SPS – Sind sie das Richtige für Ihre Branche?

Speicherprogrammierbare Steuerungen oder häufiger SPS sind digitale Computer verwendet, um bestimmte Aufgaben oder Prozesse für eine Vielzahl von Anwendungen zu automatisieren. Sie können Maschinen an Fließbändern, Achterbahnen in Vergnügungsparks oder Leuchten steuern. Heutzutage wächst die Nachfrage nach Industrieautomation für Produktionsanlagen weltweit. Die Automatisierung wird zu einem zentralen Aspekt in der Fertigung, da Anlagen mit geringen Gewinnmargen konfrontiert sind und immer noch mit Just-in-Time-Fertigungsmethoden arbeiten. Unternehmen wissen, dass sie, um diese Prozesse zu erfüllen, die Kundennachfrage erfüllen und gleichzeitig zu niedrigeren Kosten, Massenproduktion, Anpassungsfähigkeit und Flexibilität arbeiten müssen. Das Hauptziel dieses Artikels besteht darin, Einrichtungen zu helfen, die Vorteile des Wechsels von groben manuellen Produktionslinien zur Automatisierung bestimmter Aufgaben mit SPS zu verstehen.

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Speicherprogrammierbare Steuerung entwirrt

SPSen sind zu einem herausragenden Aspekt der industriellen Automatisierung geworden und dienen oft als Bindeglied zwischen Maschine und Mensch. Als universelle Steuerungen können SPS so programmiert werden, dass sie eine Vielzahl von Aufgaben ausführen, von pneumatischen Operationen bis hin zu mathematischen Berechnungen. Mit der Rechenleistung, Datenspeicherung und Kommunikationsfähigkeit moderner Computer bieten SPS eine ganz andere Ebene der Anwendungssteuerung. SPS wurden entwickelt, um einen zuverlässigen Betrieb in einigen der schwierigsten Situationen zu gewährleisten, z. B. bei hohen Temperaturen, elektrischem Rauschen, Stößen und Vibrationen.

SPS interagieren durch direkte Verbindung mit Ein- und Ausgabegeräten. Signale von Sensoren, Schaltern und anderen Steuergeräten liefern externe physikalische Daten über den Umgebungsbetrieb der SPS. SPS wurden mithilfe von Kontaktplanlogik entwickelt, aber moderne SPSen sind nicht nur auf Kontaktplanlogik beschränkt, und SPS-Ausgänge liefern Feedback, um die bestmögliche Entscheidung zum Ändern des Prozesses oder der Umgebung zu treffen.

Vorteil von SPS

• Flexibilität
• Eine einzige SPS kann problemlos mehrere Maschinentypen steuern.
• Fehler korrigieren:
• Vor PLCs mussten Relaisfelder physisch verändert werden, um ein neues Schaltungsdesign zu erreichen. Bei SPS kann eine Änderung des Schaltungsdesigns einfach durch einfaches Umprogrammieren der Steuerung geändert werden. Die Korrektur von Fehlern in Controllern ist extrem kurz und kostengünstig.
• Weltraumeffizienz:
• Mit dem Wachstum der SPS-Speicherentwicklung hat sich die Möglichkeit, Kontakte, Spulen, Timer, Sequenzer und Zähler auf einem einzigen Controller zu verwenden, stark erhöht. Tausende von Instrumenten können an einen einzigen Controller angeschlossen werden. Dies reduziert den Bedarf an mehreren verschiedenen Panel-Boxen für mehrere Systeme.
• Niedrige Kosten:
• Die SPS-Kosten variieren zwischen einigen Hundert und einigen Tausend. Die Reduzierung der Anzahl externer Komponenten für den Betrieb eines einzelnen Systems durch den Kauf einer einzelnen SPS kann Geld für Direkt- und Installationskosten sparen.
• Testen:
• SPS können in einem sicheren Labor getestet und bewertet werden. Das Programm kann getestet, validiert und korrigiert werden, was sehr wertvolle Zeit spart.

Die SPS-Implementierung bietet zahlreiche Leistungsvorteile, wie z. B. reduzierte Hardwareanforderungen, höhere Effizienz und weniger Produktabfall. Moderne SPS sind hochgradig anpassbar und können für individuelle Steuerungsanwendungen entwickelt werden, während die Nutzung der Produktionsfläche erheblich reduziert wird.

