In Maschinen:PC vs. SPS – Vergleich von Steuerungsoptionen

T in den 1970er Jahren wurden SPS oder speicherprogrammierbare Steuerungen eingeführt , die die Art und Weise, wie Automatisierung in industriellen Umgebungen erreicht wird, für immer verändern würde. Bekannt für seine Robustheit d Design und skalierbarer Implementierung wurde die SPS von allen großen Herstellern adaptiert und ist bis heute der Standard für die industrielle Automatisierung. Allen-Bradley, Omron, Siemens, AEG usw. wurden führend bei SPS Fertigung, und schon bald hatten die Steuerungen die Verarbeitungsfähigkeit eines Computers, während sie rauen Industriebedingungen standhielten.

Erst in den 1990er Jahren begann das erneute Interesse an Personal Computern an Boden zu gewinnen. Der Hauptgrund war die Erhöhung der Prozessorgeschwindigkeit, die Reduzierung der Größe und ein Abwärtstrend bei den Kosten. Die Industrie begann auch, PCs in ihre Anlagen zu integrieren, da sie ein Maß an Überwachungssteuerung über andere Maschinen, einschließlich SPS, boten.

Heutzutage haben jedoch sowohl SPS als auch PCs ähnliche Funktionen entwickelt, was es für Steuerungsingenieure ziemlich schwierig gemacht hat, sich für das zu verwendende Produkt zu entscheiden. Werfen wir einen Blick auf die Kernfunktionalitäten dieser beiden Produkte.

SPS wurden als schlankere, schlankere, hochflexible und robuste Alternative zu Relaistafeln und Schaltkästen konzipiert. Ihm wurden in der Regel bestimmte Aufgaben zugewiesen, die vorprogrammiert und dann ausgeführt wurden. Kundenspezifische Anpassungen waren jedoch ein weiterer Faktor, den SPS bieten mussten, daher wurde für alle Programmieraktivitäten eine einzigartige Sprache und Struktur ausgewählt. Bekannt als „Leiterlogik“ , ermöglichte dies eine schnelle Anpassung des Codes an die jeweilige Situation. Darüber hinaus mussten SPSen auch die Hauptlast von elektromagnetischen Strahlungen, Vibrationen und Verschmutzungen aushalten. Im Laufe der Zeit mussten SPSen auch mit der Entwicklung von Technologien Schritt halten. Bald Ethernet-Verbindungen, PID-Prozesssteuerungen und integrierte Sicherheit wurden Teil von SPSen und erweiterten ihre lange Liste von Funktionen.

PCs entwickelten schließlich Funktionen, die sie in Bezug auf die Funktionalität mit SPSen in Einklang brachten. Darüber hinaus behielten sie ihre Robustheit sowie die Anpassungsfähigkeit aufgrund der Verfügbarkeit von Kartensteckplätzen und Anschlüssen. Die Rechenleistung von PCs war oft größer als die von SPSen, da sie einen Echtzeitkern enthielten, der es ihnen ermöglichte, zeitkritische Aufgaben auszuführen und Steueralgorithmen zu implementieren.

Das Endziel ist eine robuste, effiziente und zuverlässige Kontrolle über Industrieanlagen , und daher muss jeder einzelne Ausweis von SPS und PC direkt gegenübergestellt werden, um ein besseres Verständnis und eine logische Schlussfolgerung zu erzielen.

Betrieb

Standard-SPS sind in ein Echtzeitbetriebssystem eingebettet, das einen dedizierten Prozessor verwendet, um ein hohes Maß an Zuverlässigkeit während des Steuerungsbetriebs zu gewährleisten. Das Betriebssystem einer SPS ist speziell für die Ausführung von Aufgaben im Zusammenhang mit der Steuerung konzipiert, und daher sind keine Dienstprogramme wie Antivirenprogramme oder Registry Cleaner erforderlich. Dies erhöht effektiv den Verarbeitungsdurchsatz des Systems und stellt sicher, dass mehr Verarbeitungszyklen zur Überwachung entscheidender Parameter verwendet werden.

PCs sind auch mit einem Echtzeit-Kernel und einem zugehörigen Betriebssystem ausgestattet, wodurch sie in Bezug auf die Verarbeitungsfähigkeiten gegen SPS antreten. Die Zuverlässigkeit von PCs war beunruhigt, da frühere Erfahrungen mit Systemabstürzen recht häufig waren. Diese Einschränkung wurde jedoch bald mit einfacheren Betriebssystemen beseitigt, die speziell für den Einsatz in der Industrie entwickelt wurden.

Daher sind SPS und PC derzeit bedienungstechnisch auf dem gleichen Stand.

Hardwareintegration

Die industriellen Anforderungen von heute entsprechen nicht mehr den Anforderungen von vor 20 Jahren. Sowohl SPS als auch PCs müssen eine Vielzahl von Geräten zur Kommunikation, Überwachung und Steuerung steuern und sollten daher über ausreichende Erweiterungsmöglichkeiten verfügen. Zu den bekannten industriellen Kommunikationsprotokollen gehören Profbus, CANbus, Modbus, EtherCAT, EtherNET/IP usw.

