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Thema: Wirtschaftsinformatiker hat grundlegende Fragen zum Verständnis für SPS

  1. #1
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    Hallo,
    ich bin Student der Wirtschaftsinformatik und schreibe an einer längeren Abhandlung zum Thema Industrie 4.0. Ich möchte keine Diskussion
    zu dem Thema führen, ob Industrie 4.0 nun schon da ist oder noch kommt oder ein Papiertiger ist. Dazu gibt es hier ja schon
    einen interessanten Thread
    Um weiter in dem Thema schreiben zu können, benötige ich ein grundlegendes Verständnis von SPS-Systemen bzw. von der Steuerung solcher
    Systeme von außerhalb. Also ich möchte grob verstehen, wie ein Rechner oder beispielsweise ein internetfähiges Endgerät mit einem SPS-System kommunizieren kann.
    Weiterhin versuche ich auf dieser Grundlage dann die Arten der Kommunikation zu identifizieren, die am verbreitesten sind. Ich Danke jedem hier,
    der sich die Zeit nimmt und kurz auf meine Fragen eingeht. Ich habe die letzten 3 Tage bereits versucht mit Hilfe von Literatur einzuarbeiten. Aber die Literatur behandelt nie
    das grundlegende Verständnis, sondern setzt schon ein gewisses Vorwissen voraus.
    Meine Fragen:

    1. Eine SPS bildet im Prinzip digital die früheren analogen Schaltkonzepte ab. Was früher mit Drähten realisiert wurde, erfolgt nun (seit 1979) digital in Form von SPS. Es gibt dann noch den Unterschied zwischen Hard/Soft SPS, die aber für mich wohl nicht wichtig ist. Eine SPS wird dann an einem Client-Rechner programmiert bzw. wohl auch von einem ggf. gesteuert. Soweit korrekt?
    2. Wie erfolgt die Kommunikation zwischen Rechnern und SPS-Systemen?
    Wenn ich das richtig sehe, gibt es als physikalische Schnittstellen oft serielle Schnittstellen wie RS232,RS485, RS487 und inzwischen laut Wikipedia auch Ethernet.
    Hier nehme ich dann beispielsweise einfach ein entsprechendes Kabel zur Verbindung des SPS-System und des Rechners. Welche Rolle spielen hier Feldbussysteme?
    3. Als Feldbussysteme gibt es sehr viele. Sehr verbreitet ist in Europa wohl PROFIBUS mit mehr als 43 Millionen Geräten. Nehme ich also beispielsweise
    RS487 und als Bussystem PROFIBUS und schon können meine Geräte kommunizieren ohne Probleme?
    4. Falls die Geräte nach Frage 3 schon kommunizieren können: wozu gibt es dann die Herstellerprotokolle wie Simatic S7-200 von Siemens beispielsweise?
    5. Feldbussysteme verstehe ich momentan so, dass ein Feldbusprotokoll nur für die Anbindung von Sensorik an die SPS dient(http://www.itwissen.info/definition/...-fieldbus.html). Oder können diese Feldbusprotokolle auch die Kommunikation zwischen SPS und meinem Endgerät regeln?

    Wie ihr seht, bin ich unwissend. Ich hatte im Rahmen meines Studiums sehr wenig mit Bussystemen zu tun (bin halt Wirtschaftsinformatiker).
    Mir würden ein oder 2 Sätze reichen, wo man sagt, dass beispielsweise RS487 nur die Stecker sind, die Bussysteme nur den physikalischen Standard darstellen (bzw. für die Übertragung der eletrischen Signale zustädnsig sind) und das die Herstellerprotokolle noch eine Ebene über den Bussystemen von der Logik her arbeiten.
    Danke für jede Hilfe!
    Geändert von Suedlicht (20.08.2015 um 13:38 Uhr)
    Zitieren Zitieren Wirtschaftsinformatiker hat grundlegende Fragen zum Verständnis für SPS  

  2. #2
    Suedlicht ist offline Neuer Benutzer
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    Ich glaube, ich habe die Antworten. Grundsätzlich kommen immer nur Bussysteme zur Kommunikation zum Einsatz. Als Standard dann halt Profibus in Europa vornehmlich. Hersteller eigene Protokolle gibt es dann, weil der Funktionsumfang, etc. der Bussysteme nicht ausreicht.
    Geändert von Suedlicht (20.08.2015 um 15:32 Uhr)

