Kleinsteuerungen in der Gebäudeautomation - ba … · Electric [3], Millenium von Crouzet [4] und...

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SCHALTEN & STEUERN 2 building & automation I Heft 1 – 2013 Der Start der Entwicklung der Kleinsteuerungen wurde durch die Logo des Unternehmens Siemens [1] markiert. Vom Hersteller als Logikmodul vermarktet, haben sich Kleinsteuerungen schnell von dem Vorurteil „nur für ein- fachste Anwendungen“ befreit. Die Easy-800-Serie des Unternehmens Eaton [2] mit dem 32-bit-Prozessor sowie dem Easy-Net zur kostengünstigen Vernetzung unter- schiedlicher Kleinsteuerungsansätze, wie dem Multifunk- tionsdisplay (MFD), hat den Ansatz der Kleinsteuerungen und die Anwendungen erweitert und die Begrenzungen aufgehoben. Möglichkeiten zur Vernetzung Die Vernetzungsmöglichkeiten der Kleinsteuerungen rich- teten sich anfangs vor allem an den Bedürfnissen Europas aus. So umfassten sie zunächst KNX, AS-i, CAN, Profibus DP und Devicenet. Mit den Steuerungen Zelio von Schneider Electric [3], Millenium von Crouzet [4] und Nanoline von Phoenix Contact [5] wurden Vernetzungen zwischen Klein- steuerungen, Automatisierungssystemen und HMI sowie PC auf Basis von Modbus angeboten. Diese Bussysteme können auf der Basis von RS-485 (Modbus RTU) oder Kleinsteuerungen in der Gebäudeautomation Kleinsteuerungen waren zu Beginn ihrer Entwicklung als einfacher Ersatz für Zeit- und Funktionsrelais von den Herstellern vorgesehen. Zwischenzeitlich bieten diese Geräte in der Vernetzungstechnik, den Program- miersprachen, den Kommunikationsmöglichkeiten, den Visualisierungswerkzeugen und dezentralen Ein-/Aus- gangserweiterungen richtungsweisende Lösungen, die selbst bei hochpreisigen Automatisierungssystemen noch vermisst werden. Ihre besonderen Vorteile und Möglichkeiten eignen sich für innovative Lösungen in der Gebäudeautomation. Ulrich Kanngießer

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2 building & automation I Heft 1 – 2013

Der Start der Entwicklung der Kleinsteuerungen wurde durch die Logo des Unternehmens Siemens [1] markiert. Vom Hersteller als Logikmodul vermarktet, haben sich Kleinsteuerungen schnell von dem Vorurteil „nur für ein-fachste Anwendungen“ befreit. Die Easy-800-Serie des Unternehmens Eaton [2] mit dem 32-bit-Prozessor sowie dem Easy-Net zur kostengünstigen Vernetzung unter-schiedlicher Kleinsteuerungsansätze, wie dem Multifunk-tionsdisplay (MFD), hat den Ansatz der Kleinsteuerungen und die Anwendungen erweitert und die Begrenzungen aufgehoben.

Möglichkeiten zur Vernetzung

Die Vernetzungsmöglichkeiten der Kleinsteuerungen rich-teten sich anfangs vor allem an den Bedürfnissen Europas aus. So umfassten sie zunächst KNX, AS-i, CAN, Profibus DP und Devicenet. Mit den Steuerungen Zelio von Schneider Electric [3], Millenium von Crouzet [4] und Nanoline von Phoenix Contact [5] wurden Vernetzungen zwischen Klein-steuerungen, Automatisierungssystemen und HMI sowie PC auf Basis von Modbus angeboten. Diese Bussysteme können auf der Basis von RS-485 (Modbus RTU) oder

Kleinsteuerungen in der Gebäudeautomation

Kleinsteuerungen waren zu Beginn ihrer Entwicklung als einfacher Ersatz für Zeit- und Funktionsrelais von den Herstellern vorgesehen. Zwischenzeitlich bieten diese Geräte in der Vernetzungstechnik, den Program-miersprachen, den Kommunikationsmöglichkeiten, den Visualisierungswerkzeugen und dezentralen Ein-/Aus-gangserweiterungen richtungsweisende Lösungen, die selbst bei hochpreisigen Automatisierungssystemen noch vermisst werden. Ihre besonderen Vorteile und Möglichkeiten eignen sich für innovative Lösungen in der Gebäudeautomation. Ulrich Kanngießer

