Einführung in speicherprogrammierbare Steuerungen: Ihr Tor zur industriellen Automatisierung

1. Was ist eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung)?

Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein spezieller Industriecomputer zur Automatisierung industrieller Prozesse. Die erste SPS wurde entwickelt, um fest verdrahtete Relaislogiksysteme zu ersetzen und eine flexiblere und effizientere Lösung anzubieten.

Ich betrachte SPS als das Gehirn hinter vielen automatisierten Systemen in Fabriken und Anlagen. Sie nehmen Eingaben von verschiedenen Geräten wie Sensoren und Schaltern entgegen, verarbeiten die Informationen auf der Grundlage eines SPS-Programms und generieren Ausgaben zur Steuerung von Maschinen und Geräten.

SPS werden aufgrund ihrer Robustheit, Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Industrieumgebungen häufig in der industriellen Automatisierung eingesetzt. Sie sind darauf ausgelegt, Prozesse mit hoher Präzision zu steuern und zu überwachen, die Effizienz zu verbessern und menschliche Fehler zu reduzieren.

Als Experte für industrielle Automatisierung habe ich gesehen, wie SPS die Fertigung revolutioniert haben und den reibungslosen Ablauf komplexer Vorgänge ermöglichen. Der modulare digitale Controller ist mit einem programmierbaren Speicher zum Speichern von Anweisungen und Ausführen von Funktionen zur Steuerung von Maschinen und Prozessen ausgestattet.

2. Wie funktioniert eine SPS?

Eine SPS arbeitet in einem kontinuierlichen Zyklus, scannt ihr Programm und aktualisiert die Ausgaben auf der Grundlage der aktuellen Eingaben. Dieser Prozess umfasst das Lesen des Eingabestatus, das Ausführen der in der Programmiersprache geschriebenen Steuerlogik und das entsprechende Aktualisieren des Ausgabestatus. Die SPS empfängt Signale von Eingabegeräten und trifft Entscheidungen auf der Grundlage der programmierten Logik.

Bei der Arbeit von SPS dreht es sich um die Verarbeitung von Informationen und das Treffen von Entscheidungen in Echtzeit. Wenn beispielsweise ein Sensor ein Produkt auf einem Förderband erkennt, kann die SPS einen Aktuator auslösen, um das Produkt zur nächsten Stufe zu bewegen.

Ich bin der Meinung, dass die Fähigkeit von SPS, Informationen schnell und präzise zu verarbeiten, sie in der industriellen Automatisierung so wertvoll macht. Die CPU (Central Processing Unit) ist die Kernkomponente, die das Programm ausführt und diese Entscheidungen trifft.

3. Was sind die Grundkomponenten einer SPS?

Zu den Grundkomponenten einer SPS gehören die CPU (Central Processing Unit), Eingabe- und Ausgabemodule, Netzteile und ein Programmiergerät. Die CPU ist das Gehirn der SPS, sie führt das Programm aus und verarbeitet Daten. Eingabemodule empfangen Signale von externen Geräten, während Ausgabemodule Steuersignale an die Maschine senden.

Meiner Erfahrung nach ist das Verständnis dieser Komponenten für jeden, der mit SPS arbeitet, von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise kann das Eingangsmodul je nach Art des empfangenen Signals entweder digital oder analog sein. Ebenso können Ausgangsmodule verschiedene Geräte wie Motoren, Ventile und Lichter steuern.

4. Welche verschiedenen Arten von SPS gibt es?

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von SPS: kompakte und modulare. Kompakte SPS sind All-in-One-Einheiten mit integrierten Ein- und Ausgängen, die für kleine Anwendungen geeignet sind. Modulare SPS hingegen bestehen aus separaten Modulen, die nach Bedarf konfiguriert und erweitert werden können.

Modulare SPS bieten mehr Flexibilität und ermöglichen es Benutzern, das System an ihre spezifischen Anforderungen anzupassen. Ich empfehle modulare SPS häufig für komplexe Systeme, bei denen Skalierbarkeit wichtig ist. Eine modulare SPS kann beispielsweise separate Module für digitale Eingänge, analoge Eingänge, digitale Ausgänge und analoge Ausgänge enthalten, die jeweils auf unterschiedliche Arten von Sensoren und Aktoren zugeschnitten sind.

