SPS sind das unverwüstliche Fundament moderner Fabriken. Sie sind nahezu unzerstörbar, arbeiten in Echtzeit und können jahrzehntelang störungsfrei arbeiten. Auf der anderen Seite können sie sehr teuer sein, ihre Programmierung ist mitunter archaisch, und die geschlossenen Ökosysteme der Hersteller können Integratoren effektiv die Hände binden. Schauen wir uns an, welche Vor- und Nachteile SPS haben.
Was sind PLC-Steuerungen und welche Rolle spielen sie in einer Fabrik?
Programmierbare logische Steuerung PLC ist ein spezialisierter industrieller Mikrocomputer, der zur Steuerung von Maschinen und technologischen Anlagen in Echtzeit bestimmt ist. Dieses Gerät wurde mit Blick auf einen ausfallsicheren Betrieb in rauen Produktionsumgebungen entwickelt, die durch starke Staubbelastung, einen weiten Temperaturbereich und elektromagnetische Störungen gekennzeichnet sind.
In einer typischen Anwendung führt die Steuerung ununterbrochen einen bestimmten Arbeitszyklus aus. Dabei empfängt sie Signale von Messgeräten, wie einem Temperatursensor oder einem Endschalter, verarbeitet diese Daten gemäß dem im Speicher abgelegten Algorithmus und sendet Steuersignale an Ausgänge, die mit Aktoren verbunden sind, zu denen unter anderem Motoren, Magnetventile oder pneumatische Zylinder gehören. Die Einführung dieser Technologie ermöglichte es, komplexe und störanfällige Relais-Schütz-Schaltschränke aus Fabriken zu entfernen, was die Art und Weise, wie die moderne Industrieautomatisierung konzipiert wird, grundlegend verändert hat. Die physische Struktur dieser Geräte beschreiben wir in einem separaten Artikel.
Welche Vorteile haben PLC-Steuerungen?
Die Einführung der SPS-Technologie bildet das Fundament moderner Steuerungssysteme für Produktionsprozesse aufgrund einer Reihe messbarer betrieblicher Vorteile. Diese Geräte gewährleisten die Optimierung der Betriebskosten von Maschinen durch die Integration zahlreicher Steuerungsfunktionen auf einer einzigen Hardwareplattform. Zu den Schlüsselfaktoren, die über ihren weitverbreiteten Einsatz entscheiden, gehören hohe Konfigurationsflexibilität, mechanische Robustheit und standardisierte Protokolle für den Datenaustausch.
Flexibilität der Konfiguration und einfache Änderbarkeit der Software
Der Hauptvorteil, den eine speicherprogrammierbare Steuerung gegenüber traditionellen, auf Kontaktlogik basierenden Schaltungen aufweist, ist die Möglichkeit, die Funktionsweise des Systems beliebig zu rekonfigurieren, ohne physisch in die Verkabelung des Schaltschrankes eingreifen zu müssen. Die Änderung der Bewegungssequenz der Maschine oder die Modifikation zeitlicher Parameter erfolgt ausschließlich durch die Bearbeitung des Programmcodes in einer dedizierten Entwicklungsumgebung. Darüber hinaus ermöglicht eine moderne Steuerung das Fernaufspielen von Programmkorrekturen, was die technologischen Stillstandszeiten erheblich verkürzt und eine flexible Anpassung der Produktionslinie an neue Produkte ermöglicht.
Hohe Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber widrigen Umweltbedingungen
Die physische Bauweise, durch die sich eine moderne SPS auszeichnet, wurde auf maximale Ausfallsicherheit optimiert. Diese Geräte verfügen über lüfterlose Kühlsysteme und sind vollständig frei von beweglichen mechanischen Bauteilen, was das Risiko von durch Maschinenvibrationen verursachten Schäden eliminiert. Standard sind Gehäuse, die Beständigkeit gegenüber Arbeitstemperaturen von 0°C bis häufig über 60°C sowie gegenüber einer Luftfeuchtigkeit von bis zu 95% bieten. Zusätzlich schützt eine integrierte galvanische Trennung die Ein- und Ausgänge vor Überspannungen und bewahrt den übergeordneten technologischen Prozess vor einem unkontrollierten Stillstand.