Mit eingebauten Controllern erleichtern SPSen die Installation, da sie weniger Platz benötigen. Außerdem verbessern SPS-Anzeigen die Bedienerinteraktion, was zu einer Steigerung der Produktionseffizienz führt.

Wartung und Fehlersuche, Reparaturen werden durch steckbare Komponenten und Austausch von Modulen reduziert. Die Wahrscheinlichkeit von SPS-Fehlern und der Zeitaufwand für die Fehlerbeseitigung werden erheblich reduziert, wodurch die Neuverdrahtung von Relaisfeldern und Zubehörkomponenten vollständig entfällt. Darüber hinaus können Fehlererkennungsschaltkreise und die Integration von Diagnoseanzeigen in die Hauptkomponenten überwachen, ob die Komponenten richtig funktionieren.

Funktionsweise von SPS

Eine speicherprogrammierbare Steuerung ist ein spezieller Computer, der Maschinen und Prozesse steuert. Es hat daher eine gemeinsame Basis mit PCs wie Zentraleinheit, Speicher, Software und Kommunikation. Im Gegensatz zu PCs ist die SPS für den Einsatz in raueren Industrieumgebungen ausgelegt und sehr flexibel in der Anbindung von Ein- und Ausgängen.

SPS haben normalerweise die folgenden Komponenten:

• Netzteil und Rack
• Zentraleinheit
• Eingabe-/Ausgabesystem

SPS gibt es in vielen verschiedenen Formen und Größen. Einige passen in Ihre Tasche, während größere Steuerungssysteme große SPS-Racks erfordern.

• Netzteil und Rack
• Das Rack hält alles zusammen. Es kann so ausgelegt werden, dass es mehrere Module aufnehmen kann. Es enthält die Karten, um mit der CPU zu kommunizieren. Das Netzteil regelt die Gleichstromversorgung jedes Moduls im Rack.
• CPU
• Dies ist das Gehirn hinter der SPS. Die CPU befindet sich normalerweise hinter dem Netzteil. Die CPU besteht aus einem Mikroprozessor, einem Speicherchip und anderen Logikschaltungen zur Überwachung und Kommunikation. Hier wird das Logikprogramm implementiert und führt das Programm aus und bedient den Prozess.
• Eingabe-/Ausgabesystem
• Hier treffen sich die physikalischen Verbindungen zwischen Gerät und SPS. Bei den I/O-Karten für die Geräteanschlüsse wird eine Klemmleiste verwendet.

Das Ein-/Ausgabesystem arbeitet im Tandem mit der CPU. Wo die Eingabegeräte die von den Überwachungskomponenten empfangenen Daten aufzeichnen und messen und Informationen für die CPU bereitstellen, um zu bestimmen, was die Maschine oder der Prozess damit tun soll. Das Ausgabesystem leitet die Ausführung des Programms von der CPU an die arbeitenden Maschinen und Prozesse weiter. Normalerweise führt die SPS eine einzige Ausführungsart für eine bestimmte Aufgabe oder einen bestimmten Prozess aus. Dadurch kann das System die Aufgabe basierend auf den Feedback-Sensoren der SPS automatisieren.

Welche Branchen verwenden SPS

Da SPS-Design und -Entwicklung jedes Jahr neue Höhen erreichen, wachsen die potenziellen industriellen Anwendungen weiter. Hier sind einige der Branchen, die SPS verwenden, und deren Anwendungen.

Snack-Food-Industrie

• Ofensteuerungssysteme
• Batch-Systeme
• Herdsysteme
• Extrusions- und Schneidsysteme
• Mischung und Verteilung der Aufschlämmung

Materialförderung

• Materialhandhabung
• Antriebe und Systeme mit variabler Geschwindigkeit
• Motor Control Center-Systeme
• Ventilsequenzsteuerungssysteme
• Kontrolle der Gegenmaßnahmen bei angeschlossener Leitung

Bauprodukte

• Ofensteuerungssysteme
• Schneidkontrollsysteme
• Umformsysteme
• Mischen und Verteilen von Gips

Pharmazeutika

• Autoklaven-Steuerungssysteme
• Flaschenverschließer
• Validierungsberichte
• F&E-Betrieb
• Waschen der Fläschchen
• Beschriftung der Fläschchen

Stahlindustrie

• Maschinensteuerung
• Ofensteuerungssysteme

Verpackung und Etikettierung

• Materialpositionierung
• Inventarkontrollsysteme
• Produktfördersysteme

Die richtigen SPS für Ihre Branche?

