Hallo, ich möchte eine Steuerung für eine Maschine bauen. Diese Steuerung soll im industriellen Umfeld eingesetzt werden. Die Steuerung besteht aus einer zentralen Steuerungseinheit und aus einer oder mehreren Ein- / Ausgangsmodulen. Die Versorgungsspannung wird über einen Trafo 400 VAC / 24 VAC zur Verfügung gestellt. Die Kommunikation zwischen den Modulen erfolgt über einen CAN Bus. Über einen weiteren CAN Bus können Maschinen miteinander kommunizieren. Die Aufteilung auf zwei Bus dient vorwiegend der Sicherheit. Die zentrale Steuerungseinheit befindet sich in einem Metallschaltkasten zusammen mit einem Schütz bzw. einem Stern Dreiecksatz und einem Motorschutz. Über Knöpfe und ein LCD Display kann der Benutzer die Maschine starten, Einstellungen vornehmen oder Störungen angezeigt bekommt. Von hier angehend geht ein CAN Bus zu den Interfacemodulen. Zusätzlich verfügt die Einheit über ein Relais um Störungen zu signalisieren und einen galvanisch getreten Eingangskontakt für eine Fernsteuerung. Die Interfacemodule werden von der Steuerungseinheit mit Strom versorgt. CAN Bus und Stromkabel werden zusammen über ein 4 adriges Kabel zu den Modulen geführt. Ein Modul verfügt über verschiedene Analog und Digital Ein- und Ausgänge. Die Daten werden von einem Mikrocontroller aufbereitet und von der Steuerungseinheit abgerufen. Nun zu meinen Fragen [EMV] Bei meiner Recherche im Internet bin ich bei diversen IC Herstellern auf Beispiele für SPS Module gestoßen. Dort wird die Verbindung von Analog und Digital Eingängen zum Mikrocontroller oft galvanisch getrennt. Mit ein Grund wird sicher der möglichst universelle Einsatz sein. Aufgrund des EMV Umfeldes habe ich mir gedacht die Versorgungsspannung und den CAN Bus zum Modul galvanisch zu trennen, da sich über die Zuleitung Störungen einkoppeln können und ich damit außerdem Erdschleifen vermeiden möchte. Ist zusätzlich eine galvanische Trennung der Eingänge und Ausgänge zu dem Mikrocontroller notwendig wenn die Spannung von der Steuerung selbst kommt und die Zuleitungen relativ kurz sind? Die Analog und Digital Ein- und Ausgänge müssen natürlich vor Transienten geschützt werden. Bitte keine Begründungen nach dem Schema, weil man das einfach so macht. Prinzipal würde ich eine galvanisch Trennung einsetzten wenn ich unterschiedliche Versorgungskreise habe. Gibt es noch andere Gründe wann man eine galvanische Trennung einsetzen sollte? [Stromversorgung] Was wäre die bessere Vorgehensweise. Ein AC/DC Wandler auf der zentralen Steuerungseinheit, der die Steuerungseinheit und alle Ein-/Ausgangsmodule mit einer DC Spannung versorgt oder einzelne AC/DC Wandler für jedes Modul. Der Vorteil bei dem AC/DC Wandlern wäre, dass man die Anzahl der Module im Nachhinein einfach erweitern kann, indem man den Trafo austauscht und vergrößert. Zumal ich dann auch eine geringere Abwärme bei der Steuerungseinheit hätte, da ich kein so leistungsfähigen AC/DC Wandler benötige. Eine schematische Darstellung findet Ihr im Anhang Vielen Dank für die Hilfe
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Paul M. schrieb: > ich möchte eine Steuerung für eine Maschine bauen Warum? Fertige SPS gibs wie Sand am Meer und ich sehe kein Alleinstellungsmerkmal. Paul M. schrieb: > die Spannung von der Steuerung selbst > kommt und die Zuleitungen relativ kurz sind Man darf also nur kleine Maschinen bauen? Paul M. schrieb: > Gibt es noch andere Gründe wann > man eine galvanische Trennung einsetzen sollte? Damit nur ein Teil der Steuerung abraucht, statt alles. Wer ist denn die Zielgruppe deiner Entwicklung?
