Modernisierung älterer Maschinen ohne Austausch der SPS

Wie ein industrieller Panel-PC die Modernisierung älterer Maschinen unterstützen kann

Viele Fabriken setzen nach wie vor auf ältere Maschinen, die seit Jahren zuverlässig im Einsatz sind. Ihre SPSen führen bewährte Steuerungsprogramme aus, die Bediener kennen die Anlagen, und die Maschinen erfüllen möglicherweise weiterhin die Produktionsanforderungen.

Die Herausforderung liegt oft nicht in der SPS selbst.

Die vorhandene HMI oder das Bedienerdisplay ist möglicherweise veraltet, Ersatzteile sind unter Umständen schwer zu beschaffen, und die Benutzeroberfläche bietet den Bedienern möglicherweise nicht mehr die erforderliche Übersicht. Infolgedessen stehen Hersteller, Erstausrüster und Systemintegratoren möglicherweise vor einer wichtigen Frage:

Kann man eine ältere Maschine modernisieren, ohne die SPS auszutauschen?

In manchen Fällen könnte die Antwort „Ja“ lauten.

Sofern die vorhandene SPS weiterhin für ihre Steuerungsaufgaben geeignet ist, eine Industrie-Panel-PC kann als Teil eines Modernisierungsprojekts für die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) oder die Bedienerschnittstelle betrachtet werden. Die SPS kann weiterhin die etablierte Maschinensteuerungslogik ausführen, während der Panel-PC eine moderne Rechen- und Anzeigeplattform für zugelassene Bedieneranwendungen bereitstellt.

Eine erfolgreiche Integration hängt jedoch von der SPS-Kommunikation, dem Zugriff auf Daten, der HMI-Software, den Steuerungsanforderungen, den Installationsbedingungen und der Gesamtsystemarchitektur ab.

Anstatt davon auszugehen, dass entweder die SPS oder die HMI ausgetauscht werden muss, sollte das Modernisierungsprojekt mit einer technischen Begutachtung beginnen.

Die Modernisierung von Altsystemen beginnt mit der Festlegung des Umfangs, nicht mit der Hardware

Eine ältere Maschine benötigt möglicherweise eine übersichtlichere Bedienoberfläche, klarere Informationen zum Maschinenstatus, eine bessere Sichtbarkeit von Alarmen oder einen Ersatz für ein veraltetes Display.

Keine dieser Anforderungen bedeutet automatisch, dass die SPS ausgetauscht werden muss.

Gleichzeitig bedeutet die Installation eines neuen industriellen Panel-PCs nicht automatisch, dass dieser mit einer vorhandenen SPS kompatibel ist.

Vor der Auswahl der Hardware sollte das Ingenieurteam Folgendes dokumentieren:

• Hersteller und Modell der SPS
• Verfügbare Kommunikationsanschlüsse und -protokolle
• Erforderliche SPS-Tags, Register oder Variablen
• Bestehendes HMI-Modell und Software
• Verfügbarkeit von HMI-Projektdateien und Sicherungskopien
• Erforderliche Operatorfunktionen
• Abmessungen der Blende und Montageanforderungen
• Umgebungs- und elektrische Bedingungen
• Anforderungen an die Netzwerk- und Cybersicherheit

Das Team sollte außerdem festlegen, welche Funktionen weiterhin von der SPS übernommen werden und welche Funktionen von der neuen Bedienoberfläche erwartet werden.

Diese Unterscheidung ist wichtig, da der Austausch eines Bedienterminals, die Installation eines Panel-PCs, die Änderung der SPS-Steuerungslogik und die Neugestaltung der Maschinensicherheitsfunktionen unterschiedliche technische Tätigkeiten darstellen.

Sie mögen zwar Teil desselben Modernisierungsprojekts sein, doch jedes einzelne erfordert einen angemessenen Umfang, eine technische Prüfung und einen Validierungsprozess.

Wo ein industrieller Panel-PC in eine SPS-gesteuerte Maschine passt

Eine Industrie-Panel-PC vereint eine Anzeige- und Rechenplattform in einem geräteseitigen Formfaktor.

Je nach Anwendungssoftware und geprüften Systemschnittstellen kann es als Plattform für die Anzeige von Informationen aus der SPS oder für die Ausführung zugelassener Bedieneranwendungen dienen.

