USB-zu-Seriell-Kabel für die SPS-Programmierung: Was Ingenieure wissen müssen

Die neuesten Laptop-Modelle verfügen nicht mehr über einen COM-Anschluss. Für einen Ingenieur, der in einer Produktionshalle eine ältere SPS programmieren muss, ist diese fehlende Schnittstelle Alltag, und die einzige praktikable Lösung ist ein USB-zu-Seriell-Kabel.

Der Leitfaden hilft Ihnen dabei, herauszufinden, welche USB-zu-Seriell-Kabel mit welchen SPSen kompatibel sind, warum Treiber häufiger ausfallen als Hardware und wie Sie diese vor dem Kauf testen können, um sicherzustellen, dass die Arbeit beim ersten Besuch erledigt wird.

Warum ältere SPSen immer noch ein USB-zu-Seriell-Kabel benötigen

Betritt man die meisten Produktionsanlagen, die vor 2015 errichtet wurden, stößt man weiterhin auf Siemens S7-200-Steuerungen, die die Produktionslinien steuern. Verpackungsmaschinen werden von Mitsubishi FX2N-Einheiten geregelt. Fördersysteme, die von Omron C200H-SPSen gesteuert werden, sind aufgrund ihrer extremen Zuverlässigkeit über einen Zeitraum von fünfzehn Jahren weiterhin in Betrieb, weshalb niemand sie ersetzen möchte.

Der Austauschzyklus für SPS-Steuerungen in industriellen Umgebungen ist bewusst langsam. Die Steuerung wird nicht einfach ausgetauscht, nur weil ein neueres Modell verfügbar ist. Ein Austausch erfolgt nur bei Ausfall, wenn keine Ersatzteile verfügbar sind oder wenn aus anderen Gründen ohnehin eine komplette Anlagenmodernisierung durchgeführt wird.

Diese älteren SPSen verfügen entweder über RS232- oder RS485-Programmierschnittstellen. Die einzige Möglichkeit, einen modernen Laptop mit einer solchen Anlage zu verbinden, besteht darin, ein USB-zu-Seriell-Kabel zu verwenden. Dieses Kabel wandelt einen USB-Anschluss in einen virtuellen COM-Port um, der von der Programmiersoftware erkannt wird. Der erste Schritt für eine korrekte Verbindung ist die genaue Ermittlung der Schnittstelle jeder einzelnen SPS.

Das passende USB-zu-Seriell-Kabel für Ihre SPS auswählen

Hier treten die meisten Kauffehler auf. Elektrische Normen und die physische Form des Steckers sind unterschiedliche Aspekte und stimmen nicht unbedingt mit den Angaben auf dem Typenschild überein.

Siemens S7-Serie

Die S7-200 ist in der Praxis häufig die Ursache für Fehler bei der Kabelauswahl. Der Programmieranschluss ist ein DB9-Buchsenstecker, der die gleiche Form wie ein herkömmlicher RS232-Anschluss älterer Computer hat. Ingenieure, die an die Verwendung von RS232-Geräten gewöhnt sind, gehen fälschlicherweise davon aus, dass sie ein USB-zu-RS232-Kabel benötigen. Der Programmieranschluss der S7-200 ist jedoch RS485. Ein USB-zu-RS232-Kabel beschädigt die SPS zwar nicht, ermöglicht aber auch keine Kommunikation.

Zur Programmierung von S7-200 und S7-200 SMART benötigen Sie ein USB-zu-RS485-Kabel. Die zugehörige Software ist STEP 7 Micro/WIN für das ursprüngliche Modell S7-200 und STEP 7 Micro/WIN SMART für die SMART-Serie.

