SPS-Panels beherrschen: Eine Anleitung zum Lesen von Schaltplänen
- kwoco-plc.com
- 28. Oktober 2024
- 20:26 Uhr
Inhaltsverzeichnis
Was ist eine SPS und wie funktioniert sie?
Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind spezialisierte Computer, die in der industriellen Automatisierung zur Steuerung von Maschinen und Prozessen eingesetzt werden. Sie überwachen Eingaben, treffen Entscheidungen auf der Grundlage ihres Programms und steuern Ausgaben, um Aufgaben zu automatisieren. SPS sind für industrielle Anwendungen konzipiert und halten rauen Bedingungen wie extremen Temperaturen, elektrischem Rauschen und mechanischen Vibrationen stand.
Das Herzstück einer SPS ist ein dedizierter Prozessor oder eine CPU, die ein SPS-Programm ausführt, das normalerweise in Kontaktplanlogik geschrieben ist, einer grafischen Programmiersprache, die elektrischen Relaislogikdiagrammen ähnelt. Dies erleichtert Ingenieuren, die mit elektrischen Steuerungssystemen vertraut sind, die Programmierung und Wartung von SPS. SPS sind für den Dauerbetrieb konzipiert, oft jahrelang ohne Ausfälle.
Zu den SPS-Komponenten gehören:
- Stromversorgung: Versorgt das System mit der nötigen Leistung.
- CPU (Zentrale Verarbeitungseinheit): Das Gehirn der SPS, das Steueranweisungen ausführt.
- Eingangs- und Ausgangsmodule: Schnittstellen für Sensoren (Eingänge) und Aktoren (Ausgänge).
SPS sind ein integraler Bestandteil industrieller Steuerungssysteme und bewältigen komplexe Prozesssteuerungsaufgaben zuverlässig und präzise.
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- Prozessor: Quad-Core-CPU mit 1,5 GHz.
- Erinnerung: Bis zu 8 GB RAM.
- Konnektivität: Dualband-WLAN, Bluetooth 5.0 und Ethernet-Anschluss.
- Schnittstellen: USB-Anschlüsse, HDMI-Ausgänge und Kameraschnittstellen.
Kann der Raspberry Pi eine SPS in industriellen Steuerungssystemen ersetzen?
Diese Frage hat in der Automatisierungs-Community erhebliche Debatten ausgelöst. Um zu beurteilen, ob der Raspberry Pi eine SPS in industriellen Steuerungssystemen ersetzen kann, müssen wir mehrere Faktoren berücksichtigen.
SPS sind speziell für industrielle Anwendungen konzipiert und bieten Robustheit, Zuverlässigkeit und Echtzeitleistung. Sie kommen mit extremen Umgebungsbedingungen zurecht und sind für kritische Anwendungen konzipiert, bei denen ein Ausfall keine Option ist.
Der Raspberry Pi ist zwar leistungsstark, aber ein Verbrauchergerät, das ursprünglich nicht für den industriellen Einsatz gedacht war. Ihm fehlt die robuste Hardware und Software, die für raue industrielle Umgebungen ausgelegt ist. Die Abhängigkeit des Raspberry Pi von einem Betriebssystem kann zu Latenz und Unvorhersehbarkeit führen, die in vielen Szenarien der industriellen Automatisierung inakzeptabel sind.
Darüber hinaus verarbeiten SPSen Ein- und Ausgaben 60 Mal pro Sekunde oder schneller und gewährleisten so zeitnahe Reaktionen auf sich ändernde Bedingungen. Der Raspberry Pi kann aufgrund seiner Allzwecknatur möglicherweise Schwierigkeiten haben, diese Echtzeitanforderungen zu erfüllen.
SPS vs. Raspberry Pi: Eine vergleichende Analyse
Beim Vergleich zwischen PLC und Raspberry Pi treten mehrere wichtige Unterschiede zutage:
| Besonderheit | SPS | Himbeer-Pi |
|---|---|---|
| Designzweck | Industrielle Automatisierung | Bildungs- und Hobbyprojekte |
| Zuverlässigkeit | Hoch, für raue Bedingungen konzipiert | Mäßig, nicht industrietauglich |
| Programmiersprache | Kontaktplan, einfach für Ingenieure | Python, erfordert Programmierkenntnisse |
| Echtzeitleistung | Echtzeitbetrieb | Nicht garantiert |
| Kosten | Höhere Vorlaufkosten | Niedrigere Vorlaufkosten |
| Eingänge/Ausgänge | Integrierte industrielle E/A-Module | Erfordert zusätzliche Module |
| Wartung | Unterstützt von SPS-Herstellern | Unterstützung durch die Gemeinschaft |
Untersuchungen zeigen, dass handelsübliche SPSen für den industriellen Einsatz zwar höhere Anschaffungskosten aufweisen als Systeme aus Unterhaltungselektronik wie etwa dem Raspberry Pi. Die zusätzlichen Investitionen, die erforderlich sind, um Unterhaltungselektronik für industrielle Anwendungen geeignet zu machen – etwa das Hinzufügen wichtiger einsatzspezifischer Hard- und Software – können den anfänglichen Kostenvorteil jedoch verringern oder zunichtemachen.
