SPS oder eingebettetes System: Wann Sie sich trotz höherer Stückkosten für eine SPS entscheiden sollten

Sind Sie jemals zum Abendessen in ein gut bewertetes, luxuriöses Restaurant gegangen? Ich bin sicher, dass Sie ein hübsches Sümmchen dafür bezahlt haben. Wenn gutes Essen jedoch zu Ihren Leidenschaften zählt und Sie es genossen haben, dann hat sich der Aufwand gelohnt. Auf der anderen Seite ist es schwer, es nicht abwegig zu finden, wenn Sie für ein Sandwich € 20,- mehr bezahlen müssen als in einem durchschnittlichen Restaurant vor Ort. In diesem Fall sind Sie viel besser dran, das Geld in Kochkurse zu investieren und Ihr eigener Koch zu werden.

Als Elektronik-Designer habe ich ähnliche Erfahrungen mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und lokalisierten eingebetteten Systemen gemacht. Eine deutliche Kostensenkung erreichen Sie, indem Sie SPS durch lokalisierte eingebettete Systeme ersetzen. So wie Ihre Gourmet-Erfahrung jeden einzelnen Euro wert ist, habe ich allerdings auch die Erfahrung gemacht, dass es Szenarien gibt, in denen eine SPS als die teurere Variante doch die bessere Wahl ist.

SPS und ihre Anwendungsbereiche

Bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung handelt es sich um einen spezialisierten Industrierechner. Dieser ist anwendungsspezifisch programmiert, um Eingangssignale (digital oder analog) zu überwachen, logische Operationen auszuführen und spezifische Ausgangssignale auszulösen. SPS sind für ihre Robustheit bekannt und werden in den härtesten industriellen Bereichen oder Anwendungen eingesetzt, die nahezu keine Fehler tolerieren.

SPS genießen aufgrund ihrer modularen Struktur große Beliebtheit. Sie lassen sich deshalb einfach nach der Plug-and-Play-Methode installieren. Grundsätzlich bestehen sie aus einem Prozessor (CPU), einem Netzteil und Eingangs- bzw. Ausgangsmodulen (I/O-Modulen). Das Programmieren von SPS ist weniger kompliziert als das Programmieren eines Mikrocontrollers. Dies liegt daran, dass es hier um Kontaktpläne, Funktionsblockschaltbilder und strukturierten Text auf Software geht, die von den Herstellern zur Verfügung gestellt wird.

SPS sind in industriellen Anwendungen gleichsam zu Hause. Sie werden gewöhnlich in Produktionslinien, Ampelsteuerungen, Rolltreppen und HLK-Anlagen eingesetzt. Sie können einfache Datenmanipulationen vornehmen und unterstützen unterschiedliche Kommunikationsprotokolle wie Modbus und DeviceNet. Dies hat sie zu einer bevorzugten Wahl für automatisierte Steuerungssysteme gemacht.

^{Die Installation einer SPS läuft größtenteils nach dem Plug-and-play-Prinzip ab}

Warum lokalisierte eingebettete Systeme manchmal die SPS ersetzen können

Im Allgemeinen wird ein eingebettetes System als eine Reihe spezieller Hard- und Softwarekomponenten definiert, die gemeinsam bestimmte anwendungsspezifische Funktionalitäten bereitstellen. Aus der Sicht eines Elektronik-Designers besteht es aus einem Mikrocontroller (MCU), Speicherchips, Power-Management-Schaltungen, Kommunikationsmodulen und Eingabe-/Ausgabefunktionen.

Das klingt ähnlich wie bei einer SPS, doch es gibt deutliche Unterschiede zwischen beiden.

Konfiguration: SPS sind bekanntermaßen modular aufgebaut und leicht austauschbar, wenn ein spezifisches Modul ausfällt. Auf der anderen Seite werden eingebettete Systeme häufig als einzelne Platine entwickelt, was ihre Kosten senkt.

Programmierung: Die SPS-Programmierung ist im allgemeinen weniger zeitaufwendig, da sie mit leicht verständlichen Kontaktplänen erfolgt. Eingebettete Systeme werden dagegen in höheren Programmiersprachen programmiert, wie z. B. mit der C-Sprache, und das Schreiben ihrer Firmware benötigt mehr Zeit.

