Was ist eine speicherprogrammierbare Steuerung?

Regler (aus dem Englischen Control) – Kontrolle. Der Controller in automatisierten Systemen ist ein technisches Werkzeug, das die Funktionen der Steuerung physikalischer Prozesse gemäß einem definierten Algorithmus übernimmt und dabei von Sensoren empfangene und auf Endgeräten angezeigte Informationen verwendet. Jedes Gerät, das automatisch arbeiten kann, verfügt über einen Steuerungscontroller – ein Modul, das die Betriebslogik des Geräts definiert.

Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) — technische Mittel zur Automatisierung technologischer Prozesse. Es handelt sich um ein elektronisches Spezialgerät, das in Echtzeit arbeitet.

Eine SPS lässt sich digital programmieren und so sehr einfach an die Anforderungen eines bestimmten Prozesses anpassen. Mit den steigenden Anforderungen an moderne Maschinen und Produktionsprozesse sind SPS-Automatisierungslösungen zu einem festen Bestandteil der täglichen industriellen Produktion geworden.

Die Hauptbetriebsart einer SPS ist ihr langfristiger autonomer Einsatz, oft unter widrigen Umgebungsbedingungen, ohne große Wartung und ohne menschliches Eingreifen.SPS werden in der Regel zur Steuerung sequenzieller Prozesse verwendet. Dabei werden Ein- und Ausgänge verwendet, um den Zustand eines Objekts zu bestimmen und Steueraktionen auszugeben.

Speicherprogrammierbare Steuerungen eignen sich ideal zur individuellen Steuerung verschiedener Anwendungen, Maschinen, Anlagen und Prozesse oder zum digitalen Energiemanagement.

Eine speicherprogrammierbare Steuerung ist ein Mikroprozessorgerät, das dazu dient, Informationen zu sammeln, umzuwandeln, zu verarbeiten, zu speichern und Steuerbefehle zu generieren. Es verfügt über eine endliche Anzahl von Ein- und Ausgängen, Sensoren, Schaltern und Aktoren, die mit dem Steuerobjekt verbunden sind, und ist für den Betrieb ausgelegt Echtzeitmodi.

Eine typische SPS besteht aus folgenden Teilen:

• Über die Eingänge werden beispielsweise Taster, Lichtschranken oder Temperatursensoren an die Steuereinheit angeschlossen. Dank dieser Komponenten kann das SPS-System den aktuellen Zustand der Maschine überwachen.
• Die Ausgänge sind mit Geräten wie Elektromotoren oder Hydraulikventilen verbunden, die die SPS zur Steuerung einer bestimmten Maschine verwendet.
• Benutzerprogramm – SPS-Software, ermöglicht das Schalten von Ausgängen abhängig von der Aktivierung von Eingängen.
• Die Kommunikationsschnittstelle dient der Anbindung der SPS an andere Systeme.
• Zu einer SPS gehören außerdem eine eigene Stromversorgung, eine CPU und ein interner Bus.

Derzeit verwendete Relaiskontakt-Steuerungssysteme zeichnen sich durch geringe Zuverlässigkeit, das Vorhandensein offener Kontakte usw. aus. Am effektivsten ist der Einsatz speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) zur Automatisierung lokaler Steuerungssysteme.

Im Laufe der Zeit entwickeln sich SPS weiter und passen sich den spezifischen Anforderungen im industriellen Umfeld an.SPS-Funktionen haben eine Reihe von Vorteilen: Aufgrund ihrer Flexibilität sind sie in den unterschiedlichsten Branchen einsetzbar. Einstellungen können jederzeit geändert werden, ohne den Betrieb des Geräts selbst zu beeinträchtigen.

Nur individuell programmierbare Geräte zur Steuerung, Überwachung und Regelung der Leistung von Produktionsmaschinen können den hohen Anforderungen der modernen Industrie gerecht werden.

Eine SPS kann in der Regel direkt auf der Produktionsmaschine installiert werden. Das spart den nötigen Platz. Einer der größten Vorteile einer SPS ist neben der Möglichkeit, eine SPS fernzusteuern, ihre Kommunikationsfähigkeit.

SPS werden gemäß der Norm IEC-61131-3 programmiert. SPS werden mit Hilfe spezialisierter Komplexe programmiert, einer der beliebtesten ist CoDeSys. Es umfasst die folgenden Sprachen: Grafik (Balkendiagramm, Funktionsblockdiagramm, sequentielles Funktionsdiagramm, kontinuierliches Funktionsdiagramm), Text (Anweisungsliste, strukturierter Text).