  3. #3
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    Zitat Zitat von Suedlicht Beitrag anzeigen
    1. Eine SPS bildet im Prinzip digital die früheren analogen Schaltkonzepte ab. Was früher mit Drähten realisiert wurde, erfolgt nun (seit 1979) digital in Form von SPS. Es gibt dann noch den Unterschied zwischen Hard/Soft SPS, die aber für mich wohl nicht wichtig ist. Eine SPS wird dann an einem Client-Rechner programmiert bzw. wohl auch von einem ggf. gesteuert. Soweit korrekt?
    Früher waren es Relais, mit denen die Logik abgebildet
    wurde, dann Transistoren und jetzt programmierbare
    Elektronik. Das "Programmiergerät" ist überlicherweise
    ein PC mit Software vom SPS-Hersteller.

    Zitat Zitat von Suedlicht Beitrag anzeigen

    2. Wie erfolgt die Kommunikation zwischen Rechnern und SPS-Systemen?
    Wenn ich das richtig sehe, gibt es als physikalische Schnittstellen oft serielle Schnittstellen wie RS232,RS485, RS487 und inzwischen laut Wikipedia auch Ethernet.
    Hier nehme ich dann beispielsweise einfach ein entsprechendes Kabel zur Verbindung des SPS-System und des Rechners. Welche Rolle spielen hier Feldbussysteme?
    Die physikalische Basis der "Programmierleitung" ist üblicher-
    weise seriell RS232 und 485 oder Ethernet.

    Teilweise lässt sich auch über die Feldbusphysik programmieren,
    beispielsweise MPI bei Siemens, aber das sind eigene Protokolle.

    Die Anforderungen sind auch andere: Beim Programmieren werden
    auch mal größere Datenmengen übertragen, beim Feldbus geht
    es um die Anbindung dezentraler Peripherie: weniger Daten von
    der Menge her, aber kontinuierlich und zeitkritisch.

    Zitat Zitat von Suedlicht Beitrag anzeigen
    3. Als Feldbussysteme gibt es sehr viele. Sehr verbreitet ist in Europa wohl PROFIBUS mit mehr als 43 Millionen Geräten. Nehme ich also beispielsweise
    RS487 und als Bussystem PROFIBUS und schon können meine Geräte kommunizieren ohne Probleme?
    RS487 sagt mit nichts. Aber das interessiert wenig, man nimmt Profibus-Geräte und Profibus-Leitungen. Profibus basiert auf RS485.

    Zitat Zitat von Suedlicht Beitrag anzeigen
    4. Falls die Geräte nach Frage 3 schon kommunizieren können: wozu gibt es dann die Herstellerprotokolle wie Simatic S7-200 von Siemens beispielsweise?
    S7-200 ist kein Protokoll, sondern eine (abgekündigte) Kleinsteuerung von Siemens.

    Zitat Zitat von Suedlicht Beitrag anzeigen

    5. Feldbussysteme verstehe ich momentan so, dass ein Feldbusprotokoll nur für die Anbindung von Sensorik an die SPS dient(http://www.itwissen.info/definition/...-fieldbus.html). Oder können diese Feldbusprotokolle auch die Kommunikation zwischen SPS und meinem Endgerät regeln?
    Am besten betrachtet man Feldbusse unter dem Aspekt der dezentralen Peripherie:

    https://de.wikipedia.org/wiki/Dezentrale_Peripherie

    Wenn Sie in Ihr Endgerät (was auch immer das ist) eine
    Profibusschnittstelle einbauen, dann ja.
    Beste Grüße Gerhard Bäurle
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    Die Signatur ist den allgemeinen Sparmaßnahmen zum Opfer gefallen.

  4. #4
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    Ich mache mal hinter Gerhard weiter und bringe auch noch etwas dazu ...