Die Modelle S7-300 und S7-400 verwenden MPI- oder PROFIBUS-Ports, die auf der RS485-Schnittstelle arbeiten, jedoch mit dem Siemens-spezifischen MPI-Protokoll. Ein universelles USB-zu-RS485-Kabel reicht hierfür nicht aus, da diese Modelle einen speziellen USB-MPI-Adapter benötigen. Die Kommunikation der Modelle S7-1200 und S7-1500 erfolgt über Ethernet und benötigt kein serielles Kabel.

Mitsubishi FX- und Q-Serie

Bei den älteren Mitsubishi FX-Modellen wird häufig unachtsam mit der Auswahl eines USB-zu-Seriell-Kabels für die SPS-Programmierung umgegangen. Die Serien FX1S, FX1N und FX2N verwenden RS422 über einen 8-poligen Mini-DIN-Stecker. RS422 ist elektrisch inkompatibel mit RS232 und RS485. Die Kommunikation mit diesen Modellen ist daher unabhängig von der gewählten Konfiguration weder über ein USB-zu-RS232- noch über ein USB-zu-RS485-Kabel möglich.

Die Modelle FX1S, FX1N und FX2N benötigen entweder das originale Mitsubishi SC-09-Kabel oder ein direkt passendes USB-zu-RS422-Kabel mit korrekter Mini-DIN-8-Pin-Belegung. Die Software GX Developer ist kompatibel.

Die Modelle FX3U, FX3G und FX3S verwenden USB Mini-B für den direkten Anschluss an einen Laptop und benötigen kein serielles Kabel mehr. Ältere Modelle der Q-Serie arbeiten mit RS232 über den DB9-Stecker mit einem Standard-USB-zu-RS232-Kabel und GX Works2.

Omron CP-, CJ- und Legacy-Serie

Die aktuellen Omron-Controller der CP- und CJ-Serie (CP1E, CP1H, CP1L, CJ2M und CJ2H) verwenden den Standard-USB-B-Anschluss. Diese Modelle benötigen kein USB-zu-Seriell-Kabel.

Das USB-zu-Seriell-Kabel ist auch für ältere Geräte der Omron-Serie nützlich. Die Serien C200H und C200HE verfügen über eine RS232-Schnittstelle mit DB9-Stecker und benötigen ein USB-zu-RS232-Kabel. Das Modell CQM1 besitzt eine 5-polige DIN-RS232-Schnittstelle und benötigt ebenfalls ein USB-zu-RS232-Kabel mit dem passenden Adapter. Sobald der COM-Port korrekt konfiguriert ist, unterstützt der CX-Programmer beide Generationen.

Andere gängige Plattformen

Die Controller der Delta DVP-Serie – DVP-SS2, DVP-SE und DVP-SV2 – werden über eine DB9-Stecker-RS232-Verbindung betrieben. WPLSoft und ISPSoft funktionieren beide mit einem Standard-USB-zu-RS232-Kabel, sofern der COM-Port korrekt eingestellt ist.

Die aktuellen Schneider Electric Modicon M221 und M241 verwenden beide USB Mini-B. Die älteren TSX Micro- und Nano-Serien verfügen über RS232, daher benötigen Sie ein USB-zu-RS232-Kabel und den passenden Programmieradapter.

Treiberinstallation: Hier beginnen die meisten Probleme mit USB-zu-Seriell-Kabeln

Bei Verwendung des richtigen Kabeltyps treten Fehler in der Praxis meist aufgrund mangelnder Treiberkompatibilität auf. Die Ursache liegt in den meisten Fällen in einem der folgenden drei Punkte: einem falschen Chip im Kabel, einer falschen COM-Port-Nummer, die von der Software nicht erkannt wird, oder einer falschen Baudrate.

FTDI, CH340 und CP2102: Warum der Chip so wichtig ist

Jedes USB-zu-Seriell-Kabel wird mit einem von drei Konverterchips hergestellt. Das Verhalten eines Treibers und seine Leistung mit industrieller Programmiersoftware hängen vom verwendeten Chip ab.