Ich glaub das wird eh nichts. Da fehlt zuviel Theorie und Erfahrung.
Erik schrieb: > Warum? Fertige SPS gibs wie Sand am Meer und ich sehe kein > Alleinstellungsmerkmal. Bei mehr als 200 Stück ist mir eine SPS von der Stange zu unflexibel. > Man darf also nur kleine Maschinen bauen? Von der Größe der Maschine habe ich nichts geschrieben. Vielleicht versucht du noch einmal den Text zu lesen. Kurze Kabel geben weniger Möglichkeiten einer Störeinstrahlung. > Damit nur ein Teil der Steuerung abraucht, statt alles. Kommt es bei der Anorndung überhaupt zu solchen Störeinflüssen? Wenn ja, warum?
Paul M. schrieb: > Die Versorgungsspannung wird über einen Trafo 400 VAC / 24 VAC zur > Verfügung gestellt. Ist das irgendeine Vorgabe, oder wie kommst Du auf die Idee? Aus Gründen des Wirkungsgrades wird üblicherweise auf Schaltnetzteile zurückgegriffen, und dann natürlich mit Gleichspannung gearbeitet. Das sind dann auch 24 Volt.
Nur galvanische Isolation löst alle denkbaren Probleme. Sowohl jeder AI wie auch CAN (etc). Und heutzutage kostet das Zeug fast nix mehr. Ist doch völlig wurscht, ob eine solche Steuerung 30 Euro mehr oder weniger kostet. Ein Auftraggeber vor ca 28 Jahren hätte mich standrechtlich erschossen, wenn nicht jeder AI und CAN einzeln isoliert gewesen wäre (Module für Turbinenprüfstände). Seinem Wunsch entsprochen und allzeit Null Problemo. Ein Auftraggeber vor 25 Jahren "verbot" mir diesen Aufwand und ging es auch ziemlich lange problemlos, aber der Ärger nimmt zu, weil die digitalen Störquellen zunehmend schlimmer werden. Imho liegt es an den kontinuierlich zunehmenden Taktfrequenzen auf allen Ebenen. Vorsicht bei ISO-CAN-IC: Diese Dinger feuern Störungen hinaus wie verrückt. Entweder ein perfektes Layout mit Doppel-T Filterungen in VCC oder lieber diskret mit extra DCDC. Wenn es auf 2 cm2 Platinenfläche nicht ankommt, dann lieber "diskret".
10m Leitung parallel zu einer Stromleitung können schon viel Spaß haben. Was im Labor schön funktioniert, könnte in einer Werkhalle auch anders sein?
Nimm's mir nicht übel, aber Deine Maschine würde ich nicht kaufen. In dem letzten Betrieb, in dem ich gearbeitet habe, ist mal die Steuerung einer Maschine, nach 25 Jahren abgeraucht. Eine Bestellung und nach drei Tagen lief das Teil wieder. ...es musste also keine neue Maschine gekauft werden oder die komplette Steuerung neu aufgebaut und programmiert werden. Was in jedem Falle viel länger gedauert hätte wie jede andere Lösung. Klar war das Teil bereits x-Mal abgeschrieben, trotzdem kann in vielen Fällen, ein längerer Produktionsausfall, ein vielfaches der Neukosten betragen. Zugegeben, der Betriebsleiter war schon etwas älter, ich habe aber verstanden, dass er nicht nur auf die angebliche Leistung einer Maschine achtete - beim Neukauf - sondern auch wie die erbracht wurde. Da wir praktisch immer Sonderanfertigungen in Betrieb hatten, war bei uns auch die Software vorhanden.
