Programmierbare Steuerung
Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) enthält den Speicher und das Kommunikationssystem, das der SPS Anweisungen zur Ausführung gibt. Daher ist die CPU das „Gehirn“ der speicherprogrammierbaren Steuerung. Hier finden auch die Datenverarbeitung und Diagnose statt. Die Speichereinheit bietet einen permanenten Speicherplatz zum Speichern von Programmen, ohne dass beim Ausschalten der Maschine Informationen verloren gehen. Sie können die Speichergröße entsprechend den der SPS zugewiesenen Aufgaben auswählen. Das Kommunikationssystem ermöglicht der CPU die Kommunikation mit anderen Geräten wie E/A-Geräten, Programmiergeräten und anderen SPS-Systemen.
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Sie benötigen außerdem einen Kommunikationsanschluss, ein Gehäuse oder Rack und ein Programmiergerät, z. B. einen externen Computer. Je nach SPS-Typ sind viele dieser Komponenten in einem Gerät kombiniert. Ein Kompaktmodul kann beispielsweise eine CPU mit einer bestimmten Anzahl von E/As und einen bestimmten Kommunikationsanschluss haben. Wir besprechen jede Komponente und die für jede verfügbare Option.
Programmierbare Controller-Eingänge und -Ausgänge
Eingabe-/Ausgabemodule (E/A) geben die erforderlichen Informationen an die CPU weiter und kommunizieren die gewünschte Aufgabe in einer Endlosschleife. Eingabe- und Ausgabegeräte können digital oder analog sein: Digitale Geräte sind endliche Werte, die als 1 oder 0 ausgedrückt werden, analoge Geräte sind unendliche Werte und messen Strom- oder Spannungsbereiche. Eingänge oder Anbieter sind Schalter, Sensoren und intelligente Geräte in analoger oder digitaler Form. Ausgänge können Motorstarter, Lichter, Ventile und intelligente Geräte sein. Es sind viele Arten von E/A-Modulen verfügbar, um die richtige Konfiguration für den Betrieb Ihrer Maschine zu erhalten.
Zusätzlicher Hinweis: Netzteile sind entweder im Basismodul integriert oder als separate Komponenten erhältlich. Die beiden gängigsten verfügbaren Spannungsbereiche für SPS sind 12-24 VDC und 110/220 VAC. Stellen Sie sicher, dass der von Ihnen gewählte Spannungsbereich ausreicht, um die CPU und die E/A-Module mit Strom zu versorgen.
SPS-Programmierung
SPS müssen programmiert werden, bevor sie ausgeführt werden und eine bestimmte Aufgabe ausführen können. Diese Programme werden normalerweise mit einem Programmiergerät oder einer Software geschrieben. Das Programm wird dann in den Speicher oder RAM des speicherprogrammierbaren Steuerungsgeräts heruntergeladen. Basierend auf dem geschriebenen Programm kann die CPU die von den Eingängen bereitgestellten Informationen lesen und die SPS anweisen, die gewünschten Ausgaben vorzunehmen. Zum Konfigurieren Ihres SPS-Systems stehen viele Programmiersprachen zur Verfügung.
Laut IEC 61131 stehen fünf Standardprogrammiersprachen zur Verfügung:
- Kontaktplan oder Kontaktplanlogik (LD)
- Funktionsblockdiagramm (FUP)
- Strukturierter Text (ST)
- Ablaufdiagramm (SFC)
- Anweisungsliste (IL)
Kontaktplan
Die Kontaktplanlogik ist die beliebteste SPS-Programmiersprache. Sie wird in vielen Fertigungsindustrien häufig verwendet und ist anerkannt. Aufgrund ihres visuellen Layouts ist sie leicht zu lesen und zu programmieren. Die Kontaktplanlogik ist ein in Symbolen geschriebenes Programm, das das Öffnen und Schließen von Relais, Zeitgebern, Schieberegistern, Zählern und mathematischen Operationen konvertiert. Die geschriebenen Symbole übertragen das Programm des Benutzers auf das SPS-System.
