Wie wechseln Sie vom SPS- und Relaisschrank zur eigenen Platine?

Zuerst den aktuellen Stand des tatsächlich betriebenen Schaltschranks dokumentieren

Prüfen Sie, ob Schaltplan, SPS-Programm, HMI-Projekt und Stückliste denselben Versionsstand abbilden. Ein im Feld ergänztes Relais, ein ausgetauschter Sensor oder eine manuell gesetzte Brücke kann im Plan fehlen. Kabelkennzeichnungen, Versorgungsgruppen, Klemmenreihenfolge und Gerätemodelle müssen mit der vorhandenen Maschine verglichen werden. Vor dem technischen Austausch kann mit einer NDA gearbeitet werden; auch die Berechtigung zur Nutzung und Änderung benötigter Dateien wird geklärt.

Dokumentieren Sie den normalen Produktionszyklus und selten genutzte Zustände: Einrichtung, Produktwechsel, Stopp, Wartung und Neustart. Warum eine Einstellung einen bestimmten Wert hat oder welche mechanische Anforderung eine Verzögerung erfüllt, ist möglicherweise nicht allein aus dem Programm ersichtlich. Das Wissen von Bedienern und Wartungsteam wird in das Anforderungsdokument aufgenommen. Das erste Ergebnis ist kein Platinenschaltplan, sondern eine überprüfbare Beschreibung des bestehenden Verhaltens.

Unterscheiden, wann die SPS bleibt, eine Zusatzplatine genügt oder eine individuelle Steuerung erforderlich ist

Ändert sich das SPS-Programm häufig nach Kundenwunsch, kann die dem Serviceteam vertraute Standardumgebung Vorteile bieten. Für eine spezielle Sensorerfassung oder Protokollumwandlung kann eine Zusatzplatine neben der SPS genügen. Bei einer Maschinenfamilie mit stabiler Steuerungsfolge und I/O-Struktur kann eine umfassendere individuelle Steuerung erwogen werden. Diese Optionen bringen unterschiedliche Entwicklungs- und Wartungsverantwortlichkeiten mit sich und sollten nicht wie derselbe Angebotsposten behandelt werden.

Erstellen Sie eine Aufgabentabelle, statt jedes Element des Schaltschranks als „kommt auf die Platine“ zu markieren. Zeigen Sie die Rolle von Standardversorgung, Motorantrieb, Schütz, Leistungsschalter und Sicherheitstechnik im System. Vergleichen Sie bei der Wahl zwischen Einzelplatine, modularen Platinen oder einer Hybridlösung mit SPS auch Montage, Ersatzteilvorhaltung und Servicezugang. Der Integrationsgrad muss aus den tatsächlichen Einsatzgrenzen abgeleitet werden.

Die I/O-Liste von der Kanalzahl zu elektrischen Anforderungen erweitern

Ergänzen Sie für jeden Eingang Sensormodell, PNP-/NPN- oder Analogausgangstyp, Versorgung, erwarteten Bereich, Kabel und Ereignisdauer. 24-V-Digitaleingang, Encoder-, 0–10-V- und 4–20-mA-Schnittstelle benötigen unterschiedliche Schaltungen. Bei Impulszählung sind kürzester Impuls und höchste Frequenz erforderlich, bei Analogmessung Genauigkeit, Filterung und Kalibrierverfahren. Ein unterbrochener Sensor und Werte außerhalb des Bereichs müssen von normalen Betriebsdaten unterschieden werden.

Bei Ausgängen reicht die Angabe des Nennstroms der Last nicht aus. Für Spulen, Ventile, Relais oder externe Treibereingänge werden Einschaltstrom, induktive Energie, Schalthäufigkeit und Fehlerverhalten bewertet. Diagnosefunktionen eines geschützten Schalt-ICs können Daten für die Software liefern; sie übernehmen nicht allein die Verantwortung für die Produktsicherheit. Die Schnittstellentabelle zeigt auch, aus welcher Versorgungsgruppe der Kanal arbeitet und welche Anschlüsse gemeinsam sind.

