Die Wahl der richtigen Systemarchitektur- Kosten sparen, flexibel bleiben
In der industriellen Automatisierung entscheidet die Wahl der richtigen Systemarchitektur über Effizienz, Kosten und Zukunftssicherheit. Eine smarte Kommunikation zwischen SPS und Automatisierungskomponenten wie Antrieben, Sensoren und Ventilinseln kann nicht nur die Gesamtkosten deutlich senken, sondern auch die Flexibilität und Erweiterbarkeit einer Anlage sicherstellen. Anwendern steht heute eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten zur Verfügung: von der diskreten Verdrahtung über Feldbussysteme mit Remote I/O bis hin zur zentralen und dezentralen Anbindung der Pneumatik. In diesem Blogbeitrag werfen wir einen Blick auf die Einsatzgebiete und Vor- und Nachteile der verschiedenen Architekturansätze mit dem Fokus auf Kosten und Flexibilität.
Diskrete Verdrahtung: Kostengünstige Lösung für kleine Maschinen
Bei der diskreten Verdrahtung wird jede einzelne Komponente wie z.B. Sensoren und Aktuatoren direkt mit der zentralen Steuerungseinheit im Schaltschrank verbunden. Jeder Ein- und Ausgang benötigt dabei eine eigene Leitung. Dadurch entfallen zwar teure und komplexe Kommunikationsprotokolle und Busknoten, die Architektur stößt jedoch schnell an ihre Grenzen und führt bei zunehmender Größe zu einem hohen Verkabelungsaufwand und großem Platzbedarf im Schaltschrank. Das System wird bei Erweiterungen schnell extrem komplex und fehleranfällig. Für kleine Maschinen oder Anlagen mit überschaubaren Ein- und Ausgängen ist dieses System jedoch ausreichend, solange sich Kosten und Platzbedarf in Grenzen halten.
Feldbussysteme: Für komplexere Automatisierungsaufgaben
Feldbussysteme sind digitale Netzwerke, die mehrere Geräte über eine einzige Kommunikationsleitung mit der Steuerungseinheit verbinden. Beispiele sind ProfiNET, EtherNET/IP oder EtherCAT. Diese werden relevant bei mittleren bis großen Anlagen mit einer Vielzahl an Ein- und Ausgängen. Denn ein Feldbus erhöht die Flexibilität und Skalierbarkeit eines Systems deutlich: weniger Kabelleitungen werden benötigt, denn eine einzige Datenleitung reduziert nun viele diskrete Verbindungen. Neue Geräte können einfach ins Netzwerk integriert werden und verschiedene Komponenten können über denselben Bus kommunizieren, Auch die Diagnose wird erleichtert, denn Störungen lassen sich nun einfacher identifizieren.
Gleichzeitig sind die notwendigen Feldbusknoten sehr kostenintensiv und die Kompatibilität wird ein wichtiges Thema: Denn nicht jedes Gerät kann mit jedem Feldbus kommunizieren. In der Architektur entsteht eine Abhängigkeit vom verwendeten Feldbusprotokoll in der SPS.
Remote I/O: Raus aus dem Schaltschrank
Remote IO verlagert IO-Module ab Schutzart IP65 an entfernte Standorte in die Nähe von Sensoren und Aktoren. Diese Module kommunizieren über Feldbussysteme mit der zentralen Steuerung. Remote I/O ist für große und weitläufige Anlagen unerlässlich, wenn die Module außerhalb des Schaltschranks und in der Nähe der Komponenten platziert werden sollen. Der Verdrahtungsaufwand wird weiter minimiert, die Datenraten erhöht und die Schaltschrankkapazität deutlich reduziert. Durch die Platzierung im Feld wird auch die Skalierbarkeit der Maschine deutlich vereinfacht und deutlich kostengünstiger realisiert sowie die Wartung vereinfacht, da Fehler direkt vor Ort diagnostiziert und behoben werden können.
Der Einsatz von Remote I/O ist aus der modernen Automatisierungsarchitektur inzwischen nicht mehr wegzudenken, und und stellt einen großen Gewinn für die Automatisierung dar. Allerdings ist diese Technologie in der Anschaffung zunächst die teuerste. Das System wird deutlich abhängiger von einer stabilen Netzwerkanbindung und erfordert viel Know-how bei der Planung und Integration.
Pneumatik und Elektrische Automatisierung perfekt verbunden
Die Integration von Ventilinseln und pneumatische Komponenten in ein Automatisierungssystem bietet viel Potential, birgt aber auch die Gefahr von Überdimensionierung durch lange und komplexe Verschlauchungen und hohe Kosten durch zusätzlich notwendige Schnittstellen. Mit den richtigen Komponenten und einer möglichst einheitlichen Kommunikationssprache kann jedoch eine dezentrale oder hybride (modulare und dezentrale) Anbindung realisiert werden. Dies reduziert die Anzahl der Busknoten und IP-Adressen und vereinfacht die Diagnose.