Dies bedeutet, dass der Raspberry Pi zwar zunächst günstiger sein könnte, die Kostenlücke jedoch durch die Kosten für die Industrietauglichkeit geschlossen werden könnte.
Verwenden eines Raspberry Pi zur speicherprogrammierbaren Steuerung
Wenn Sie den Raspberry Pi als speicherprogrammierbare Steuerung verwenden, müssen Sie ihn so programmieren, dass er Steuerungsaufgaben ausführt, die normalerweise von einer SPS ausgeführt werden. Projekte wie das OpenPLC-Projekt bieten hierfür Open-Source-Plattformen.
Um den Raspberry Pi als SPS zu verwenden, müssen Sie:
- Installieren des Betriebssystems: Verwenden Sie eine Linux-Distribution wie Raspbian.
- Einrichten der Programmierumgebung: Installieren Sie die erforderlichen Bibliotheken und Tools, beispielsweise Python- oder Ladder-Logic-Programmierumgebungen.
- Eingabe- und Ausgabeschnittstellen hinzufügen: Verwenden Sie Module wie Relaiskarten zum Anschluss von Sensoren und Aktoren.
- Entwickeln Sie das Kontrollprogramm: Schreiben Sie Code zum Verarbeiten von Eingaben, Verarbeiten von Daten und Steuern von Ausgaben.
- Industrielle Kompatibilität sicherstellen: Ergreifen Sie Maßnahmen zum Schutz vor elektrischem Rauschen, extremen Temperaturen und mechanischer Belastung.
Dieser Ansatz erfordert jedoch erhebliche missionsspezifische Hardware und Software, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Benutzer müssen Hardware und Software ordnungsgemäß integrieren, was komplex und zeitaufwändig sein kann.
So programmieren Sie einen Raspberry Pi für industrielle Steuerungsanwendungen
Das Programmieren eines Raspberry Pi für industrielle Steuerungsanwendungen umfasst mehrere Schritte:
- Hardware-Setup: Verbinden Sie den Raspberry Pi über entsprechende Module mit Sensoren (Eingänge) und Aktoren (Ausgänge).
- Softwareinstallation: Installieren Sie eine geeignete Programmierumgebung, beispielsweise Python mit GPIO-Bibliotheken oder spezielle Steuerungssoftware.
- Entwicklung des Programms: Schreiben Sie die Steuerungslogik und stellen Sie sicher, dass sie die Echtzeitanforderungen Ihrer Anwendung erfüllt.
- Testen: Testen Sie das System gründlich unter verschiedenen Bedingungen, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen.
- Einsatz: Installieren Sie den Raspberry Pi in einer Umgebung, die ihn vor industriellen Gefahren schützt.
Für die Verarbeitung analoger Signale durch den Raspberry Pi ist möglicherweise zusätzliche Hardware wie ADCs (Analog-Digital-Umsetzer) erforderlich. Erwägen Sie außerdem die Verwendung industrieller Kommunikationsprotokolle wie Ethernet für die Netzwerkkonnektivität.
Integration von Arduino mit Raspberry Pi und SPS
Arduino-Boards sind Mikrocontroller-Plattformen, die bei Bastlern wegen ihrer Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit beliebt sind. Durch die Integration von Arduino mit Raspberry Pi und SPS kann ein leistungsstarkes Hybridsystem entstehen.
- Arduino und Raspberry Pi: Der Arduino übernimmt Echtzeit-Steuerungsaufgaben, während der Raspberry Pi die Datenverarbeitung und Netzwerkkommunikation verwaltet.
- Schnittstelle zu SPSen: Verwenden Sie Kommunikationsprotokolle, um das Hybridsystem mit vorhandenen SPSen zu verbinden und die Funktionalität zu verbessern, ohne bewährte Systeme zu ersetzen.
Diese Kombination nutzt die Stärken jeder Plattform, ist aber ohne umfangreiche Tests und Validierung möglicherweise nicht für kritische Anwendungen geeignet.
Sind Raspberry Pis für kritische Anwendungen geeignet?
Bei kritischen Anwendungen, bei denen Sicherheit und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind, sind SPSen häufig die bevorzugte Wahl. Raspberry Pis sind für solche Umgebungen nicht ausgelegt und verfügen möglicherweise nicht über die erforderlichen Zertifizierungen und Robustheit.