Verantwortlichkeiten für Schaltgeräte, elektrische Sicherheit und funktionale Sicherheit erhalten

Ein Steuerungsausgang auf der Platine belegt nicht seine Eignung für eine Sicherheitsfunktion. Die erforderliche Architektur für Not-Halt, Türverriegelung, sicheren Stopp und ähnliche Aufgaben wird durch die zugehörige Risikobeurteilung bestimmt. Benötigte Safety-SPS, Sicherheitsrelais, Schütze und Sicherheitsfunktionen des Antriebs behalten ihren Platz in dieser Architektur. Eine gleichnamige Funktion in allgemeiner Firmware ersetzt keine zertifizierte Sicherheitsfunktion.

Die elektrische Ausrüstung einer Maschine und der Aufbau einer Niederspannungsschaltgerätekombination können unterschiedliche Produkt-/Systembereiche betreffen. Quellen wie IEC 60204-1 und gegebenenfalls die Reihe IEC 61439 spielen bei der Bewertung eine Rolle; anzuwendende Normen und Prüfungen werden produktspezifisch bestimmt. Schutzerdung, Überstromschutz und Anordnung des Netzbereichs werden mit dem Systemteam behandelt. Die Verlagerung eines Teils des Schaltschrankprojekts auf eine PCB stellt nicht automatisch die Konformität der fertigen Maschine her.

Isolation, EMV und thermische Bedingungen anhand der tatsächlichen Platinenanordnung planen

Bei Systemen mit Motoren, Schützen und langen Feldkabeln werden Versorgungseingang, Signalschutz, Rückströme und Isolationsanforderungen gemeinsam untersucht. Die industrielle I/O-Architektur von ST trennt die Aufgaben auf Prozessor- und Feldseite. PCB-Layout und Anschlüsse des fertigen Geräts sind ebenso wichtig wie die Wahl geeigneter Isolationsbauteile. Für Luft- und Kriechstrecken (Clearance/Creepage) gilt kein einziger allgemeiner Millimeterwert für alle Produkte.

Die Isolationskoordination wird anhand von Spannung, Überspannungsbedingungen, Verschmutzung, Material und jeweiligen Produktanforderungen bewertet. Der Prüfplan bestimmt, welche Untersuchungen zu ESD, schnellen Transienten/Burst, Surge und Emissionen erforderlich sind. Testergebnisse eines Bauteils oder Referenzboards sind keine Freigabe der neuen PCB. Auch das thermische Verhalten bei gleichzeitig aktiven Ausgängen, mit Gehäuse, Umgebungstemperatur und Verkabelung wird bewertet; Prüfungen in spezialisierten Laboren werden gesondert geplant.

Firmwareanforderungen formulieren, statt das SPS-Programm zu kopieren

Zyklusfolge, Zähler und Zeitgeber werden in einen Zustandsablauf überführt. Ausgangszustände beim Start, Laden gültiger Parameter, Sensorbereitschaft, Wiederherstellung nach Fehlern und Neustart werden definiert. Es wird nicht vorausgesetzt, dass eine im SPS-Zyklus problemlos arbeitende Folge auf einer anderen Prozessorarchitektur dasselbe Zeitverhalten zeigt. Für kritische Zeiten werden messbare Ziele festgelegt und geeignete Aufgaben- und Ereignisstrukturen in der Software aufgebaut.

Bei Kommunikation mit HMI, SPS oder Server über Modbus/CAN werden Datentyp, Skalierung, Berechtigung und Aktualität beschrieben. Befehlsempfang und physische Ausführung werden getrennt verifiziert. Erhalt der Einstellungen bei Stromausfall, Softwareupdates und Kompatibilität mit älteren Maschinen sind Serviceanforderungen. Platinenrevision, Firmwareversion und Maschinenmodell werden gemeinsam dokumentiert. Betriebs- und Fehlerprotokolle unterstützen das Wartungsteam bei der Diagnose eines Kanals oder einer Verbindung.

Prüfstand, Pilotmaschine und Fertigungsprüfung jeder Platine trennen

Am Prüfstand werden bekannte Sensorsignale, reale Lasten und Kommunikationsszenarien erprobt. Für niedrige/hohe Eingangswerte, Sensorausfall, Verbindungsfehler, Neustart und Parametergrenzen werden erwartete Ergebnisse beschrieben. Der Umfang der Designverifizierung richtet sich nach den Produktrisiken. Im Versuchsprotokoll werden Platinenrevision, Programm, Ausrüstung und Bedingungen gemeinsam erfasst; die Aussage „Die Platine funktionierte“ ersetzt keinen Abnahmebericht.

