Die Wahl des richtigen SPS-Systems: Größen, Merkmale und industrielle Anwendungen

Schlüsselfaktoren bei der Auswahl einer SPS für die industrielle Automatisierung

Die Auswahl einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) erfordert die Bewertung mehrerer technischer und betrieblicher Kriterien. Dazu gehören:

• SPS-Größe und E/A-Kapazität

• Speicher und Verarbeitungsgeschwindigkeit

• Scanzeit und Systemreaktionsfähigkeit

• Kosten und Skalierbarkeit

Jeder Faktor beeinflusst, wie gut die SPS in die Fabrikautomation, DCS oder Steuerungssysteme integriert wird. Daher müssen Ingenieure sowohl aktuelle als auch zukünftige Anforderungen bewerten, bevor sie eine Auswahl treffen.

Verstehen der SPS-Größen und E/A-Fähigkeiten

Die Größe einer SPS wird hauptsächlich durch ihre Ein-/Ausgangskapazität (E/A) definiert. SPS werden wie folgt kategorisiert:

Kompakte PLCs unterstützen oft Erweiterungen über Flachbandkabel. Modulare PLCs erlauben das Hinzufügen zusätzlicher I/O-Module nach Bedarf und bieten so größere Flexibilität für industrielle Automatisierungssysteme.

Speicher- und Verarbeitungsüberlegungen in PLC-Systemen

PLC-Speicher speichert Steuerungsprogramme, I/O-Adressen, Spulendaten und Befehlsbibliotheken. Die Speichergröße wird in Wörtern gemessen, wobei:

• 1 Wort = 2 Bytes = 16 Bits

• 6K Speicher = 6 × 1024 Wörter

Zum Beispiel hält eine 8-Bit-PLC mit 6K Speicher 49.152 Bits, während eine 32-Bit-PLC 196.608 Bits speichert. Die Anzahl der Sprossen und I/O-Punkte im Programm beeinflusst direkt die Speichernutzung. Daher müssen Ingenieure den Speicher basierend auf der Komplexität der Anwendung dimensionieren.

Standalone-PLC-Anwendungen in der Fabrikautomation

Standalone-PLCs steuern einzelne Prozesse, wobei ein Controller alle I/O-Interaktionen verwaltet. Diese Systeme sind ideal für Automatisierungsaufgaben im kleinen Maßstab, wie z. B.:

• Verpackungsmaschinen

• HLK-Steuerung

• Einfache Fördersysteme

Sie bieten Einfachheit und Kosteneffizienz, jedoch begrenzte Skalierbarkeit.

Multi-Task-PLC-Systeme für verteilte Steuerung

Multi-Task-PLC-Anwendungen beinhalten mehrere Steuerungen, die gleichzeitig verschiedene Aufgaben verwalten. Diese Konfiguration verbessert die Leistung und Fehlerisolierung. Häufige Anwendungsfälle sind:

• Koordination der Montagelinie

• Materialflusssysteme

• Multi-Zonen-Temperaturregelung

Außerdem ermöglichen modulare SPS eine einfache Erweiterung, wenn sich die Betriebsanforderungen ändern.

Steuerungsmanagement mit groß angelegten SPS- und DCS-Systemen

Steuerungsmanagement-Anwendungen erfordern SPS oder DCS-Plattformen mit hoher Kapazität. Diese Systeme verbinden mehrere SPS über Ethernet, TCP/IP oder serielle Kommunikation. Eine Master-SPS koordiniert Updates und Reaktionen im Netzwerk.

Branchen, die diese Architektur nutzen, umfassen:

• Öl- und Gasraffinerien

• Kraftwerke

• Wasseraufbereitungsanlagen

Diese Systeme erfordern robusten Speicher, schnelle Scanzeiten und hohe E/A-Dichte, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Expertenkommentar: Trends beim Einsatz von SPS

Meiner Erfahrung nach dominieren modulare SPS die industrielle Automatisierung aufgrund ihrer Skalierbarkeit und Integrationsflexibilität. Da Fabriken Smart Manufacturing und IIoT-Strategien übernehmen, müssen SPS Echtzeitdiagnosen, Fernzugriff und nahtlose Erweiterungen unterstützen.

Außerdem bleiben Speicher- und E/A-Planung entscheidend. Unterdimensionierte SPS führen zu Leistungsengpässen, während Überdimensionierung die Kosten erhöht. Ingenieure sollten zukünftiges Wachstum antizipieren und SPS auswählen, die Kapazität und Effizienz ausbalancieren.

Lösungsszenarien für die SPS-Auswahl

Hier sind praktische Beispiele für den Einsatz von SPS basierend auf der Systemgröße:

• Nano SPS: Wird in Verkaufsautomaten und zur Steuerung kleiner Motoren eingesetzt

• Mikro SPS: Ideal für kompakte Verpackungslinien

• Kleine SPS: Unterstützt Prozesssteuerungen mittlerer Größe in Lebensmittel- und Getränkeanlagen

• Mittlere SPS: Verwaltet Multi-Zonen-HVAC- und Beleuchtungssysteme

• Große SPS: Steuert Raffinerie-Subsysteme und Kraftwerksnebenanlagen

• Sehr große SPS/DCS: Zentralisierte Steuerung in der Petrochemie und im Versorgungssektor