Wat is Cycle Time?
Cycle time (cyclustijd) is de tijd die een industriële Controller, zoals een PLC, nodig heeft om één volledige programmacyclus te doorlopen: ingangen inlezen, het programma uitvoeren en uitgangen aansturen. Die tijd bepaalt hoe snel een besturing op een verandering in het proces kan reageren en hoe voorspelbaar dat gebeurt. In realtime systemen is een korte én stabiele cycle time de basis voor deterministisch gedrag. In de productiewereld heeft de term een tweede betekenis: de tijd die een machine of lijn nodig heeft om één product te maken, een kerngetal in OEE.
🧠 Hoe verloopt één PLC-cyclus?
Een klassieke PLC werkt met een steeds herhaalde scancyclus. Eén cyclus bestaat uit vier stappen:
- Ingangen inlezen - de CPU kopieert de toestand van alle digitale en analoge ingangen naar een geheugengebied, het procesbeeld van de ingangen. Tijdens de rest van de cyclus werkt het programma met die momentopname, ook als een sensor intussen verandert.
- Programma uitvoeren - de logica wordt van boven naar beneden doorlopen, geschreven in IEC 61131-3-talen zoals ladderdiagram of structured text.
- Uitgangen schrijven - de resultaten gaan uit het procesbeeld van de uitgangen naar de fysieke uitgangen of via het netwerk naar O.
- Systeemtaken - communicatie met HMI’s en SCADA, diagnose, zelftests en eventuele online wijzigingen.
De cycle time is de som van deze stappen. Omdat de programmalengte per cyclus kan verschillen (sprongen, lussen, voorwaardelijke blokken), is de cycle time van een vrij lopende PLC zelden helemaal constant. Engineeringsoftware toont daarom altijd een minimale, actuele en maximale cyclustijd.
🔄 Wat is het verschil tussen een vrije cyclus en een vaste cyclustijd?
De norm IEC 61131-3 laat de uitvoering van programma’s regelen door tasks. Een task kan periodiek lopen (met een interval) of op een gebeurtenis starten, en heeft een prioriteit. Leveranciers vertalen dat elk op hun eigen manier:
| Uitvoeringsmodel | Werking | Voorbeelden | Geschikt voor |
|---|---|---|---|
| Vrije cyclus | Nieuwe cyclus start direct na de vorige; cycle time varieert met de programmalast | OB1 bij Siemens S7, continuous task bij Rockwell Logix | Algemene machine- en lijnlogica |
| Periodieke task | Start op een vast interval, ongeacht hoe snel de vorige klaar was | Cyclic interrupt-OB’s (OB30 t/m OB38), periodic task, TwinCAT- en CODESYS-tasks | PID-regelkringen, bemonstering, tellers |
| Gebeurtenisgestuurd | Start bij een hardwaresignaal of een softwaregebeurtenis | Hardware interrupt-OB, event task | Snelle reacties op één specifiek signaal |
| Synchroon met de bus | Task loopt in de pas met de cyclus van het veldnetwerk | Isochronous mode bij ProfiNET IRT, EtherCAT-distributed clocks | motion control |
Een vaste cyclustijd heeft één groot voordeel: berekeningen die van tijd afhangen, zoals een integrerende regelaar of een snelheidsmeting, krijgen een constant tijdsinterval. In een vrije cyclus moet het programma de verstreken tijd zelf meten.
🔧 Hoe bewaakt een controller de cycle time?
Elke industriële controller heeft een watchdog: een bewaking die ingrijpt als een cyclus te lang duurt, bijvoorbeeld door een oneindige lus. Wat er dan gebeurt verschilt per platform:
- Siemens S7-1500 - in TIA Portal stelt u een maximale cyclustijd in, standaard 150 ms. Bij overschrijding roept de CPU de time-error-OB80 aan. Is OB80 niet geladen, of wordt de maximale cyclustijd binnen dezelfde cyclus een tweede keer overschreden, dan gaat de CPU in STOP. Een optionele minimale cyclustijd rekt korte cycli op, zodat de cyclus gelijkmatiger wordt.
- Rockwell Automation Logix - elke task heeft een eigen watchdog, standaard 500 ms en instelbaar van 1 ms tot 2.000.000 ms. Bij een time-out volgt een major fault (type 6, code 1). Die geldt voor de hele task, dus een fault routine van een programma vangt hem niet op; alleen de controller fault handler kan hem afhandelen, anders gaat de controller in fault.
- TwinCAT en CODESYS - elke task krijgt een eigen interval en watchdog; de runtime houdt bij hoe vaak een task zijn interval overschreed. Voor een soft PLC op een industriële pc is dat de belangrijkste indicator dat het besturingssysteem of andere software de realtime taak verstoort.
