IEC 1131-3 bewährt sich in neuem Umfeld

Achim Liebel

Einer der wesentlichen Faktoren war die Entwicklung der SoftSPS zur Marktreife. Dabei handelt es sich um eine Software, die auf einem handelsüblichen PC läuft und eine industrielle Steuerung ersetzt. Eine solche Lösung hat viele Vorteile: Zum Beispiel kann sie ohne Neuentwicklung zusätzlicher Komponenten in ein unternehmenseigenes Intranet integriert werden; außerdem ist nur noch eine einheitliche Hardwareplattform erforderlich. Der Anwender muß also keine proprietären Steuerungen mehr einsetzen, was Geld und Engineeringkosten spart. Der zweite Faktor ist die zur Zeit stattfindende Erweiterung von IEC 1131 um wichtige Zusatzfunktionen. Dieser Schritt wurde von den Anwendern initiiert. Deren praktische Erfahrung belegen, daß die neuen Funktionen erneut eine deutliche Produktivitätssteigerung mit sich bringen werden.

Der 1992 eingeführte IEC 1131-3-Standard hat sich schon lange auf internationaler Basis durchgesetzt. Er setzte proprietären Low-Level-Programmierungen und der Herstellerabhängigkeit der Anwender ein Ende: IEC 1131-3 ist eine Sprachnorm, mit der sich verschiedene speicherprogrammierbare Steuerungen und Kontroller weitgehend systemunabhängig programmieren lassen.

Dabei wird vor allem auf strukturierte Programmierung und einheitliche Programmierparadigmen Wert gelegt. Der Standard enthält unterschiedliche Programmiersprachen (Ladder Logic, Instruction List, Structured Text und Function Block Diagram) sowie Sequential Function Chart, das zum Organisieren des Programmes dient und auf den anderen vier Sprachen aufsetzt. Damit werden alle wesentlichen Anforderungen abgedeckt:

• traditionelle, maschinennahe Programmierung,

• moderne Hochsprachen sowie

• grafische und textuelle Formeln, geeignet für Einsteiger und Experten.

Deshalb können die meisten Anwender IEC 1131-3 sofort nutzen, da sie zumindest eine der Sprachen beherrschen. Dies spart Zeit und minimiert den Aufwand für Schulungen. Zum Beispiel müssen die Mitarbeiter beim Hardwarewechsel nicht mehr den Umgang mit anderen proprietären Programmiersprachen lernen, sondern sie arbeiten mit der gleichen Lösung weiter und migrieren sogar ihre Software auf das neue System. Da das System weitgehend plattformunabhängig arbeitet, wird darüber hinaus die Wartung vereinfacht, was wiederum die Engineeringkosten senkt. Davon profitieren nicht nur die Unternehmen, auch den Anwendern bleibt so mehr Zeit für ihre eigentlichen Aufgaben wie zum Beispiel Pflege und Optimierung der laufenden Systeme.

Eine deutliche Arbeitserleichterung sind die in IEC 1131-3 definierten Funktionsbibliotheken. Sie enthalten viele fest definierte Objekte, die der Entwickler wie Bausteine benutzen kann, um seine Steuerungssoftware zusammenzustellen. Diese Bausteine kommen immer wieder in verschiedensten Kombinationen zum Einsatz. So ist es nicht nötig, für jede Fragestellung eine neue Lösung zu konzipieren. Die Nutzerorganisation PLCopen sorgt weltweit dafür, daß die Norm eingehalten wird. Nicht jeder Anwender benötigt die komplette Funktionalität von IEC 1131-3. Deshalb ist das Bilden von Untermengen zulässig. Diese Teilmengen werden dann von der PLCopen zertifiziert, um die Compliance sicherzustellen.

Die IEC 1131-3-Norm wird ständig weiterentwickelt und verbessert; dabei fließen die praktischen Erfahrungen der Automatisierer stets in die weitere Entwicklung ein.

Eine der wesentlichsten Fähigkeiten, die IEC 1131-3 hat, die aber erst seit neuestem voll genutzt werden kann, ist die Verteilbarkeit der Konfigurationen und Ressourcen. Setzt ein Unternehmen PC-basierte Steuerungssysteme ein, also Softwaresteuerungen, die ohne zusätzliche Hardwarekomponenten auskommen wie die Version 4Control, so läßt sich eine komplexe Automatisierungslösung über das in den meisten Fällen sowieso schon bestehende Unternehmensnetz, zum Beispiel ein Windows-NT-Netzwerk, verteilen.

Dies hat gegenüber dem traditionellen Ansatz etliche Vorteile: Zunächst können bestehende Anlagensteuerungen ohne großen technischen Aufwand erweitert werden. Die Funktionen oder I/O-Anbindungen lassen sich einfach durch die Hinzunahme weiterer PCs ausbauen, ohne daß dabei die in Betrieb befindlichen Steuer-PCs beeinflußt werden.

