Neben klassischen Automatisierungssystemen kommen heute immer mehr PC-basierte Steuerungskonzepte zum Einsatz. Sobald außer der Steuerungsaufgabe zusätzlich PC-Aufgaben hinzukommen, wie z.B. für Rezepturverwaltung oder Archivierung, sind diese Systeme gefragt. Des Weiteren sind Messwert- und Bildverarbeitung Aufgaben, die mit PC-basierten Lösungen umgesetzt werden. Eigentlich ist die Slot-SPS ein Hybrid-Gewächs aus PC-basierter Steuerung und klassischer \“Embedded-Lösung\“. Während der Host der PC ist, werkeln auf den Einsteckkarten allerlei verschiedene Prozessoren. Der eigentliche SPS-Task läuft auf einer eigenen CPU, die in der Regel nicht aus der PC-Welt stammt. Der PC ist nur das Bedienerinterface für die Kartenprogrammierung und -bedienung. Die Schnittstelle ist der ISA oder PCI-Slot. Die Einsteckkarten benötigen im PC meist nur einen PCI-Steckplatz und laufen völlig autark vom Betriebssystem. Somit lassen Systemabstürze des PCs die Maschinen- oder Anlagensteuerung völlig unberührt und erlauben ein geordnetes Abschalten. Einige Produkte verfügen über einen integrierten Run-Taster, der den Start der Steuerung unabhängig vom PC ermöglicht. Die Steckkarte wird als aktiver Bestandteil in das Automatisierungskonzept integ-riert, wodurch sich zwei weitere Vorteile ergeben. Zum einen verringert sich der Verdrahtungsaufwand, und zum anderen wird der Platzbedarf reduziert. Da die Bedienungs- und Visualisierungssoftware und die SPS über eine gemeinsame Datenbasis verfügen, erfährt die Kommunikation zwischen PC und SPS eine entscheidende Vereinfachung. Datenremanenz Bei vielen Applikationen ist der Informationserhalt über einen Stromausfall hinweg sehr wichtig. Die remanenten Daten werden bei Spannungsverlust im Speicher gehalten und sorgen bei Wiederanlauf einer Maschine oder Anlage dafür, dass Rezepturen und Betriebsparameter nicht neu geladen werden müssen oder die Maschine nicht in den Grundzustand zurückgefahren werden muss. Bei der Slot-SPS gibt es die Möglichkeit, spezielle Hardware für den Spannungsausfall einzusetzen. So kann man die Anlage mit einem Warmstart wieder anlaufen lassen, ohne sie vorher in den Grundzustand zu fahren und alle Betriebswerte neu eingeben zu müssen. Für Anwendungen mit wichtigen remanenten Daten, die in kurzen Zyklen verändert werden, ist somit eine Slot-SPS die richtige Wahl. Viele der Produkte in unserer Marktübersicht besitzen als Speichermedium NVRAM (Non Volatile Random Access Memory, nicht flüchtiger RAM), das auch ohne Aufrechterhaltung der Energieversorgung die Information halten kann. Zur Erweiterung der Kapazität sind auch steckbare Flash-Karten im Angebot. Die Slot-SPSen bieten Standard-Kommunikationsschnittstellen zu gängigen Feldbussen wie AS-Interface, CANopen, DeviceNet, Interbus sowie Modbus usw. Einsatzgebiete Einige Slot-SPSen in unserer Marktübersicht finden neben den üblichen Applikationsfeldern wie der Fertigungsautomatisierung auch in der Antriebs- und Steuerungstechnik ihre Anwendung. Antriebssteuerungen auf PC-Basis erfreuen sich steigender Nachfrage. Der PC bietet dem Anwender heute die Plattform mit der idealen Flexibilität zur Integration in die verschiedensten Automatisierungsumgebungen. Die angebotenen PCI-Karten sind für die hochgenaue Steuerung von Bewegungsabläufen an CNC-, Werkzeug-, Sondermaschinen, Robotern, usw. bestimmt. Die PCI-Karten sind als komplette eigenständige Rechner mit eigenem Multitasking-Echtzeitbetriebssystem konzipiert, sodass sie Aufgaben völlig autonom abarbeiten können. Dazu befinden sich neben einem 64Bit-Risc-Prozessor der MIPS-5000-Familie alle notwendigen Komponenten wie SDRAM, Interrupt-Controller, Timer, usw. auf der Karte. Die schnellen CPUs sorgen nicht nur für kurze Befehlszykluszeiten, sondern verhelfen dem System zu den nötigen Leistungsreserven für umfangreiche Regelalgorithmen, Koordinatentransformationen, Werkzeugkorrekturen und erweiterte Interpolationsverfahren. Die Systeme sind für den rauen Industrieeinsatz konzipiert und laufen auch unter erschwerten EMV-Bedingungen zuverlässig, z.B. im Umfeld von Schweißrobotern. Eine mehrstufige Watch-Dog-Logik sorgt bei diesen Produkten für hohe Systemsicherheit. Echtzeitverhalten In der Praxis wird für bestimmte industrielle Anwendungen hartes Echtzeitverhalten verlangt. Hier müssen strenge Anforderungen hinsichtlich Zykluszeiten, Rechtzeitigkeit und Synchronisation eingehalten werden. Der größte Anteil der in unserer Marktübersicht befindlichen Hardware-Einsteckkarten besitzt ein firmeneigenes Echtzeitbetriebssystem. Diese Produkte können in Automatisierungsaufgaben zur Steuerung und Regelung von zeitkritischen technischen Prozessen eingesetzt werden. Die Einhaltung der Realzeitbedingungen ist hier ausschlaggebend. Um dies zu gewährleisten, besitzen die Echtzeitbetriebssysteme mehrere deterministische Mechanismen: einen Scheduler der preemptives Multitasking unterstützt, eine Taskverwaltung für die Koordination paralleler Tasks und die Kommunikation zwischen ihnen, und eine Interrupt-Behandlung zur Reaktion auf Ereignisse. Wichtig für den rauen Industrieeinsatz sind ferner robustes Verhalten im Fehlerfall und sicheres Herunterfahren, z.B. bei einem Not-Aus. Für komplexe Anwendungen mit einer Vielzahl von verschiedenen Tasks sollte eine ausreichende Anzahl von Prioritäten verfügbar sein. Wird das Echtzeitverhalten als entscheidendes Kriterium gewählt, ist die Slot-SPS mit Echtzeitbetriebssystem eine gute Lösung. Trends Die Entwicklung zeigt, dass Steuerungen auf PC-Karten im Bezug auf Sicherheit und Zeitverhalten kaum noch Wünsche offen lassen und ein schnelles Interface zwischen Steuerung und PC zur Verfügung stellen. Des Weiteren sind die meisten dieser Steuerungen durch externe Spannungsversorgungen komplett autark. Betrachtet man den wirtschaftlichen Aspekt, so ist der Einsatz der Hardware-Einsteckkarte nur dann sinnvoll, wenn schon ein PC vorhanden, und daher keine zusätzlichen Kosten entstehen und die Anforderungen der Applikation den Einsatz einer Soft-SPS verbieten. Die Geräte verfügen über standardisierte Schnittstellen, über die die externe Peripherie angeschlossen wird, und ihre Performance lässt sich flexibel auf die jeweilige Applikation anpassen. Die Produkte sind in vielen Anwendungsgebieten eine echte Alternative zu den herkömmlichen SPSen.
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