Windows 8 und höher, die meisten Linux-Distributionen und macOS verfügen über vorinstallierte Treiber für FTDI FT232RL und FT232H, die keine manuelle Installation erfordern. FTDI-Geräte sind selten inkompatibel mit STEP 7 Micro/WIN, GX Works2 und CX-Programmer. Bei Außeneinsätzen und Produktionsstillstand bietet FTDI das geringste Risiko.

Die Chips CH340 und CH341 sind in kostengünstigen USB-zu-Seriell-Kabeln weit verbreitet und erfordern unter Windows 10 und 11 meist eine manuelle Treiberinstallation. Berichten zufolge verursachen einige CH340-basierte Kabel zeitweise Probleme mit der COM-Port-Erkennung in STEP 7 Micro/WIN und älteren Versionen von GX Developer. Sie eignen sich für den Büroeinsatz, sind aber bei wenig Zeit im Außeneinsatz riskant.

Die CP2102 und CP2104 von Silicon Labs stellen eine Zwischenlösung dar. Windows 10 und 11 installieren die CP210x-Treiber in der Regel automatisch. Sie sind relativ zuverlässig bei der Programmierung von SPSen, aber bei älteren Softwareversionen nicht so weit verbreitet wie FTDI-Treiber.

Einstellen des COM-Ports in der Programmiersoftware

Nach der Treiberinstallation rufen Sie den Geräte-Manager auf und notieren Sie sich die Portnummer, die das Gerät verwendet, bevor Sie die Programmiersoftware öffnen. Sie finden diese unter: Geräte-Manager > Anschlüsse (COM und LPT) > USB-Seriell-Anschluss (COMx).

In diesem Schritt von Micro/WIN: Kommunikation -> PG/PC-Schnittstelle einstellen -> PC/PPI-Kabel (PPI) -> Eigenschaften -> COM-Portnummer auswählen, die übereinstimmt -> Baudrate auf 9600 einstellen.

Unter GX Works2: Projekt -> Verbindungsziel -> Direkt gekoppelte Einstellung -> Seriell -> passenden COM-Port auswählen -> Baudrate 9600.

In CX-Programmer: PLC Work Online Serial geben Sie den COM-Port ein und wählen Sie Toolbus oder Host Link, je nach Omron-Modell.

Falls die Software die SPS trotz korrekter Portauswahl nicht findet, überprüfen Sie zunächst die Baudrate. Der Programmieranschluss der S7-200 und der Mitsubishi FX hat standardmäßig eine Baudrate von 9600. Eine falsche Baudrate ist neben einem ungeeigneten Kabeltyp die zweithäufigste Ursache für Verbindungsfehler.

Konflikte bei der COM-Portnummer

Sowohl Windows 10 als auch 11 weisen COM-Port-Nummern abhängig von der USB-Port-Historie zu. Dasselbe USB-zu-Seriell-Kabel kann auf einem Rechner als COM3, auf einem anderen jedoch als COM11 erkannt werden. Ältere Versionen von STEP 7 und GX Developer erkennen nur COM1-4. Diese Programme erkennen ein Kabel, das COM7 oder höher zugewiesen ist, selbst mit installiertem Treiber nicht.

Die Schritte sind wie folgt: Geräte-Manager -> Rechtsklick auf USB-Seriell-Anschluss -> Eigenschaften -> Anschlusseinstellungen -> Erweitert -> COM-Portnummer zwischen COM1 und COM4 auswählen -> OK.

Falls die Zielnummer ausgegraut ist, ist das andere Gerät zugeordnet. Wählen Sie „Ansicht“ → „Ausgeblendete Geräte ausblenden“, löschen Sie die inaktiven COM-Port-Einträge und ordnen Sie sie neu zu.