Kosten: SPS werden mit hohen Kosten in Verbindung gebracht, insbesondere, wenn sie von namhaften Herstellern stammen. Ein eingebettetes System weist dagegen sehr niedrige Herstellungsstückkosten auf.

Trotz der Unterschiede im Hardware-Aufbau und in den Programmiermethoden lassen sich die Funktionen einer SPS mit einem eingebetteten System einfach nachbilden. Im Laufe meiner freiberuflichen Karriere habe ich Kunden in verschiedenen Branchen dabei geholfen, industrielle SPS durch lokalisierte eingebettete Systeme zu ersetzen. Und dies ausschließlich der Kosten wegen. In bestimmten Anwendungen können die Kosten für ein lokalisiertes eingebettetes System lediglich 20 % der Kosten für eine Marken-SPS betragen. Vom betriebswirtschaftlichen Standpunkt aus lässt sich daraus bei gleicher Funktionalität eine gesunde Gewinnspanne ableiten.

^{Die technische Unterstützung ist entscheidend – unabhängig davon, ob Sie sich für eine SPS oder ein eingebettetes System entscheiden.}

Wann Sie sich trotz höherer Stückkosten für eine SPS entscheiden sollten

Sie fragen sich vielleicht, warum wir nicht alle auf eingebettete Systeme umschalten. Kosten sind immer ein Thema, doch ist es falsch, allein aus Kostengründen automatisch einem lokalisierten eingebetteten System den Vorzug zu geben. Manchmal ist es am besten, eine SPS einzusetzen – ungeachtet der Tatsache, dass sich dadurch Ihre Kosten möglicherweise deutlich erhöhen. Nachfolgend sind einige Faktoren aufgelistet, die dafür sorgen können, dass sich die Mehrkosten für eine SPS rechnen.

Stückzahl: Sofern Sie nicht an einem Projekt arbeiten, das Hunderte von SPS mit derselben Konfiguration erforderlich macht, kann es kostengünstiger sein, eine kommerzielle SPS zu kaufen. Die Kosten für die Entwicklung und Produktion eines lokalisierten eingebetteten Systems könnten sich unter Umständen nicht rechnen.

Zertifizierung: In bestimmten industriellen Anwendungen muss das elektronische Steuerungssystem durch Standardisierungsorganisationen zertifiziert sein. Die SPS von Markenherstellern sind gewöhnlich gemäß CE, UL und weiteren Standards zertifiziert. Wenn die Kosten für die Zertifizierung Ihres eigenen eingebetteten Systems die Mehrkosten für die SPS übersteigen, ist es am besten, wenn Sie bei der zuletzt genannten Option bleiben.

Support: SPS werden oft mit dem Support eines namhaften Unternehmens angeboten. Achten Sie im Fall einer Auslagerung der Herstellung Ihres lokalisierten eingebetteten Systems an ein Vertragsunternehmen darauf, dass Sie ebenfalls die erforderliche technische Unterstützung erhalten. Andernfalls ist es besser, eine SPS zu wählen und damit auf der sicheren Seite zu bleiben.

Zuverlässigkeit: Wenn es Ihre beabsichtigte Anwendung mit sich bringt, dass Ihre Steuerungssysteme in rauen elektrischen und physikalischen Umgebungen betrieben werden, ist die Entscheidung für eine in diesem Arbeitsumfeld bereits bewährte SPS oftmals von Vorteil. Solange Sie nicht darauf aus sind, lokalisierte eingebettete Systeme für diese Umgebungsbedingungen zu entwickeln und dies nicht entsprechend budgetiert haben, ist es möglich, dass Sie nicht ausreichend Laborprüfungen durchführen können.

Letztendlich geht die Entscheidung für eine SPS oder ein lokalisiertes eingebettetes System über finanzielle Überlegungen hinaus. In der Praxis werden Sie die Entscheidung von der jeweiligen Situation abhängig machen. In Fällen, in denen ein eingebettetes System bevorzugt wird, werden Sie zur Unterstützung eine professionelle Design-Software, wie z. B. CircuitStudio, benötigen. Sie können auch in den Altium-Blog schauen, um mehr Informationen über das Design eines robusten lokalisierten eingebetteten Systems zu erhalten.

Haben Sie eine Frage zu SPS-Steuerungen? Dann kontaktieren Sie einen Experten bei CircuitStudio.