    Zitat Zitat von Suedlicht Beitrag anzeigen
    1. Eine SPS bildet im Prinzip digital die früheren analogen Schaltkonzepte ab. Was früher mit Drähten realisiert wurde, erfolgt nun (seit 1979) digital in Form von SPS. Es gibt dann noch den Unterschied zwischen Hard/Soft SPS, die aber für mich wohl nicht wichtig ist. Eine SPS wird dann an einem Client-Rechner programmiert bzw. wohl auch von einem ggf. gesteuert. Soweit korrekt?
    Im Grunde hat Gerhard schon alles geschrieben - außer vielleicht die Sache mit "wird davon gesteuert". Das wäre dann die Bedienebene der Maschine/Anlage. Diese erfolgt üblicherweise nicht über das Programmiergerät sondern über Bedienpulte oder Visualisierungen oder beides zusammen.


    Zitat Zitat von Suedlicht Beitrag anzeigen
    2. Wie erfolgt die Kommunikation zwischen Rechnern und SPS-Systemen?
    Wenn ich das richtig sehe, gibt es als physikalische Schnittstellen oft serielle Schnittstellen wie RS232,RS485, RS487 und inzwischen laut Wikipedia auch Ethernet.
    Hier nehme ich dann beispielsweise einfach ein entsprechendes Kabel zur Verbindung des SPS-System und des Rechners. Welche Rolle spielen hier Feldbussysteme?
    Von RS 487 habe ich auch noch nichts gehört (tut aber auch nichts wirklich zur Sache).
    Für die Kommunikation Rechner (hier i.d.R. Visualisierung) und Maschine gibt es herstellerspezifische UND steuerungs-spezifische Protokolle (normalerweise die Beschreibung der Datenkommunikation). Da findest du natürlich (wie schon gesagt) alle gängigen Schnittstellen - heute aber zumeißt EtherNet. Das Feldbussystem ist hier normalerweise höchstens als Leitungsmedium (weil z.B. physikalisch EtherNet) der Träger. Diese Kommunikation selbst sollte aber sinnigerweise nicht über den Feldbus selbst erfolgen (also dessen Protokoll).

    Zitat Zitat von Suedlicht Beitrag anzeigen
    3. Als Feldbussysteme gibt es sehr viele. Sehr verbreitet ist in Europa wohl PROFIBUS mit mehr als 43 Millionen Geräten. Nehme ich also beispielsweise
    RS487 und als Bussystem PROFIBUS und schon können meine Geräte kommunizieren ohne Probleme?
    Ich würde sagen, dass das eher historisch ist.
    Heute würde ich sagen, dass der Standard eher ProfiNet (in der Siemens-Welt) bzw. EtherCat (in der Beckhoff / Codesys - Welt) ist. Zumindestens in unseren Breiten- und Längengraden.
    Außerhalb Europas sieht das dann wieder ganz schnell anders aus - andere Steuerungs-Hersteller haben dann da auch wieder so ihre favourisierten Dinge (z.B. CAN u.v.m.).

    Zitat Zitat von Suedlicht Beitrag anzeigen
    5. Feldbussysteme verstehe ich momentan so, dass ein Feldbusprotokoll nur für die Anbindung von Sensorik an die SPS dient(http://www.itwissen.info/definition/...-fieldbus.html). Oder können diese Feldbusprotokolle auch die Kommunikation zwischen SPS und meinem Endgerät regeln?
    Wie schon geschrieben - Feldbus für die Anbindung von Sensorik und Aktorik (hier aber auch hochkomplizierte Antriebsregler und Roboter) und die andere Kommunikation am Besten davon unabhängig.

    Gruß
    Larry

  5. #5
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    1. Eine SPS bildet im Prinzip digital die früheren analogen Schaltkonzepte ab. Was früher mit Drähten realisiert wurde, erfolgt nun (seit 1979) digital in Form von SPS. Es gibt dann noch den Unterschied zwischen Hard/Soft SPS, die aber für mich wohl nicht wichtig ist. Eine SPS wird dann an einem Client-Rechner programmiert bzw. wohl auch von einem ggf. gesteuert. Soweit korrekt?