1) Oben steht was von über 200 Stücken 2) Geht es eigentlich nur um die Frage der Galvanischen Isolation. 3) Halte ich einen angeblichen SPS-Ersatz ab Lager 1:1 nach 25 Jahren für einen schlechten Witz, den Beitrag völlig unnütz zum Thema sowieso.
Hallo, > Paul M. schrieb: Ähnliches, nur noch größer und komplexer entwickle ich auch für Industrie-Meßtechnik mit vielen I/O-Funktionen und einem Sach voll unterschiedlicher Interfaces (RS485, CAN, Ethernet, ProfiBUS ...). > [EMV] > Bei meiner Recherche im Internet bin ich bei diversen IC Herstellern auf > Beispiele für SPS Module gestoßen. Dort wird die Verbindung von Analog > und Digital Eingängen zum Mikrocontroller oft galvanisch getrennt. Mit > ein Grund wird sicher der möglichst universelle Einsatz sein. AO (0...20m) und Interfaces (RS485, CAN) werden überlicherweise immer galv. getrennt ausgeführt. AnalogIn kann man auch ohne galv. Trennung machen, aber mit einem großen Gleichtaktbereich (+/- 200V). Die Frage dabei ist immer: Mit welche Störungen muß man im Worst Case rechnen? Bei lokal sehr begrenzten Anlagen mit Betrieb inenrhalb eines Raumes könnte man sicher auch auf galv. Trennung verzichten. Allerdings ist galv. Trennung auch schon ein Werbeargument und der Verzichtz darauf bedeutet für den käufer -> "Ist vor allem billig!" Ein DCDC-Wandler, Isolier-IC und Schutzbeschaltungen kosten hardwäremaßig kaum mehr als ca. 10€. Der Platz sollte bei so einer Anlage wohl immer vorhanden sein. > Aufgrund des EMV Umfeldes habe ich mir gedacht die Versorgungsspannung > und den CAN Bus zum Modul galvanisch zu trennen, da sich über die > Zuleitung Störungen einkoppeln können und ich damit außerdem > Erdschleifen vermeiden möchte. Galv Trennung ist vor allem gut gegen Gleichtaktstörungen (z.B. hohe Überspannungen durch Blitzschlag in der Nähe des Objektes). > Ist zusätzlich eine galvanische Trennung der Eingänge und Ausgänge zu > dem Mikrocontroller notwendig wenn die Spannung von der Steuerung selbst > kommt und die Zuleitungen relativ kurz sind? So kurze Leitungen innerhalb eines Systems in vernünftiger Ausführung -> paarig verdrillt (twisted pairs) und geschirmt sollten eigentlich störsicher genug sein. Eingänge kann man rel. hochohmig machen und mit robustem Überspannungsschutz versehen (je nACH Signal z.B. auch noch gegen Netzspannung). > Prinzipal würde ich eine galvanisch Trennung einsetzten wenn ich > unterschiedliche Versorgungskreise habe. Was habe die Versorgungskreise damit zu tun? Es steht nur die Frage, ob man ein stabiles Bezugpotential hat, was innerhalb eines Maschinenraumes normalerweise immer gewährleistet sein sollte. Allerdings gibt es Ecken in dieser Welt, wo man mit allem rechnen muß, auch mit den miesesten Elektroinstallationen. > Gibt es noch andere Gründe wann > man eine galvanische Trennung einsetzen sollte? siehe oben, Blitzschutz, wegen Gleichtaktstörungen, die man mit Gasableitern gut abfangen kann. > [Stromversorgung] > Was wäre die bessere Vorgehensweise. Ein AC/DC Wandler auf der zentralen > Steuerungseinheit, der die Steuerungseinheit und alle > Ein-/Ausgangsmodule mit einer DC Spannung versorgt oder einzelne AC/DC > Wandler für jedes Modul. Muß du wissen, was besser ist. Zentrale Versorgung hat einige vorteile, dezentrale Versorgung aber auch. Ich frage mich auch, wozu das ganze dienen soll. Lohnt es wirklich, hundertausende €uronen in so eine Entw. zu investieren (für paar hundert Geräte?)? Alleine mit der Softwareerstellung wirst du ne Menge Kosten haben. Das Lehrgeld für die Hardware wird wahrscheinlich auch nicht unerheblich werden. Gruß Öletronika
Paul M. schrieb: >> Man darf also nur kleine Maschinen bauen? > Von der Größe der Maschine habe ich nichts geschrieben. Doch hast du. 10+1m Kabel sind halt nix, wenn du deine EA Module an jeder Ecke der Maschine verteilen musst, um sie alle zur zentralen Steuerung zu führen. Du redest im Endeffekt von einer dezentralen SPS. Gibs tolle Artikel zu, dass das Industrie 4.0 sein soll... Mir würden allerdings viel zu viele Schnittstellen fehlen (Ethernet, IO-Link, ...) CAN hat seinen Anwendungsfall, aber ich nicht der Weisheit letzte Schluss. TT CAN wenn schon. Wie soll das Ding überhaupt programmiert werden, komm mir jetzt bitte nicht mit C Code from scratch...
