Wie kommunizieren speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) miteinander?
Inhaltsverzeichnis
Von der herkömmlichen seriellen Kommunikation (RS-232/RS-485) bis hin zu modernen industriellen Ethernet-Lösungen (EtherCAT, Profinet, Ethernet/IP) beschreibt dieser kurze Artikel die typischen Ansätze zur SPS-zu-SPS-Kommunikation aus der Sicht eines Automatisierungsentwicklers.
1. Warum ist die Kommunikation zwischen SPSen so wichtig?
In modernen Produktionszentren SPS Sie sind keine isolierten Steuerungen mehr. Sie bilden das „neuronale Netzwerk“ einer intelligenten Produktionslinie. Zuverlässige SPS-Interaktion ermöglicht:
- Koordinierter Betrieb über mehrere Steuerungen hinweg.
- Informationsaustausch in Echtzeit mit vorgelagerten/nachgelagerten Systemen.
- Ferndiagnose und -verfolgung.
- Gemeinsam genutztes Gerät steht für maximale Fertigungseffizienz.
Laut dem Dokument „Industrial Automation Market 2024“ benötigen über 681.000 Industrieanlagen eine Multi-SPS-Verbindung, um eine vielseitige Produktion und skalierbare Designs zu gewährleisten.
2. Einführung typischer SPS-Interaktionstechniken
Die Kommunikationsmöglichkeiten mit SPSen variieren je nach Controller-Hersteller, Kommunikationsdistanz, Echtzeitanforderungen und verfügbarem Budget. Zu den gängigsten Ansätzen gehören:
1. I/O-Punkt-zu-Punkt-Signalinteraktion
Die einfachste Form der Kommunikation, bei der SPSen Statusinformationen über elektronische oder analoge E/A-Faktoren austauschen.
- Vorteile: Einfach, stabil, kostengünstig
- Nachteile: Äußerst geringe Informationskapazität, ungeeignet für den Austausch großer Datenmengen.
- Ideal für: Standardmäßige Verriegelung oder einfache Werkzeugsynchronisation.
2. Serielle Interaktion (RS-232/ RS-485)
Wird immer noch in vielen SPS-Familien häufig verwendet.
| Attribut | RS-232 | RS-485 |
|---|---|---|
| Reichweite | ≤ 15 m | ≤ 1200 m |
| Unterstützte Instrumente | Punkt-zu-Punkt | 32+ Knoten |
| Gängige Methode | Modbus RTU | Modbus RTU |
| Ausgaben | Reduziert | Werkzeug |
3. Modbus-Interaktion (Modbus RTU/ Modbus TCP)
Eine der gängigsten Methoden der markenübergreifenden Interaktion. Wird von praktisch allen bedeutenden Marken genutzt, darunter: Omron, Siemens und Schneider.
- Modbus RTU: Seriell.
- Modbus TCP: Ethernet-basiert, schnellere Übertragung.
- Vorteile: Einfaches Öffnen der Basisversion, sehr unkomplizierte Einrichtung, hervorragende Kompatibilität.
- Nachteile: Master-Servant-System, deutlich weniger geeignet für komplexe Netzwerke.
Viele SPS-Hersteller (z. B. Siemens, Schneider) bieten vorkonfigurierte Modbus-Bibliotheken an, um die Einrichtung zu vereinfachen.
4. Profibus-DP (DP-Interaktion)
Ein traditioneller Feldbus, der häufig in europäischen Automatisierungssystemen eingesetzt wird.
- Geschwindigkeit: Bis zu 12 Mbit/s.
- Knoten: Ungefähr 126.
- Am besten geeignet für: Streubewässerung und mittelgroße bis große Pflanzen.