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    Mit einem Programmiergerät wird die Applikation, also das Anwenderprogramm erstellt. Früher gab es dafür spezielle Geräte, heute sind ganz normale Windows-Rechner üblich, auf denen auch alle anderen Windowsprogramme laufen.
    Das Anwenderprogramm wird auf dem Programmiergerät compiliert und dann in die SPS geladen.
    Die SPS ist somit ohne das Programmiergerät lauffähig.
    Das Programmiergerät wird an die SPS gekoppelt über:
    - Ethernet
    - USB
    - herstellerspezifische Schnittstellen

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    2. Wie erfolgt die Kommunikation zwischen Rechnern und SPS-Systemen?
    Wenn ich das richtig sehe, gibt es als physikalische Schnittstellen oft serielle Schnittstellen wie RS232,RS485, RS487 und inzwischen laut Wikipedia auch Ethernet.
    Hier nehme ich dann beispielsweise einfach ein entsprechendes Kabel zur Verbindung des SPS-System und des Rechners. Welche Rolle spielen hier Feldbussysteme?

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    Für die Kommunikation gibt es viele Möglichkeiten der Verbindung und auch viele Möglichkeiten der Protokolle.
    Die Industrie-4.0-Politik sieht ja hier vor allem die Vernetzung mit Unternehmensnetzwerk und Internet vor - also muss hier auch von Ethernet oder WLAN die Rede sein. Und als Protokoll TCP/IP.

    Die SPS muss aber auch mit Feldgeräten, also den Sensoren und den Aktoren kommunizieren.
    Diese sind entweder klassisch verkabelt oder über einen Feldbus.

    Die Industrie-4.0-Politik und die Internet-der-Dinge-Politki sieht aber auch vor, dass möglichst viele Sensordaten in das Netzwerk eingespeist werden sollten, um aus diesen Daten einen Mehrwert zu ziehen.
    Aktoren sollen ebenfalls aus dem Netz gesteuert werden, ggf. über irgendwo im Netz oder in der Cloud befindliche Systeme.

    Also, und da kannst du jetzt philosophisch abhandeln, wie die Sensoren/Aktoren an das große Netz kommen.
    Zum Beispiel über eine SPS oder über Gateways? Oder Sensoren/Aktoren mit dierekter Netzwerkschnittstelle? Oder, oder, oder.... Alles möglich und gibt es auch.
    ---

    3. Als Feldbussysteme gibt es sehr viele. Sehr verbreitet ist in Europa wohl PROFIBUS mit mehr als 43 Millionen Geräten. Nehme ich also beispielsweise
    RS487 und als Bussystem PROFIBUS und schon können meine Geräte kommunizieren ohne Probleme?

    ---
    Ja Profibus ist in Europa sehr verbreitet. Aber es gibt tatsächlich sehr viele Feldbussysteme.
    RS487 ist mir unbekannt, RS485 ist gängig. RS485 beschreibt die Schnittstelle. Das Profibusprotokoll basiert auf RS485.
    Allein in der Gebäudeleittechnik gibt es EIB, ENOCEAN, BACNET, KNX, DALI, ...
    Gerade Gebäudeleittechnik ist ja prädistiniert für www-Applikationen.
    Da es so viele Bussysteme bereits gibt, haben schon manche Hersteller sich zusammengeschlossen und eine Foundation gegründet. In dieser wurde dann der ultimative Feldbus entwicklet und veröffentlicht, mit dem Ziel, dass man ab jetzt nur noch einen Feldbus benötigt. Und schwupps, war das nächste System auf dem Markt....

    Die Geräte können miteinander kommunizieren. Dafür muss man aber eben fachgerecht programmieren/parametrieren naja und eben auch die Hardware instellieren. Ohne Probleme? Nein, ist halt mit Arbeit verbunden. Es ist also nicht nur zu klären, wie die alle miteinander kopmmunizieren sollen, sondern auch was sie miteinader kommunizieren sollen. Und nicht etwa glauben alle Geräte kennen sich! Nein, die Steuerng kennt die Geräte!
    ---

    4. Falls die Geräte nach Frage 3 schon kommunizieren können: wozu gibt es dann die Herstellerprotokolle wie Simatic S7-200 von Siemens beispielsweise?

    ---
    Ist wohl oben schon reichlich gesagt.
    ---

    5. Feldbussysteme verstehe ich momentan so, dass ein Feldbusprotokoll nur für die Anbindung von Sensorik an die SPS dient(http://www.itwissen.info/definition/...-fieldbus.html). Oder können diese Feldbusprotokolle auch die Kommunikation zwischen SPS und meinem Endgerät regeln?

    ---
    Was soll ich unter Endgerät verstehen? Die Aktoren? Ja Aktoren (Ventile, Motoren, ...) lassen sich auch mit Bussystemen, wie z.B. Profibus ansteuern.
    Da vielfach Sensoren/Aktoren aber doch eher einen klassischen elektrischen Anschluss haben, werden dies auch häufig an Ein-/Ausgangsmodule von Steuerungen verbunden. Diese Module können in sogenannten Remote-I/O-Stations zusammengefasst werden und können sich in der Naähe der Sensoren/Aktoren befinden. Ein Feldbus führt dann die Remote-I/O-Stations zur CPU der SPS.
    ---


    Wie ihr seht, bin ich unwissend. Ich hatte im Rahmen meines Studiums sehr wenig mit Bussystemen zu tun (bin halt Wirtschaftsinformatiker).
    Mir würden ein oder 2 Sätze reichen, wo man sagt, dass beispielsweise RS487 nur die Stecker sind, die Bussysteme nur den physikalischen Standard darstellen (bzw. für die Übertragung der eletrischen Signale zustädnsig sind) und das die Herstellerprotokolle noch eine Ebene über den Bussystemen von der Logik her arbeiten.
    Danke für jede Hilfe![/QUOTE]

    Na dann mal viel Erfolg!

    Inerax

  6. #6
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    Hallo zusammen,
    ich danke für die Antworten! Jetzt verstehe ich es denke ich. Ich habe aus euren Antworten einmal eine Zusammenfassung für mich abgeleitet wie ich es verstanden habe:

    "Früher war es so, dass in Maschinen die Logik zuerst in Relais hinterlegt war.
    Danach kamen die Transistoren und seit 1979 wird die Logik in programmierbarer Elektronik, also SPS abgebildet.

    Das Programm für eine SPS wird mittels Software auf einem (Windows-)PC programmiert,
    compiliert und über eine (Programmier-)Schnittstelle (seriell RS232/RS485, Ethernet, USB) auf die SPS übertragen.

    Über eine weitere Schnittstelle erfolgt die Steuerung der Anlage bzw. die Visualisierung von Daten aus der Anlage.

    Die SPS selbst steuert sämtliche Sensoren (beispielsweise Wärmesensor) und Aktoren (Motoren oder auch Roboter)
    mit Hilfe eines Feldbussystems. Dieses folgt dem Prinzip der dezentralen Peripherie. Hierbei werden nicht mehr wie
    früher die Sensoren und Aktoren direkt mit der CPU „verkabelt“, sondern es werden Ein- und Ausgabemodule in der
    Nähe der Sensoren und Aktoren „aufgebaut“. Somit ist der Weg der Verkabelung der Sensoren und Aktoren kürzer.
    Die Ein- und Ausgabemodule werden nun mittels eines Bussystems (Profibus, Profinet IO)
    an die SPS bzw. an einen Controller angebunden."

    Da ja die Frage nach meinem Endgerät aufkam: ich hatte ja bereits geschrieben, dass es um Industrie 4.0 und ein internetfähiges Endgerät geht.
    Meine "Abhandlung" beschäftigt sich mit der ersten Ausbaustufe der Industrie 4.0. D.h., dass Anlagen, welche noch über keine Fähigkeit zur Verbindung ins Internet haben,
    internetfähig gemacht werden mittels eines Gateways. An dieses Gateway werden dann eine oder mehrere Anlagen angeschlossen. Dieses Gateway kommuniziert mit einem Portal.
    Dieses Portal soll dann Sensordaten von den Maschinen darstellen und auch die Maschinen steuern können. Im Prinzip gibt es sowas schon seit ein paar
    Jahren durch verschiedene Anbieter wie Tixi.com oder MB Connect Line GmbH (ist ja auch im Board vertreten). Die Websites habe ich mir auch schon
    alle entsprechend angesehen, aber es sind halt nur Produktbeschreibungen, die mich bei meiner Abhandlung nicht auf technischer Ebene weiterbringen
    Ich schreibe in die Abhandlung dann einfach, dass das Gateway die entsprechenden marktüblichen Protokolle (Profinet, EtherCat, etc.) unterstützen muss,
    um die Anlage über den Controller steuern zu können

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