Die weltweit erste speicherprogrammierbare Steuerung erschien Mitte des 20. Jahrhunderts. Der Modicon 084 war ein Schrank mit einer Reihe miteinander verbundener Relais und Kontakte, sein Speicher betrug nur 4 Kilobyte. Der Begriff PLC wurde 1971 von Allen-Bradley geprägt. Zusammen mit Richard Morley ist er der «Vater der PLC».

Das erste dieser Systeme wird zwei Technikern zugeschrieben, Richard E. Morley und Odo J. Strugger. Während Morley 1969 sein Modicon 084-System als „Halbleiter-Halbleitercomputer“ vorstellte, war Odo J. Struger half bei der Entwicklung von SPS für das in Wisconsin ansässige Unternehmen Allen-Bradley. Beide Ingenieure gelten als Erfinder der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS).Im Laufe der Zeit sind die Anforderungen an Produktionsumgebungen auf der ganzen Welt gewachsen. So entwickelte sich die SPS weiter und wurde in vielen Versionen in Betrieb genommen.

— Elektroingenieur Jakow Kusnezow

Der Aufbau der speicherprogrammierbaren Steuerung:

SPS-Arbeitsalgorithmus:

Die Hauptbetriebsart einer SPS ist ihr langfristiger autonomer Einsatz, oft unter widrigen Umgebungsbedingungen, ohne große Wartung und praktisch ohne menschliches Eingreifen.

SPS weisen eine Reihe von Eigenschaften auf, die sie von anderen elektronischen Geräten im Maschinenbau unterscheiden:

• Im Gegensatz zu einem Mikrocontroller (Einzelchip-Computer) – einem Mikroschaltkreis zur Steuerung elektronischer Geräte – werden SPS typischerweise in automatisierten industriellen Produktionsprozessen im Rahmen einer Fertigungsanlage eingesetzt;

• Im Gegensatz zu Computern konzentrieren sich SPS auf die Arbeit mit Maschineneinheiten durch die ausgefeilte Eingabe sensorischer Signale und die Ausgabe von Signalen an Aktoren, wobei der Schwerpunkt auf Entscheidungsfindung und Bedienersteuerung liegt.

• Im Gegensatz zu eingebetteten Systemen werden SPS als eigenständige Produkte hergestellt, getrennt von den Geräten, die sie steuern.

• das Vorhandensein einer erweiterten Anzahl logischer Operationen und die Möglichkeit, Timer und Zähler einzustellen.

• Im Gegensatz zu den meisten höheren Programmiersprachen auf modernen Computern haben alle SPS-Programmiersprachen einfachen Zugriff auf die Bitmanipulation in Maschinenwörtern.

Abhängig von der Komplexität der zu lösenden Automatisierungsaufgaben gibt es SPSen unterschiedlicher Komplexität.

Die Grundfunktionen einer SPS entsprechen der kombinierten Steuerung von Logikschaltkreisen bestimmter Einheiten – mechanisch, elektrisch, hydraulisch, pneumatisch und elektronisch.

Im Steuerungsprozess erzeugen Steuerungen Ausgangssignale (Ein-Aus) zur Steuerung von Aktoren (Elektromotoren, Ventile, Magnetspulen und Ventile) auf der Grundlage der Ergebnisse der Verarbeitung von Signalen, die von Sensoren oder übergeordneten Geräten empfangen werden.

Moderne programmierbare Steuerungen führen auch andere Vorgänge aus, beispielsweise die Kombination der Funktionen eines Zählers und eines Intervalltimers sowie die Verarbeitung von Signalverzögerungen.

Programmierbare Logiksteuerungen mittlerer und hoher Ebene verfügen typischerweise über integrierte Bewegungssteuerungshardware und -software, insbesondere Hochgeschwindigkeitszählermodule, Positionierungsmodule usw., die eine relativ einfache Implementierung von Bewegungssteuerungsfunktionen ermöglichen und eine hochpräzise Positionierung ermöglichen.

Strukturell sind SPS für den Betrieb unter typischen Industriebedingungen geeignet, wobei verschmutzte Atmosphären, Signalpegel, Wärme- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, Unzuverlässigkeit der Stromversorgung sowie mechanische Stöße und Vibrationen berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck wird der Hardware-Teil von einem robusten Gehäuse umgeben, das die negativen Auswirkungen einer Reihe von Produktionsfaktoren minimiert.