Außerdem kann die einzusetzende Hardware der jeweiligen Steuerungsaufgabe jederzeit kostengünstig angepaßt werden. Beispielsweise läßt sich, je nach Bedarf, unterschiedlich leistungsstarke Hardware für Anlagenteile mit abweichenden Anforderungen implementieren. Das schafft freie Ressourcen in kritischen Bereichen und spart Geld beim Hardwareausbau.

Zusätzlich erhöht die Verteilung beziehungsweise Parallelität der Steuerungsaufgaben die Betriebssicherheit, zumindest im Hinblick auf die Gesamtanlage. Anlagenerweiterungen oder -änderungen und Wartungsarbeiten werden auf diese Weise durchgeführt, ohne daß eine Stillegung der Gesamtanlage erforderlich wird.

Auch die Diagnosefunktionen werden flexibler: Über Internet kann sich ein Ingenieur, der die erforderlichen Zugriffsrechte hat, in PC-gesteuerte Anlagen einwählen und Diagnose- und Wartungsseiten aufrufen. Damit läßt sich mit minimalen Systemvoraussetzungen praktisch von überall auf den Zustand der Anlage Einfluß nehmen. Auf diese Weise werden die Wartungskosten nochmals drastisch gesenkt. Beispielsweise ist ein Szenario vorstellbar, in dem eine Vielzahl von PCs in mehreren Fertigungshallen über das Intranet verknüpft sind. Dann kann eine Applikation auf mehrere Rechner verteilt werden und die einzelnen Konfigurierungen tauschen untereinander Daten aus. Damit kommt das Unternehmen im Steuerungsbereich zu einer konsistenten Datenbasis, was die Integration vereinfacht und beschleunigt.

Wer flexibler produziert und deshalb schneller als andere auf Marktveränderungen reagiert, hat im immer härter werdenden Wettbewerb die besseren Chancen. Zum Beispiel kann er neue Produkte früher anbieten und so seine Produktpalette frühzeitig den aktuellen Anforderungen anpassen.

Trotz der umfangreichen Funktionalitäten machten die immer höher steigenden Anforderungen aus dem Produktionsprozeß deutlich, daß zusätzliche Funktionen eine noch bessere Kosten-Nutzen-Relation schaffen würden. Deshalb werden zur Zeit konkrete, von den Endanwendern formulierte Anforderungen in den Standard eingearbeitet. Dazu gehören sogenannte Procedures, die die altbewährten IEC-Functions um mehrere Ausgänge erweitern. Dies ist zum Beispiel notwendig, um Decodierfunktionen wie beispielsweise Byte zu 8 x Bit zu ermöglichen. Darüber hinaus läßt sich ein Funktionsbaustein jetzt instanzspezifisch initialisieren und seine physikalischen Adressen können flexibel rangiert werden. Somit können Funktionsbausteine zum ersten Mal direkt auf Hardwareadressen zugreifen. Damit lassen sich die Funktionsbausteinbibliotheken viel effektiver gestalten.

So werden die Anforderungen vieler Großunternehmen, aus der Chemie und Pharmazie ebenso wie die der industriellen Fertigung, erfüllt. Sie alle können mit einer vernetzten Lösung ihre Produktivität erhöhen und ihre Reaktionszeit verkürzen.

Ein leistungsfähiges PC-basiertes Steuerungssystem auf Basis von IEC 1131-3 besteht also aus folgenden Komponenten:

• strukturierte Programmierung,

• einheitliche Paradigmen,

• netzwerkfähige PC-basierende Control-Software und

• eine frühzeitige Implementierung der neuen IEC 1131-3-Funktionen, wie sie zum Beispiel bei 4Control bereits jetzt vorgenommen wurde.

Die Lösung, die dabei herauskommt, ist unabhängig von proprietären Ansätzen. Die Anwendungsentwicklung über Funktionsbausteine ermöglicht ein schnelles und effektives Erstellen und Anpassen der Steuerungssysteme an aktuelle Gegebenheiten.

Die obengenannten Faktoren ermöglichen einen weitaus flexibleren Einsatz von IEC 1131 in der industriellen Praxis als in der Vergangenheit. Der Standard wird in Zukunft eine noch zentralere Rolle beim Senken von Produktions- und Engineeringkosten spielen. Nicht zuletzt deshalb kam die renommierte amerikanische Automation Research Corporation bereits 1996 zu dem Schluß, daß der Marktanteil von IEC-Systemen von 34,8% im Jahre 1996 auf 63,2% im Jahr 2001 wachsen wird. So werden kurz nach der Jahrtausendwende praktisch zwei Drittel aller verkauften Soft-Logic-Programmiersysteme dieser Norm entsprechen.

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