Hunderttausende Euronen.. Naja, auf Anhieb wollte ich mich darüber lustig machen. Aber was wahres ist schon dran, wenn es sozusagen das Lehrstück ist. Man kann es tun, um sich die Basis für weitere Projekte zu erarbeiten. Einen Stundensatz darf man sich aber nicht ausrechnen. Irgendeine SPS wäre bei meiner Klientel sowieso unmöglich, weil es sowas gar nicht zu kaufen gibt, was sich die immer einbilden.
Paul M. schrieb: > Bei mehr als 200 Stück ist mir eine SPS von der Stange zu unflexibel. Was soll daran unflexibel sein? Die Module kann man doch einfach im Hutschienen-Prinzip aneinander-Reihen und schon hat man das was man braucht. Falls etwas fehlt, einfach ergänzen. Die Namhaften Hersteller haben ein so grosses Sortiment, da ist alles vorhanden. Zudem sind alle relevanten Themen schon umgesetzt (Diagnose-Tools, EMV/ESD, Logger, Software-Umgebung, HMI, OPC UA, Standard-Schnittstellen, Remote-Access, Sicherheitsthemen, Zertifizierungen für SS1/STO/SLS/SBC/SOS...) Glaub mir, wir haben in unserem Betrieb für Standardmaschinen (>1000 Stück pro Jahr) eine eigene Mini-SPS aufgebaut. Der Aufwand damit das alles einigermassen sinnvoll funktioniert und man damit auch weiter Entwickeln kann, ist immens. Da haben mehr als 30 Leute über 5 Jahre entwickelt, damit unsere Anforderungen umgesetzt wurden. Während dieser Zeit waren die Ressourcen für neue Maschinen-Projekte somit nicht verfügbar... Und man muss sich um Betriebssysteme/Bauteilabkündigungen etc. selber kümmern. Wenn man die HK Preise für die einzelnen Mini-SPS Komponenten rechnet, sind wir aktuell günstiger als eine Standard-SPS, aber rechnet man den ganzen Entwicklungs- und Support-Aufwand dazu, legen wir aus meiner Sicht drauf. Aber das war nicht meine Entscheidung... Überleg dir das gut!
Paul M. schrieb: >> Warum? Fertige SPS gibs wie Sand am Meer und ich sehe kein >> Alleinstellungsmerkmal. > Bei mehr als 200 Stück ist mir eine SPS von der Stange zu unflexibel. Worin soll die Flexibilität gegenüber Standard-Lösungen bestehen? Bis Deine SPS ihre Kinderkrankheiten überwunden hat, sind deutlich mehr als 200 Stück über mehrere Jahre gebaut worden. Auch sollten die Aufwendungen für die Software (Betriebssystem), Dokumentation (mehrsprachig) und die vom Kunden geforderten Prüfungen/Abnahmen nicht unterschätzt werden. Zudem müssen Vertriebs- und Schulungsmaßnahmen durchgeführt werden. Bist Du wirklich bereit, mehrere Mannjahre in dieses Projekt zu stecken?