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Modbus TCP/IP verwendet werden. Modbus hat eine hohe Verbreitung in Nord- und Südamerika, den Wachstums-märkten Asiens sowie in Südeuropa, wie auch Frankreich. Die langjährigen Erfahrungen mit diesem Bus und die gerin-ge Abhängig keit von speziellen Ressourcen (Hard- und Firmware) machen ihn in vielen Wachstumsregionen inte-ressant. Neben der Nutzung des Ethernet durch Modbus TCP/IP für Kleinsteuerungen bietet Siemens mit der Logo OBA7 nun eine Vernetzungsmöglichkeit für seine Logikmodule auf Basis einer integrierten Ethernet-Schnittstelle. Darüber können Logo-Logikmodule sowohl Daten untereinander austauschen als auch mit einem Bediengerät sowie mit ei-nem übergeordneten Automatisierungssystem. Diese Ethernet-Schnittstelle dient neben dem Datenaustausch auch zur Programmierung der einzelnen Logo-Geräte. Eaton bietet zur Vernetzung seiner Kleinsteue rungen das proprietäre Netzwerk Easy-Net an. Mit diesem lassen sich bis zu acht Kleinsteuerungen in den Varianten Easy 800, MFD oder Easy-Control zu einem dezentralen System ver-binden. Dabei wird es zum Datenaustausch, zu Diagnose-zwecken sowie zur Programmierung verwendet. Zum Aus-tausch via Ethernet muss ein Gateway herangezogen werden.

Visualisierung verbessert

Große Fortschritte wurden mittlerweile auch im Zusam-menhang mit der Visualisierung bei diesen Geräten ge-macht. So starteten die einzelnen Hersteller mit dem in die Kleinsteuerung inte grierten Display. Zur Bedienung wurden die Bedientasten der Kleinsteuerungen aktiviert und per Software abgefragt. Einen Fortschritt in Richtung „echter“ Visualisierungen brachte das MFD von Eaton. So ist mit diesem eine leistungsfähige Kleinsteuerung auf Basis eines Bediengeräts verfügbar, das über zahlreiche Visualisie-rungsobjekte verfügt, wie sie sonst nur in „echten“ Bedien-geräten zur Verfügung stehen.Für die Logo ist mit dem Logo TD ein Bediengerät vorhan-den, das sich hinsichtlich seiner Bedienerfreundlichkeit und Praxis tauglichkeit (Größe der Tasten usw.) auszeichnet.

Autor:

Dipl.-Ing. Ulrich Kanngießer ist freier Fachjournalist aus Lauf.

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Durch die verfügbaren Netzwerke, zum Beispiel Ethernet, können nun zahlreiche Bediengeräte in Kombination mit Kleinsteue rungen genutzt werden. Damit bieten sich um-fangreiche Möglichkeiten; die Kleinsteuerungen werden zu dezentralen Ein-/Ausgängen mit programmierbarer Logik.Für die Modbus-basierten Systeme, wie Zelio, Millenium und Nanoline, kommt jedes Bediengerät infrage, das über eine Master-Funktion für den Modbus verfügt. Dazu zählen beispielsweise Geräte der Unternehmen Pro-Face und Phoenix Contact. In der Easy-Welt bietet sich wiederum das Easy-Net zur Kommunika tion mit den leistungsfähigeren Visualisierungssystemen von Eaton an.

Bauform und IO-Erweiterungen

Kleinsteuerungen hatten immer unterschied liche Begren-zungen. Diese Begrenzungen lagen zunächst in der An-zahl der Bausteine, des Speichers oder des Befehlsvor-rats. Teilweise wurde die Entscheidung gegen den Einsatz einer Kleinsteuerung mit der zu geringen Anzahl der digi-talen und analogen Ein-/Ausgänge begründet. Mit der „ SmartWire-DT“-Entwicklung hat Eaton einen Weg aufge-zeigt, bei dem Kleinsteue rungen kontinuierlich digital und analog über die Grenzen einer Kleinsteuerung hinaus aus-gebaut werden können. Dazu sind einerseits die netzwerk-fähigen Aktoren und Sensoren der „SmartWire-DT“-Serie erhältlich, aber auch dezentrale, digitale und analoge Ein-/Ausgangsmodule des „SmartWire-DT“-Systems.Inzwischen sind mit der Nanoline und der Easy-802 bzw. 806 sowie dem MFD Geräte im Angebot, die über die Anfän-

ge hinaus gehen. Das hat in unterschied lichen Märkten und Anwendungsfeldern, wie in der Installationstechnik außer-halb Europas, dem Maschinenbau und der Verfahrenstech-nik, Vorteile.

