Was sind SPS? Expertenhandbuch zu speicherprogrammierbaren Steuerungen

Einführung

SPS oder speicherprogrammierbare Steuerungen sind spezielle Computer zur Automatisierung und Steuerung industrieller Prozesse und Maschinen. Sie wurden eingeführt, um die relaisbasierten Systeme zu ersetzen.

In industriellen Anwendungen wie der Erdölindustrie, Fließbändern und Kraftwerken findet man häufig SPS. Viele Unternehmen nutzen diesen Spezialcomputer, um zahlreiche Vorgänge zu automatisieren und die Effizienz zu steigern.

Sind Sie neu im Bereich SPS? Kein Problem. Dieser Leitfaden bietet weitere Details zu SPS, einschließlich ihrer Komponenten, ihrer Funktionsweise, der Typen, der verwendeten Programmiersprachen und vielem mehr. Im Folgenden erfahren Sie mehr über SPS.

Komponenten einer SPS

Jetzt, da Sie wissen Was sind SPSEs ist gut, sich ihre Komponenten anzusehen, um zu verstehen, wie sie funktionieren. Wie jeder andere Computer verfügt eine SPS über eine Stromversorgung, Ein- und Ausgabemodule, eine Zentraleinheit, einen Speicher und ein Programmiergerät.

Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) ist das Gehirn der SPS. Sie führt die programmierte Logik aus und verwaltet das gesamte System.

Die Ein-/Ausgabemodule sind der Schlüssel zur Kommunikation zwischen externen Geräten wie Sensoren und Aktoren und der SPS. Die Eingangsmodule empfangen Signale von Geräten und Sensoren und stellen diese Informationen der CPU zur Verarbeitung zur Verfügung.

Die Ausgangsmodule senden je nach Eingang die Steuersignale an die Sensoren und Aktoren, sodass die SPS den Prozess steuern kann.

Der Arbeitsspeicher ist für die Speicherung des SPS-Programms und seiner Daten unerlässlich. Im Nur-Lese-Speicher sind die wesentlichen Daten und das Betriebssystem der SPS gespeichert.

Der andere Speichertyp ist der Random Access Memory (RAM), der programmierte Logik zur Ausführung sowie temporäre Daten speichert.

Mit einem Programmiergerät wird die SPS so programmiert, dass sie je nach Aufstellungsort eine bestimmte Funktion ausführt.

Funktionsweise von SPS

Der speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) arbeiten einfach. Sie akzeptieren zunächst Eingaben von Sensoren und anderen angeschlossenen Geräten. Sobald die Informationen aus dem Eingabescan vorliegen, werden sie an die CPU weitergeleitet. Angenommen, es handelt sich um eine industrielle Anwendung. Im ersten Schritt liest die SPS den Status des Sensors, z. B. Ein/Aus, Hoch/Niedrig und andere.

In der Programmabfragephase führt die SPS einen Befehl basierend auf der programmierten Logik aus. Dieser Befehl sendet die Signale an das Ausgabemodul.

Das Ausgabemodul aktualisiert den Status der Ausgabegeräte anhand der Signale der CPU. Handelt es sich beispielsweise bei dem Eingang um einen Temperatursensor, kann er basierend auf der Temperaturmessung das Öffnen eines Ventils signalisieren.

Sie können sich die Funktionsweise einer SPS als Schleife vorstellen. Dabei liest die SPS die Eingaben, führt das Programm aus, aktualisiert die Ausgabe und wiederholt den gesamten Vorgang erneut.

Das Gute an SPS ist, dass sie je nach Anwendung programmiert werden können. Wie man SPS programmiert, erfahren Sie später in diesem Handbuch.

Merkmale von SPS

Groß oder kleine SPS alle verfügen über spezifische Eigenschaften, die sie ideal für verschiedene Anwendungen machen.

1. Hardware

Die SPS ist modular aufgebaut, was eine Erweiterung und Anpassung an die jeweilige Anwendung ermöglicht. Daher können Sie die E/A-Module je nach Bedarf hinzufügen oder entfernen.

Die Hardware ist dennoch robust und zuverlässig. Dadurch können die SPSen in industriellen Umgebungen eingesetzt werden, in denen Vibrationen und Stöße häufig vorkommen. Die SPSen sind zudem unempfindlich gegen elektrische Störungen.

Auch die Stromversorgung ist zuverlässig. Sie gewährleistet selbst in rauen Umgebungen einen stabilen Betrieb.

