So übertragen Sie ein SPS-Programm auf eine neue SPS

Bewegendes Erbe SPS Die Aktualisierung von Programmen und Systemen auf moderne Plattformen ist nicht mehr nur eine technische Wartungsaufgabe; sie ist eine taktische Entscheidung, die sich auf die Produktionsleistung, die Informationsintegrationskapazitäten und die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit auswirkt. Dieser Beitrag bietet eine detaillierte Untersuchung der Notwendigkeit von SPS-System-Upgrades.

Einleitung: Warum Ihr SPS-System dringend ein „Gehirn“-Upgrade benötigt

In der heutigen hochautomatisierten Fertigungsumgebung fungiert die SPS als „Gehirn“ des industriellen Steuerungssystems. Sie steuert alle Aktivitäten am Fließband und gewährleistet Prozessgenauigkeit und -leistung. Dennoch entwickeln sich viele SPS-Systeme, die seit Jahren oder länger im Einsatz sind, allmählich von wertvollen Vermögenswerten zu latenten Belastungen. Sie unterstützen möglicherweise keine modernen Netzwerkprotokolle, verfügen über eine begrenzte Datenverarbeitungsleistung, sind aufgrund veralteter Ersatzteile mit explodierenden Wartungskosten konfrontiert und stellen vor allem ein unsichtbares Hindernis für die digitale Transformation eines Unternehmens dar. Daher ist die Implementierung einer SPS-Innovation und die Migration traditioneller Systeme auf ein System der neuen Generation ein wichtiger Schritt für Unternehmen, um ihre technologische Kompetenz zu erhalten, die Betriebsdauer zu verbessern und Smart Manufacturing zu implementieren. Obwohl der Prozess komplex ist, lässt er sich mit sorgfältiger Planung und einem wissenschaftlichen Ansatz erfolgreich umsetzen. So lassen sich Produktionsausfallzeiten reduzieren und erheblicher Geschäftswert erschließen.

I. Sorgfältige Planung und Bewertung vor der SPS-Migration

Eine effektive Migration beginnt mit einer umfassenden Vorbereitung. Bevor Sie Code oder Hardware bearbeiten, ist eine gründliche strategische Vorbereitung unerlässlich, um ein Ausufern des Projektumfangs und ein Scheitern zu verhindern.

1. Migrationstreiber und -ziele festlegen

Beantworten Sie zunächst die Kernfrage: „Warum führen wir diese Migration durch?“ Mögliche Gründe hierfür sind:Effizienzsteigerung: Neue SPS verfügen über schnellere CPUs und einen größeren Speicher, sodass sie komplexere Berechnungen durchführen und die Prüfzykluszeiten verkürzen können.Netzwerk- und Datenintegration: Moderne Systeme unterstützen moderne industrielle Ethernet-Verfahren wie Profinet und EtherNet/IP und ermöglichen eine nahtlose Integration mit MES-, ERP- und Cloud-Systemen, um die Grundlage für Datenanalysen und vorausschauende Wartung zu schaffen.Verbesserte Systemzuverlässigkeit und Sicherheit: Legacy-Systeme sind mit Risiken durch nicht mehr erhältliche Ersatzteile konfrontiert, wohingegen brandneue SPS-Produktlinien ausgereift sind und über robuste, integrierte Cybersicherheitsfunktionen verfügen.Praktische Erweiterung: Erhalten Sie Unterstützung für erweiterte Funktionen wie Aktivitätskontrolle, Gerätesicht und andere integrierte Technologien.

2. Führen Sie ein umfassendes Systemaudit und eine Risikobewertung durch

Geräteprüfung: Dokumentieren Sie sorgfältig das Design, die CPU-Version, die E/A-Module, die Komponenten mit Sonderfunktionen (z. B. Hochgeschwindigkeitszähler, Positionierungsmodule) und die Netzwerkkommunikationskomponenten der vorhandenen SPSSoftwareprogramm-Audit: Führen Sie eine gründliche Analyse des bestehenden Programms durch. Verstehen Sie die Steuerungslogik, die Programmstruktur (primäre Schemata, Unterprogramme, Interrupts), die Datenstrukturen (Datenblöcke oder DBs) sowie die Kommunikationsverfahren und Informationsfaktoren, die für die Benutzerschnittstelle mit übergeordneten Systemen verwendet werden, wie z. B. Bediengerät und SCADA.Risikobewertung: Identifizieren Sie mögliche Gefahren während der Bewegung, wie z. B. Inkompatibilitäten bei der Programmkonvertierung, Fehler bei der Zuordnung von E/A-Adressen, Kommunikationsstörungen und übermäßige Produktionsausfallzeiten. Legen Sie entsprechende Notfallstrategien fest.

