Was ist SPS-Programmierung? Ein Einführungstutorial zur SPS-Programmierung

Dieser Artikel bietet eine umfassende Beschreibung der SPS-Programmierung, ihrer Funktionen, Arbeitskonzepte und Anwendungen und hilft Kunden dabei, die Vorteile der SPS-Programmierung besser zu verstehen und fundierte Entscheidungen bei der Auswahl geeigneter SPS-Produkte zu treffen.

Was ist SPS-Programmierung?

SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) ist ein industrielles Steuerungssystem auf Basis der Mikroprozessortechnologie, das speziell für die Automatisierungssteuerung entwickelt wurde.

Es führt programmierte Anweisungen aus, um Produktionswerkzeuge, Geräte, Fließbänder usw. für automatisierte Vorgänge zu regulieren. Die SPS-Programmierung beschreibt den Prozess des Schreibens von Anweisungen zur Steuerung der SPS zur Ausführung bestimmter Aufgaben.

Im Vergleich zu herkömmlichen Relaissteuerungssystemen bieten SPS eine höhere Zuverlässigkeit, Vielseitigkeit und Skalierbarkeit und sind daher ein entscheidender Bestandteil der modernen kommerziellen Automatisierung.

7 Hauptmerkmale der SPS-Programmierung

1. Einfache und leicht zu erlernende Programme

Die am häufigsten verwendete Programmiersprache für SPS ist das Kontaktplandiagramm (LD), dessen Zeichen und Ausdrücke denen von Relaisschaltplänen ähneln.

Für Elektroingenieure ist die Programmiersprache Ladder Layout intuitiv und verständlich. Mit einer kurzen Einarbeitungszeit können Benutzer die Sprache schnell verstehen und mit der Programmierung beginnen.

2. Umfassende Geräteunterstützung und solide Flexibilität

SPS-Elemente sind äußerst standardisiert, modular und umfassen eine Vielzahl von Hardwareteilen, aus denen der Benutzer auswählen kann.

Kunden können Systeme flexibel einrichten, um unterschiedliche Produktionsanforderungen zu erfüllen. Auch die Einrichtung und Verdrahtung der SPS ist einfach und problemlos, sodass sich das System bequem an verschiedene Prozessanforderungen anpassen lässt.

3. Leistungsstarke Funktionen und ein hohes Preis-Leistungs-Verhältnis

SPS-Systeme bieten leistungsstarke Steuerungsfunktionen und sind sehr kostengünstig. Eine kleine SPS kann Hunderte oder sogar unzählige programmierbare Komponenten enthalten und komplexe Steuerungsaufgaben bewältigen.

SPS können zusätzlich die Kommunikation mit anderen Geräten unterstützen und so eine verteilte Steuerung und zentrale Verwaltung ermöglichen.

4. Geringerer Arbeitsaufwand für Layout, Einrichtung und Debugging

Durch den Austausch von Standard-Relaissteuerungen gegen SPSen kann die Vielfalt der Zwischen Relais, Timer, Zähler und andere Teile werden erheblich reduziert.

Dies vereinfacht die Entwicklung, Schaltungsplanung und Installation von Steuerungssystemen. SPS-Programme sind strukturiert und verständlich, was die Entwicklungs- und Debugging-Zeit drastisch reduziert.

5. Hohe Zuverlässigkeit und starke Entstörungsfähigkeit

SPS sind für ihre hohe Störfestigkeit bekannt, die einen stabilen Betrieb auch in Umgebungen mit hohen Störsignalen ermöglicht.

Aufgrund der Kombination aus langlebiger Hardware und Softwarefunktionen weisen SPS eine extrem niedrige Ausfallrate auf und gelten als eines der zuverlässigsten industriellen Steuerungsgeräte.

6. Kompakte Abmessungen und geringer Stromverbrauch

Im Vergleich zu herkömmlichen Relaissteuerungen sind SPSen kleiner und verbrauchen weniger Strom. Der Platzbedarf verringert sich, und der geringere Schaltungsaufwand spart Zeit und Kosten.

Darüber hinaus sind SPS aufgrund der kleineren Schaltschränke und des geringeren Stromverbrauchs eine besonders nachhaltige Wahl.

7. Einfache Wartung und schnelle Fehlerbehebung

SPS verfügen über erweiterte Selbstdiagnosefunktionen, die die Fehlererkennung vereinfachen. Fällt eine SPS oder ein externes Eingabegerät aus, können Benutzer das Problem anhand der LED-Anzeigen oder der Rückmeldung des Programmgeräts schnell lokalisieren. Beschädigte Module können umgehend ausgetauscht werden, was Ausfallzeiten und Wartungskosten reduziert.

Funktionsprinzip der SPS-Programmierung

SPS arbeiten nach dem Prinzip der sequentiellen Abfrage und Endlosschleife. Während des gesamten Vorgangs prüft und implementiert die CPU der SPS regelmäßig das im Speicher abgelegte Anwenderprogramm und hält sich dabei an die vorgegebenen Adressreihen.

