Automatisierung ist einer der Schlüssel zur Steigerung der Produktivität und Senkung der Produktionskosten. Technologische Fortschritte wie Relais, SPS und Industrie-PCs (IPCs) treiben die industrielle Automatisierung voran, die die Art und Weise verändert, wie Maschinen und Menschen interagieren. In diesem Artikel wird die in der industriellen Automatisierung weit verbreitete Hardware für sekundäre Steuerungssysteme, SPS und Industrie-PCs erörtert. Wir besprechen auch, welche Art von Vier-Augen-System je nach den Anforderungen Ihrer Anwendung am besten geeignet ist.
Was ist eine SPS?
Programmierbare Steuerungen (PLCs) werden weit verbreitet verwendet, um Prozesse in Fertigungsanlagen zu automatisieren. In den 1970er Jahren waren SPSen ein Wendepunkt in Automatisierungssystemen. SPSen wurden entwickelt, um Schalttafeln und Anschlusskästen zu ersetzen. Im Laufe der Zeit wurden SPSen auf robustere Designs, skalierbare Funktionalität und programmierbare Systeme aufgerüstet. Darüber hinaus ermöglicht die Programmiersprache für SPS (Ladder Logic genannt) eine flexible Anpassung von SPS für die Maschinenautomatisierung. Diese Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit machen SPSen zu einer beliebten Wahl für den Ersatz älterer Relais und Anschlusskästen.
Was ist ein Industriecomputer?
Im Zuge der exponentiellen Entwicklung von Halbleitermikroschaltungen gab es auch die Entwicklung von Personalcomputern (PC). Da Computerchips immer leistungsfähiger, kleiner und billiger werden, gewinnen Industriecomputer in der Automatisierungsbranche an Bedeutung. Industrie-PCs können SPS-Überwachungssteuerung bieten, jedoch mit mehr Workloads wie HMIs, Gateways, KI-Anwendungen usw. Industrie-PCs können diese Workloads mit Leistungsbeschleunigern wie GPUs, TPUs, VPUs, NVMe-SSDs und mehr konsolidieren. Die Fähigkeit, Workloads zu konsolidieren, reduziert ihren Hardwareplatz in der Fabrik. Herkömmliche und industrielle Computer haben sehr ähnliche Grundkomponenten wie CPU, RAM, SSD und GPU. Industrie-PCs sind jedoch so gebaut und konstruiert, dass sie extremen Umgebungsbedingungen standhalten, von extremen Temperaturen bis hin zu Stößen und Vibrationen. Gewöhnliche PCs gehen sehr schnell kaputt, wenn sie rauen Umgebungen ausgesetzt sind. Einige der Design- und Konstruktionsmaterialien, die Industrie-PCs extrem langlebig machen, sind lüfterlose Designs, einteilige Gehäuse und Materialien in Industriequalität. Darüber hinaus sind Industriecomputer weit verbreitet. Sie unterstützen nicht nur die neueste Technologie, sondern unterstützen auch traditionelle Technologien, die üblicherweise in der Fabrikautomatisierung verwendet werden, wie serielle Schnittstellen, COM, M12-Anschlüsse, DIO, GPIO usw., was zu dem schnellen Wachstum von Industrie-PCs in der Fabrikautomation führt.
Was ist der Unterschied zwischen einem Industriecomputer und einer SPS?
1. Betrieb
SPS sind mit einem Echtzeit-Betriebssystem ausgestattet, das ständig Eingaben von angeschlossenen Geräten überwacht und dann entscheidungsrelevante Befehle gemäß seinem Programm ausführt. Außerdem ist das Betriebssystem (OS) der SPS speziell darauf ausgelegt, Steuerungsaufgaben zu übernehmen. So benötigen SPS in der Regel keine Antivirenprogramme oder Registry Cleaner, was die Rechenleistung im Betrieb erhöht.
Industrie-PCs können die gleichen Aufgaben wie eine SPS ausführen, aber ihre Betriebssysteme ermöglichen es ihnen, verschiedene Anwendungen und Programme auszuführen, die eine SPS nicht ausführen kann. Mit diesen Fähigkeiten wird IPC nicht nur für Verwaltungszwecke verwendet. Industrie-PCs können Workloads konsolidieren und die Belastung der Hardware reduzieren. IPC-Betriebssysteme wie Windows und Linux sind jedoch anfällig für Cyberangriffe, aber vorhandene Antivirensoftware und Firewalls sind fortschrittlich genug, um dieses Risiko zu mindern.
