Erfassung des Spektrums und Evaluierung der Möglichkeiten von PC basierten Maschinensteuerungen im Vergleich zu klassischen SPS-Lösungen mit exemplarischer Umsetzung einer PC-Steuerung für die automatische O-Ring Montage

Autor: Simon Kohfeld

Einleitung

Seit der Erfindung des PCs verdoppelt sich dessen Rechenleistung nach dem mooreschen Gesetz alle 24 Monate. In der Industrieautomatisierung wird diese Steigerung an Leistungsfähigkeit nur in manchen Bereichen bereits genutzt und in keinem Bereich vollkommen ausgeschöpft. Vor allem im Bereich der Prozesssteuerung wird heute noch überwiegend mit vergleichsweise leistungsschwachen SPS-Steuerungen gearbeitet. Diese Trägheit ist vor allem auf die in der Industrie angestrebte Langzeitverfügbarkeit zurückzuführen, um eine möglichst lange Lebenszeit für Maschinen garantieren zu können.
Doch der Bedarf an Daten, die aus einem Prozess gewonnen werden sollen, wird immer größer, sodass die klassische SPS kaum noch in der Lage ist, diese Datenmengen in Echtzeit zu verarbeiten. Auch im Bereich der künstlichen Intelligenz, welche weiter voran schreitet, ist es notwendig immer komplexere Berechnungen durchführen zu können, was bereits auf Industrie-PCs erledigt wird, welche zusätzlich Platz im Schaltschrank einnehmen, obwohl genügend Rechenleistung zur Verfügung steht, um die Hauptprogrammsteuerung zusätzlich zu übernehmen. Diese Arbeit befasst sich damit, ob ein Umstieg auf eine PC-basierte Maschinensteuerung bereits überfällig ist, oder ob die klassische SPS nachwievor eine Berechtigung in der Steuerungstechnik hat und wenn ja, dann in welchem Umfang. Die Anfertigung der Arbeit, sowie die damit verbundene Recherche und Versuche, finden in Kooperation mit der OHRMANN GmbH statt.

Vorstellung der OHRMANN GmbH

Allgemein

• Familien geführtes Unternehmen in Möhnesee-Wippringsen
• 1986 gegründet

Heute

• Über 170 Mitarbeiter
• Umsatz von ca. 21.000.000 € im Jahr 2017

Tätigkeitsfelder

• Montagevorrichtungen und -stationen
• Zuführungen von Dichtringen
• Automaten und Sondermaschinen
• Schwerpunkt Montagetechnik

Aufgaben der Bachelorarbeit

1. Erstellung einer Gegenüberstellung der derzeitigen Technologie im Vergleich zu Industrie PC basierter Hard- und Software

2. Analyse des Aufbaus der SPS-Programme und Hardwarekomponenten bei der Firma OHRMANN

3. Erstellung eines Umsetzungsszenarios für Montagevorrichtungen hin zu einer Industrie PC basierten Hard- und Software

4. Realisierung des Umsetzungsszenarios an einer Montagevorrichtung

Gegenüberstellung von IPC und SPS

Vorteile SPS	Nachteile SPS	Vorteile IPC	Nachteile IPC
Geringer Wartungsbedarf	Einschränkung bei Erfassung von Betriebsdaten	Erhöhte Platzersparnis	Geringer Lebenszyklus
Hohe Langzeitverfügbarkeit		Erweiterte Fernwartungsmöglichkeiten
		Gute Austauschbarkeit
		Extrem hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit
		Visualisierungsaufgaben direkt an der Maschine möglich
		Komfortable Bedienung
		Big Data Handling
		Hochsprachenprogrammierung möglich

Besondere Features eines IPC

Industrie 4.0

• Unterstützung von horizontaler und vertikaler Kommunikation
• zentrale Datenerfassung
• Systemübergreifende Datenenalyse und Dateninterpretation

Datenanalyse

• Betriebsdatenerfassung großer Datenemengen in Echtzeit
• Data Mining
  • komplexe, ungerichtete Datenenalyse
  • Prädiktionen
• Zustandsüberwachung
  • Prognose von Fehlfunktionen auf Basis von Komponentenmodellen
  • Reduktion von Standzeiten

Digitaler Zwilling

• digitale Kopie eines realen Objektes
• ermöglicht virtuelle Inbetriebnahme und virtuellen Fertigungsprozess

After Sales Dienstleistungen

• Apps ermöglichen Einbau individueller Elemente
• Produktionssysteme als Social Machines

Ausblick und Fazit

Die OHRMANN GmbH bietet weitere Abschlussarbeiten für interessierte Studierende an.