5. Wie erfolgt die SPS-Programmierung?

Bei der SPS-Programmierung wird ein Satz von Anweisungen erstellt, die der SPS mitteilen, wie sie zu arbeiten hat. Dies geschieht normalerweise mithilfe einer speziellen Programmiersoftware, die vom SPS-Hersteller bereitgestellt wird. Die SPS nimmt diese Anweisungen entgegen und führt sie sequenziell aus. Die Programmierung einer SPS erfordert ein Verständnis des zu automatisierenden Prozesses und der gewünschten Steuerlogik.

Die Programmiersprache für SPS kann unterschiedlich sein, am gebräuchlichsten ist jedoch die Kontaktplanlogik, eine grafische Sprache, die Relaislogikdiagrammen ähnelt. Andere SPS-Programmiersprachen sind Funktionsblockdiagramm (FBD), strukturierter Text (ST) und sequentielles Funktionsdiagramm (SFC). Bei meiner Arbeit habe ich festgestellt, dass die Kontaktplanlogik aufgrund ihrer Einfachheit und Verständlichkeit häufig bevorzugt wird, insbesondere von Technikern, die mit Relaislogik vertraut sind.

6. Was sind die gängigen SPS-Programmiersprachen?

SPS-Programmiersprachen bieten verschiedene Möglichkeiten zum Erstellen von Steuerungsprogrammen. Die am häufigsten verwendete SPS-Programmiersprache ist die Kontaktplanlogik, die für ihre visuelle Darstellung der Relaislogik bekannt ist. Das Funktionsblockdiagramm (FBD) ist eine weitere grafische Sprache, die Blöcke zur Darstellung von Funktionen und deren Verbindungen verwendet.

Strukturierter Text (ST) ist eine Pascal ähnliche Hochsprache, die erweiterte Programmierfunktionen bietet. Sequential Function Chart (SFC) wird für komplexe Prozesse verwendet, die mehrere Schritte und Übergänge umfassen. Ich habe alle diese Sprachen in verschiedenen Projekten verwendet und schätze die Flexibilität, die sie bieten. Strukturierter Text eignet sich beispielsweise hervorragend für komplexe Berechnungen, während die Kontaktplanlogik ideal für einfache Ein-/Aus-Steuerungen ist.

• Kontaktplanlogik: Ähnelt den Logikdiagrammen elektrischer Relais und ist daher für Personen, die mit elektrischen Systemen vertraut sind, intuitiv verständlich.
• Funktionsblockdiagramm (FBD): Verwendet grafische Blöcke zur Darstellung von Funktionen, geeignet für komplexe Logik.
• Strukturierter Text (ST): Eine Pascal ähnliche höhere Programmiersprache, die für fortgeschrittene Programmieraufgaben verwendet wird.
• Sequential Function Chart (SFC): Ideal für Prozesse mit mehreren Schritten und Übergängen.

7. Was ist Kontaktplanlogik und wie wird sie bei der SPS-Programmierung verwendet?

Die Kontaktplanlogik ist eine grafische Programmiersprache, die Steuerlogik auf eine Weise darstellt, die elektrischen Relaislogikdiagrammen ähnelt. Sie verwendet Kontakte und Spulen, um Eingänge bzw. Ausgänge darzustellen. Die Kontaktplanlogik wird häufig verwendet, da sie leicht zu verstehen und zu visualisieren ist.

In der Kontaktplanlogik stellt eine Sprosse eine einzelne Steueranweisung dar, mit Kontakten auf der linken Seite (Eingänge) und Spulen auf der rechten Seite (Ausgänge). Die SPS führt jede Sprosse nacheinander aus und aktualisiert die Ausgänge basierend auf dem Zustand der Eingänge. Ich verwende die Kontaktplanlogik häufig für einfache Steueraufgaben, wie das Starten und Stoppen von Motoren oder das Steuern von Lichtern. Eine einfache Sprosse könnte beispielsweise prüfen, ob eine Starttaste gedrückt wurde (Eingang) und dann einen Motor mit Strom versorgen (Ausgang).

