Einbau und Anschluss von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) in Automatisierungsschränken und -panels
Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein spezieller Computertyp, der zur Automatisierung technologischer Prozesse und Objekte dient.
Der Begriff SPS (englische Abkürzung – (PLC) Programmable Logic Controller) wurde 1971 von Odo Joseph Struger, einem Ingenieur bei Allen-Bradley USA, eingeführt. Er spielte auch eine Schlüsselrolle bei der Vereinheitlichung der SPS-Programmiersprachen.
Bei der Anwendung eines Algorithmus auf ein Steuerungssystem sind in der Regel logische Operationen und eine spezielle Organisation der Kommunikation mit Sensoren, Aktoren und der Mensch-Maschine-Schnittstelle erforderlich.
Ein wichtiges Merkmal einer SPS ist ihr Echtzeitbetrieb. Dies wird durch den Einsatz spezieller Mikroprozessoren gewährleistet, die die Reaktion des Systems auf eine Anfrage innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls garantieren.
SPS arbeiten normalerweise unter widrigen äußeren Bedingungen – Temperatur, Feuchtigkeit, Staub, elektromagnetische Strahlung, Strahlung. Daher wurden normale Heimcomputer nicht als Steuerung verwendet.
In Russland seit 2007.Es gilt die spezielle programmierbare Steuerung GOST R IEC 61131-1-2016.
SPS basieren auf Mikrocontroller — spezialisierte Mikroprozessoren mit Single-Chip-Architektur. Mikrocontroller können ohne Chipsatz und Motherboard, ohne Betriebssystem funktionieren. Dieser Modus wird jedoch hauptsächlich in einfachen lokalen Automatisierungssystemen verwendet. In komplexen Systemen werden ausreichend leistungsstarke Prozessoren unter der Steuerung spezieller Betriebssysteme eingesetzt.
Weitere Informationen zu Einsatzzweck, Geräte- und SPS-Typen finden Sie hier: Was sind speicherprogrammierbare Steuerungen?
Die Vielfalt der SPS ist sehr groß. Es gibt kein einziges Unternehmen im Bereich Automatisierung und Elektronik, das nicht eigene SPS herstellt. Dennoch eint alle SPS eine gemeinsame Architektur und Standardisierung der Schnittstellen zum Anschluss externer Geräte.
Die weltweit größten SPS-Hersteller sind heute Siemens AG, Allen-Bradley, Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron, Micubichi, Lovato. SPS werden von vielen anderen Herstellern hergestellt, darunter den russischen Unternehmen Kontar LLC, Oven, Kontel LLC, Segnetiks, Fastwel Group, Tecon und anderen.
OWEN Speicherprogrammierbare Steuerungen
Siemens speicherprogrammierbare Steuerungen der Serie SIMATIC S7
Ein Beispiel für das Erscheinungsbild einer SPS in einem Standard-Monoblock ist in der Abbildung dargestellt. Dies sind SPS von OWEN (Russland) und SPS von 9 Siemens (Deutschland). Auf beiden Seiten der Box befinden sich Anschlüsse zum Anschluss von Strom, Sensoren und Aktoren.
Speicherprogrammierbare Steuerung PLC 63 von OWEN (Russland) und SPS von Siemens (Deutschland)
Es gibt die folgenden Arten von Ein- und Ausgängen: diskret, analog, universell, dediziert und Schnittstelle.
Typischerweise werden diskrete Eingänge zum Anschluss von Sensoren verwendet, die sich in zwei Zuständen befinden können: „aktiv – passiv“ oder „ein – aus“. Über diskrete Eingänge können Sie Taster, Schalter, Endschalter, Thermostate und andere Geräte anschließen.
Die diskreten Eingänge der Regler TAns sind üblicherweise für die Aufnahme von Standardsignalen mit einem Pegel von +24 V DC ausgelegt. Ein typischer Stromwert für einen einzelnen digitalen Eingang (bei +24 V Eingangsspannung) beträgt etwa 10 mA.
Diskrete SPS-Ausgänge werden zur Erzeugung von Ausgangssignalen mit elektrischen Parametern als diskreter Eingang verwendet. Sie werden im Allgemeinen zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens von Antrieben eingesetzt.
Gemäß GOST IEC 61131-2-2012 (Einführungsdatum 01.07.2014) ist ein Analogeingang ein Gerät, das ein kontinuierliches Signal in eine diskrete Binärzahl für den Betrieb in einem programmierbaren Steuerungssystem umwandelt.
Für analoge Eingänge sind die gebräuchlichsten Standard-Gleichspannungsbereiche –10… + 10 V und 0… + 10 V. Für Stromeingänge sind die Bereiche 0–20 mA und 4–20 mA.
Analoge Eingänge ermöglichen den Anschluss analoger Sensoren an die SPS.
Gemäß GOST 61131-2-2012 (Einführungsdatum 01.07.2014) ist ein Analogausgang ein Gerät, das eine Binärzahl in ein analoges Signal umwandelt.
SPS können mit speziellen I/Os ausgestattet werden, die Dauermessung, Kantenfixierung, Impulszählung und Motorsteuerung ermöglichen.
Die Anzahl dieser oder dieser Ein-/Ausgänge ist der Hauptfaktor, der die Fähigkeiten der SPS bestimmt, wenn ein darauf basierendes Automatisierungssystem erstellt wird.
SPS-Ausgänge und Anschluss externer Geräte
Je nach Bauart und Montageart gibt es vier Ausführungen des SPS-Gehäuses:
- Gehäuse zur Montage auf einer DIN-Schiene;
- Gehäuse zur Wandmontage;
- Panel-Version;
- Offenes Rahmendesign für eingebettete modulare Systeme.
