Eingebetteter industrieller controller

Arten von eingebetteten Industriesteuerungen

Die **eingebettete Industriesteuerung** ist eine kompakte Verarbeitungseinheit, die Maschinen und industrielle Prozesse überwacht, steuert und automatisiert. Es gibt verschiedene Arten von eingebetteten Steuerungen, die jeweils für eine bestimmte Anwendung entwickelt wurden.

• Eingebettetes Steuerungssystem: Es verwendet Echtzeit-Betriebssysteme, um dedizierte Steuerungs- und Überwachungsaufgaben auszuführen. Diese Systeme sind äußerst zuverlässig und darauf ausgelegt, jahrelang ohne Ausfälle durchgehend zu laufen. Anwendungsbeispiele für eingebettete Steuerungssysteme sind mobile Roboter, Motorsteuerung und Automatisierungsaufgaben.
• Programmierbare Steuerung oder SPS: Diese Art von Steuerung kann über eine Netzwerkverbindung programmiert werden. Sie ermöglicht es Benutzern, Befehlssequenzen und programmierbare Logik für automatisierte Steuerungsaufgaben zu senden. Mit dem zunehmenden industriellen Internet der Dinge (IIoT) werden programmierbare Steuerungen für den Einsatz in der Fernsteuerung immer beliebter.
• Mikrocontroller (MCUs): Dies sind Chips, die einen Mikroprozessor sowie Speicher und programmierbare Ein- und Ausgabeperipheriegeräte enthalten. Einige verfügen auch über Kommunikationsperipheriegeräte für die Vernetzung. Anwendungen für Mikrocontroller umfassen Unterhaltungselektronik, mobile Geräte und eingebettete Systeme.
• PC-basierte Steuerungen: Diese Steuerungen verwenden einen Standard-PC, auf dem Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Anwendungen ausgeführt werden. Sie bieten ein komplettes Steuerungs- und Visualisierungssystem und sind für komplexe Steuerungssysteme gedacht, die eine leistungsstarke Datenverarbeitung erfordern. Anwendungsbeispiele für diese Art von Steuerung sind grafische Visualisierung, Datenprotokollierung, komplexe Bewegungssteuerung und Prozessautomatisierung.
• Eingebettete Steuerungen: In der Informatik bezieht sich der Begriff eingebettet auf Software- und Hardwarekomponenten, die in ein Gerät integriert sind und nicht entfernt werden sollen. Diese Komponenten sind in der Regel anwendungsspezifisch und für dedizierte Aufgaben innerhalb eines Systems ausgelegt. Beispielsweise beherbergt das Motherboard eines Computers eine eingebettete Steuerung mit einem Mikrochip, der von einer Firmware angetrieben wird und verschiedene Steuerungsfunktionen übernimmt.

Funktionen und Merkmale

• Datenverarbeitung: Der Hauptzweck von eingebetteten Steuerungen ist die Verarbeitung von Daten von Sensoren und die Ausführung der notwendigen Aufgaben. Diese Steuerungen können mehrere Ein- und Ausgänge verarbeiten und so einen reibungslosen Betrieb gewährleisten.
• Kommunikation: Eingebettete Industrie-PCs sind Steuerungen, die mit anderen Maschinen oder Systemen kommunizieren können. Sie verwenden Protokolle wie Modbus, CANbus und Ethernet, um Informationen auszutauschen und Daten an das Überwachungssystem zu senden.
• Automatisierung: Diese Steuerungen automatisieren sich wiederholende Aufgaben und reduzieren so den Bedarf an manuellen Eingriffen. Ein Automatisierungssystem verbessert die Konsistenz und Produktivität im industriellen Betrieb.
• Flexibilität: Industriesteuerungen bieten eine hohe Flexibilität und können so programmiert werden, dass sie verschiedene Aufgaben entsprechend den sich ändernden Bedürfnissen des Unternehmens ausführen.
• Eng gekoppelte Timer: Einige eingebettete Steuerungen verfügen über Timer, die eng an den Zentralprozessor gekoppelt sind. Diese Timer können Interrupts für präzise zeitbasierte Operationen generieren, die für eingebettete System-Aufgaben entscheidend sind.
• Temperatursensoren der Uhr: Steuerungen verfügen auch über Temperatursensoren der Uhr, die ihre Temperatur überwachen und so gewährleisten, dass das System unter sicheren Bedingungen arbeitet.
• Pulsweitenmodulation (PWM): Dies ist eine Technik, die von Steuerungen verwendet wird, um analoge Signale digital zu codieren. Das PWM-Signal kann die Helligkeit einer LED oder die Drehzahl eines Motors steuern.
• Digitale Signalverarbeitung (DSP): Eingebettete Industriesteuerungen verarbeiten Signale aus dem analogen Bereich digital. Signale von Sensoren haben analoge Eigenschaften, die in ein Format umgewandelt werden müssen, das der Mikroprozessor verarbeiten kann. DSP beeinflusst Signale wie Audio, Geschwindigkeit, Druck oder Licht und ermöglicht so eine präzise und effiziente Arbeitsweise der Steuerung.
• Eingebettete Software: Erhöhte Leistung und Zuverlässigkeit zeichnen die Software aus, die von eingebetteten Steuerungen ausgeführt wird. Die Echtzeit-Betriebs- und Embedded-Linux-Systeme bieten vorhersehbare Timing- und Multitasking-Fähigkeiten. Sie sind für eingebettete Anwendungen ausgelegt und haben einen geringen Platzbedarf.