2. Programmierung und Logik

Um SPSen zu verstehen, müssen Sie deren Programmiersprachen kennen. SPSen unterstützen verschiedene Programmiersprachen. Dazu gehören Kontaktplanlogik und strukturierter Text. Je nach Anwendung können auch andere Sprachen zum Einsatz kommen.

Dank der Programmierung bieten die SPSen zudem eine Echtzeitsteuerung. Denn sie können schnell auf die Eingangssignale reagieren und die gewünschten Ausgangssignale auslösen.

Eine SPS arbeitet in der Regel schnell. Ein Scan-Zyklus, der das Lesen der Eingänge, die Ausführung der Programmierung und das Senden der erforderlichen Ausgangssignale umfasst, kann durchschnittlich 50 ms dauern.

3. Kommunikation und Vernetzung

SPSen können mit mehreren anderen Geräten im System kommunizieren. Dies dient dem Datenaustausch, der Fernüberwachung und der Steuerung des gesamten Systems.

Sie können verschiedene Arten von Kommunikationsprotokollen unterstützen, was die Integration in verschiedene Arten von Automatisierungssystemen erleichtert.

Moderne SPS verfügen über Diagnosefunktionen, die für die Identifizierung und Behebung von Problemen in der SPS unerlässlich sind. Dies ist der Schlüssel zur Minimierung von Ausfallzeiten.

Einige Modelle verfügen mittlerweile über Sicherheitsfunktionen, die beim Erreichen bestimmter Schwellenwerte Unfälle verhindern können.

Arten von SPS

Es gibt viele Möglichkeiten, SPS zu kategorisieren. Wir kategorisieren sie jedoch anhand ihrer Hardwarekonfiguration. In diesem Szenario erhalten wir entweder feste oder modulare SPS.

Kompakte oder feste SPS

Diese SPS sind als einzelne Einheit konzipiert und enthalten alles, wie z. B. Eingangsmodule, Ausgangsmodelle, CPU, Stromversorgung usw. Sie eignen sich besser für kleinere und einfachere Anwendungen.

Die Kompaktheit macht sie auch günstiger. Sie sind in der Regel günstiger als modulare SPS. Sie sind außerdem einfach zu installieren und zu konfigurieren. Die Integration aller Funktionen in ein Gerät vereinfacht die Einrichtung und Bedienung deutlich.

Allerdings unterliegen sie dennoch einigen Einschränkungen. Die häufigste ist die eingeschränkte Erweiterbarkeit, da die E/A-Punkte fest sind und somit zukünftige Erweiterungen eingeschränkt sind.

Beispiele hierfür sind die Nano-SPS, die kleinsten SPS, die Sie für einfache Steuerungsanwendungen kaufen können.

Modulare SPS

Modular bedeutet, dass die SPS erweiterbar sind und je nach Bedarf konfiguriert werden können. In diesem Fall werden die SPS mit separaten Modulen geliefert. Sie können also die Module auswählen und kombinieren, um die spezifischen Anforderungen einer Anwendung zu erfüllen.

Skalierbarkeit und Flexibilität sind die größten Vorteile modularer SPS. Sie können Module nach Bedarf hinzufügen und entfernen, was eine einfache Anpassung oder Erweiterung ermöglicht.

Aufgrund ihrer Funktionen eignet sich eine modulare SPS für komplexere Anwendungen, da sie die Flexibilität bietet, sie an die Anwendung anzupassen.

Eine höhere Anpassbarkeit ist jedoch auch mit höheren Kosten verbunden. Rechnen Sie damit, für solche SPS im Vergleich zu kompakten SPS mehr zu bezahlen.

Was die Anwendungen betrifft, sind solche SPSen in großen Automatisierungsprojekten, beispielsweise zur Steuerung von Fließbändern, üblich.

Gängige Anwendungen von SPS

Industrielle Automatisierung

SPS sind in der industriellen Automatisierung weit verbreitet. Sie werden häufig in der Fertigungsindustrie eingesetzt, insbesondere zur Steuerung von Fließbändern, Robotersystemen und mehr. Ziel ist es, Effizienz und Präzision zu gewährleisten.

Auch die Prozesssteuerung ist eine sinnvolle Anwendung für SPS. In diesem Fall helfen die SPS bei der Regulierung von Temperatur, Druck, Durchfluss und anderen wichtigen Parametern in einer Industrie.