Also ganz prinzipiell: Gegen die mehreren Mannjahre ist doch nichts auszusetzen. Eines meiner Projekte läuft jetzt schon 24 Jahre und das Ende der Weiterentwicklung ist noch nicht erreicht. Wer sagt denn, dass es Paul.M kostenlos tun müsste ?
Willi S. schrieb: > Eines meiner > Projekte läuft jetzt schon 24 Jahre > und das Ende der Weiterentwicklung > ist noch nicht erreicht. Du meinst dein Kind? scnr
Hier ist glaube ich etwas missverstanden worden. Ich möchte keine eigene SPS aufsetzen. Das wäre quatsch. Die Anwendungsberichte von IC Herstellern für SPS Module waren das naheliegendste was ich im Netz gefunden habe. Eine SPS von der Stange habe wir schon ausprobiert. Die Bedienung war eine Katastrophe und zu teuer. Die einzige Modularität die meine Steuerung besitzen soll, besteht in den Anschlussmodulen. Davon wird es wahrscheinlich nur 1 bis 2 geben. Bei dem Modul was immer dabei ist gibt es nur diese Anschlüsse: 1x PT 100 1x 4-20mA 1x digitaler Eingang 2x Leistungsschalter 2x Strommessung 1x CAN kein Ethernet, kein HMI, kein OPC, kein Netzwerk, kein großes Betriebssystem, kein etc, keine Software die vom Kunden programmiert wird. Alles sehr einfach. Wenn ich all diese Sachen wirklich bräuchte, dann würde ich etwas von der Stange nehmen.
Kein Netzwerkanschluss ... was soll das denn ? da kannst du ja nicht mal die Parametrierung im Betrieb optimieren.
Clonozett schrieb: > da kannst du ja nicht mal > die Parametrierung im Betrieb optimieren Ich glaub das ist gar nicht geplant. Den Sketch kann man doch neu compilieren und hochladen. :-D
Paul M. schrieb: > Eine SPS von der Stange habe wir schon ausprobiert. Die Bedienung war > eine Katastrophe und zu teuer. Erhelle uns bitte, welche und wie programmiert?
Paul M. schrieb: > kein Ethernet, kein HMI, kein OPC, kein Netzwerk, kein großes > Betriebssystem, kein etc, keine Software die vom Kunden programmiert > wird. Also möchtest du ein Embedded System ohne Display/Tasten, ohne neue FW/SW Features, ohne Fernwartung im Fehlerfall... Ohne dir zu nahe zu treten: Als Kunde würde ich sowas nicht kaufen, da ich weder die Maschine bedienen kann (kein HMI von dir gefordert), noch irgendwelche SW Updates bekommen kann (kein Netzwerk von dir gefordert), noch irgendwie Richtung Industrie 4.0 geht (kein Netzwerk/OPC UA von dir gefordert) oder State of the Art ist (Schnittstellen einsparen ist eine sehr schlechte Idee). Bei uns wird sein Jahren keine einzige Maschine, sei sie noch so einfach, ohne Ethernet Anschluss ausgeliefert. Das was du beschreibst geht eher Richtung Arduino, Zynq Board oder STM Board, was definitiv nicht im industriellen Bereich eingesetzt wird (siehe oben genannte Gründe). Single Board Computer (z.B. von Toradex oder ähnlich) sind schon übertrieben, da sie alles unterstützen, was du nicht möchtest/brauchst. Paul M. schrieb: > Eine SPS von der Stange habe wir schon ausprobiert. Die Bedienung war > eine Katastrophe und zu teuer. Würde mich interessieren, von welcher du hier sprichst. Btw, als klassischer uC Programmierer ist die SPS-Welt etwas komplett anderes. Das kann man nicht vergleichen und hier besteht grosses unnötiges Frustpotential.