2. Programmierung
Der nächste Unterschied zwischen einem Industrie-PC und einer SPS besteht darin, wie Programme entwickelt und ausgeführt werden. SPS implementieren typischerweise eine scanbasierte Programmausführung, während Industrie-PCs typischerweise ereignisgesteuerte Software sind. Beispielsweise ist SPS-Softwarelogik in der Norm IEC 61131-2 spezifiziert, wie z. B. Kontaktplanlogik oder andere herstellerspezifische Sprachen. Industrie-PCs hingegen laufen auf bekannten Windows- oder Linux-Betriebssystemen mit Programmiersprachen wie C/C++/.NET. Folglich sind Industrie-PCs aufgrund ihrer Beliebtheit bei Entwicklern einfacher zu programmieren. Sie ermöglichen es dem System auch, mit viel mehr Maschinen und Geräten zu kommunizieren als die Leiterlogik, die dank universeller Programmiersprachen wie C++ eine spezielle Schulung zum Erlernen erfordert.
3. Sicherheit
Sicherheit ist einer der Nachteile der Fabrikautomatisierung, und wenn sie nicht ernst genommen wird, haben Unternehmen viel zu verlieren. Industrielle Anlagen müssen zwei grundlegende Sicherheitsprinzipien berücksichtigen. Blockieren Sie zunächst Angriffe durch unbefugten externen Zugriff. Zweitens ist der Zugriff des Benutzers gemäß seinen Rechten oder Aufgaben beschränkt. In der Vergangenheit war bekannt, dass SPS gegen Malware-Angriffe immun sind. Einige Angreifer haben jedoch begonnen, SPS-Malware zu entwickeln, wie es bei Stuxnet der Fall war, als ihre Siemens-SPS kompromittiert wurden. Aber auch Industrie-PCs sind anfällig für Malware und bedürfen eines umfassenden Schutzes mit Antivirus-Software oder Hardwaremodulen. Einige Industriecomputer verwenden ein in das Motherboard integriertes TPM (Trusted Platform Module) 2.0, um Daten zu verschlüsseln.
4. Qualität
In Bezug auf die Bauqualität sind sowohl SPS als auch Industrie-PCs für den Betrieb unter extremen Bedingungen ausgelegt. Da sich Industrie-PCs von herkömmlichen Desktops oder Workstations unterscheiden, sind Industrie-PCs sehr robust und langlebig. Nachfolgend einige industrielle Merkmale von Industrie-PCs:
Lüfterloses Design
Großer Temperaturbereich
Stoß- und vibrationsfest
Hohe IP-Schutzklasse
Erweiterbare Module
Erweiterte E/A mit Unterstützung für Legacy-Technologien
Hinsichtlich der Verarbeitungsqualität passen SPS und Industrie-PC gut zusammen. Industrie-PCs hingegen profitieren von ihrer kompakten Größe. SPS sind oft sperrig und haben begrenzte Installationsmöglichkeiten. Einige SPS können auch während der Installation aufgrund schlechter Wärmeableitung überhitzen. Im Vergleich dazu sind Industrie-PCs relativ klein und verfügen über eine Vielzahl von Montageoptionen, darunter VESA-Montage, Rack-Montage und DIN-Schienen-Optionen. Darüber hinaus sind einige Industrie-PCs mit einer Zündsteuerung ausgestattet und können in Fahrzeugen eingesetzt werden.