1. Werden SPS für Ihre Fertigung benötigt?

Seine grundlegenden, aber verständlichen Anwendungsanforderungen helfen dabei, festzustellen, ob SPS am besten für Ihr Automatisierungssystem geeignet sind. Typische Anwendungen in der Fabrikautomation, für die SPS entwickelt wurden, umfassen die Herstellung/Montage bestimmter Artikel. Diese Anwendungen beinhalten eine oder mehrere Maschinen und eine große Menge an Materialbewegungen. Typischerweise werden diese Arten von Prozessen von einem Bediener überwacht, der den Fortschritt durch die Fertigungslinie überwacht. Diese Prozesse sind hochgradig logisch und erfordern Hochgeschwindigkeitsanforderungen. Dies wird oft durch eine Kombination aus SPS und Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) gesteuert.

2. Produktwert versus Ausfallkosten

Wenn der Produktwert relativ gering ist und/oder Ausfallzeiten zu Produktionsausfällen führen, jedoch mit geringen zusätzlichen Kosten oder Schäden am Prozess, ist die SPS eine gute Wahl. Für die bedarfsgesteuerte Produktherstellung, bei der die Fertigung nicht kontinuierlich ist, die einem Unternehmen ordnungsgemäße Abschaltungen für Wartung, Fehlerbehebung oder Upgrades erlaubt, die sich nur geringfügig auf die Produktion auswirken, schreit die SPS-Anwendung.

3. Was braucht ein erfolgreicher Betreiber?

Typischerweise behandelt der Operator in einer SPS-Umgebung hauptsächlich Ausnahmen. Statusinformationen und Alarmmeldungen helfen dem Bediener, sich über die Vorgänge im Prozess im Klaren zu sein. Dies ist wesentlich für die Definition von „Lights Out Manufacturing“. Wenn ein Bediener nur zur Überwachung benötigt wird, ist ein SPS-System möglicherweise das Richtige für Sie.

4. Was ist die gewünschte Fertigungsleistung?

SPS wurden für Hochgeschwindigkeitsanwendungen entwickelt, die hohe Abtastraten erfordern, einschließlich Bewegungssteuerung, Hochgeschwindigkeitsverriegelung oder Steuerung von Motoren und Antrieben. Schnelle Abtastraten sind erforderlich, um diese Geräte vollständig steuern zu können. Das macht sie ideal für den On-Demand-Produktmarkt.

5. Besteht Anpassungsbedarf?

SPS wurden als der anpassbare König konzipiert. Die Entwicklung kundenspezifischer Routinen und Funktionen ist erforderlich, um einzigartige Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Ein Systemintegrator kann heute von einem Fertigungsmaschinentyp wechseln und morgen in einem komplett anderen System einsetzen. Dies ist die Leistungsfähigkeit speicherprogrammierbarer Steuerungen und ihre Fähigkeit, durch Umschreiben des Codes von einer Anwendung zur anderen zu wechseln.

6. Erwartungen an die Technik?

Ingenieure für die industrielle Automatisierung von Fabriken wünschen sich anpassbare Plattformen, auf denen einzelne Komponenten umprogrammiert werden können, um die gewünschte Aufgabe zu erfüllen. Integratoren und Ingenieure bauen die SPS aus und beginnen mit der Programmierung basierend auf ihren Anforderungen. Die von SPS bereitgestellten Tools unterstützen in der Regel einen „Bottom-Up“-Ansatz beim Engineering, was bei kleineren Anwendungen Wunder bewirkt.

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The After Math

SPS haben sich in der Automatisierungsindustrie mit ihrer Hochgeschwindigkeitsproduktionsrate und Systemflexibilität ihre Berechtigung verdient. Es gibt sie schon lange, aber sie entwickeln sich immer noch zu einem Elektrowerkzeug für jede industrielle Anwendung. Nächste Woche werden wir darauf eingehen, wie Sie eine SPS für Ihre Anwendung richtig auswählen und die SPS-Dokumentation verstehen.

Würde eine SPS Ihrer Einrichtung helfen? Teilen Sie uns in den Kommentaren unten mit, was Sie automatisieren möchten.

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