Die Entwicklung industrieller Steuerungssysteme mit industriellen SPS-Steuerungen

Einführung:

Industrielle Steuerungssysteme (ICS) spielen eine entscheidende Rolle bei der Steuerung und Überwachung verschiedener Prozesse in der Industrie. Im Laufe der Jahre hat sich die in ICS verwendete Technologie erheblich weiterentwickelt, was zu einer höheren Effizienz, Zuverlässigkeit und Produktivität geführt hat. Eine Schlüsselkomponente, die den Bereich der industriellen Steuerung revolutioniert hat, ist der Industrial Programmable Logic Controller (PLC). In diesem Artikel werden wir die Entwicklung industrieller Steuerungssysteme untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf den Fortschritten bei SPS-Steuerungen und ihren Auswirkungen auf die industrielle Automatisierung liegt.

Die Entstehung industrieller SPS-Steuerungen

Industrielle SPS-Steuerungen entstanden Ende der 1960er Jahre als Ersatz für komplexe, fest verdrahtete Steuerungssysteme. Diese frühen Systeme wurden hauptsächlich zur Steuerung und Automatisierung einfacher, sich wiederholender Aufgaben in Produktionsanlagen eingesetzt. Im Gegensatz zu ihren Vorgängern boten SPS-Steuerungen eine flexiblere und kostengünstigere Lösung, da sie sich einfach programmieren und umprogrammieren ließen. Dies ermöglichte schnelle Änderungen und Anpassungen der Steuerlogik, ohne dass umfangreiche Neuverkabelungen erforderlich waren.

Die ersten SPS-Steuerungen bestanden aus einer Zentraleinheit (CPU), die das Steuerungsprogramm ausführte, Eingangsmodulen zum Empfangen von Signalen verschiedener Sensoren und Ausgangsmodulen zum Senden von Signalen an Aktoren und andere Geräte. Die Programmierung erfolgte mithilfe von Ladder Logic, einer grafischen Programmiersprache, die elektrischen Relaisschaltungen ähnelt. Obwohl diese frühen SPS einen Fortschritt in der industriellen Automatisierung darstellten, waren ihre Fähigkeiten im Vergleich zu den fortschrittlichen Systemen, die wir heute haben, begrenzt.

Die Entwicklung der SPS-Hardware

Mit dem Fortschritt der Technologie wuchsen auch die Fähigkeiten der SPS-Steuerungen. Es wurden hochentwickelte Hardwarekomponenten eingeführt, die es SPSen ermöglichen, komplexere Aufgaben zu bewältigen und mit anderen Geräten im industriellen Netzwerk zu kommunizieren. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Fortschritte in der SPS-Hardware aufgeführt:

1.Erhöhte Rechenleistung

Moderne SPS-Steuerungen sind mit leistungsstarken Prozessoren ausgestattet, die komplexe Steuerungsalgorithmen ausführen und große Datenmengen verarbeiten können. Diese erhöhte Rechenleistung ermöglicht schnellere Reaktionszeiten und ermöglicht die Steuerung und Überwachung industrieller Prozesse in Echtzeit. Darüber hinaus ermöglicht es erweiterte Funktionen wie Datenprotokollierung, Diagnosefunktionen und Kommunikation mit externen Systemen.

2.Erweiterte digitale und analoge Funktionen

Frühe SPS verfügten über begrenzte digitale und analoge Ein-/Ausgabefunktionen (E/A) und unterstützten oft nur wenige Kanäle. Fortschritte bei der SPS-Hardware haben jedoch zur Verfügbarkeit von Steuerungen mit einer breiten Palette digitaler und analoger E/A-Module geführt. Dies ermöglicht die nahtlose Integration einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren und ermöglicht so eine präzise Steuerung industrieller Prozesse.

3.Erweiterte Kommunikationsschnittstellen

Kommunikationsschnittstellen haben sich bei SPS-Steuerungen erheblich weiterentwickelt und ermöglichen eine nahtlose Integration mit anderen Geräten und Systemen im industriellen Umfeld. Herkömmliche serielle Kommunikationsprotokolle wie RS-232 und RS-485 wurden durch schnellere und zuverlässigere Optionen wie Ethernet, Profibus und Modbus ersetzt. Diese Schnittstellen erleichtern den Datenaustausch zwischen SPS, Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI), SCADA-Systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) und anderen vernetzten Geräten.

4.Kompakte und modulare Designs

Auch Größe und Formfaktor von SPS-Steuerungen haben sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt. Heutzutage sind programmierbare Steuerungen in kompakten Größen erhältlich, was eine einfache Installation in platzbeschränkten Industrieumgebungen ermöglicht. Darüber hinaus ermöglichen modulare SPS-Designs Flexibilität bei der Systemkonfiguration, sodass Benutzer je nach Bedarf I/O-Module hinzufügen oder entfernen können. Diese Modularität reduziert die Gerätekosten und vereinfacht die Wartung.