Do-it-yourself-Optionen können kostengünstig sein, erfordern jedoch erhebliche Aufmerksamkeit, um Hardware und Software richtig zu integrieren. Das Ausfallrisiko bei kritischen Anwendungen kann die Kostenvorteile der Verwendung eines Raspberry Pi gegenüber einer herkömmlichen SPS überwiegen.
SPS und Raspberry Pi: Die Lücke in der industriellen Automatisierung schließen
Die Kombination einer SPS und eines Raspberry Pi kann das Beste aus beiden Welten bieten:
- SPS: Übernimmt die Echtzeitsteuerung mit bewährter Zuverlässigkeit.
- Himbeer-Pi: Verwaltet Datenanalyse, Benutzeroberflächen und Netzwerkkonnektivität.
Beispielsweise könnte eine SPS einen Warmwasserbereiter steuern und mithilfe herkömmlicher Kontaktplanlogik eine bestimmte Auslasstemperatur aufrechterhalten. Der Raspberry Pi könnte Daten von der SPS sammeln, die Leistung visualisieren und Warnmeldungen senden, wenn Anomalien erkannt werden.
Diese Integration ermöglicht erweiterte Funktionen ohne Kompromisse bei der Zuverlässigkeit.
Die Zukunft der industriellen Steuerung: Wird Raspberry Pi die SPS ablösen?
Die Palette an Automatisierungsplattformen ist so groß wie nie zuvor und bietet neue Möglichkeiten für die industrielle Steuerung. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass der Raspberry Pi SPSen in naher Zukunft vollständig ersetzen wird.
Um das beste Ergebnis zu erzielen, müssen Benutzer gründlich recherchieren und sorgfältig auswählen. Zu berücksichtigende Faktoren sind unter anderem:
- Bewerbungsvoraussetzungen: Zuverlässigkeit, Echtzeitleistung, Umgebungsbedingungen.
- Kosten: Gesamtbetriebskosten, einschließlich Wartungs- und Ausfallrisiken.
- Support und Wartung: Verfügbarkeit von Ersatzteilen, technischem Support und Dokumentation.
SPS werden auch weiterhin das Rückgrat der industriellen Automatisierung bilden, aber Raspberry Pi und ähnliche Geräte können eine unterstützende Rolle spielen.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein Raspberry Pi als SPS verwendet werden?
Ja, ein Raspberry Pi kann so programmiert werden, dass er mithilfe geeigneter Software- und Hardwareschnittstellen einige Funktionen einer SPS ausführt. Projekte wie das OpenPLC-Projekt ermöglichen diese Funktionalität. Allerdings bietet es möglicherweise nicht das gleiche Maß an Zuverlässigkeit, das für industrielle Anwendungen erforderlich ist.
Welche Programmiersprachen werden für Raspberry Pi und SPS verwendet?
Der Raspberry Pi verwendet üblicherweise Programmiersprachen wie Python, während SPSen die Kontaktplanlogik oder andere spezielle, für die industrielle Steuerung entwickelte Sprachen verwenden.
Ist es kosteneffizient, eine SPS durch einen Raspberry Pi zu ersetzen?
Während ein Raspberry Pi im Vorfeld weniger teuer ist, kann der Austausch einer SPS erhebliche auftragsspezifische Hard- und Software erfordern, was die Kosteneinsparungen wieder zunichte macht. Zuverlässigkeits- und Wartungsaspekte können SPS auf lange Sicht kostengünstiger machen.
Kann Arduino zur industriellen Steuerung mit Raspberry Pi integriert werden?
Ja, die Integration von Arduino mit Raspberry Pi kann die Steuerungsmöglichkeiten verbessern. Für industrielle Steuerungsanwendungen erfüllt diese Konfiguration jedoch möglicherweise nicht die erforderlichen Standards für Zuverlässigkeit und Sicherheit.
Welche Einschränkungen gibt es bei der Verwendung eines Raspberry Pi in industriellen Umgebungen?
Der Raspberry Pi ist nicht für den industriellen Einsatz konzipiert. Ihm fehlen möglicherweise Funktionen wie Komponenten in Industriequalität, integrierte elektrische Isolierung und Widerstandsfähigkeit gegen extreme Temperaturen oder elektrische Störungen.
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Abschluss
Obwohl der Raspberry Pi spannende Möglichkeiten in der Automatisierung bietet, ist er kein direkter Ersatz für eine SPS im industriellen Umfeld. Für Hobbyisten und Bildungszwecke bietet er eine wertvolle Plattform zum Lernen und Experimentieren.
Beim Einsatz eines Raspberry Pi-Controllers in einem Produktionssystem müssen Zuverlässigkeit und Sicherheit sorgfältig geprüft werden. Handelsübliche Industrieprodukte kosten mehr als Systeme aus Unterhaltungselektronik, bieten jedoch die für industrielle Umgebungen erforderliche Robustheit.
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