SPS für Antriebe in der Industrie

Antriebe mit variabler Geschwindigkeit haben eine Reihe industrieller Anwendungen mit präziser und intelligenter Bewegungssteuerung ausgestattet. Das verarbeitende Gewerbe allein auf Maschinen angewiesen, die Materialien rotieren und fördern, Flüssigkeiten pumpen, Luft mit Ventilatoren kühlen oder erhitzen, fertige Produkte verpacken und stapeln – und das in einem weitestgehend automatisierten Verbund von verketteten Abläufen.

Um in diesem Umfeld so zu funktionieren, sind Antriebe vollständig auf die steuernde, koordinierende Macht angewiesen der SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) . Da es sich jedoch keineswegs um eine neue Technologie handelt – die ersten Modelle wurden vor ziemlich genau 50 Jahren hergestellt – stellt sich zwangsläufig die Frage:Was macht die SPS so tauglich?

SPS wurden entwickelt, um die Leistung des Computers durch die festverdrahteten Reihen von Leistungsrelais zu ersetzen, die früher zur Steuerung von Fabrikmaschinen verwendet wurden. Die Schwierigkeiten bei der Wartung und Fehlerbehebung dieser alten elektromechanischen Nervenzentren waren Legion:Riesige Gehäuse boten dem Techniker Wände aus Relais, Timern, Zählern, Sicherungen und Anschlüssen inmitten von Schwaden kreuz und quer verlaufender Punkt-zu-Punkt-Verkabelung. Das Ersetzen einer ausgefallenen Spule oder eines verschlissenen Kontakts war Herausforderung genug; Eine Änderung des Zwecks des Systems selbst könnte einen umfassenden Umbau nach sich ziehen.

Es war unvermeidlich, dass die Ankunft des Mikrochips diese Kuriositätenkabinette in die Annalen der Technikgeschichte schwemmen würde. Beide Odo Struger (1931-1998) , in den 1960er Jahren Forschungsingenieur bei Allen-Bradley, und Dick Morley (1932–2017) , die 1968 auf einen Ideenaufruf von General Motors reagierten, wurden als Väter der SPS bezeichnet. Sie sahen beide, dass die Abfolge von Ereignissen, die Relaissysteme ausführen, um Maschinen zu steuern, in die Form eines Computerprogramms übersetzt – und miniaturisiert – werden könnte .

Also ein Computer. Aber die SPS ist ein sehr spezifischer Computertyp; es wurde als solches konzipiert und ist es bis heute geblieben. Aber auf welche Weise?

Warum SPS statt, sagen wir, PC?

Die vielleicht naheliegendste Antwort – wenn man es sich ansieht – ist, dass eine SPS körperlich robust ist; das ding ist robust. Das bedeutet, dass alle Aspekte des Designs (von der Auswahl an Komponentenmaterialien bis hin zu Funktionen wie Temperaturregelung und Gehäusestil ) sollen das Gerät vor Staub, Feuchtigkeit, Vibration, Temperatur usw. schützen.

Das charakteristische Design einer SPS muss auch umfangreiche Eingabe-/Ausgabeanordnungen aufnehmen – weit mehr als der eine oder andere Speicherstick oder Drucker. Die Liste der eingehenden Signale der SPS (von Schaltern, Sensoren, Leistungsschaltern usw.) in Kombination mit ausgehenden Befehlen (an Motoren, Lichter, Ventile usw.) ist so lang, wie die von ihr gesteuerten Vorgänge komplex sind.

Aber der grundlegendste Unterschied zwischen SPS und PCs ist ihre Programmiersprache. Kontaktplanlogik (oder Leiterdiagramm) codiert Betriebsanweisungen sequentiell auf eine Weise, die direkt dem Arbeitsfluss durch ein Schema elektrischer Relais nachempfunden ist. Dadurch ist es äußerst ingenieurfreundlich . Und neben einer kleinen Anzahl anderer einfacher Sprachen, insbesondere Funktionsblockdiagramm, bleibt es die Standard-Programmiermethode.