SPS-Betrieb
Wenn Sie ein SPS-System besser verstehen möchten, ist es hilfreich zu verstehen, wie eine SPS-Steuerung funktioniert, nachdem Sie ein Programm geschrieben und die entsprechenden E/A-Module ausgewählt haben. Eine speicherprogrammierbare Steuerung verarbeitet gegebene Informationen (Eingaben), führt Anweisungen aus einem Programm aus und liefert Ergebnisse (Ausgaben) basierend auf den bereitgestellten Informationen und der geschriebenen Logik. Sobald der Benutzer die Ein- und Ausgaben bestimmt hat, arbeitet die SPS in einem sich wiederholenden Zyklus.
Die vier grundlegenden Schritte des SPS-Betriebs sind:
- Eingangsscannen – erkennt den Status der an die SPS angeschlossenen Eingangsgeräte
- Programmscan - führt ein vom Benutzer erstelltes Programm aus
- Ausgabescan - steuert alle an die SPS angeschlossenen Ausgabegeräte
- Housekeeping - kommuniziert mit anderen Geräten und führt Diagnosen durch
Arten von SPS
Einheitliche SPS
Eine einheitliche SPS, auch kompakte oder integrierte SPS genannt, ist die einfachste Art von SPS-Steuerung und eignet sich für einfache Prozesse. Eine einzelne SPS verfügt über eine bestimmte Anzahl von E/A-Punkten und eine integrierte CPU mit Anschlussports. Normalerweise können Sie diese Steuerungen direkt an das entsprechende Gerät oder die entsprechende Anwendung anschließen.
Modulare SPS
Modulare SPS, auch Rack-montierbar genannt, bieten Ihnen mehr Flexibilität. Sie benötigen immer noch ein Basismodul, das Ihre CPU, Eingänge und Netzteile enthält. Sie können Ihre SPS jedoch anpassen, indem Sie zusätzliche E/A-Module hinzufügen. Dabei können Sie im Grunde so viele Module hinzufügen, wie Ihre SPS zulässt. Sie können sogar einen Analog-Digital-Signalkonverter anschließen.
Wie wähle ich den benötigten SPS-Typ aus?
Nachdem Sie nun die Grundkomponenten einer SPS und die verfügbaren Typen kennen, fragen Sie sich vielleicht, wie Sie Ihre Auswahl eingrenzen können. Zunächst müssen Sie überlegen, ob Sie ein neues System implementieren oder ein vorhandenes erweitern. Wenn es sich um ein neues System handelt, haben Sie eine große Auswahl an Optionen. Wenn jedoch bereits ein System vorhanden ist, müssen Sie die Anforderungen dieses Systems erfüllen.
Hier sind 6 Fragen, die Sie sich beim Kauf einer speicherprogrammierbaren Steuerung stellen sollten:
1. Implementieren Sie diese SPS in ein neues oder bestehendes System?
2. In welcher Art von Umgebung wird die SPS eingesetzt?
3. Welchen Typ und wie viele E/A-Punkte benötigt Ihr System?
4. Wie komplex ist der Prozess, den Sie steuern möchten?
5. Wie kommuniziert Ihre SPS mit anderen Netzwerken, Systemen oder Feldgeräten?
6. Welche Programmiersprache verwenden Sie zur Steuerung der Prozesse der SPS?
SPSen machen Fortschritte
SPS sind überall, an Orten, an die wir vielleicht nie denken würden, wie z. B. an Ampeln. SPS-Steuerungen gibt es seit über 50 Jahren und es wird sie auch weiterhin geben, aber mit dem Aufkommen von „Big Data“, der Roboterintegration und dem Cloud-Computing müssen sich SPS an diese neuen Veränderungen anpassen, da die Fertigung immer schneller und effizienter wird.
In Zukunft müssen SPS robuster werden, um extremen Klimaveränderungen standzuhalten, ferngesteuert ohne menschliche Anwesenheit zu funktionieren und über das industrielle Internet der Dinge (IIoT) mit Sensoren zu kommunizieren, um die Daten zu sammeln und zu analysieren, die für die Herstellung besserer Produkte erforderlich sind. Da alle Branchen Cybersicherheit erfordern, müssen SPS mit höheren Sicherheitsstufen ausgestattet sein.
Hoffentlich haben Sie eine neue Wertschätzung für SPS entwickelt. Es ist definitiv besser, als Hunderte von elektromechanischen Relais verwalten zu müssen. Überzeugt vom Mehrwert, den SPS für Ihre Prozesse bringen können? Wenn Sie noch Fragen zu SPS haben, können Sie sich gerne an uns wenden.