Eine mögliche Architektur wäre:

Bestehende SPS → Kommunikationsschnittstelle → Industrie-Panel-PC → Bedieneranwendung

Bei dieser Konfiguration übernimmt die vorhandene SPS weiterhin ihre gewohnten Maschinensteuerungsfunktionen, während der industrielle Panel-PC die für den Bediener sichtbare Informations- und Anwendungsebene unterstützt.

Das tut nicht bedeutet, dass ein Panel-PC die SPS ersetzt.

Das bedeutet auch nicht, dass ein Panel-PC SPS-Daten automatisch erkennen, über jedes proprietäre Protokoll kommunizieren oder eine bestehende HMI-Anwendung nachbilden kann. Diese Funktionen hängen von der SPS, der Kommunikationsarchitektur, der Software, den Treibern, den Lizenzen, den Projektdateien und der technischen Umsetzung ab.

Ein Modernisierungsprojekt sollte daher vor der Auswahl der Hardware drei Fragen beantworten:

Was muss der Bediener sehen oder tun?

Welches System liefert die erforderlichen Informationen oder die Steuerungsbefugnis?

Welche Änderungen an Hardware, Software, Kommunikation und Installation sind für die Umsetzung erforderlich?

4 wichtige Aspekte, die vor der Integration eines industriellen Panel-PCs in eine bestehende SPS zu prüfen sind

1. SPS-Kommunikation und Datenzugriff

Ermitteln Sie zunächst den Hersteller der SPS, das Modell, die verfügbaren Kommunikationsanschlüsse, die unterstützten Kommunikationsverfahren sowie die verfügbare technische Dokumentation.

Das Entwicklungsteam sollte überprüfen, ob auf die erforderlichen SPS-Tags, Register oder Variablen zugegriffen werden kann und ob der beabsichtigte Zugriff innerhalb der bestehenden Systemarchitektur zulässig ist.

Dies ist insbesondere bei älteren SPS-Steuerungen von Bedeutung.

Ein Altgerät kann proprietäre Kommunikationsschnittstellen, ältere serielle Verbindungen oder Software verwenden, für die bestimmte Treiber, Lizenzen, Kommunikationsmodule oder Gateways erforderlich sind.

Das Vorhandensein eines Ethernet- oder seriellen Anschlusses allein bedeutet noch nicht, dass ein industrieller Panel-PC auf die benötigten Maschinendaten zugreifen kann.

Die Kommunikationsfähigkeit sollte daher überprüft werden, bevor man sich für eine bestimmte Panel-PC-Konfiguration oder Systemarchitektur entscheidet.

2. HMI-Funktionen und Steuerungsbefugnis

Legen Sie als Nächstes fest, was die Betreiber tatsächlich von der neuen Schnittstelle benötigen.

Zu den typischen Anforderungen können gehören:

• Betriebsstatus der Maschine anzeigen
• Überwachung von Prozessinformationen
• Alarme und Ereignisse überprüfen
• Alarme bestätigen
• Eingabe der Betriebsparameter
• Abruf von Wartungsinformationen

Ermitteln Sie für jede Funktion die Datenquelle, die Benutzerberechtigungen, das erwartete Verhalten und die Validierungsanforderungen.

Eine reine Anzeige-Schnittstelle kann einen ganz anderen technischen Umfang haben als eine HMI, die Parameter oder Befehle an die SPS zurückschreibt.

Falls die neue Panel-PC-Anwendung SPS-Werte ändern oder Befehle ausgeben muss, sollte das Entwicklungsteam festlegen, welche Vorgänge zulässig sind und ob Änderungen am SPS-Programm erforderlich sind.

Sicherheitsrelevante Funktionen sollten innerhalb der entsprechenden Sicherheitsarchitektur der Maschine verbleiben und es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass sie auf eine allgemeine Bedienerschnittstelle übertragen werden.

3. Mechanische, elektrische und umwelttechnische Anforderungen

Die Softwarekompatibilität ist nur ein Aspekt bei der Aufrüstung älterer Rechner.

Der neue Industrie-Panel-PC muss zudem den räumlichen Einbau- und Betriebsbedingungen entsprechen.

