Blog über Schlüsselfaktoren bei der Auswahl von Industrie-PLCs für die Automatisierung

Stellen Sie sich eine hoch automatisierte Fabrik vor, in der unzählige Geräte in perfekter Harmonie arbeiten.Aber verstehen Sie wirklich, was ein PLC-System ausmacht? Wie kann man die richtigen Komponenten für spezifische industrielle Bedürfnisse auswählen?Bereitstellung wichtiger Erkenntnisse für eine optimale Auswahl und Anwendung.

Eine SPS ist weit davon entfernt, eine einfache schwarze Schachtel zu sein. Sie stellt ein anspruchsvolles System dar, in dem mehrere kritische Komponenten zusammenarbeiten, die weitgehend in Hardware- und Softwarekomponenten eingeteilt werden.Die Hardware übernimmt die physikalische Signalerfassung, Verarbeitung und Ausgabe, während die Software die Logiksteuerung, Datenverarbeitung und Kommunikation verwaltet.Das Verständnis der Funktionen und Eigenschaften dieser Komponenten bildet die Grundlage für eine ordnungsgemäße Auswahl und Implementierung von SPS.

Die physikalische Grundlage des PLC-Betriebs besteht aus mehreren wesentlichen Hardwareelementen:

• Funktion:Umwandelt externe Leistung (typischerweise 120 VAC oder 220 VAC) in eine stabile Gleichspannung (normalerweise 24 VDC), die von der CPU, dem Speicher und anderen Modulen benötigt wird.
• Kritische Überlegungen:Die Spannungsstabilität beeinflusst unmittelbar die Zuverlässigkeit der Steuerungssysteme.
• Auswahlkriterien:
  • Abgleich der Eingangsspannung/Frequenz mit den Spezifikationen des lokalen Stromnetzes
  • Berechnung des gesamten Systemstromverbrauchs mit ausreichender Redundanz
  • Überprüfung der Einhaltung der Sicherheitsnormen (UL, CE usw.)

• Funktion:Das "Gehirn" der SPS führt Benutzerprogramme aus, verarbeitet Eingaben, steuert Ausgänge, führt Berechnungen durch und verwaltet Kommunikation.
• Leistungsfaktoren:Bestimmt die Systemreaktionszeit und die Verarbeitungskapazität.
• Auswahlrichtlinien:
  • Scangeschwindigkeit (Zeit für die Ausführung eines Programmzyklus) für zeitkritische Anwendungen
  • Speicherkapazität für komplexe Programme und Datenspeicher
  • Unterstützte Anweisungssätze für die Effizienz der Programmierung
  • Integrierte Kommunikationsschnittstellen (Ethernet, serielle Ports usw.)

• Funktion:Speichert Benutzerprogramme, Betriebsdaten und Systemparameter in verschiedenen Speichertypen.
• Haupttypen:
  • RAM: Flüchtige Speicher für temporäre Daten und Laufzeitvariablen
  • ROM: Nichtflüchtiger Speicher für die Systemfirmware
  • Flash-Speicher: Dauerhafte Speicherung von Benutzerprogrammen und kritischen Daten
• Auswahlkriterien:Die Kapazität wird an die Anforderungen der Anwendung angepasst und der nichtflüchtigen Speicherung für die Erhaltung kritischer Daten wird Priorität eingeräumt.

• Funktion:Bietet Stromverteilung und Kommunikationswege zwischen internen Modulen.
• Konstruktionsüberlegungen:
  • Ausreichende Stromkapazität für alle angeschlossenen Module
  • Schutz der Signalintegrität gegen Störungen
  • Elektrische Isolierung (optisch oder auf Transformatoren basierend) zur Sicherheit

• Funktion:Ermöglicht die Kommunikation mit Überwachungssystemen, HMI und anderen Controllern über Protokolle wie Ethernet, Profibus oder Profinet.
• Auswahlfaktoren:
  • Erforderliche Kommunikationsprotokolle
  • Datendurchsatzanforderungen
  • Physische Steckverbinderarten (RJ45, DB9 usw.)