Dreistufige Diagnose für „COM-Port nicht gefunden“-Fehler:

Das Kabel wird unter „Unbekannte Geräte“ angezeigt → Treiber nicht korrekt installiert

COM-Nummern über COM4 → in den erweiterten Einstellungen neu zuweisen

SPS reagiert nicht nach korrekter Portwahl → Baudrate prüfen, mit 9600 beginnen

Worauf Sie beim Kauf achten sollten

Industriequalität vs. Verbraucherqualität

USB-zu-Seriell-Kabel, die im Elektronikfachhandel erhältlich sind, können am Schreibtisch verwendet werden. Elektrische Störungen, die von Motorantrieben, Frequenzumrichtern und Schaltnetzteilen in Fabrikhallen erzeugt werden, führen zu Bedingungen, für die Kabel für Endverbraucher nicht ausgelegt sind.

Die optische Trennung ist die wichtigste Voraussetzung. Das optisch isolierte USB-zu-Seriell-Kabel unterbricht die elektrische Verbindung zwischen Laptop und SPS. Daten passieren die Isolationsgrenze, Fehlerströme jedoch nicht. Ohne Isolation kann ein Erdschluss auf der SPS-Seite den USB-Anschluss des Laptops beschädigen – ein im Außendienst beobachteter, kein theoretischer Fehlerfall.

Optische Isolation kann optional in Laboren oder Büros eingesetzt werden. Sie ist die richtige Wahl für jede Anwendung in der Produktionshalle oder in Umgebungen mit Frequenzumrichtern.

Kabellänge und Verarbeitungsqualität

Bei der typischen Verwendung eines USB-zu-Seriell-Kabels – beispielsweise zum Anschluss eines Laptops an einen SPS-Programmieranschluss an einer Schaltschranktür – reichen 3 bis 5 Meter Kabellänge für nahezu alle Anwendungsfälle aus. Ab 5 Metern verschlechtert sich die RS232-Signalqualität in elektrisch störungsreichen Umgebungen mit zunehmender Entfernung deutlich schneller. Das Kabel des Feldkits sollte daher kurz gehalten werden.

Checkliste vor dem Kauf

Bevor Sie ein USB-zu-Seriell-Kabel für die SPS-Programmierung bestellen, vergewissern Sie sich Folgendes:

• Elektrischer Standard – RS232, RS485 oder RS422, nicht nur die Steckerform
• Physikalischer Anschluss – DB9, DB25, Mini-DIN 8-polig oder Klemmenblock
• Software-COM-Portbereich – STEP 7 Classic und GX Developer benötigen COM1–COM4
• Chipauswahl – FTDI für Außendienst, CH340 für Bürogebrauch geeignet
• Optische Isolation – erforderlich für Fabrikhallen und Schaltschrankinstallationen
• Kabellänge – 5 Meter oder weniger für den Einsatz mit tragbaren Feldkits

Abschluss

Die Wahl des richtigen USB-zu-Seriell-Kabels für die SPS-Programmierung hängt von verschiedenen Faktoren ab. Die S7-200 benötigt RS485 anstelle von RS232. Die FX2N benötigt RS422 mit einem 8-poligen Mini-DIN-Stecker. In einer laufenden Produktionsumgebung verursacht ein FTDI-Chip weniger Treiberprobleme als ein CH340. In jedem industriellen Einsatz rechtfertigt ein optisch isoliertes Kabel den Preisunterschied.

Wenn wir diese Punkte vor unserem ersten Vor-Ort-Besuch richtig in den Griff bekommen, dann werden wir eine ganze Fehlerkategorie ausschließen, die absolut nichts mit der SPS-Programmierung zu tun hat, sondern alles mit dem Kabel in der Tasche.

Autor

Franck Yan
Gründer | Farsince Connectivity Solutions

Franck Yan ist der Gründer von Farsince und verfügt über mehr als 13 Jahre Erfahrung in der Kabel- und Verbindungsindustrie. Er arbeitet eng mit globalen Kunden an Lösungen für Rechenzentren, Industrieanlagen und Netzwerke zusammen.