Der Hauptunterschied zwischen SPS- und Relaissteuerschaltungen besteht in den Algorithmen, die mithilfe von Programmen implementiert werden. Ein einzelner Controller kann Schaltkreise implementieren, die Tausenden von harten Logikelementen entsprechen. Darüber hinaus hängt die Zuverlässigkeit der Schaltung nicht von ihrer Komplexität ab.

Speicherprogrammierbare Steuerungen arbeiten traditionell am unteren Ende automatisierter Anlagensteuerungssysteme (ACS) – Systeme, die in direktem Zusammenhang mit Fertigungstechnologien stehen.

SPS sind normalerweise der erste Schritt beim Aufbau von Steuerungssystemen. Denn der Bedarf zur Automatisierung einer Maschine oder Anlage ist immer am offensichtlichsten. Es sorgt für einen schnellen wirtschaftlichen Effekt, verbessert die Produktionsqualität und vermeidet körperlich anstrengende Routinearbeiten. SPS sind per Definition für diese Aufgabe gebaut.

Der Hauptvorteil der SPS besteht darin, dass ein kleiner Mechanismus eine große Anzahl elektromechanischer Relais ersetzen kann, sowie schnelle Abtastzeiten, kompakte E/A-Systeme, standardisierte Programmiertools und spezielle Schnittstellen, die den direkten Anschluss nicht standardmäßiger Automatisierungsgeräte ermöglichen der Steuerung oder die Kombination verschiedener Geräte in einem einzigen Steuerungssystem.

So wählen Sie die richtige SPS aus

Die Auswahl einer programmierbaren Steuerung ist eine wichtige und schwierige Aufgabe bei der Erstellung von Systemen zur automatischen Steuerung technologischer Parameter in jedem Industrieunternehmen.

Bei der Auswahl ist es notwendig, eine Vielzahl von Faktoren zu berücksichtigen und zu bewerten. Durch die Kombination der technologischen Anforderungen an ein bestimmtes Objekt zur automatischen Steuerung mit einer vergleichenden Analyse moderner speicherprogrammierbarer Steuerungen können Sie die richtige Entscheidung treffen.

SPS-Klassifizierung:

Beim Kauf einer SPS gilt es zunächst sorgfältig zu überlegen, welcher Typ für den Einsatzzweck der richtige ist.

Bei klassischen SPSen handelt es sich um Module, die meist per Computer programmiert werden können. Danach wird der Computer nicht mehr benötigt, um die SPS selbst zu bedienen.Grundsätzlich muss zwischen modularen, kompakten und geschlitzten SPS unterschieden werden.

Kompakt-SPS sind im Allgemeinen günstiger und nehmen weniger Platz ein. Danach wird es hauptsächlich für kleine Automatisierungsprozesse eingesetzt.

Neben Anwendungen auf Basis der PC-Plattform gibt es auch Kompakt-SPS, die über ein Bedienfeld ohne PC programmiert werden können.

Modulare SPS bieten die Möglichkeit, die Steuereinheit flexibel aus einzelnen Modulen zusammenzustellen, sodass komplexere Automatisierungsaufgaben programmiert werden können.

Es gibt Module, die als Steckkarten in einem freien Steckplatz auf der Hauptplatine im System implementiert werden können.

Es ist auch notwendig, zwischen SPSen hinsichtlich der Art und Weise zu unterscheiden, wie sie ihre Arbeit verrichten. Neben Modellen, die Eingänge in einem vorgegebenen Zyklus steuern, und SPSen, die Ausgänge in verschiedenen Phasen verarbeiten, stehen auch ereignisgesteuerte SPS-Modelle zur Verfügung.

Vor dem Kauf einer SPS sollte besonders auf die Anzahl der Ein- und Ausgänge geachtet werden. Darüber hinaus gilt es, weitere Parameter zu berücksichtigen, die bei der anfänglichen Planung nicht berücksichtigt wurden. Überlegen Sie auch, ob Sie eine SPS mit integriertem Display und Touchpanel benötigen. In manchen Fällen kann es ausreichend sein, die Werte auszulesen und das System über die bestehende IT-Infrastruktur zu verwalten.

Was ist HMI?

HMI (Human Machine Interface) – eine Mensch-Maschine-Kommunikationsschnittstelle. Diese intuitiven und benutzerfreundlichen Schnittstellen ermöglichen es Benutzern, Maschinen ohne tiefgreifende Kenntnisse in der SPS-Programmierung zu bedienen und zu bedienen. Eine Art von HMI-Geräten sind SCADA-Systeme: Datenerfassungs- und Betriebsleitsysteme (SCADA-Systeme)