Bevor Sie sich für ein Gerät entscheiden, halten Sie Folgendes schriftlich fest:

• Vorhandene Aussparung in der Verkleidung
• Anzeigegröße
• Einbautiefe
• Verfügbarer Einbauraum
• Stromversorgung
• Erdungsanordnung
• Kabelverlegung
• Belüftungsbedingungen
• Erforderliche Ein- und Ausgabevorgänge
• Betriebstemperatur
• Einwirkung von Staub und Feuchtigkeit
• Schwingungsbedingungen
• Reinigungsverfahren
• Sonstige standortspezifische Umweltanforderungen

Ältere Maschinen weisen selten identische Schalttafelaufmaße oder Einbaubedingungen auf. Je nach Projekt können Anpassungen an der Befestigung, der Gehäusekonstruktion, dem Kabelzugang oder der E/A-Konfiguration erforderlich sein.

Maschinenzeichnungen, Fotos, Angaben zur Verkabelung und eine Begutachtung vor Ort können dabei helfen, diese Anforderungen vor der endgültigen Auswahl der Hardware zu ermitteln.

4. HMI-Software, Wartung und Cybersicherheit

Bei einem erfolgreichen HMI-Modernisierungsprojekt sollte auch der Software-Lebenszyklus berücksichtigt werden.

Ermitteln Sie die vorhandene HMI-Software bzw. Laufzeitumgebung, das erforderliche Betriebssystem, das Lizenzmodell, die Anwendungsdateien, die Softwareversionen, die Sicherungsverfahren sowie die Zuständigkeiten für die Wartung.

Das Projekt soll praktische Fragen zum Dienstleistungsbereich beantworten, wie zum Beispiel:

Wer ist für die HMI-Anwendung verantwortlich und wer wartet sie?

Wo werden die Projektdateien und Sicherungskopien gespeichert?

Wie wird das System wiederhergestellt, wenn der Panel-PC gewartet oder ausgetauscht werden muss?

Soll die Maschine an ein Werksnetzwerk angeschlossen werden, sollten auch die Automatisierungs- und IT-Teams des Kunden in das Projekt einbezogen werden.

Kontoberechtigungen, Netzwerksegmentierung, Fernzugriff, Software-Updates und Wartungsabläufe sollten den geltenden Cybersicherheitsrichtlinien des Standorts entsprechen.

Diese Anforderungen wirken sich auf die gesamte Systemarchitektur aus und sollten geprüft werden, bevor die Hardwarekonfiguration endgültig festgelegt wird.

Ein 5-stufiger Prozess zur Modernisierung von Altmaschinen und HMIs

Eine schrittweise Bewertung kann OEMs, Herstellern und Systemintegratoren dabei helfen, technische Abhängigkeiten zu erkennen, bevor sie eine Produktionsmaschine umrüsten.

Phase 1: Dokumentation des bestehenden SPS- und HMI-Systems

Stellen Sie die SPS- und HMI-Modelle, die Schaltpläne, die Informationen zur Verkabelung, die Kommunikationsschnittstellen, die Softwareversionen, die Projektsicherungen und die Bedienungsanleitungen zusammen.

Halten Sie sowohl fest, was derzeit gut funktioniert, als auch, was sich nur noch schwer bedienen oder warten lässt.

Schritt 2: Definition der erforderlichen Bedienerfunktionen

Führen Sie die Informationen auf, die die Mitarbeiter einsehen müssen, sowie die Maßnahmen, die sie ergreifen müssen.

Legen Sie außerdem die Benutzerberechtigungen sowie das erwartete Verhalten bei Kommunikationsausfall, Stromausfall oder Systemneustart fest.

Dadurch wird eine weit gefasste Anforderung wie “die Maschine modernisieren” in einen konkreten und überprüfbaren Projektumfang umgewandelt.

Phase 3: Überprüfung der SPS-Kommunikation und der Machbarkeit der Integration

Stellen Sie fest, auf welche SPS-Daten zugegriffen werden kann, welche Kommunikationsverfahren und welche Software erforderlich sind und ob Änderungen am SPS-Programm notwendig sind.

Etwaige ungelöste Kompatibilitätsprobleme sollten identifiziert werden, bevor das Projekt zur endgültigen Hardwareauswahl übergeht.

Schritt 4: Konfiguration und Überprüfung des industriellen Panel-PCs

Überprüfen Sie die erforderlichen Angaben:

• Anzeigeabmessungen
• Schalttafelmontage
• Leistungsaufnahme
• E/A-Konfiguration
• Computerplattform
• Speicher und Speicherkapazität
• Betriebssystem
• Anwendungskompatibilität
• Netzwerkanforderungen

Das Projektteam sollte außerdem festlegen, wie die Kommunikation, Alarme, Berechtigungen, das Anwendungsverhalten und die Systemwiederherstellung überprüft werden sollen.