Fortgeschrittene Diagnostik und Integration mit SCADA-Systemen
Entwurf von Automatisierungssystemen Auf programmierbaren Steuerungen (PLC) basierend, wird die schnelle Identifizierung von Störungen erleichtert, was sich direkt in einer Verkürzung der Kennzahl MTTR (Mean Time To Repair) niederschlägt. Auf dem Gehäuse angebrachte LEDs informieren über den Zustand jedes Ein- und Ausgangs, und die internen Register der CPU protokollieren präzise System- und Laufzeitfehlercodes. Moderne Steuerungen sind mit Schnittstellen und Kommunikationsmodulen ausgestattet, die industrielle Datenübertragungsstandards wie PROFINET oder MODBUS unterstützen. Dies ermöglicht die vollständige Integration in übergeordnete SCADA-Visualisierungssysteme sowie Produktionsmanagementsysteme (MES) und erlaubt die kontinuierliche Überwachung der Betriebsparameter von Maschinen in Echtzeit.
Welche Nachteile haben PLC-Steuerungen?
Obwohl die Vorteile von PLC-Steuerungen in ingenieurtechnischen Diskussionen überwiegen, haben diese Geräte auch spezifische Nachteile, die bei der Kalkulation der Gesamtkosten für den Besitz eines Systems berücksichtigt werden müssen. Zu den bedeutendsten Barrieren gehören hohe Investitionskosten, Lizenzbeschränkungen sowie Fragen im Zusammenhang mit personellen Ressourcen.
Hohe anfängliche Implementierungskosten (CAPEX)
Die Investition in ein fortschrittliches, auf PLC-Technologie basierendes Steuerungssystem ist mit beträchtlichen Anfangskosten verbunden. Die Kosten für den Erwerb einer Zentraleinheit eines renommierten Herstellers, dedizierter analoger Ein- und Ausgangsmodule sowie spezialisierter Entwicklungssoftware können das Budget alternativer Lösungen wie Einplatinen-Mikrocontroller oder eingebettete Systeme vielfach übersteigen. Für kleinere Unternehmen stellen die Ausgaben für Entwicklerlizenzen sowie für Aktoren eine erhebliche Eintrittsbarriere im Automatisierungsprozess dar.
Abhängigkeit von qualifiziertem Personal und geschlossenen Entwicklungsumgebungen
Auf dem Markt der Industrieautomation fehlt ein einziger, vollständig universeller Programmierstandard, und führende Hersteller fördern eigene, geschlossene Engineering-Ökosysteme wie das TIA Portal oder EcoStruxure. Infolgedessen ist ein Unternehmen, das Maschinen verschiedener Marken betreibt, gezwungen, Lizenzen für viele verschiedene Softwarepakete zu unterhalten. Diese Situation macht außerdem die Beschäftigung hochqualifizierter Automatisierungstechniker oder die Inanspruchnahme externer Integratoren erforderlich, was die operativen Kosten für die laufende Wartung und Modernisierung der Produktionslinien erhöht.
Bedrohungen im Zusammenhang mit der Cybersicherheit
Moderne speicherprogrammierbare Steuerungen arbeiten zunehmend in Netzwerkstrukturen, die im Rahmen des Konzepts des Industriellen Internets der Dinge mit dem Werksnetz verbunden sind. Die Öffnung speicherprogrammierbarer Steuerungen für externe Kommunikation birgt das Risiko von Cyberangriffen, die darauf abzielen, die Kontrolle über den Produktionsprozess zu übernehmen oder die physische Infrastruktur zu beschädigen; als historisches Beispiel gilt die Schadsoftware Stuxnet. Die Sicherung solcher Systeme erfordert den Einsatz fortschrittlicher Firewalls sowie die Segmentierung der Netzwerke, was mit zusätzlichen finanziellen und organisatorischen Aufwendungen verbunden ist.
Welche SPS ist am beliebtesten und wie ist die Verfügbarkeit von Support auf dem Markt?
Die beliebtesten SPS auf dem europäischen Markt, auch in Polen, sind Geräte der Marke Siemens aus der SIMATIC‑Familie, insbesondere die Serien S7‑1200 und S7‑1500. Die Dominanz dieses Herstellers sorgt dafür, dass sie einen ungeschriebenen Marktstandard bilden, um den herum das gesamte Ökosystem von Ingenieurdienstleistungen aufgebaut ist.
Die Wahl einer so populären Lösung bringt erhebliche betriebliche Vorteile mit sich. Die Verfügbarkeit von Ersatzteilen bei den Distributoren ist sofort gegeben, und die Suche nach einem qualifizierten Programmierer oder Integrator, der diese Umgebung kennt, stellt für die Instandhaltungsabteilung kein Problem dar. Bei unseren Projekten, Siemens-SPS-Programmierung Wir realisieren in über 90 % der Fälle.
Auf der anderen Seite besteht ein Nachteil bei der Wahl von Geräten der Marke Siemens in den hohen Lizenzkosten für Ingenieurssoftware sowie in den relativ hohen Preisen der Hardwarekomponenten im Vergleich zu weniger verbreiteten Konkurrenten.