Anwenderfreundliche Programmierung

Da die Funktionspläne der praktischen Anwendungen im-mer umfangreicher wurden, war es nur konsequent, die Möglichkeit anzubieten, Teile eines Funktions- oder Schalt-plans in Unterbausteinen zu strukturieren. Diese Technik boten zunächst die Alpha von Mitsubishi Electric [6], Zelio und Millenium sowie mit der Version 7 (OBA7) auch die Logo als UDF (User Defined Function). Damit werden nicht nur Strukturierungen geschaffen, sondern auch der Export fer-tiger und geprüfter Lösungen in andere, neue Projekte ermöglicht. Bausteinbeschreibungen, systematische Er-stellung und Prüfungen ermöglichen dann ein modernes Software-Engineering. Dabei wird jedoch immer noch der eingeschränkte Befehlsvorrat einer Kleinsteuerung ver-wendet. Der Schritt, dass auch der Anwender einer Klein-steuerung eigene Technologiebausteine in Basic, „C“ oder „Strukturiertem Text“ (ST) erstellen kann (wie Timer, Zähler, Regler des Herstellers), steht noch aus. Dieser wird die Kleinsteuerungen nochmals in der Verbreitung und Anwen-dung unterstützen.Zu Beginn der Entwicklung der Kleinsteuerungen dominier-te mit der Logo der Logik- bzw. Funktionsplan. Das Unter-nehmen Eaton folgte mit dem Kontaktplan und bot damit

In den Fällen, in denen nur ein Datenaustausch gefordert ist, die einzelne Steuerung jedoch aktiv steuern soll, bietet sich der Client/Server-Betrieb an

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eine Lösung, die dem Elektrohandwerk entgegen kam. Bei-de Beschreibungsmittel geben nicht direkt kausale, schritt-weise Funktionsabläufe wieder, sondern sind eher geeig-net, um Logik zu beschreiben und geben den Aufruf von Funktionsbausteinen wieder (Zeitfunktionen, Regler usw.) und die Verknüpfung der Variablen. In diesem Zusammen-hang sind auch die Begriffe „Logikmodul“ oder „Steuer-relais“ zu sehen. Die Steuergeräte Nanoline, Zelio und Mille-nium verfügen hingegen über die Möglichkeit, Abläufe direkt in Grafcet (SFC) oder PAP (Programm-Ablauf-Plan) darzustellen. Damit gehen diese Geräte in den Program-miermöglichkeiten über einige Automatisierungssysteme hinaus und der Begriff „Logikmodul“ wäre für diese Geräte nicht mehr angebracht.

Melden und Alarmieren per SMS

Kostengünstiges Melden und Alarmieren war stets ein An-liegen der Automatisierung. Mit der SMS-Technik war die ideale Basis zur Kommunikation mit Automatisierungs-systemen gegeben, die seit 1996 stetig in den unterschied-lichen Lösungsansätzen ausgebaut wird. Bei der Nanoline ist das gesamte Handling der SMS-Kommunikation in die Programmiersoftware integriert. Das entsprechende Zu-satzmodul beinhaltet auch das notwendige Funkmodem.Die Pharao-Steuerung von Theben hat eine zweite serielle Schnittstelle unterhalb der rechten Kunststoffabdeckung der Steuerung. Neben zahlreichen Kommunikationsmög-lichkeiten kann diese auch für SMS-Anwendungen genutzt werden. Dabei bleibt die Programmierschnittstelle frei, wo-durch die gesamte Inbetriebnahme vereinfacht wird. Das Versenden und der Empfang der SMS-Telegramme erfolgt durch fertige Funktionsbausteine.

