auch Duplex-CPU und Prozessregler für die Prozessindustrie.

GE Fanuc auf PAC-Kurs

Das Produktportfolio von GE Fanuc im Steuerungsbereich beginnt bei kompakten und Micro-SPS-Systemen und reicht bis zu programmierbaren Automationssteuerungen, PAC. Die SPS-Systeme sind modular, skalierbar und in einer offenen Architektur aufgebaut.

Die modular aufgebaute PAC-System-Steuerung „RX3i“ von GE Fanuc lässt sich komfortabel programmieren und über Ethernet in eine vorhandene Automatisie­rungsumgebung integrieren

Die modular aufgebaute PAC-System-Steuerung „RX3i“ von GE Fanuc lässt sich komfortabel programmieren und über Ethernet in eine vorhandene Automatisie­rungsumgebung integrieren

Sie gestatten eine einfache Systemintegration, Leistungssteigerungen und Erweiterungsoptionen. Als integ­rierte Lösung bildet das System PAC eine Synthese aus Flexibilität, Offenheit und Leistung – ohne die frühere Migrationspfad- und Konversionsproblematik. Sie ermöglicht die Vereinheitlichung des Prozesssteuerungssystems und ist flexibler und offener für Upgrades oder Umstellungen. Das PAC-Systems „RX3i“ beispielsweise ist leicht integ­rierbar und schafft eine hohe Freiheit beim Portieren von Anwendungen über mehrere Plattformen hinweg. Zusammen mit der Entwicklungs-Software Proficy Machine Edition bildet diese Steuerung eine einheitliche Steuerungs-Engine mit universellen Programmiermöglichkeiten, die die Gesamtleistungen der Automatisierungslösung beim Kunden steigern kann.

 

Das PAC-Systems „RX7i“ verfügt über mehr Leistung, Speicherkapazität und Bandbreite, um mittlere bis große Anwendungen zu bewältigen. Das Unternehmen bietet ein „Next Step Program“ an, das dem Anwender unter Schutz seiner Investition das Upgrade von der „Six PLC“-Serie zum PAC-Systems „RX7i“ ermöglicht.

Moeller konzentriert sich aufs Wesentliche

Moeller hat sich in seinem Kerngeschäft auf modulare und Kompakt-SPS konzent­riert. Die sogenannten HMI-PLC werden von der 50 %igen Tochterfirma Micro Innovation vertrieben.

Die Kompaktsteuerung „easyControl“ ist der jüngste Neuzugang im SPS-Sortiment von Moeller

Die Kompaktsteuerung „easyControl“ ist der jüngste Neuzugang im SPS-Sortiment von Moeller

Die modularen SPS der X-Control-Reihe umfassen unter anderem die Varianten XC 100 als Standard-PLC mit ­CAN­open-Schnittstelle und XC 200 mit Ethernet und Web-Server on Board. Die Kompakt-Steuerungen werden im Wesentlichen unter dem Namen PS4 zusammengefasst.

 

Aktuellster Neuzugang ist die „easyCont­rol“. Mit dieser Kompaktsteuerung führt Moeller die Erfolgsgeschichte seiner „easy“-Steuerelais fort. So rundet sie das bestehende „easy“-Sortiment leistungsmäßig nach oben ab und schließt die Lücke zwischen „easy“-Steuerrelais und speicherprogrammierbarer Steuerung. Sie ist in 16 Produktvarianten verfügbar: je nach Variante mit Relais oder Transistor, mit oder ohne Display, mit oder ohne Ethernet-Anbindung, mit oder ohne analogen Ausgang.

Hitachi will Brand in Deutschland stärker positionieren

Hitachi bietet SPS in verschiedenen Ausbaustufen und sowohl als Kompakt-SPS als auch als Modular-SPS an. Seit letztem Jahr setzt das Unternehmen in seiner neuen CPU der Serie EHV den Control Editor ein. Diese im Hause entwickelte Software ist als Plattform für die SPS-Programmierung bei Hitachi gedacht.