Anwendungen von eingebetteten Industriesteuerungen

Ein eingebetteter Industriecomputer kann in vielen Anwendungen eingesetzt werden, wie z. B. in folgenden:

• Industrielle Automatisierung

  Steuerungen werden für die industrielle Automatisierung und Steuerung in Fabriken, Sektoren und verschiedenen Fertigungsumgebungen eingesetzt. Sie überwachen und steuern viele verschiedene Dinge, wie z. B. Temperatur, Druck, Durchflussrate usw., um sicherzustellen, dass Prozesse in industriellen Maschinen oder Prozesskontrollanwendungen reibungslos und konstant ablaufen.

• Fertigung

  Steuerungen können während der Produktionsphase oder beim Testen des Produkts eingesetzt werden, um festzustellen, ob es bestimmte Standards erfüllt. Sie können in Produktionsmaschinen, Roboter und Montagelinien integriert werden, um viele Aufgaben zu automatisieren, wie z. B. präzise Bewegungen, Maschinenhandling und die Ausführung von sich wiederholenden Arbeiten. Außerdem werden sie für die Qualitätskontrolle in Prüfgeräten eingesetzt, die eine Echtzeitüberwachung verschiedener Parameter und die Durchführung von Tests ermöglichen, um festzustellen, ob Geräte die Standard-Spezifikationen erfüllen.

• Maschinensteuerung

  Die Maschinensteuerung unterstützt die Verwaltung und Steuerung von Maschinen. Sie bietet eine Benutzeroberfläche für Bediener, um den Zustand einer Maschine zu befehlen und zu überwachen, und gibt ihnen die Möglichkeit, Einstellungen anzupassen, den Betrieb zu starten oder zu stoppen und auf Alarme zu reagieren.

  In Steuerungsanwendungen verarbeiten eingebettete Industriesteuerungen Daten von Sensoren, wie z. B. Temperatur, Druck und Vibration. Steuerungen führen vordefinierte Steuerungsalgorithmen aus, um Maschinenkomponenten entsprechend den Messungen zu bewegen oder anzupassen, um einen optimalen Betrieb der Maschinen sicherzustellen.

• Mobile Geräte

  Steuerungen haben eine breite Palette von Anwendungen in mobilen Fahrzeugen, Landmaschinen, Baumaschinen und mehr. Sie unterstützen diese Maschinen bei der Arbeit unter schwierigen Bedingungen, führen Steuerungsaufgaben aus, überwachen Funktionen und ermöglichen die Automatisierung für Straßenfahrzeuge und mobile Geräte.

• Energiemanagement

  Industriesteuerungen können zur Energieverwaltung eingesetzt werden, indem sie die Steuerung und Überwachung von Energiesystemen in vielen industriellen Umgebungen ermöglichen. Sie können den Stromverbrauch überwachen, Lecks erkennen und den Energieverbrauch optimieren, um die Betriebseffizienz zu verbessern und die Energiekosten zu senken.

• HKL- und Gebäudeautomation

  Steuerungen werden in HKL-Systemen für die Zonentemperaturregelung, Kühler, Kessel und zur Aufrechterhaltung einer ausgeglichenen Umgebung in Gebäuden eingesetzt. Diese Steuerungen können viele Dinge überwachen und steuern, wie z. B. Temperatur, Feuchtigkeit und Luftstrom. Sie helfen, eine komfortable Atmosphäre für die Menschen im Gebäude zu schaffen.

So wählen Sie eingebettete Industriesteuerungen aus

Es ist wichtig, die richtige Steuerung für ein Projekt zu identifizieren und auszuwählen. Steuerungen, zu denen unter anderem SPS und PCs gehören, führen ähnliche wichtige Funktionen aus, unterscheiden sich aber stark in ihren Fähigkeiten, Ressourcen, Betriebsbedingungen und Einschränkungen im industriellen Umfeld.