Seit einigen Jahren bietet das Unternehmen Motron/Heß-dorf [7] ein Zusatzgerät für Kleinsteuerungen zum Daten-logging auf Basis des Modbus oder der Schnittstelle der Easy an. Dabei werden Daten der Kleinsteuerung auf einen USB-Stick oder eine SD-Karte geschrieben und können ebenso ausgelesen werden. Als Format dient das „csv“- Format, wie es die unterschiedlichsten Programme der PC-Welt verwen-den. Diesem Trend folgend, bietet auch die Logo OBA7 die Möglichkeit, Daten auf eine SD-Karte zu schreiben und spä-ter auf dem PC auszuwerten.Genaue Zeitsteuerungen benötigen häufig den Empfang und die Auswertung des DCF-77-Signals. Dazu wird ein Langwellensender empfangen, der die meisten funk-gesteuerten Uhren im westlichen Europa mit der genauen Uhrzeit versorgt. Die Auswertung ist in der Firmware der Pharao integriert und geschieht nach der Aktivierung in Konfiguration der Programmiersoftware über einen Ein-

Die Bauformen der Kleinsteuerungen werden verändert und erweitert

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gang der Steuerung, an den die Emp-fangsantenne angeschlossen wird. System-Bits ermöglichen die korrekte Erkennung und Auswertung der emp-fangenen Zeit sowie diese Zeit zu ver-arbeiten und Steuerungsfunktionen entsprechend der Aufgabenstellung auszulösen.

Spezielle Aufgaben

Kleinsteuerungen können auch für Spezialaufgaben genutzt werden, wenn ein Hersteller auf einem Ziel-markt über ein spezielles Know-how verfügt und Systeminge nieure für die Entwicklung spezieller Hardware sowie applikationsbezogenen Funk-tionsbausteinen zur Verfügung zur stehen. Diese Anwendung der Klein-steuerungen lässt sich an dem SUD 228 II von Theben erläutern.Das Gerät ist speziell angepasst auf die Erfordernisse zur Steuerung der Aufladezeit von Speicherheizgeräten, zum Beispiel Nachtspeicheröfen, mit einem Rundsteuerempfänger. Die Pa-rameter Außentemperatur und Auf- ladezeit sind einstellbar. Die Reak-tionen auf einen Netzausfall sind entsprechend in der Steuerung hin-terlegt.Für den Einstieg des Nachwuchses in die Welt der Automatisierung haben Kleinsteuerungen eine große Bedeu-

tung, da die Programmierebene mit integrierter Simulation von einigen Herstellern kostenlos im Internet her-untergeladen werden kann. Gleich-zeitig können nicht nur Kontaktplan und Logik-/Funktionsplan erlernt wer-den, sondern auch die Ablaufsprache (Grafcet bzw. SFC) und der Programm-ablaufplan (PAP). Gerade das kausale, ablauforientierte Denken sollte am Beginn eines jeden Schulungskon-zepts stehen. Zelio, Millenium und Nano line bieten dazu einen kosten-losen Ansatz.

Fazit

Es ist zu erwarten, dass weitere Inno-vationen der Klein steue rungen die Auto matisierung bereichern werden. Dies gilt sowohl für die Bausteintech-nik, zum Beispiel das Erstellen eigener Funktionsbausteine auf der Basis einer textbasierten Programmierspra-che, wie auch die Netzwerktechnik, die Visualisierungsmöglichkeiten, die Ethernet-Vernetzungen, kostengüns-tige SMS-Kommunikationsmittel und das Daten logging. Dabei kann es zu einer Verschmelzung der traditionellen Automatisierungssysteme, HMI und Logikmodule, Smart-PLC oder allge-mein Kleinsteuerungen kommen, wie es sich bereits abzeichnet und sinnvoll ist.

Literatur[1] Siemens AG, Division Industry

Automation, Nürnberg: www.automation.siemens.com

[2] Eaton Industries GmbH, Bonn: www.moeller.net

[3] Schneider Electric GmbH, Ratingen: www.schneider-electric.de

[4] Crouzet Automatismes, Hilden: www.crouzet.de

[5] Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg: www.phoenixcontact.de

[6] Mitsubishi Electric, Ratingen: www.mitsubishielectric.de

[7] Motron Steuerungssysteme GmbH, Heßdorf: www.morton.de

Die SUD 228 II von Theben wurde zur Steuerung von Speicherheizgeräten entwickelt