Phase 5: Planung der Installation, Inbetriebnahme und Support

Vereinbaren Sie vor der Installation mit den zuständigen Produktions- und Geräteteams den Produktionszeitraum, die Abnahmekriterien, die Datensicherungen, die Dokumentation, die Testverfahren und den Notfallplan.

Die Inbetriebnahme sollte den Betriebs- und Sicherheitsanforderungen der Maschine Rechnung tragen.

Dieser Prozess garantiert nicht, dass jede ältere SPS beibehalten werden kann oder sollte. Vielmehr bietet er einen strukturierten Ansatz, um festzustellen, ob die Beibehaltung der bestehenden SPS technisch machbar ist und welche zusätzlichen Entwicklungsarbeiten erforderlich sind.

Konfiguration von Industrie-Panel-PCs für ältere Maschinen

Ältere Maschinen unterscheiden sich häufig hinsichtlich der Ausschnitte in der Schalttafel, der Einbautiefe, der Kommunikationsschnittstellen, der E/A-Anforderungen, der Rechenanforderungen und der Umgebungsbedingungen.

Aus diesem Grund müssen bei einem Projekt mit einem Industrie-Panel-PC möglicherweise verschiedene Konfigurationsoptionen geprüft werden, darunter:

• Anzeigegröße
• Montageverfahren
• E/A-Konfiguration
• Computerplattform
• Speicher
• Lagerung
• Softwarekompatibilität
• Mechanische Änderungen

Diese sollten eher als projektspezifische Bewertungskriterien betrachtet werden und nicht als vorausgesetzte Produktfunktionen.

Die tatsächlichen Konfigurationsoptionen hängen von der gewählten Produktplattform und den Anwendungsanforderungen ab.

Die frühzeitige Bereitstellung von Maschinenzeichnungen, Schalttafelabmessungen, Fotos, SPS-Informationen und den erforderlichen Arbeitsabläufen für das Bedienpersonal im Projektverlauf bietet dem Anlagenbauer oder Systemintegrator eine solidere Grundlage für die Bewertung der Machbarkeit.

Modernisierung der Bedienerschnittstelle unter Beibehaltung einer geeigneten SPS

Der Austausch einer veralteten Bedienerschnittstelle erfordert nicht zwangsläufig den Austausch einer ansonsten geeigneten SPS.

Wenn die technische Überprüfung die Architektur bestätigt, kann ein industrieller Panel-PC dazu beitragen, die Bediener- und Informationsebene zu modernisieren, während die bestehende SPS weiterhin ihre gewohnte Steuerungsfunktion erfüllt.

In anderen Fällen kann sich bei der Bewertung herausstellen, dass auch die SPS, die HMI-Software, die Kommunikationsarchitektur oder andere Teile des Steuerungssystems angepasst werden müssen.

Das Ziel sollte daher nicht darin bestehen, die bestehende PLC um jeden Preis beizubehalten.

Stattdessen sollte jede Komponente aus einem eindeutigen technischen, betrieblichen oder wartungstechnischen Grund ausgetauscht oder beibehalten werden.

Planung der langfristigen Wartbarkeit von Maschinen

Die Anzeige ist nur ein Teil einer nachhaltigen Modernisierungsstrategie.

OEMs und Anlagenbau-Teams sollten außerdem Folgendes dokumentieren:

• SPS-Schnittstellen
• SPS-Datenzuordnungen
• HMI-Projektdateien
• Softwareversionen
• Benutzerberechtigungen
• Systemsicherungen
• Erforderliche Ersatzteile
• Ergebnisse der Inbetriebnahme
• Wartungsaufgaben

Eine frühzeitige Abstimmung zwischen den Teams aus den Bereichen Steuerungstechnik, Maschinenbau, IT, Beschaffung und Produktion kann dazu beitragen, Integrationsanforderungen bereits vor der Installation zu ermitteln.

Außerdem hilft dies dabei, einen Hardware-Austausch von einem umfassenderen Projekt zur Modernisierung des Steuerungssystems abzugrenzen.

Der erforderliche Umfang, die Kosten, die Ausfallzeiten und der technische Aufwand variieren je nach Maschine und sollten anhand projektspezifischer Informationen ermittelt werden.