5. Erweiterbarkeit
Sowohl SPS als auch Industrie-PCs müssen verschiedene Geräte zur Steuerung, Überwachung und Kommunikation steuern. Daher sind SPSen und Industrie-PCs mit mehreren COM-Ports und anderen E/A-Funktionen ausgestattet, einschließlich herkömmlicher Technologien. Einige gängige industrielle Kommunikationsprotokolle sind CANbus, Modbus, Profibus, EtherCAT und EtherNET/IP. Diese Technologien sind bereits in die meisten SPSen integriert, obwohl beide sie unterstützen können. Andererseits verfügen Industrie-PCs über integrierte Erweiterungssteckplätze, um ihre Vielseitigkeit zu erhöhen. Daher haben Industrie-PCs eine höhere Schwelle für die Anzahl der I/O-Operationen, die sie verarbeiten können. Darüber hinaus sind Industrie-PCs mit diversen COM-, LAN-, USB- und HDMI-Anschlüssen ausgestattet. Diese Funktionen ermöglichen es Industrie-PCs, Arbeitslasten von unterschiedlichen Geräten zu konsolidieren, nicht nur von SPSen. Beispielsweise kann ein Industrie-PC eine eigene HMI-Anwendung ausführen, während eine SPS eine separate HMI-Anwendung benötigt, um etwas auf einem Anzeigepanel anzuzeigen. Was Industrie-PCs noch spezieller macht, ist ihre Fähigkeit, unzählige Erweiterungen von drahtlosen Netzwerkkarten, 5G-Modulen, SSD-Laufwerken bis hin zu GPU-Beschleunigern zu unterstützen.
6. Rechenleistung und Speicherplatz
SPS sind leistungsstarke Steuerungen für die Automatisierung der Steuerung, da ihre Mikroprozessoren für die Ausführung bestimmter Funktionen ausgelegt sind. SPS können problemlos Hochgeschwindigkeits-E/A und kleine Automatisierungsanwendungen handhaben. Automatisierungsprojekte werden jedoch immer fortschrittlicher und erfordern mehr Rechenressourcen. Abhilfe schaffen hier Industrie-PCs. Industrie-PCs nutzen mehr Speicherplatz und vollwertige Prozessoren, wie z. B. Arbeitsplatzrechner, auf denen rechen- und speicherintensive Anwendungen ausgeführt werden können. Darüber hinaus können Industriecomputer mit Leistungsbeschleunigern wie GPUs, TPUs, CPUs und VPUs in Zusammenarbeit mit Bildverarbeitungsanwendungen intelligente Berechnungen durchführen, als würden sie auf einem intelligenten Fließband laufen.
7. Kosten
Kurz gesagt, der Vergleich der Kosten einer SPS und eines IPC zeigt, dass eine SPS für kleinere Anwendungen billiger ist, während ein IPC höhere Anschaffungskosten hat. Da Anwendungen jedoch komplexer werden und mehr Rechenressourcen erfordern, können die Gesamtkosten einer SPS die eines Industrie-PCs übersteigen. Obwohl die Anschaffungskosten einer SPS niedriger sind, steigt der Preis exponentiell, wenn zusätzliche Rechenleistung oder Peripheriegeräte erforderlich sind. Im Gegensatz dazu haben Industrie-PCs höhere Anschaffungskosten, sind aber viel billiger, wenn Upgrades der Verarbeitungsleistung und Skalierbarkeit erforderlich sind.
So wählen Sie einen Industrie-PC und eine SPS aus
Wenn Sie sich für eine programmierbare Steuerung für Ihr industrielles Automatisierungssystem entscheiden, sollten sowohl SPS als auch Industrie-PCs ihren Platz haben. SPS eignen sich eher für den Betrieb kleiner Automatisierungssysteme mit strengen Funktionen. Darüber hinaus sind SPSen zuverlässig, wirtschaftlich und äußerst zuverlässig für den industriellen Einsatz. Andererseits eignen sich Industrie-PCs gut für Lösungen mit hohen Anforderungen an Rechenressourcen und Speicherplatz. Für komplexe Anwendungen, die Vielseitigkeit des Controllers erfordern, sind die Gesamtbetriebskosten (TCO) eines Industrie-PCs niedrig. SPS sind sicher, weil sie keine drahtlosen Verbindungen haben, Industrie-PCs sind dank modernster Cybersicherheitssoftware genauso sicher und Standardhardware ist sehr zuverlässig. Einige Anwendungen können sowohl SPS als auch Industrie-PCs verwenden, um Kosten und Nutzen gegeneinander abzuwägen. Letztendlich hängt es davon ab, welche Funktionen in Ihrem Produktionsprozess implementiert sind.