Der Thread entwickelt sich weiter zum Schmunzeln, ich bleibe noch dabei. Auch wenn das eigentliche Thema erledigt scheint. Für die Stationen genügen DIL14 MCUs. Ist das verwerflich ? Die Maschinen sind mit CAN vernetzt und natürlich lässt sich bei Bedarf ein Master Irgendwas anschließen, mit Leitstandfunktion, Hausnetz etc. Denke ich mir halt. TCP/IP bis auf die Maschinenebene. Meine Auftraggeber würden mich standrechtlich erschießen. Und: Nur weil Trillionen Fliegen Scheiße fressen, muss man das nicht auch so tun.
Willi S. schrieb: > TCP/IP bis auf die Maschinenebene. Meine Auftraggeber würden mich > standrechtlich erschießen. Und: Nur weil Trillionen Fliegen Scheiße > fressen, muss man das nicht auch so tun. Nur die Fliegen hier kennen nichts anderes ;-) Paul M. schrieb: > kein Ethernet, kein HMI, kein OPC, kein Netzwerk, kein großes > Betriebssystem, kein etc, keine Software die vom Kunden programmiert > wird. Alles sehr einfach. Wenn ich all diese Sachen wirklich bräuchte, > dann würde ich etwas von der Stange nehmen. Das kann ich gut nachvollziehen: mache es!
Wie sieht es denn heutzutage eigentlich mit Programmiersprachen für handelsübliche SPS aus? Wenn ich zum Beispiel ein sehr(!) komplexes Problem hätte das zu beschreiben selbst dann wenn man aus dem objektorientierten und funktionalen Vollen schöpfen könnte mit einer Programmiersprache seiner freien Wahl immer noch 5-stellige Zeilenzahlen ergeben würde, wie programmiert man sowas auf einer SPS? Bitte entschuldigt diese vielleicht blöde Frage, aber vor meinem geistigen Auge baut sich gerade aus der (flüchtigen) Erinnerung heraus gerade das Bild von so einer absurd umständlichen Siemens-Software mit einem lächerlich verkrüppelten Editor für ein ebenso verkrüppeltes Pascal auf. Das war wahrscheinlich der Stand von 1970 was ich da gesehen habe, keine Ahnung (deshalb frage ich ja), jedenfalls sah das alles ziemlich gruselig aus. Wie sieht das heute aus? C# oder andere verbreitete Hochsprachen mit existierender guter Tool-Unterstützung (IDE meiner Wahl, Debugger, Versionskontrolle, Linter, Dokumentiertool, etc.)?
Es gibt keine komplexen Aufgaben sondern nur viel zu komplexe Realisierungen.
Willi S. schrieb: > TCP/IP bis auf die Maschinenebene. Meine Auftraggeber würden mich > standrechtlich erschießen. Wieso nicht? Erzähl doch mal etwas über deine Auftraggeber. Einsatzfeld, Industrie-Zweig, Preis der Maschine (1k oder 10Mio Euro), Komplexität der Anwendung, Fernwartbarkeit und -Diagnostik gefordert, "erlaubte" Down-Time, Anlagenüberwachung via Tablet, MES, Vernetz- und Integrierbarkeit in bestehendes Umfeld, Peripherie-Geräte von Drittherstellern? m.n. schrieb: > Willi S. schrieb: >> TCP/IP bis auf die Maschinenebene. Meine Auftraggeber würden mich >> standrechtlich erschießen. Und: Nur weil Trillionen Fliegen Scheiße >> fressen, muss man das nicht auch so tun. > > Nur die Fliegen hier kennen nichts anderes ;-) Ok, ich lasse mich gerne belehren: Was anderes und wofür? PowerLink, ProfiNet, CAN, TSN Ethernet, EtherCAT, OPC UA...
Willi S. schrieb: > Es gibt keine komplexen Aufgaben Ja klar, man kann natürlich jede beliebige Aufgabenstellung so lange zusammenkürzen bis das Lastenheft auf einen Bierdeckel passt. So kann mans natürlich auch angehen.
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