Hier ist ein einfaches Beispiel für eine Leiterlogik-Sprosse:

Startknopf (Eingang) –| |– Motor (Ausgang)

8. Wie kommunizieren SPS mit anderen Geräten und Systemen?

SPS können über verschiedene Kommunikationsprotokolle mit einer Vielzahl von Geräten und Systemen kommunizieren. Über Eingabe- und Ausgabemodule können SPS mit Sensoren, Aktoren und anderen Feldgeräten verbunden werden. SPS können auch mit anderen SPS, HMIs (Human Machine Interfaces) und SCADA-Systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) kommunizieren.

Beispielsweise könnte eine SPS Modbus verwenden, um mit einem Remote-E/A-Modul zu kommunizieren, oder EtherNet/IP, um eine Verbindung zu einem SCADA-System herzustellen. Ich habe an Projekten gearbeitet, bei denen SPS in größere Netzwerke des industriellen Internets der Dinge (IIoT) integriert wurden, um eine Fernüberwachung und -steuerung zu ermöglichen. Die Schnittstellenfunktionen von SPS sind für den Aufbau vernetzter und intelligenter Automatisierungssysteme von entscheidender Bedeutung.

9. Welche Anwendungen gibt es bei der industriellen Automatisierung von SPSen?

SPS-Anwendungen sind umfangreich und vielfältig und erstrecken sich über verschiedene Branchen und Prozesse. SPS werden verwendet, um alles von einfachen Maschinen bis hin zu komplexen Produktionslinien zu automatisieren. Einige gängige SPS-Anwendungen umfassen die Steuerung von Fördersystemen, die Verwaltung von HLK-Systemen, den Betrieb von Verpackungsmaschinen und die Überwachung industrieller Prozesse.

Meiner Erfahrung nach sind SPS besonders nützlich bei Anwendungen, die eine hohe Zuverlässigkeit und Präzision erfordern. In einer Lebensmittelverarbeitungsanlage kann eine SPS beispielsweise die Temperatur, den Druck und die Durchflussrate der Zutaten steuern, um eine gleichbleibende Produktqualität sicherzustellen. SPS können auch in sicherheitskritischen Anwendungen wie Notabschaltungssystemen eingesetzt werden, bei denen ihre Zuverlässigkeit von größter Bedeutung ist. Sie werden verwendet, um eine Vielzahl von Maschinen und Prozessen zu steuern und sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß und effizient funktionieren.

Hier einige Beispiele für SPS-Anwendungen:

• Fördersysteme
• HLK-Systeme
• Verpackungsmaschinen
• Roboterarme
• Wasseraufbereitungsanlagen
• Notabschaltsysteme

10. Wie behebt man Probleme bei SPS-Systemen?

Bei der Fehlerbehebung bei SPS-Systemen geht es darum, Probleme zu identifizieren und zu beheben, die den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems verhindern. Häufige Probleme sind fehlerhafte Ein- oder Ausgänge, Programmierfehler und Kommunikationsfehler. Eine effektive Fehlerbehebung erfordert einen systematischen Ansatz und ein gutes Verständnis des SPS-Systems.

Ich beginne immer damit, die Diagnoseanzeigen und Fehlerprotokolle der SPS zu überprüfen. Die meisten SPS verfügen über integrierte Diagnosefunktionen, die wertvolle Informationen über den Systemstatus liefern können. Als Nächstes überprüfe ich die Ein- und Ausgänge mit einem Multimeter oder einem Programmiergerät, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren. Wenn das Problem weiterhin besteht, überprüfe ich das SPS-Programm auf Fehler oder Inkonsistenzen.

Hier einige Tipps zur Fehlerbehebung bei SPS-Systemen:

• Überprüfen Sie die Diagnoseanzeigen und Fehlerprotokolle der SPS.
• Überprüfen Sie Ein- und Ausgänge mit einem Multimeter.
• Überprüfen Sie das SPS-Programm auf Fehler.
• Überprüfen Sie, ob lose Verbindungen oder beschädigte Kabel vorhanden sind.
• Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung stabil ist.
• Testen Sie Kommunikationsverbindungen mit anderen Geräten.