Beginnen Sie mit der Legacy-Maschine, die Sie bereits besitzen

Die Modernisierung einer älteren Maschine erfordert nicht immer einen sofortigen vollständigen Systemaustausch.

Sofern die vorhandene SPS weiterhin für ihre Steuerungsaufgaben geeignet ist, kann ein Industrie-Panel-PC im Rahmen eines Modernisierungsprojekts für die Bedienerschnittstelle oder die HMI in Betracht gezogen werden.

Ob diese Architektur praktikabel ist, hängt von der SPS-Kommunikation, der Verfügbarkeit der Daten, der Softwarekompatibilität, den Installationsbedingungen, den Anforderungen an das Bedienpersonal und der Gesamtsystemkonzeption ab.

Bereiten Sie für eine Erstbeurteilung Folgendes vor:

• Hersteller und Modell der SPS
• Bestehendes HMI-Modell
• Verfügbare Kommunikationsschnittstellen
• Technische Dokumentation für HMI oder SPS
• Ausschnitt- und Einbaumaße der Blende
• Erforderliche Operatorfunktionen
• Umgebungsbedingungen
• Anforderungen an das Netzwerk und die Wartung

BIS kann darüber sprechen Anforderungen an die Konfiguration von Industrie-Panel-PCs und deren Projektintegration auf der Grundlage dieser Informationen dazu beitragen, die Punkte zu ermitteln, die im Rahmen der technischen Überprüfung bestätigt werden müssen.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich eine HMI aufrüsten, ohne die SPS auszutauschen?

Möglicherweise. Sofern die vorhandene SPS für ihre Steuerungsaufgaben weiterhin geeignet ist, kann im Rahmen des Projekts geprüft werden, ob eine neue Bedienerschnittstelle mit ihr kommunizieren kann. Die Kompatibilität hängt vom SPS-Modell, den Kommunikationsschnittstellen, den verfügbaren Daten, der HMI-Software und den erforderlichen Bedienerfunktionen ab.

Kann ein Industrie-Panel-PC an eine vorhandene SPS angeschlossen werden?

Das mag zwar möglich sein, doch der vorhandene physische Anschluss allein reicht nicht aus, um die Kompatibilität zu gewährleisten. Das Technikteam sollte die Kommunikationsmethode der SPS, die zugänglichen Tags oder Register, die erforderliche Software oder die erforderlichen Treiber sowie die Frage prüfen, ob zusätzliche Kommunikationshardware erforderlich ist.

Ersetzt ein Industrie-Panel-PC eine SPS?

Nicht unbedingt. In der hier beschriebenen Architektur führt die SPS weiterhin die festgelegte Maschinensteuerungslogik aus, während der industrielle Panel-PC als Rechen- und Anzeigeplattform für den Bediener dient. Die genaue Aufteilung der Funktionen hängt vom Systemaufbau ab.

Welche Informationen werden vor der Modernisierung einer älteren HMI benötigt?

Zu den nützlichen Informationen zählen die SPS- und vorhandenen HMI-Modelle, Kommunikationsschnittstellen, verfügbare Konstruktionsdateien, Schalttafelabmessungen, Verdrahtungs- oder Systemzeichnungen, erforderliche Bedienerfunktionen sowie Umgebungsbedingungen. Gegebenenfalls sollten auch Anforderungen hinsichtlich Netzwerk und Wartung angegeben werden.

Welche Konfigurationsoptionen für industrielle Panel-PCs können in Betracht gezogen werden?

Je nach Produktplattform und Projektspezifikation können im Rahmen des Projekts die Displaygröße, die Montageart, die Ein- und Ausgänge, die Rechnerkonfiguration, der Arbeitsspeicher, der Speicherplatz, die Softwarekompatibilität sowie die mechanischen Anforderungen geprüft werden. Die tatsächliche Machbarkeit muss für die ausgewählte Plattform und Anwendung bestätigt werden.

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Planung einer HMI-Upgrade oder Modernisierungsprojekt für ältere Maschinen wobei die vorhandene SPS beibehalten wird?

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Unser Team kann mit Ihnen die Konfiguration der Industrie-Panel-PCs und die Anforderungen an die Projektintegration besprechen und Ihnen dabei helfen, den technischen Umfang festzulegen sowie die Aspekte hinsichtlich Kompatibilität, Installation, Software und Wartung zu ermitteln, die vor der Implementierung geprüft werden sollten.