Das DIN-Schienen-Montagegehäuse dient zur Montage der SPS auf der Schaltschrankplatte und verfügt über eine spezielle Federverriegelung zur Befestigung auf einer Standard-DIN-Schiene.
Das Wandmontagegehäuse wird in der Regel nach Staub- und Feuchtigkeitsschutzstandards hergestellt und verfügt über integrierte versiegelte Dichtungen für den Anschluss externer Strom- und Signalkabel.
Die Panelversion der SPS kommt zum Einsatz, wenn die SPS in der Eingangstür des Automatisierungsschranks eingebaut wird. Panel-SPS verfügen in der Regel über ein Touchscreen-Display, das ein mnemonisches Diagramm einer automatisierten Prozesslinie oder eines lokalen Automatisierungssystems anzeigt und zur Eingabe von Steuerparametern durch den Bediener dient.
Mit einer Open-Frame-SPS werden eingebettete (on-board) Automatisierungssysteme erstellt. In diesem Fall handelt es sich bei der SPS um eine Leiterplatte mit einer Reihe von Anschlüssen zum Anschluss externer Geräte und Befestigungselementen zum Anschluss an andere Platinen.
Die Anschlüsse können mit Drähten hergestellt werden, die unter der Schraubklemme mit der SPS verbunden sind, oder abnehmbar. Letztere sind bei der Wartung, beispielsweise beim Austausch einer SPS, klar im Vorteil. In diesem Fall ist es unmöglich, den Anschluss der Drähte zu verwechseln. Die Verwendung von Doppelsteckern erhöht jedoch die Kosten der SPS, weshalb Hersteller in SPSen häufiger Schraubverbindungen von Drähten anstelle von lösbaren Verbindungen verwenden.
Monoblock-SPS verfügen in der Regel über eingebaute oder abgesetzte Displays, die in den Frontplatten der Schaltschränke installiert sind. Sie können grafisch, synthetisierend oder sensorisch sein.
Die folgende Abbildung zeigt eine SPS mit eingebautem LCD-Display und Tastatur, über die die Parameter des Regelalgorithmus lokal eingestellt werden.
Die Kontakte des SPS-Steckers bieten dem SPS-Benutzer die Möglichkeit, verschiedene Arten von Sensoren anzuschließen: analoge, diskrete sowie Aktoren und E/A-Geräte.
Darüber hinaus verfügen SPS über eine Reihe von Standardschnittstellen für Tools zur Implementierung verteilter Automatisierungssysteme über verschiedene Arten von Kommunikationskanälen: Kabel, Funk, Internet.
Speicherprogrammierbare Steuerungen sind die Grundlage für die Herstellung von Automatisierungsschränken (oder Panels) für verschiedene Zwecke.
Die Installation der Automatisierungselemente auf dem Schrankpaneel erfolgt nach dem Stromkreisentwurf, der nach den Spezifikationen für jedes System separat entwickelt wird.
Die Installationstechnologie des Automatisierungsschranks sieht eine getrennte Verlegung der Strom- und Signalkabel in den Verteilerkästen vor (z. B. Stromkabel – in den rechten Kästen und Signalkabel – in den linken Kästen, relativ zur Montageplatte), und eine obligatorische Kennzeichnung der Kabel je nach Projekt und Crimpen der Enden der Drähte mit speziellen Klemmen.
Automatisierungsschränke können über eingebaute Klimaanlagen oder Heizungen verfügen, um die interne Temperaturregelung zu gewährleisten.
SPS-basierter Automatisierungsschrank
Fast alle modernen SPS verfügen über ein eingebautes Schaltnetzteil, das Strom aus einer externen Quelle im Wechselspannungsbereich von 110 bis 265 Volt (AD-DC-Spannungswandler) oder aus einem Gleichstromnetzteil (DC-DC-Spannungswandler) liefert.
Schaltnetzteile verfügen über eine Reihe integrierter automatischer Schutzfunktionen: Kurzschluss, Überhitzung und Überlastung.
Ein typischer SPS-Stromanschluss erfordert zuvor einen Überspannungsschutzfilter. Die Auswahl gepulster Netzteile erfolgt nach dem Wert des erforderlichen Energieverbrauchs und den erforderlichen Ausgangswerten der Nennleistungen.
Wenn die Haupteingangsspannungsquelle aufgrund eines Unfalls oder einer Fehlfunktion abgeschaltet wird, kann der Betrieb oder die ordnungsgemäße Abschaltung des Geräts oder Systems durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sichergestellt werden.
Der Schutzgrad der SPS wird mit einem IP-Zeichen (Ingress Protection Rating) verschlüsselt. IP bedeutet wörtlich übersetzt „Eindringschutzgrad“. Derzeit ist dies das gebräuchlichste Bezeichnungssystem zum Schutz von Geräten vor Umwelteinflüssen. Es wird verwendet, um den Schutz gegen das Eindringen verschiedener physikalischer Partikel in das Gerät anhand geometrischer Abmessungen, einschließlich Staub und Wasser, anzugeben.
IP-Schutzart – Dekodierung, Gerätebeispiele
SPS-Gehäuse sowie die Schränke oder Schalttafeln, in denen sie installiert sind, können über einen gewissen Schutz verfügen.
Der Einbau und Anschluss spezifischer speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) in Automatisierungsschränken und -schalttafeln muss gemäß den Anweisungen des Herstellers erfolgen.
Bilder von Automatisierungspanels mit speicherprogrammierbaren Steuerungen:
