SPS- und SCADA-Programmierung

Was wir für die Linie des Kunden tun

Wir schreiben Steuerprogramme für Industriesteuerungen und SCADA-Systeme, die bereits installierte Anlagen des Auftraggebers steuern: Förderbänder, Pressen, Dosierer, Pumpengruppen und Öfen. Die Maschinen und Antriebe selbst schneiden, pressen und bewegen das Produkt physisch, während unser Verantwortungsbereich die Logik ihrer Arbeit, der Datenaustausch und die Visualisierung an den Bedienpulten ist. Im Rahmen der Leistung analysieren wir das verfahrenstechnische Schema der Linie, beschreiben Ein- und Ausgänge der Steuerung, programmieren Start- und Stoppsequenzen, Verriegelungen und die Störungsverarbeitung. Gesondert erstellen wir ein SCADA-Projekt: Anlagenbilder, Trends, Ereignis- und Alarmprotokolle, Zugriffsrechte der Bediener. Am Ende erhält der Auftraggeber ein funktionierendes, in seine SPS geladenes Programm und ein eingerichtetes Leitsystem – und keine neue Hardware.

Wie das Zusammenspiel von SPS und SCADA funktioniert

Eine speicherprogrammierbare Steuerung fragt zyklisch die Sensoren ab, durchläuft die Steuerlogik und gibt innerhalb von Millisekunden Befehle an die Stellglieder aus. Dieser Zyklus wiederholt sich fortlaufend, weshalb die Reaktion auf das Auslösen eines Endschalters oder eines Drucksensors deterministisch und vorhersagbar ist. SCADA steht eine Ebene höher: Sie holt die Daten aus den Steuerungen über Industrieprotokolle wie Modbus, Profinet oder OPC UA und zeigt dem Bediener den Zustand der Linie in Echtzeit. Die SPS-Programmierung ist für schnelle Entscheidungen vor Ort zuständig, SCADA für Beobachtung, Archivierung und manuellen Eingriff dort, wo das zulässig ist. Wir konzipieren beide Teile so, dass die Steuerung die Kontrolle über die Linie auch bei Verlust der Verbindung zur oberen Ebene behält.

Woher die Industriesteuerungen stammen

Die erste speicherprogrammierbare Steuerung erschien 1969: Das Team von Dick Morley im Ingenieurbüro Bedford Associates fertigte das Gerät im Auftrag der Abteilung General Motors Hydramatic, die 1968 einen Ersatz für die Schränke der Relaisautomatik suchte. Das Projekt erhielt die Bezeichnung 084, weil es die vierundachtzigste Entwicklung des Unternehmens war, und die Steuerung selbst nannte man Modicon – kurz für modular digital controller. Die erste Charge erhielt General Motors im November 1969, und das ersetzte fest verdrahtete Relaisschaltungen durch umprogrammierbare Logik. Eine Relaisschalttafel musste man bei einer Änderung des Prozesses physisch umlöten, während es bei der Steuerung genügt, sie umzuprogrammieren. Mit diesem Gerät begann die gesamte Branche, in der auch wir arbeiten und Programme für Steuerungen an den laufenden Linien der Auftraggeber vorbereiten.

Warum Software und Einrichtung kritisch sind

Eine Steuerung ist für sich genommen neutral: Ein und dieselbe SPS kann eine Linie korrekt führen oder in eine Störung treiben – alles entscheidet die hinterlegte Logik. Ein Fehler in der Verriegelungsbedingung bedeutet, dass die Presse bei geöffnetem Schutz nach unten fährt, und ein übersehenes Störungsszenario lässt eine Pumpe trocken laufen. Deshalb arbeiten wir nicht nur den Normalzyklus aus, sondern auch das Verhalten bei Sensorausfall, Verbindungsabbruch, Betätigung des Not-Aus-Pilzes und Spannungseinbruch. Die Genauigkeit der Einstellung von Timern, Sollwerten und der Abschaltreihenfolge der Mechanismen wirkt sich unmittelbar auf Ausschuss, Verschleiß der Anlage des Auftraggebers und die Sicherheit des Personals aus. Physisch schneidet und presst die Anlage des Kunden, aber wann und unter welchen Bedingungen das geschieht, bestimmt gerade das Steuerprogramm.

Unser Stack und unsere Sprachen

Das Basiswerkzeug für Steuerungen eines breiten Herstellerkreises ist Codesys, eine Umgebung nach dem Standard IEC 61131-3, in der wir sowohl anschauliche Relaislogik als auch strukturierten Code schreiben. Für Anlagen von Siemens arbeiten wir im TIA Portal, das die Programmierung der SPS-Serien S7, die Netzwerkkonfiguration und die Entwicklung der Bedienpanels in einem Projekt vereint. Ladder Logic, also die Sprache der Kontaktpläne, setzen wir für Verriegelungen und diskrete Logik ein, wo das visuelle Schema den Elektrikern und Inbetriebnehmern des Auftraggebers näher ist. Structured Text, eine pascalähnliche Textsprache, nehmen wir für Berechnungen, die Verarbeitung von Arrays, Rezepturen und Algorithmen, die in Relaisform unhandlich wären. Die Sprachwahl diktiert die Aufgabe: Ein Teil des Programms bleibt der Wartbarkeit zuliebe in Relaisform, ein Teil wird der Kompaktheit und Rechenkontrolle zuliebe als Text geschrieben.

Wann die Sprachen und Standards entstanden

Der einheitliche Branchenstandard für die Programmiersprachen von Steuerungen – IEC 61131-3 – wurde erstmals im Dezember 1993 veröffentlicht und 2013 groß überarbeitet; gerade er verankerte Kontaktpläne und strukturierten Text als Teil eines gemeinsamen Sets. Die Umgebung Codesys reicht bis 1994 zurück, als Dieter Hess und Manfred Werner das Unternehmen 3S-Smart Software Solutions gründeten und die erste Version nach diesem Standard herausbrachten. Siemens stellte das TIA Portal später vor, im November 2010, und fasste zuvor verstreute Pakete für Steuerungen und Panels zu einer einheitlichen Engineering-Umgebung zusammen. Die Sprachen der Relaislogik selbst gehen auf elektrische Relaisschaltungen noch aus der Zeit vor den Steuerungen zurück, und die Textsprachen kamen später mit der Standardisierung hinzu. Wir halten Werkzeuge unterschiedlicher Baujahre im Einsatz, weil bei den Auftraggebern sowohl jüngere als auch ältere Anlagengenerationen vorkommen.

Warum Sie die Aufgabe uns geben können

Die gesammelte IT-Erfahrung unseres Entwicklungsteams übersteigt 45 Jahre, und wir gehen Steuerprogramme als technisches System an, nicht als Sammlung verstreuter Schaltpläne. Vor dem scharfen Start prüfen wir die Logik in der Simulation und an Steuerungs-Emulatoren, fahren Störungsszenarien und Inbetriebnahmemodi durch, damit die Linie des Auftraggebers nicht zum Prüfstand wird. Wir dokumentieren Ein- und Ausgänge sowie die Verriegelungslogik so, dass die Inbetriebnehmer und der Service des Auftraggebers das Projekt ohne uns nachvollziehen können. Die SPS-Programmierung und die SCADA-Einrichtung übergeben wir mit einer Beschreibung von Sollwerten, Alarmen und der Handlungsabfolge des Bedieners, nicht als verschlossene Box. Produktionskapazitäten und Anlagen bleiben beim Kunden – wir sorgen dafür, dass seine Maschinen nach einer ausgereiften und vorhersagbaren Logik arbeiten.