Wenn keine Tauchrichtlinien vorhanden sind, beginnt es mit der ersten Richtlinie und führt alle nacheinander bis zum Ende aus. Danach kehrt es für den nächsten Prüfzyklus zum Anfang zurück. Während jedes Scans tastet die SPS ebenfalls Eingangssignale ab und aktualisiert die Ergebnisstatus.

Der Funktionszyklus einer SPS umfasst drei Hauptphasen:

1. Eingangsabtastung: Die SPS scannt alle Eingangsklemmen und speichert ihre Zustände in entsprechenden Eingangsstatusregistern.
2. Programmausführung: Die SPS führt die Anweisungen im einzelnen Programm sequenziell aus, verarbeitet die Informationen und hält die Ursache in den Ausgaberegistern fest.
3. Ausgabeaktualisierung: Nach der Ausführung der Richtlinien schreibt die SPS die Ergebnisbedingungen in die Ergebnisregister und steuert die entsprechenden Geräte an.

5 erforderliche Programmiersprachen für SPS

Die SPS-Programmierung umfasst mehrere Sprachen, die sich jeweils für unterschiedliche Steuerungsaufgaben eignen. Die gängigsten Programmiersprachen sind Kontaktplan (KOP), Anweisungsliste (AWL), Funktionsbausteindiagramm (FUP), Ablaufsprache (AS) und Strukturierter Text (ST).

Benutzer können basierend auf ihren spezifischen Steuerungsanforderungen die am besten geeignete Programmiersprache auswählen.

1. Kontaktplansprache (LD)

Das Kontaktplanlayout ist die am häufigsten verwendete Programmiersprache für SPS. Es verwendet grafische Symbole zur Darstellung der Steuerungslogik, was für Elektrokonstrukteure sehr intuitiv und vertraut ist.

Es ist sehr visuell und leicht verständlich und daher die empfohlene Option für die meisten Steuerungssysteme.

2. Anweisungslistensprache (IL)

Die Anweisungsliste ist eine mnemonische Programmiersprache, die der Einrichtungssprache ähnelt. Sie besteht aus Prozedurcodes und Operandenauswahlen. Diese Sprache eignet sich für Handheld-Entwickler, da Kunden bequem ohne Computer einrichten können.

Es ist mit der Kontaktplandarstellung in der Softwareanwendung für SPS-Programme kompatibel.

3. Funktionsblockdiagrammsprache (FBD)

Die Funktionsblockdarstellung wird für komplexe Systeme mit modularen Funktionen verwendet. Sie steht für die Steuerlogik in Form von Funktionsblöcken und ist daher intuitiv und einfach zu verwenden, insbesondere für Ingenieure mit Erfahrung in digitalen Logikschaltungen.

4. Sequentielle Funktionsdiagrammsprache (SFC)

Der sequentielle Funktionsgraph ist für die Steuerung des konsekutiven Denkens konzipiert. Er unterteilt das Verfahren in Schritte und Übergangsprobleme, sodass Benutzer jede Steuerungsaktivität und ihre Reihenfolge klar angeben können.

Diese Sprache ist besonders hilfreich für große Systeme mit komplizierter Steuerlogik.

5. Strukturierte Textsprache (ST)

Strukturierter Text ähnelt höheren Programmiersprachen und wird für komplexe Steuerungssysteme verwendet. Er nutzt textbasierte Zusammenfassungen, um die Zusammenhänge zwischen zahlreichen Variablen zu definieren und so eine noch umfassendere Kontrolle über das System zu ermöglichen.

Es wird typischerweise in größeren SPS-Systemen verwendet, für die andere Sprachen weit weniger ideal sind.

Leitfaden für Anfänger zur SPS-Programmierung

1. Flussdiagrammerstellung

Flussdiagramme sind symbolische Darstellungen von Anweisungen, die die Struktur der SPS-Programmierung entwickeln. Kunden müssen logische Verfahren wie UND, ODER, NICHT usw. und die entsprechenden Zeichen verstehen, um die grundlegenden Steuerungslogiken zu entwickeln.

2. Erstellen von Kontaktplanprogrammen

Ladder Reasoning ist das Herzstück von SPS-Programmen. Es nutzt grafische Darstellungen von Logik zur Beschreibung von Steuerungssystemen. Mit verschiedenen Zeichen und Richtlinien können Kunden komplexe Steuerungssysteme erstellen.

3. Verwendung von Mnemonik für Programme

Mnemoniken sind symbolische Darstellungen von Steueranweisungen, ähnlich wie Prozedurcodes. Sie werden für tragbare Programmiergeräte verwendet und bieten eine schnelle und effiziente Möglichkeit zum Erstellen und Debuggen von SPS-Programmen.

Anwendungen der SPS-Programmierung

Die SPS-Programmierung bietet ein breites Anwendungsspektrum, darunter automatische Fließbänder, Geräte, kommerzielle Roboter und Gebäudeautomationssysteme.

SPS steigern die Produktionsleistung, senken die Arbeitskosten und können unter extremen Bedingungen betrieben werden. Daher sind SPS-Programme zu einem entscheidenden Bestandteil der modernen kommerziellen Automatisierung geworden.