Een watchdog is een vangnet, geen ontwerpgrens. Wie de maximale cyclustijd ruim boven de normale waarde laat staan, merkt pas laat dat de besturing trager wordt.
🏭 Welke cycle times zijn gebruikelijk?
De juiste cycle time hangt af van de snelheid van het fysieke proces. Typische bereiken:
| Toepassing | Typische cycle time | Toelichting |
|---|---|---|
| Motion Control en servo’s | 0,1–4 ms | EtherCAT mikt op ≤ 100 µs; PROFINET IRT gaat tot 31,25 µs |
| Snelle machinelogica (verpakken, sorteren) | 1–10 ms | Vaak een aparte snelle task naast de hoofdcyclus |
| Standaard PLC-besturing | 5–50 ms | Vrije cyclus van een gemiddelde machine of lijn |
| Procesregeling in een DCS | 100 ms–1 s | Temperatuur, niveau en druk veranderen relatief traag |
| Veiligheidsbesturing (Safety PLC, SIS) | 10–100 ms | Bepaald door de vereiste reactietijd, niet door het SIL-niveau |
| SCADA-polling en visualisatie | 250 ms tot enkele seconden | Geen realtime besturing; toezicht op hoofdlijnen |
Netwerkcycli tellen mee. PROFINET RT werkt doorgaans met cycli van 1 tot 10 ms; IRT gaat met fragmentatie en tijdsynchronisatie via PTCP, een op PTP (IEEE 1588) gebaseerd protocol, tot 31,25 µs. EtherCAT haalt met distributed clocks een synchronisatie ruim binnen 1 µs.
📏 Hoe bepaalt u de juiste cycle time voor uw installatie?
Een praktische aanpak in vijf stappen:
- Bepaal de snelste gebeurtenis die de besturing moet zien: een nok op een transportband, een puls van een encoder, een drukstoot.
- Reken met de slechtste reactietijd. Verandert een ingang net nadat de PLC zijn ingangen heeft gelezen, dan ziet het programma die verandering pas in de volgende cyclus. De maximale reactietijd is daardoor ongeveer twee keer de cycle time, plus de filtertijd van de ingangskaart, de vertraging van de uitgang en eventuele netwerkcycli.
- Vertaal naar het proces. Een product op een band van 2 m/s legt bij een cycle time van 20 ms in de slechtste situatie 2 × 20 ms × 2 m/s = 8 cm af voordat de uitgang schakelt. Is de tolerantie 1 cm, dan is een snellere task of een hardware-interrupt nodig.
- Stem regelkringen af. Een vuistregel is dat een regelkring minstens tien keer sneller bemonstert dan de tijdconstante van het proces. Een temperatuurkring met een tijdconstante van een minuut kan prima op 1 s draaien; een drukregeling in een pomp niet.
- Toets veiligheidsfuncties. Volgens IEC 61511 en IEC 61508 moet een veiligheidsfunctie ingrijpen binnen de process safety time: de tijd tussen het ontstaan van een gevaarlijke situatie en het moment dat het ongeval onafwendbaar is. Een veelgebruikte ontwerpregel is dat de totale reactietijd van sensor, logica en actuator hoogstens de helft daarvan bedraagt.
Meet daarna de werkelijke maximale cyclustijd onder volle belasting, dus met alle communicatie actief, en houd een marge van 30 tot 50 procent aan voor toekomstige uitbreidingen.
⚠️ Wat veroorzaakt een instabiele of te lange cycle time?
- Programmalast - lussen over grote arrays, stringbewerkingen en rekenintensieve functies in elke cyclus.
- Communicatie - veel gelijktijdige HMI-, SCADA- of OPC UA-verbindingen kosten CPU-tijd in de systeemfase.
- Netwerkproblemen - netwerkcongestie en een te hoge latency vertragen I/O-updates en veroorzaken timeouts.
- Besturingssysteem - bij een soft PLC zonder RTOS of realtime-extensie kunnen updates, virusscanners of virtualisatie de task onderbreken.
- Online wijzigingen en diagnose - downloaden tijdens bedrijf en uitgebreide tracering verlengen tijdelijk de cyclus.
Het zichtbare gevolg is jitter: variatie in de cyclustijd. Dat leidt tot onregelmatige regelacties, gemiste pulsen en slechte synchronisatie tussen assen. In het ergste geval grijpt de watchdog in en stopt de machine.