Control Editor ist die von Hitachi ent­wickelte Soft­ware, die die Plattform für die SPS-Programmierung des Unter­neh­mens darstellt

Control Editor ist die von Hitachi ent­wickelte Soft­ware, die die Plattform für die SPS-Programmierung des Unter­neh­mens darstellt

Die EHV-Prozessoren verarbeiten eine Anweisung in 20 ns: ein 80 kByte großes Programm also innerhalb 1 ms. Ihre Bereiche für Programme, Daten und Kommentare der EHV-Module sind voneinander getrennt, sodass insgesamt mehr Speicherplatz genutzt werden kann. Bei sicherheitsrelevanten Anwendungen besteht die Möglichkeit, einen Teil der Daten in einem separaten redundanten Teilspeicher abzulegen. Auch umfangreichere Datenpakete lassen sich mit dem EHV-Prozessor schnell abarbeiten. Die Prozessoren bilden das Herzstück der SPS-Serie EH150. Verglichen mit den dort bisher verwendeten CPU-Modulen leistet die EHV eine bis zu fünf Mal schnellere Verarbeitung.<br/

<strong>Fuji Electric: Schwerpunkt in Japan

Schwerpunkte des SPS-Programms von Fuji Electric bilden die Serien Micrex-Sx SPH und SPB. Die beiden integrierten ­Cont­roller-Serien kommen schwerpunktmäßig auf dem japanischen Markt zum Einsatz. In Deutschland ist deren Verbreitungsgrad gering.

Mittelständler ebenfalls stark

Damit dürften die Aussagen hinsichtlich einer Reduzierung der großen Player bis Mitte dieses Jahrzehnts am Markt auf nur noch fünf widerlegt sein.

Zwei erfolgreiche Technologien vereint: Die Soft-SPS von IBH Softec mit der CX-Hardware von Beckhoff

Zwei erfolgreiche Technologien vereint: Die Soft-SPS von IBH Softec mit der CX-Hardware von Beckhoff

Interessant sind aber ferner die im deutschsprachigen Raum starken Mittelständler und ihre SPS-Strategien. Während einige Firmen – vorneweg Beckhoff – nach wie vor der PC-basierten Steuerungstechnik die größten Potenziale einräumen, freut sich Elrest über noch immer hohe Wachstumsraten im Kompakt- bzw. Modular-SPS-Bereich. Über Kooperationen werden weitere sinnvolle Lösungen gefunden. Ein Beispiel stellt hier die Firma IBH Softec dar, die ihre Soft-SPS im Package mit den Beckhoff-CX-Hardware offeriert. Anbieter, die ihre Wurzeln im HMI-Bereich haben, zum Beispiel Micro Innovation, integrieren zunehmend SPS-Funktionalität in ihre HMI und bieten erfolgreich sogenannte HMI-PLC am Markt an.

Micro Innovation bietet HMI mit vollständig integrierter SPS an

Micro Innovation bietet HMI mit vollständig integrierter SPS an

National Instruments gehört zu den Vorrei­tern der PAC-Technologie. Nun werden auch Compact-Rio-Varianten für den Serienma­schi­neneinsatz angeboten, zum Beispiel der „cRIO-9072“

National Instruments gehört zu den Vorrei­tern der PAC-Technologie. Nun werden auch Compact-Rio-Varianten für den Serienma­schi­neneinsatz angeboten, zum Beispiel der „cRIO-9072“

Automatisierungsanbieter, die ursprünglich aus dem Antriebstechnikbereich kommen, wie SEW-Eurodrive, integrieren die SPS-Funktionalität in ihre Antriebssysteme und bieten Kunden auf diese Weise einen Mehrwert. Und so ließe sich die Liste endlos fortführen.

Der PAC-Trend wird noch von anderen Firmen als den genannten Global Playern mitgetrieben. Ein Beispiel ist National Instruments mit ihrem Compact-Rio. Aktuell werden auch Compact-Rio-Varianten für den Serienma­schi­neneinsatz angeboten, zum Beispiel der „cRIO-9072“ und der „cRIO-9074“.

 

Wir dürfen gespannt sein, bis zu welchen Traummaßen es die SPS in den nächsten 40 Jahren gebracht hat – sofern es sie dann noch gibt.

 

Inge Hübner

 

Weitere Informationen unter

www.siemens.com,

www.rockwellautomation.de,

www.mitsubishielectric.de,

www.schneider-electric.de,

www.omron.com,

www.gefanuc.com,

www.moeller.net,

www.hitachi.com,

www.fujielectric.de,

www.ibhsoftec-sps.de,

www.microinnovation.com,

www.ni.com/germany.

 

 

 

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Normen

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Zum Schmunzeln

Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 19.11.2019