5.Integration von Sicherheitsfunktionen

Bei industriellen Prozessen herrschen häufig gefährliche Bedingungen, und Sicherheit hat oberste Priorität. Moderne SPS-Steuerungen verfügen über Sicherheitsfunktionen wie sicherheitsbewertete E/A-Module, redundante CPUs und ausfallsichere Programmierung. Diese Funktionen stellen sicher, dass kritische Prozesse sicher gesteuert werden können und schützen Personal und Vermögenswerte vor potenziellen Risiken.

Software-Fortschritte bei SPS-Steuerungen

Neben Hardware-Fortschritten haben sich auch die Softwarefunktionen in SPS-Steuerungen weiterentwickelt. Die auf SPS-Steuerungen laufende Software ist leistungsfähiger, funktionsreicher und benutzerfreundlicher geworden. Zu den bemerkenswerten Software-Fortschritten gehören:

1.Fortgeschrittene Programmiersprachen

Während frühe SPS hauptsächlich die Kontaktplanprogrammierung nutzten, unterstützen moderne SPS eine Vielzahl von Programmiersprachen. Dazu gehören strukturierter Text, Funktionsblockdiagramme (FBD), sequentielle Funktionsdiagramme (SFC) und Anweisungslisten (IL). Durch die Verfügbarkeit mehrerer Programmiersprachen können Programmierer die am besten geeignete Sprache für eine bestimmte Aufgabe auswählen und so die Lesbarkeit, Wiederverwendbarkeit und Wartbarkeit des Codes verbessern.

2.Integrierte Entwicklungsumgebungen (IDEs)

SPS-Hersteller stellen integrierte Entwicklungsumgebungen bereit, die intuitive grafische Oberflächen für Programmierung, Konfiguration und Fehlerbehebung bieten. Diese IDEs enthalten oft Simulationstools, die es Entwicklern ermöglichen, Programme zu testen und zu debuggen, bevor sie sie auf SPSen bereitstellen. Der Einsatz von IDEs vereinfacht den Programmierprozess, verkürzt die Entwicklungszeit und steigert die Gesamtproduktivität.

3.Datenprotokollierung und -analyse

Moderne SPS-Steuerungen bieten leistungsstarke Datenprotokollierungsfunktionen, die die Erfassung und Speicherung von Prozessdaten in Echtzeit ermöglichen. Diese Daten können später analysiert, visualisiert und zur Prozessoptimierung, vorausschauenden Wartung und Leistungsüberwachung verwendet werden. Die Möglichkeit, aus Prozessdaten wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen, steigert die betriebliche Effizienz und ermöglicht eine proaktive Entscheidungsfindung.

4.Konnektivität mit übergeordneten Systemen

SPS-Steuerungen können jetzt mit übergeordneten Systemen wie SCADA- und Enterprise-Resource-Planning-Systemen (ERP) kommunizieren. Diese Konnektivität ermöglicht die nahtlose Integration von Steuerungssystemen in Geschäftsprozesse und liefert wertvolle Informationen für die Entscheidungsfindung und Optimierung im gesamten Unternehmen. Die Integration von SPSen mit übergeordneten Systemen steigert die Produktivität, reduziert Ausfallzeiten und ermöglicht ein effizientes Ressourcenmanagement.

5.Fernüberwachung und -steuerung

Mit dem Aufkommen von Cloud Computing und dem industriellen Internet der Dinge (IIoT) können SPS-Steuerungen mit Fernüberwachungs- und Steuerungsplattformen verbunden werden. Dadurch können Anlagenbetreiber und Wartungspersonal jederzeit und von jedem Ort aus industrielle Prozesse überwachen, steuern und diagnostizieren. Der Fernzugriff steigert die betriebliche Effizienz, senkt die Wartungskosten und verbessert die Gesamtsystemverfügbarkeit.

Abschluss

Die Entwicklung industrieller Steuerungssysteme mit industriellen SPS-Steuerungen hat den Bereich der industriellen Automatisierung revolutioniert. Von ihren bescheidenen Anfängen als Ersatz für fest verdrahtete Steuerungssysteme haben sich SPS-Steuerungen zu anspruchsvollen und leistungsstarken Geräten entwickelt. Hardware-Fortschritte haben zu einer höheren Rechenleistung, erweiterten I/O-Funktionen, verbesserten Kommunikationsschnittstellen und integrierten Sicherheitsfunktionen geführt. Diese Fortschritte, gepaart mit Softwareverbesserungen bei Programmiersprachen, IDEs, Datenprotokollierung, Konnektivität und Fernzugriff, haben die Effizienz, Produktivität und Zuverlässigkeit in industriellen Prozessen gesteigert.

Da sich SPS-Steuerungen ständig weiterentwickeln, können wir eine noch stärkere Integration mit neuen Technologien wie künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Edge Computing erwarten. Die Zukunft birgt ein enormes Potenzial für industrielle Steuerungssysteme und ebnet den Weg für intelligentere, stärker vernetzte und autonome Industrieprozesse. Ob in der Fertigung, im Energiesektor oder im Transportwesen: SPS-Steuerungen werden weiterhin an der Spitze der industriellen Automatisierung stehen und die Art und Weise prägen, wie Industrien arbeiten und ihre Prozesse optimieren.