✅ Hoe optimaliseert u de cycle time?
| Maatregel | Toelichting |
|---|---|
| Verdeel het programma over tasks | Snelle logica in een korte periodieke task, trage logica (rapportage, berekeningen) in een langzamere |
| Voer niet alles elke cyclus uit | Reken trage waarden eens per seconde, gebruik flanken en gebeurtenissen |
| Zet communicatie apart | Laat zware verbindingen via een communicatieprocessor of edge-gateway lopen |
| Gebruik een realtime platform | Een RTOS of realtime-kernel geeft een soft PLC een stabiele timing |
| Bewaak de cyclustijd | Log minimale, gemiddelde en maximale waarde; laat een trend zien in de historian |
| Kies passende hardware | Een snellere CPU of een aparte motion controller ontlast de hoofdbesturing |
🏷️ Wat betekent cycle time in productie en OEE?
Buiten de besturingstechniek betekent cycle time de tijd tussen het gereedkomen van twee opeenvolgende producten op een machine of lijn. In OEE bepaalt de ideale cyclustijd de prestatiefactor: (ideale cyclustijd × aantal stuks) ÷ looptijd. Drie verwante begrippen worden vaak door elkaar gehaald:
| Begrip | Definitie | Voorbeeld |
|---|---|---|
| Cycle time (productie) | Werkelijke tijd per product op een machine of station | 42 s per behuizing |
| Takt time | Beschikbare productietijd gedeeld door de klantvraag | 27.000 s ÷ 600 stuks = 45 s |
| Doorlooptijd | Totale tijd van grondstof tot eindproduct, inclusief wachten | 3 dagen |
Is de productiecyclustijd langer dan de takt time, dan haalt de lijn de vraag niet. De PLC-cyclustijd en de productiecyclustijd hangen wel samen: een machine met een cycle time van 10 ms kan nooit nauwkeuriger schakelen dan dat interval, wat de haalbare productsnelheid begrenst.
❓ Veelgestelde vragen
Wat is een normale cycle time voor een PLC?
Een normale cycle time voor een PLC ligt voor gangbare machinebesturing tussen 5 en 50 milliseconden. Motion control vraagt om cycli van 1 milliseconde of korter, terwijl procesregelingen vaak op 100 milliseconden tot 1 seconde draaien. De juiste waarde hangt af van de snelheid van het proces.
Wat is het verschil tussen cycle time en scan time?
Cycle time en scan time worden in de praktijk als synoniemen gebruikt voor de duur van één PLC-cyclus. Sommige leveranciers gebruiken scan time specifiek voor de uitvoering van het programma en cycle time voor de hele cyclus inclusief I/O en communicatie. Controleer daarom in de documentatie welke definitie uw platform hanteert.
Wat gebeurt er als de cycle time te lang wordt?
Als de cycle time van een PLC de ingestelde maximale waarde overschrijdt, grijpt de watchdog in. Afhankelijk van het platform roept de CPU een foutroutine aan of gaat hij in STOP, waardoor uitgangen in een veilige toestand vallen. Ook vóór die grens leidt een lange cycle time al tot trage reacties en gemiste signalen.
Hoe bereken ik de reactietijd van een PLC?
De maximale reactietijd van een PLC is ongeveer twee keer de cycle time, plus de filtertijd van de ingangen, de vertraging van de uitgangen en eventuele netwerkcycli. Twee cycli zijn nodig omdat een signaal dat net na het inlezen verandert pas in de volgende cyclus wordt verwerkt. Voor kritieke functies is een snellere task of een interrupt de oplossing.
Heeft het SIL-niveau invloed op de cycle time?
Het SIL-niveau bepaalt niet rechtstreeks de cycle time van een safety PLC. Bepalend is de process safety time: de totale reactietijd van sensor, logica en actuator moet daar ruim binnen blijven. Het SIL-niveau stelt vooral eisen aan betrouwbaarheid, diagnose en architectuur.
Is cycle time hetzelfde als takt time?
Cycle time is niet hetzelfde als takt time. Cycle time is de werkelijke tijd die een machine per product nodig heeft, terwijl takt time het tempo is dat de klantvraag vereist. Een lijn haalt de vraag alleen als de cycle time korter is dan de takt time.
📌 Samengevat
Cycle time is de duur van één volledige PLC-cyclus van inlezen, rekenen en schrijven, en bepaalt hoe snel en hoe voorspelbaar een besturing reageert. Kies de cycle time op basis van de snelste gebeurtenis in het proces, reken met twee cycli als slechtste reactietijd, bewaak minimale en maximale waarden en verdeel het programma over tasks. Zo blijft industriële automatisering stabiel en deterministisch, en sluit de besturing aan op de productiecyclus die in OEE telt.