Gebäudeautomation

Eine SPS kann HLK-Systeme wie Lüftung, Heizung und Klimaanlagen regeln. Das Ergebnis sind optimierte Systeme, die Energie sparen und gleichzeitig ein angenehmes Raumklima gewährleisten.

Eine weitere häufige Anwendung von SPS ist die Lichtsteuerung. Sie können die Helligkeit anpassen oder das Licht je nach Belegung eines Raums ein- und ausschalten.

Sie werden ihnen wahrscheinlich immer noch in Sicherheitssystemen begegnen, wo sie Alarme und andere Sicherheitsgeräte steuern.

Auch Aufzüge und Rolltreppen benötigen SPS zur Steuerung ihres Betriebs. Dadurch wird sichergestellt, dass die Maschinen beim Personentransport sicher funktionieren.

Andere Anwendungen

Auch die Verkehrssteuerung kann auf SPS zurückgreifen. Dies führt zu einem optimierten Verkehrsfluss und weniger Staus.

Auch in der Wasseraufbereitung könnten SPS zum Einsatz kommen. Die SPS steuern die Pumpen, Ventile und andere Geräte im Wasseraufbereitungsprozess.

Auch für die Stahlherstellung sind SPS unverzichtbar. Dazu gehören Gießereien und Walzwerke, um am Ende das gewünschte Aussehen zu erreichen.

Warum SPS kaufen? Die Vorteile

Wer sich für eine SPS entscheidet, möchte die Automatisierung verbessern und Prozesse besser steuern. Dies bringt viele Vorteile mit sich. Hier erfahren Sie, was Sie erwartet.

• Anwender profitieren von gesteigerter Effizienz und Produktivität. Automatisierte Prozesse reduzieren beispielsweise menschliche Fehler und erhöhen die Produktionsgeschwindigkeit. Zudem erhalten Sie Echtzeitkontrolle über die verschiedenen Prozesse.
• SPS tragen dazu bei, Ausfallzeiten und Wartungskosten zu reduzieren. SPS werden daher hauptsächlich für industrielle Anwendungen eingesetzt, die oft anspruchsvoll sein können. SPS sind robust und bieten eine hohe Zuverlässigkeit, die für die Minimierung von Ausfallzeiten unerlässlich ist. Moderne SPS verfügen zudem über integrierte Diagnosefunktionen, die die Fehlersuche und Wartung vereinfachen.
• SPSen können je nach Anwendung neu programmiert werden. Der gesamte Prozess ist einfach, wenn Sie wissen, wie man programmiert. Dadurch bietet die SPS mehr Flexibilität, um Ihre Wünsche zu erfüllen.
• Neben der Flexibilität sind SPS auch skalierbar. Dies ist ihrem modularen Aufbau zu verdanken. An eine SPS können weitere Module angeschlossen werden, um ihre Funktionalität je nach Anwendung zu erweitern.
• Mit SPSen können Sie langfristig Einsparungen erzielen. Sie sind zwar anfangs teurer, aber mit zunehmender Nutzung sparen Sie deutlich. Denn Sie profitieren von höherer Effizienz, weniger Ausfallzeiten und geringeren Wartungskosten.

Wie werden SPS programmiert? Welche Sprachen werden verwendet?

SPS verwenden spezielle Sprachen und Software zum Programmieren. Beginnen wir mit den gängigen Programmiersprachen und betrachten dann den Programmierprozess.

Die 5 beliebtesten Arten von SPS-Programmiersprachen:

1. Kontaktplan (LD) oder Kontaktplanlogik – diese Sprache ähnelt den Kontaktplandiagrammen elektrischer Relais. Sie nutzt die Leselogik von links nach rechts, um den Signalfluss zu steuern.
2. Strukturierter Text (ST) – eine textbasierte Sprache ähnlich wie Pascal oder C. Sie eignet sich besser zum Schreiben komplexerer Algorithmen.
3. Funktionsblockdiagramm (FBS) – eine grafische Sprache, die Funktionen und Verbindungen in Blöcken darstellt. Sie eignet sich für modulare Programmierung.
4. Sequential Function Chart (SFC) – eine Diagrammsprache, die für die Programmierung sequentieller Prozesse unerlässlich ist. Sie zeigt die Schritte und Übergänge in einem Prozess.
5. Anweisungsliste (IL) – Dies ist eine textbasierte Sprache, die Mnemonik für Anweisungen verwendet. Sie ähnelt der Assemblersprache.

Der Programmiervorgang für SPS kann den folgenden Schritten folgen.