Obwohl sowohl die SPS als auch der PC diese Feldbusoptionen anbieten, sind alle diese Funktionen standardmäßig in die SPS integriert. Im Gegensatz dazu benötigt ein PC möglicherweise eine Erweiterungskarte, um ein bestimmtes Protokoll zu unterstützen. Aber die größere Anzahl an Erweiterungssteckplätzen in PCs bedeutet, dass eine größere Individualisierung möglich ist und eine Vielzahl von Schnittstellen für den Betrieb genutzt werden können.

Dadurch sind PCs SPSen voraus, wenn es darum geht, Aufgaben wie erweiterte hochauflösende Bildgebung oder andere mit mehreren unerwarteten Verarbeitungsanforderungen zu bewältigen. Wenn außerdem speicherintensive Aufgaben mit einer SPS erledigt werden sollen, müsste eine zusätzliche Industrie-SPS installiert werden, um mit den dynamischen Parametern und Verbindungen Schritt zu halten.

Sicherheit

Cyber-Spionage hat aufgrund der zunehmenden Konnektivität zwischen Geräten schon immer zugenommen. Industrielle Sicherheit ist von größter Bedeutung, um eine kontinuierliche Betriebszeit und maximale Produktivität zu gewährleisten. Es gibt zwei grundlegende Dimensionen der Sicherheit, um die sich eine SPS/ein PC kümmern sollte:

• Blockieren des unbefugten Zugriffs vor externen Angriffen
• Beschränkung des Benutzerzugriffs gemäß seinen Rechten/Zuweisung

Traditionell wurde angenommen, dass SPS gegen Malware-Angriffe immun sind, und das stimmt bis zu einem gewissen Grad. SPS haben ein dediziertes Betriebssystem und eine eingeschränkte Funktionalität, wodurch sie im Vergleich zu PCs einem geringeren Angriffsrisiko ausgesetzt sind. Neuere Episoden wie die mit „Stuxnet“, einer Malware, die auf die SPS von Siemens abzielt, haben jedoch den Ruf der SPS als immun gegen Viren beschädigt. Dennoch sind die aufgezeichneten Fälle solcher Angriffe äußerst begrenzt. Im Vergleich dazu sind PCs extrem anfällig für Malware-Angriffe und erfordern erstklassigen Virenschutz und Überwachung.

Programmierung

Die Programmierumgebung und -sprache ist entscheidend für die Erzielung optimaler Effizienz, egal ob von einer SPS oder einem PC. Einer der Hauptunterschiede zwischen einer SPS und einem PC ist die Art und Weise, wie Programme entwickelt und ausgeführt werden. Eine SPS folgt in der Regel einer scanbasierten Programmausführung, während PC-Software in der Regel ereignisgesteuert ist. Die unterschiedlichen Ausführungsstile führen wiederum zu unterschiedlichen Programmierphilosophien.

SPS werden mit Sprachen programmiert, die in der Norm IEC 61131-3 spezifiziert sind , d. h. Leiterlogik oder proprietäre Anbietersprache. Im Vergleich dazu verwenden PC-basierte Programme Sprachen wie C/C++/.NET. Keine Sprache kann besser als die andere bezeichnet werden, da sie ausschließlich von der Erfahrung des Programmierers abhängt. Aber aufgrund des zunehmenden Trends zu PC-basierten Lösungen und Kursen ist es wahrscheinlicher, dass Programmierer C/C++/.NET flexibler finden als Ladder Logic.

Kostendiskussionen

Dies ist vielleicht das letzte Thema, das diskutiert wird, aber es ist eines der wichtigsten. Die Automatisierungs- und Steuerungsprobleme von heute sind mehrdimensional und können auf mehr als eine Weise gelöst werden. Sowohl PC-basierte als auch SPS-basierte Lösungen sind für einige Anwendungen geeignet, die größte Einschränkung, die sich als nachteilig erweist, sind jedoch die mit diesen Lösungen verbundenen Kosten.

• Leistung vs. Kosten

Die Anschaffungskosten einer PC-basierten Lösung können höher sein als bei einer SPS-Lösung, aber immer dann, wenn anspruchsvolle Berechnungen und komplexe Netzwerklasten verarbeitet werden müssen, ist ein PC-basiertes Programm teurer -Wirksam. Im Vergleich dazu mögen PLCs anfangs billig sein, aber mit zunehmender Rechenleistung folgen ihre Kosten einem exponentiellen Trend.

• Erweiterbarkeit vs. Kosten

PCs sind teurer als SPSen, wenn keine externen Peripheriegeräte hinzugefügt werden müssen, da SPSen normalerweise industrielle Standardgeräte unterstützen. Wenn jedoch eine Lösung eine Fülle externer Steuerungen erfordert, ist eine PC-basierte Lösung viel besser geeignet als eine SPS-basierte.

• Robustheit vs. Kosten

PLCs benötigen keine übermäßige Schutzausrüstung, um ihre Robustheit und Abschirmung zu erhöhen. Im Vergleich dazu kann ein PC erhebliche Investitionen erfordern, um ihn vor rauen Umgebungseinflüssen zu schützen, damit eine maximale Betriebszeit garantiert werden kann.

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