3. Bereiten Sie wichtige Tools und Ressourcen vor

Stellen Sie sicher, dass Sie die optimale Software für die alte und die neue SPS-Plattform verwenden. Beispielsweise erfordert der Umstieg von einer Siemens S7-300 auf eine S7-1500 den Wechsel von STEP 7 Classic zum effektiveren TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal). Bereiten Sie außerdem Programmkabel, Speicherkarten und einen dedizierten Prüfstand vor.

II. Die Kernphase: SPS-Programmkonvertierung und Codemodernisierung

Dies ist der technische Kern des Migrationsprozesses. Die Herausforderung besteht nicht nur darin, den Code zu „konvertieren“, sondern auch darin, die Möglichkeit zu nutzen, das Programm zu optimieren und zu „verbessern“.

1. Programmsicherung und Upload

Bevor Sie Änderungen vornehmen, erstellen Sie eine vollständige Sicherung des bestehenden SPS-Programms, der Daten und der Gerätekonfiguration. Dies ist die letzte Sicherheitslücke für Ihr Projekt. Nutzen Sie anschließend die traditionelle Software, um das gesamte Programm auf Ihre Engineering-Workstation zu übertragen.

2. Programmkonvertierung: Direkte Konvertierung vs. vollständiges Refactoring

Es gibt zwei Hauptansätze für die Programmkonvertierung:Automatisierte/halbautomatische Konvertierung: Viele führende Anbieter bieten Migrationstools an. Das TIA-Portal von Siemens verfügt beispielsweise über eine integrierte Migrationsfunktion zur Konvertierung von S7-300/400-Aufgaben auf das S7-1200/1500-System. Diese Technik ermöglicht die schnelle Konvertierung der meisten gängigen Anweisungen und Informationsblöcke, erfordert jedoch häufig manuelle Anpassungen für bestimmte Detailanweisungen, hardwareabhängigen Code (z. B. P_SEND/P_RECV) oder personalisierte Bibliotheken.Manuelles Refactoring: Bei Aufgaben mit veralteter Logik, komplizierter Struktur oder fehlender Originaldokumentation kann eine vollständige Neufassung die beste Lösung sein. Obwohl dies mehr Aufwand erfordert, bietet es die Möglichkeit, das Programmgerüst zu optimieren, ausführliche Anmerkungen hinzuzufügen und zuverlässigere Programmiermethoden (wie die standardmäßige Verwendung von Funktionsblöcken, FBs) zu übernehmen. Dies verbessert die Lesbarkeit und die dauerhafte Wartbarkeit des Programms erheblich.

3. Bewertung der wichtigsten Konvertierungspunkte

Adress- und Tag-Modernisierung: Die E/A- und Speicheradressierungsschemata (z. B. M- und DB-Adressen) in neuen SPSen können von denen in älteren Systemen abweichen. Es ist wichtig, alle fest codierten absoluten Adressen in anpassbare, symbolische Adressierungsschemata (tagbasierte Programme) umzuwandeln. Dies ist eine ideale Methode in modernen SPS-Programmen.Umgang mit Abweichungen im Befehlssatz: Die Befehlssätze können zwischen verschiedenen SPS-Generationen variieren. Beispielsweise werden einige ältere Kommunikationsbefehle auf modernen Plattformen durch neue, effektivere Befehle ersetzt. Beachten Sie die Bewegungshandbücher des Herstellers sorgfältig, um gleichwertige Ersetzungen vorzunehmen.Interaktionskonfiguration: Aktualisieren Sie herkömmliche serielle oder MPI/Profibus-DP-Konfigurationen auf moderne Ethernet-basierte Verfahren wie Profinet oder EtherNet/IP. Stellen Sie die Kommunikationsverbindungen mit Geräten wie HMIs wieder her. Frequenzumrichterund Remote-E/A-Anschlüsse.

III. Vergleichende Analyse der Migrationspfade für gängige PLC-Plattformen

Die Auswahl der idealen neuen Plattform ist für eine erfolgreiche Migration von entscheidender Bedeutung. Verschiedene Marken bieten unterschiedliche Produktfunktionen und Migrationsunterstützung an.