• Holen Sie sich die Software zum Programmieren der SPS. Laden Sie sie auf Ihren Laptop oder Desktop herunter, um mit der Arbeit an der Logik oder den Algorithmen für die SPS zu beginnen.
• Sobald das Programm fertig ist, laden Sie es auf die SPS. Je nach SPS-Typ erfolgt dies über eine Kabelverbindung oder ein Netzwerk.
• Sobald das Programm geladen ist, können Sie die SPS mit ihren Ein- und Ausgangsmodulen verbinden und mit dem Testen beginnen. Prüfen Sie, ob die SPS ihren Zweck erfüllt.
• Sie können den Algorithmus von Ihrem Laptop aus ändern und ihn anschließend wieder auf die SPS hochladen. Einige SPSen bieten die Möglichkeit zur Online-Bearbeitung, sodass Sie das Programm auch bei laufender SPS ändern können.

So wählen Sie die richtige SPS für eine Anwendung aus

Die Wahl der richtigen SPS scheint für die meisten Menschen einfach zu sein. Es gibt jedoch einige Dinge zu beachten, die Ihnen bei der Auswahl helfen.

1. Verstehen Sie die Aufgaben der SPS

Wenn Sie die Funktionen von SPS verstehen, wissen Sie, wie Sie die passende auswählen. Wenn Sie beispielsweise Ihr Förderband automatisieren möchten, wählen Sie die passende SPS mit den entsprechenden Ein- und Ausgabemodulen für einen solchen Prozess.

2. Systemanforderungen

Bestimmen Sie den Input- und Output-Bedarf des Projekts. Dieser bestimmt die Anzahl der benötigten Input- und Output-Punkte.

Auch die Kommunikationsprotokolle sind von entscheidender Bedeutung. Dies ermöglicht eine einfache Integration mit anderen Geräten.

Wie steht es um CPU-Geschwindigkeit und Speicher? Diese sind entscheidend für die Rechenleistung des Geräts. Es sollte schnell genug sein, um für Ihre Anwendung relevant zu sein.

Auch hier ist Skalierbarkeit entscheidend. Wenn Sie das System erweitern oder ändern möchten, wählen Sie eine modulare SPS für Ihre Anwendung.

3. Recherchieren Sie die Top-SPS-Marken

Auf dem Markt sind verschiedene SPS-Marken erhältlich, aber nicht alle bieten die besten Modelle. Entdecken Sie SPS von Top-Marken wie Schneider Electric, Siemens, Allen-Bradley und anderen. So erhalten Sie garantiert SPS von höchster Qualität.

Berücksichtigen Sie auch den SPS-Typ, je nachdem, was verarbeitet werden muss. Zur Auswahl stehen meist kompakte oder modulare SPS.

Der Vergleich der Funktionen verschiedener SPS ist entscheidend für die Kaufentscheidung. Berücksichtigen Sie Verarbeitungsleistung, Ein- und Ausgabeoptionen, Programmiersprachenkompatibilität und mehr.

4. Einfache Programmierung

Achten Sie darauf, wie einfach die SPS zu programmieren ist. Wählen Sie eine SPS mit benutzerfreundlicher Programmieroberfläche und Software. Natürlich sollten Sie eine Einheit wählen, die eine Sprache unterstützt, mit der Sie vertraut sind.

5. Kostenüberlegungen

Bewerten Sie, wie viel die Anschaffung und der Betrieb der SPS kosten. Die laufenden Wartungskosten können entscheidend dafür sein, ob es sich um eine gute SPS handelt. Sie benötigen kein Modell, bei dem Sie ständig etwas austauschen müssen, um den Betrieb aufrechtzuerhalten.

Sie können immer eine gute SPS innerhalb Ihres Budgets finden oder flexibel bleiben, da Sie manchmal mehr ausgeben müssen, um eine bessere Wahl zu treffen.

Abschluss

Mit der besten SPS können Sie Prozesse automatisieren und die Produktionseffizienz steigern. Die Wahl der richtigen SPS ist entscheidend für die Durchführung verschiedener Prozesse. Daher empfehlen wir Ihnen, wie immer Top-Marken zu wählen. Achten Sie jedoch darauf, Ihre SPS bedarfsgerecht zu kaufen. So können Sie die SPS optimal nutzen und Ihre Arbeit optimieren. Befolgen Sie die Wartungsanweisungen des Herstellers, um die optimale Leistung der SPS zu gewährleisten.