• Funktion:Schnittstelle zwischen SPS und Feldgeräten durch verschiedene Signaltypen.
• Modulvarianten:
  • Digitale Eingabe (DI): Erfassung des Schaltzustands (Tasten, Grenzschalter)
  • Digitale Ausgabe (DO): Diskrete Steuerung von Geräten (Relais, Indikatoren)
  • Analog-Eingang (AI): kontinuierliche Signalmessung (Temperatur, Druck)
  • Analog-Ausgang (AO): Variable Steuerung (Ventilposition, Drehzahl des Motors)
  • Spezielle Funktion: Hochgeschwindigkeitszählung, Positionierungsmodule
• Auswahlmethode:Sie müssen den Signaltypen, den Quantitätsanforderungen, den Spannungs-/Stromspezifikationen und den Isolationsbedarf entsprechen.

• Funktion:Verbindungsstellen für Programmiergeräte (PC) zum Herunterladen, Debuggen und Überwachen der Steuerlogik.
• Durchführungsmöglichkeiten:Ethernet-, USB- oder serielle Verbindungen mit kompatibler Entwicklungssoftware.

Die logische Grundlage des PLC-Betriebs besteht aus drei Software-Schichten:

Das eingebettete Betriebssystem verwaltet Hardware-Ressourcen, Programmdurchführung und Systemdienste, wobei Stabilität von größter Bedeutung ist.

• Entwicklungsumgebungen, die IEC 61131-3 Sprachen unterstützen:
  • Lenkung der Logik der Leiter (LAD)
  • Strukturierter Text (ST)
  • Funktionsblockdiagramm (FBD)
  • Liste der Anweisungen (IL)
• Erweiterte Funktionen wie Echtzeit-Debugging und Simulationsfunktionen

Standardisierte Datenaustauschmethoden wie Modbus, Profinet, Ethernet/IP und andere ermöglichen eine nahtlose Integration in industrielle Netzwerke.

Eine optimale PLC-Konfiguration erfordert eine systematische Bewertung mehrerer Faktoren:

1. Genaue Festlegung der Kontrollanforderungen (Gerätetypen, -mengen, Präzisionsanforderungen)
2. Berechnung der Anforderungen an die E/A-Punkte bei künftiger Ausbaukapazität
3. Auswahl der CPU basierend auf der Rechenkomplexität und den Geschwindigkeitsanforderungen
4. Konfigurieren Sie geeignete E/A-Modultypen und -Mengen
5. Es werden die erforderlichen Kommunikationsschnittstellen angegeben.
6. Bewertung der Umgebungsbedingungen (Temperatur, EMI usw.)
7. Ausgewogenheit zwischen technischen Anforderungen und Haushaltsbeschränkungen

Ein einfaches Implementierungsbeispiel zeigt die Auswahlprinzipien der SPS:

• Ziel der Kontrolle:Automatischer Pumpenbetrieb nach Wasserstand
• Ausstattung:
  • Einstiegs-CPU mit grundlegenden Logikfunktionen
  • DI-Modul für den Eingang des Niveausensors
  • DO-Modul zur Steuerung des Pumpenmotors
• Steuerlogik:Einfaches Leiterprogramm zum Aktivieren der Pumpe über dem hohen Niveau und zum Deaktivieren unter dem niedrigen Niveau

Als grundlegende Komponenten der modernen industriellen Automatisierung entwickeln sich PLCs mit den Fortschritten im industriellen IoT und der intelligenten Fertigung weiter.Ein umfassendes Verständnis der PLC-Architektur und der Auswahlkriterien ermöglicht es Unternehmen, die Produktionseffizienz zu optimieren und gleichzeitig die Kosten zu kontrollierenDiese Steuerungen werden zweifellos ihre entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Zukunft der industriellen Automatisierung beibehalten.