An der Pilotmaschine werden vorhandener Schaltschrank und neuer Aufbau bei denselben Aufgaben und Bedingungen verglichen. Zyklus, Qualität, Bedienerschritte und Servicezugang werden geprüft. Gefundene Abweichungen werden vor der Ausweitung der Fertigung behoben; bei Bedarf wird ein Rückkehrplan zum alten System erstellt. Eine Fertigungsprüfvorrichtung für Programmierung, Identität, Ein-/Ausgänge und Kommunikation jeder neuen Platine wird gesondert vorbereitet. PCB-Muster und Bestückungsunterstützung sind ausschließlich Teil der von VOMRO entwickelten Kundenprojekte.

Die wirtschaftliche Entscheidung anhand von Jahresmenge, Änderungen und Serviceaufwand treffen

Ergänzen Sie die aktuellen Kosten für SPS und Relais um Schaltschrankanordnung, Kabelvorbereitung, Montage, Programmladen, Prüfung und Nacharbeitszeiten. Fügen Sie bei der Platinenoption Entwicklung, Prototyp, EMV-/weitere Tests, Firmwarewartung, Fertigungsprüfvorrichtung und Ersatzplatinen hinzu. Verglichen werden müssen dieselben Funktionen und Abnahmeumfänge. Schalt- und Sicherheitskomponenten, die zusammen mit der Platine im System verbleiben, dürfen nicht aus der Rechnung entfernt werden.

Eine Jahresproduktion von zehn oder mehr Einheiten ist nur ein Anhaltspunkt für das erste Gespräch. Die erwarteten Wiederholungen über die Produktlebensdauer, Zahl unterschiedlicher Modelle, Beschaffungslage und Änderungshäufigkeit beeinflussen die Break-even-Bewertung. Scheinbar große Teileeinsparungen können sich durch Modellrevisionen oder Wartungsaufwand verändern. Ohne Design- und Fertigungsangebot wird kein Einsparprozentsatz angegeben. Nach dem Piloten werden die ersten Annahmen anhand tatsächlicher Montage- und Prüfzeiten aktualisiert.

Der Spezifikation eine für Fertigung und Wartung nutzbare Übergabeliste hinzufügen

Beispielumfang: „Die Standardsteuerungsfolge und Sensorschnittstellen des festgelegten Maschinenmodells werden auf einer individuellen Platine ausgeführt; definierte Leistungs- und Sicherheitseinrichtungen bleiben erhalten; Datenaustausch mit der vorhandenen HMI und eine vergleichende Abnahme an der Pilotmaschine werden durchgeführt.“ Dies ist ein Beispiel für die Spezifikationserstellung, keine Kundenreferenz. Maschinenvarianten, Sensor-/Lasttabelle, Zeichnungsstände, Zielstückzahl und Abnahmekriterien werden ergänzt.

Bei VOMRO arbeiten wir auf Ihren Wunsch vor dem technischen Austausch mit einer NDA. Im Projekt entwickelter Quellcode, bearbeitbare Schaltplan-/PCB-Quellen, mechanische CAD-Dateien im Umfang und technische Dokumente werden zum Projektabschluss übergeben. BOM, Fertigungsdaten, Anschlussplan, Build-/Programmierschritte, Konfiguration und Testprotokolle gehören zur Übergabeliste. Standard-SPS-/HMI-Werkzeuge, Herstellerunterlagen und Lizenzen von Drittsoftware werden gesondert erläutert; eine bedingungslose Übertragung sämtlicher Rechte wird nicht vorausgesetzt.

• Aktueller Schaltschrank, Programm und Modell-/Variantenliste
• I/O, Lasten, Schnittstellen und beizubehaltende Aufgaben
• Abnahmekriterien für Prüfstand, Pilot und Fertigung
• Liste von Quellen, Fertigungs- und Serviceunterlagen sowie Drittanbieter-Lizenzen