SPS kommunizieren mit Frequenzumrichtern entweder über direkte Steuersignale oder über ein digitales Kommunikationsprotokoll (Modbus ist seit langem am beliebtesten) oder durch beides in Kombination. Damit kann die gesamte Bandbreite an Gerätebefehlen ausgeführt werden:von der einfachen Anweisung an den Antrieb, den Motor in welcher Drehrichtung laufen zu lassen, bis hin zur äußerst wichtigen Echtzeit-Anpassung der Beschleunigungs- und Verzögerungsparameter.

Das Potenzial von Antrieben, Motoren mit optimaler Drehzahl zu betreiben, kann nur voll ausgeschöpft werden, wenn sie in Echtzeit und in beide Richtungen mit SPSen kommunizieren. Es ist die SPS, die die Leistung des Frequenzumrichters überwacht und kontinuierlich Status- und Fehlercodes überprüft, die beispielsweise aus dem Vergleich des Soll- mit dem tatsächlichen Ausgangsstrom abgeleitet werden. Die Art und Weise, wie diese Leistungsüberwachung die Art der Fahrbefehle beeinflusst, ist entscheidend für die Intelligenz des Systems.

SPS beeinflussen die Automatisierungsbranche

SPS haben eine Revolution hinter sich Auswirkungen auf die Automatisierungsbranche, indem sie den Einblick in und die Kontrolle über komplexe mechanische Systeme ermöglichen, weit entfernt von den Tagen, an denen ein einzelner nicht identifizierter „Fehler“ dazu führen könnte, dass der beste Teil einer Fertigungsanlage zum Erliegen kommt. Und ihr anhaltender Erfolg im Laufe der Jahre ist zu einem großen Teil auf ihre essentielle Einfachheit zurückzuführen – bei all ihrer Rechenleistung.

Keine Technologie bleibt jedoch auf unbestimmte Zeit vom Fortschritt unberührt. Und SPS sind letztlich genauso verpflichtet, wichtige Entwicklungen in der Art und Weise, wie Maschinen und Geräte gebaut werden, widerzuspiegeln.

Kontinuierliche Weiterentwicklung

Miniaturisierung insbesondere – genau diese Kraft, die die frühe elektronische Aktivität von der Relaiswand auf die Leiterplatte verlagerte – macht Prozessoren, Komponenten und Leiterplatten selbst immer kompakter . SPS werden dadurch leistungsfähiger (schneller und mit deutlich verbesserter Speicherkapazität) auch wenn sie kleiner werden. Eine einzige SPS kann jetzt problemlos die Arbeit mehrerer ihrer Vorgänger erledigen. Solche Fortschritte zeigen sich in ihrer Fähigkeit, mehrere Kommunikationsprotokolle gleichzeitig zu unterstützen, oder in der Tatsache, dass ihre Softwareentwickler verschiedene Programmiersprachen mischen und aufeinander abstimmen können.

Die Ironie dabei ist natürlich, dass diese Größenordnung für die Steuerung vieler Geräte, einschließlich Laufwerke, tatsächlich nicht erforderlich ist. Wo einfache Effizienz im Vordergrund steht, kann komplexe Leistungsfähigkeit bestenfalls irrelevant und schlimmstenfalls ein Nachteil sein (z. B. in Bezug auf Cybersicherheit ). Aus diesem Grund eine neue Generation von Maschinensteuerungen – kompakten SPS-ähnlichen Geräten – hat sich entwickelt, um einen Teil der Arbeit zu übernehmen, die High-End-SPSen entwachsen sind.

Begrenzter als eine SPS in Bezug auf Speicher und Ein-/Ausgabekapazität, ist eine Steuerung dieses Typs für einen Antrieb mit variabler Drehzahl, die an Bord geliefert wird, individuell programmiert und mit einer intuitiven grafischen Benutzeroberfläche versehen ist, relativ kostengünstig, zeitsparend und einfach zu verwenden (sowie zur Integration in das größere Netzwerk oder System).

SPS und Antriebe, die perfekte Kombination?

Die traditionelle Beziehung zwischen Antrieben und SPS befindet sich daher in einer Zeit des Wandels. Es ist ein Umbruch, den vielleicht nur die Systemarchitektur alten Stils nicht überleben wird. Das Grundprinzip – von drives made smart durch Programmierpower – ist so voll aufgeladen wie nie zuvor.