5. Industrielle Ethernet-Interaktion
Es umfasst Profinet, Ethernet/IP, EtherCAT und weitere Technologien. Es zählt aktuell zu den prominentesten und zukunftsorientiertesten Kommunikationsstrategien.
| Verfahren | Echtzeiteffizienz | Gemeinsame Anwendung |
|---|---|---|
| Profinet | Hoch | Siemens-Systeme |
| Ethernet/IP | Werkzeug | Rockwell/Omron |
| EtherCAT | Sehr hoch | Bewegungssteuerung, Servonetzwerke |
Vorteile: Breitband, enormer Datentransfer, vielseitige geografische Möglichkeiten
Nachteile: Höherer Preis, erfordert entsprechende Netzwerkadministration.
3. Geheime Aktionen bei der Konfiguration der SPS-Interaktion
Obwohl sich die Vorgehensweise bei der Einrichtung je nach Hersteller unterscheidet, benötigen alle SPS-Systeme diese grundlegenden Schritte:
1. Kriterien für die Interaktion beim Hochfahren
Besteht üblicherweise aus:
- Knotenadresse
- Baudrate
- Parität
- Stoppbits
Die Kriterien beider Verbindungswerkzeuge müssen übereinstimmen, sonst kann keine Interaktion entwickelt werden.
2. Informationen im SPS-Programm lesen und schreiben
Jede Marke liefert konkrete Anweisungen, zum Beispiel:
- Siemens: MBUS, MB_MASTER, MB_CLIENT.
- Omron: RXDU/TXDU oder EtherNet/IP Tag Information Web Link.
- Mitsubishi: RS, ZR Richtlinien.
Mithilfe dieser Richtlinien tauschen Master- und Servant-Tools Anmeldeinformationen, kleine Bits und Informationsblöcke aus.
4. Vergleich der SPS-Interaktionstechniken (Rate, Kosten, Reichweite, Anwendungen)
| Technik | Rate | Ausgaben | Reichweite | Normale Verwendung |
|---|---|---|---|---|
| E/A-Signale | ★ | ★ | ≤ 10 m | Fundamentale Verzahnung |
| RS-232 | ★ ★ | ★ | ≤ 15 m | Punkt-zu-Punkt |
| RS-485 | ★ ★ | ★ ★ | ≤ 1200 m | Multi-Node-RTU |
| Profibus-DP | ★ ★ ★ | ★ ★ | ≤ 100 m | Disperse Kontrolle |
| Modbus TCP | ★ ★ ★ | ★ ★ | LAN-abhängig | Markenübergreifende Interaktion |
| Industrielles Ethernet | ★ ★ ★ ★ | ★ ★ ★ | 100 m (Kupfer) | Intelligente Produktionsanlagen, Bewegungssteuerung |
5. Wie man den richtigen Ansatz für die SPS-Interaktion auswählt
Die Auswahl des idealen Kommunikationsdesigns erfordert die Bewertung von drei wesentlichen Aspekten:
( 1) Informationsmenge
- Winzig: I/O oder RS-232
- Werkzeug: RS-485/ Modbus
- Riesig: Industrielles Ethernet
( 2) Echtzeiteffizienz
- Bewegungssteuerung: EtherCAT
- Allgemeine Automatisierung: Profinet/Ethernet/IP
- Feldbusnetzwerke: Profibus
( 3) Systemskalierbarkeit
- Mehrknotensysteme: RS-485/ Profibus/ Ethernet.
- Markenübergreifende Kombination: Modbus TCP
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Abschluss
Die Ansätze zur SPS-zu-SPS-Kommunikation reichen von typischen seriellen Benutzerschnittstellen bis hin zu komplexen industriellen Ethernet-Systemen. Jede moderne Technologie bietet je nach Aufgabenanforderungen einzigartige Vorteile. Entwickler müssen Aspekte wie Reichweite, Echtzeitfähigkeit, Datenmenge und Kosten bewerten, um die optimale Lösung auszuwählen.
Ob Sie nun eine grundlegende Werkzeugverriegelung realisieren oder ein komplett intelligentes Produktionssystem aufbauen – eine zuverlässige SPS-Interaktion ist die Grundlage für die Sicherheit der Automatisierung.
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