Was ist eine SPS?
Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist im Wesentlichen ein Spezialrechner, der speziell für die Automatisierung von Maschinen und industriellen Prozessen entwickelt wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichen Computern verfügt sie nicht über konventionelle Benutzerschnittstellen wie Bildschirme oder Tastaturen und ist typischerweise in Schaltschränken in Produktionshallen montiert. Ursprünglich wurden SPSen entwickelt, um komplexe Relaisanordnungen zu ersetzen, die die Maschinenlogik umständlich und ineffizient steuerten.
Von Relais zu SPS: Ein großer Sprung in der Automatisierung
Relaislogik, die Geräte mechanisch ein- und ausschaltete, war der alte Standard zur Maschinensteuerung. Relaisfelder waren jedoch:
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Zeitaufwändig zu entwerfen und zu modifizieren
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Neigt zu häufigen Ausfällen, die lange Ausfallzeiten erfordern
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Energieineffizient, erzeugt Wärme und Ruß
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Physisch groß und platzraubend
SPS-Systeme revolutionierten dies, indem sie eine programmierbare Lösung boten, die zuverlässiger, kompakter und einfacher zu aktualisieren war als Relaissysteme.
Die Anatomie einer SPS
Im Kern besteht ein SPS-System aus:
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CPU-Modul: Das Gehirn der SPS, wo die Datenverarbeitung stattfindet.
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Eingabe-/Ausgabemodule (E/A-Module): Geräte, die Signale von Sensoren (Eingänge) empfangen und Befehle an Aktoren (Ausgänge) senden.
Diese Module werden üblicherweise über eine Backplane – eine Leiterplatte zur Kommunikation und Stromverteilung – verbunden. Während sich I/O-Module oft im selben Gehäuse befinden, können moderne Systeme entfernte I/Os über Datenkabel anbinden, um auch große oder verteilte Installationen zu ermöglichen.
Jenseits der digitalen Welt: Analoge und numerische Verarbeitung
Moderne SPSen verarbeiten mehr als nur einfache digitale Ein/Aus-Signale. Sie akzeptieren analoge Ein- und Ausgänge und ermöglichen so Messungen wie Temperatur, Druck und Durchflussmenge. Darüber hinaus haben die Hersteller erweiterte Funktionen integriert, wie zum Beispiel:
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Statistische Prozesskontrollberechnungen (SPC)
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PID-Regler (Proportional-Integral-Differential-Regler) direkt in der SPS-Logik
Dadurch können komplexe Steuerungsalgorithmen nahtlos in der SPS ausgeführt werden, was die Präzision und Effizienz des Prozesses verbessert.
Programmierung der SPS
Die Programmierung erweckt eine SPS zum Leben. Typischerweise verwenden Ingenieure spezielle Software auf einem PC oder Laptop, um die Steuerlogik zu schreiben und auf die SPS hochzuladen. Die Kommunikation mit der SPS erfolgt üblicherweise über Ethernet oder proprietäre Busse, wobei USB ebenfalls immer häufiger genutzt wird. In vielen modernen Systemen integrieren Ingenieure auch Geräte wie beispielsweise … Siemens SPS-Touchscreen oder ein Siemens SPS-Modul um die Funktionalität zu erweitern und die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern.
Eine wesentliche Herausforderung in der SPS-Welt ist der Mangel an Programmierstandards. Obwohl viele Hersteller die Kontaktplanlogik (KOP) propagieren, verwendet jeder Hersteller seinen eigenen Dialekt, eigene Funktionen und eine eigene Verarbeitungsreihenfolge. Diese Unterschiede können das Erlernen und die Interoperabilität erschweren.
Bemühungen um Standardisierung
Um diesem Problem zu begegnen, wurde die Norm IEC 61131-3 entwickelt und von Institutionen wie dem American National Standards Institute (ANSI) anerkannt. Diese Norm definiert mehrere Programmiersprachen für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), von denen jede spezifische Vorteile bietet. Dennoch wird die Wahl der Sprache häufig durch lokale oder unternehmensspezifische Standards bestimmt.
Fazit: Die Zukunft der industriellen Steuerungstechnik gestalten
Grundkenntnisse der speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) sind unerlässlich für alle, die sich mit industrieller Automatisierung oder Steuerungstechnik beschäftigen. Diese vielseitigen Geräte treiben weiterhin kritische Fertigungsprozesse weltweit an und entwickeln sich stetig weiter, um den Anforderungen der modernen Industrie gerecht zu werden.
Für alle, die ihr Wissen vertiefen möchten, bieten Plattformen wie RealPars umfassende Schulungen zur SPS-Programmierung und zu Steuerungssystemen an und eröffnen damit lukrative Karrierechancen im Bereich der Automatisierung.
Bleiben Sie dran, denn wir werden in zukünftigen Beiträgen und Videos weitere Aspekte industrieller Steuerungssysteme beleuchten!