Merkmalsdimension	Siemens	Rockwell Automation	Mitsubishi Electric
Typischer Upgradepfad	S7-300/400 → S7-1500	PLC-5/SLC 500 → ControlLogix/CompactLogix	FX/Q-Serie → iQ-R/iQ-F-Serie
Kernprogrammiersoftware	TIA Portal	Studio 5000 Logix Designer	GX Works3
Tools zur Migrationsunterstützung	TIA Portal verfügt über integrierte Migrationstools, die die direkte Projektkonvertierung und Codeanalyse unterstützen.	Bietet ein Übersetzungstool zur Unterstützung bei der Konvertierung älterer Projekte in das neue Plattformformat.	GX Works3 enthält einen Importassistenten, der mit älteren Projektdateien kompatibel ist und Konvertierungsanleitungen bietet.
Hauptvorteile	Hochintegrierte Plattform mit starker Hardware-Software-Synergie; fortschrittliche Konzepte in symbolischer Programmierung und Standardisierung; leistungsstarke Diagnosefunktionen.	Flexible tagbasierte Datenstruktur mit erheblichen Vorteilen in Prozesssteuerungsanwendungen; Add-On-Anweisungen (AOIs) erleichtern die Wiederverwendbarkeit von Code.	Umfangreiche Produktlinie mit einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis; breite Anwendung in eigenständigen Maschinen und Kleinsystemen; starke Positionierungs- und Bewegungssteuerungsfunktionen.
Mögliche Herausforderungen	TIA Portal stellt höhere Systemanforderungen an den Engineering-PC, der Paradigmenwechsel vom klassischen STEP 7 zum TIA Portal ist mit einem Lernprozess verbunden.	Die Hardwarekosten können relativ hoch sein; die Programmmigration zwischen verschiedenen Familien erfordert Liebe zum Detail.	Die Programmkompatibilität zwischen verschiedenen Serien erfordert eine sorgfältige Überprüfung; einige spezielle Anweisungen müssen manuell geändert werden.

IV. Ernennung und Integration: Sicherstellung der reibungslosen Funktion des neuen „Gehirns“

Wenn die Programmkonvertierung abgeschlossen ist, sind eine gründliche Prüfung und Inbetriebnahme wichtig, um einen reibungslosen Produktionswechsel zu gewährleisten.

1. Offline-Simulation und virtuelle Inbetriebnahme

Bevor Sie das Programm auf die physische SPS herunterladen und installieren, nutzen Sie die Simulationstools der Software (z. B. PLCSIM Advanced) für umfassende Tests. Durch die Einbindung eines virtuellen HMI und die Simulation verschiedener Betriebsprobleme und Fehlersituationen können Sie die meisten logischen Fehler identifizieren und so den Zeitaufwand vor Ort deutlich reduzieren.

2. Inbetriebnahme vor Ort

Die Vor-Ort-Bestellung muss schrittweise erfolgen:I/O-Checkout: Testen Sie bei getrennten Aktuatoren jedes Eingangssignal, um sicherzustellen, dass es richtig gelesen wird, und bestätigen Sie mit jedem Ergebnis, dass es vom Programm ordnungsgemäß angesteuert werden kann.Spezifische Maschinen-/Funktionstests: Testen Sie die Aktivitäten einzelner Geräte oder die Funktionen in der Nachbarschaft, um sicherzustellen, dass die Argumentation richtig ist.Tests der Verriegelungs- und Systemintegration: Integrieren Sie die neue SPS direkt in das Gesamtsystem. Führen Sie Kommunikationstests mit HMIs, SCADA, Robotern und verschiedenen anderen SPS durch, um die Synchronisierung des gesamten Produktionsprozesses zu bestätigen.Herz-Kreislauf-Test und Leistungsoptimierung: Betreiben Sie das System über einen längeren Zeitraum unter Ersatz- oder realen Produktionsbedingungen. Überwachen Sie Stabilität, Reaktionszeit und Ressourcennutzung (CPU-Auslastung, Speicher) und führen Sie basierend auf den Ergebnissen letzte Optimierungen durch.

V. Projektabschluss: Dokumente und Schulungen zur Sicherung des Migrationserfolgs 

Ein erfolgreicher Job ist nicht nur einer, der läuft, sondern auch einer, der über viele Jahre hinweg erhalten und anerkannt wird.Technische Dokumentation aktualisieren: Erstellen Sie ausführliche Unterlagen für das brandneue System, einschließlich aktualisierter elektrischer Schaltpläne, E/A-Checklisten, Darstellungen der Netzwerkgeografie, Tag-Tabellen und, am wichtigsten, eines Ausdrucks oder PDF des SPS-Programms mit klaren, aussagekräftigen Anmerkungen.Personalschulung: Bieten Sie organisierte Schulungen für Fahrer und Wartungstechniker an. Der Lehrplan muss die Einarbeitung in die brandneue SPS-Hardware, die Bedienung der neuen Programmiersoftware, das Starten und Schließen des Systems sowie Standardmethoden zur medizinischen Fehlerdiagnose umfassen.