Bevor Sie eine Steuerung auswählen, sollten Sie wichtige Kriterien wie die Controller-Architektur, die Ein- und Ausgabefähigkeiten, die Programmiersoftware, die Erweiterungsmöglichkeiten, die Betriebsumgebung, die Echtzeitfähigkeit und die Ereignis-/Aufgabenpriorisierung berücksichtigen.

Steuerungen sind mit verschiedenen Architekturen ausgestattet, die sich auf ihre Leistung, Flexibilität und Programmiermöglichkeiten auswirken. Das Studium der Architektur wird Ihnen helfen, die Ein-/Ausgabe, die Funktionen der Verarbeitungseinheit, die analoge/digitale Signalverarbeitung und die Steuerungsalgorithmen zu verstehen.

Berücksichtigen Sie die Anzahl der Ein- und Ausgabepunkte sowie die Arten der digitalen und analogen Ein- und Ausgänge. Bewerten Sie die Genauigkeit analoger Eingangssignale, die Kapazität analoger Ausgänge, die Anzahl der Sensoren und Aktuatoren sowie die zu verbindenden Geräte. Berücksichtigen Sie auch die Kommunikationsschnittstellen, Protokolle und Netzwerk-Schnittstellen für den Datenaustausch und die Fernsteuerung.

Steuerungen verfügen über eine Verarbeitungseinheit, die Benutzerprogramme ausführt und Ein- und Ausgabedaten verarbeitet. Bewerten Sie die Leistungsmerkmale wie CPU-Geschwindigkeit, Speichergröße und Speicherkapazität. Diese Informationen helfen Ihnen, die Fähigkeit des Systems zu bestimmen, Aufgaben zu bewältigen, die Komplexität des Steuerungssystems und die Menge der zu verarbeitenden Daten.

Eingebettete Industriecomputer-Steuerungen bieten Steuerungslösungen für Anwendungen, die Echtzeit-Leistung, Diagnose, Multitasking und Modularität erfordern. Dazu gehören Fertigung und Prozessautomatisierung, Robotik, Bewegungssteuerung, eingebettete Systeme, Versorgungsunternehmen und Gebäudemanagement. Diese Steuerung besteht aus einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), Speicher, Ein-/Ausgabeschnittstellen und Kommunikationsschnittstellen.

Um festzustellen, wie viele Ein- und Ausgänge untergebracht werden können, studieren Sie die Erweiterungssteckplätze für zusätzliche analoge, digitale, Kommunikations- oder spezielle Funktions-Ein- und Ausgabemodule. Bewerten Sie die Fähigkeiten von Erweiterungsmodulen und ihre Kompatibilität.

Fragen und Antworten

F: Was ist eine eingebettete Industriesteuerung?

A: Eine eingebettete Industriesteuerung ist ein Computersystem, das in Industrieanlagen eingebettet ist, um Prozesse zu steuern. Es kann in ein Steuerungsfeld für industrielle Maschinen oder in die industrielle Maschine selbst eingebettet sein.

F: Was sind die Vorteile von eingebetteten Industriesteuerungen?

A: Es gibt viele Vorteile, darunter die effiziente und präzise Steuerung industrieller Prozesse. Dies führt zu einer höheren Produktivität und kürzeren Stillstandzeiten. Sie können auch programmiert werden, um spezifischen Anforderungen gerecht zu werden.

F: Wie wähle ich die richtige aus?

A: Berücksichtigen Sie die Rechenleistung, die durch die Arten von Aufgaben bestimmt wird, die ausgeführt werden sollen. Verbindungsmöglichkeiten sind wichtig für die Datenübertragung und Integration mit anderen Systemen. Stellen Sie sicher, dass die Steuerung Software-Kompatibilität und -Support bietet. Abschließend bewerten Sie die Langlebigkeit und die Eignung der Steuerung für die Betriebsumgebung.

F: Wie werden eingebettete Steuerungen gewartet?

A: Regelmäßige Wartung sollte durchgeführt werden, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen. Dies umfasst das Überprüfen und Aktualisieren der Software, das Reinigen des Geräts und das Inspizieren aller Teile auf Verschleiß.

F: Sind diese Steuerungen einfach in bestehende Systeme zu integrieren?

A: Ja, viele eingebettete Steuerungen sind so konzipiert, dass sie einfach in bestehende Systeme integriert werden können. Verkäufer stellen in der Regel Dokumentation und Support zur Verfügung, um Benutzer bei der Integration zu unterstützen.