SPS (Programmable Logic Controller) ist ein Steuergerät, das in der industriellen Automatisierung weit verbreitet ist. Es verarbeitet und bewertet verschiedene Eingangssignale auf der Grundlage einer vom Benutzer-programmierten Steuerlogik und gibt dann entsprechende Steuersignale aus, um eine automatisierte Steuerung des Produktionsprozesses zu erreichen. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Einführung in die grundlegenden Arbeitsprinzipien und den Scan-Betriebsmodus von SPS.
I. Grundlegende Arbeitsprinzipien der SPS
Das Arbeitsprinzip der SPS umfasst im Wesentlichen die folgenden Schritte:
1. Erfassung des Eingangssignals:Die SPS empfängt über Eingangsmodule verschiedene Signale aus dem Feld, beispielsweise digitale Signale und analoge Signale. Diese Signale werden einer Verarbeitung wie Opto{1}}-Isolation und Filterung unterzogen, bevor sie in digitale Signale umgewandelt werden, die vom internen System der SPS erkennbar sind.
2. Programmabwicklung:Die SPS verarbeitet und wertet Eingangssignale basierend auf der vom Benutzer-programmierten Steuerlogik aus. Die Programmverarbeitung umfasst hauptsächlich Funktionen wie logische Operationen, arithmetische Berechnungen und Datenkonvertierung. Während der Programmbearbeitung generiert die SPS auf Basis unterschiedlicher Bedingungen entsprechende Steuerbefehle.
3. Ausgangssignalsteuerung:Die SPS sendet die verarbeiteten Steuerbefehle an das Ausgangsmodul. Das Ausgabemodul wandelt die digitalen Signale in die für das Feld erforderlichen Signalformate (z. B. digitale Signale, analoge Signale usw.) um und gibt sie an die Aktoren (z. B. Relais, Servomotoren usw.) aus, wodurch eine Kontrolle über den Produktionsprozess erreicht wird.
4. Kommunikation und Überwachung:SPS verfügen über Kommunikationsfähigkeiten und ermöglichen den Datenaustausch mit anderen Geräten (wie Host-Computern, Touchscreens usw.) über Kommunikationsschnittstellen, um eine Fernüberwachung und -steuerung zu erreichen. Gleichzeitig können SPSen den Betriebsstatus und Fehlerinformationen in Echtzeit über ihre eigenen Displays anzeigen.
II. Merkmale des SPS-Scan-Betriebsmodus
Die Merkmale des SPS-Scanvorgangs spiegeln sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten wider: Erstens verwenden SPS einen Betriebsmodus „sequentielles Scannen, Endlosschleife“. Jeder Scan-Zyklus, auch Scan-Periode oder Arbeitszyklus genannt, beginnt damit, dass die CPU den ersten Befehl ausführt. Anschließend führt es das Benutzerprogramm zeilenweise bis zum Abschluss aus und kehrt dann zum ersten Befehl zurück, um einen neuen Scanzyklus einzuleiten. Zweitens folgt die Ausführung des SPS-Programms einem periodischen Scanmuster, das dem Prinzip von links-nach-rechts und von oben-nach-unten folgt.
Darüber hinaus umfasst jeder Scan-Zyklus drei Schritte: Eingabeabtastung, Programmausführung und Ausgabeaktualisierung. Der SPS-Betrieb läuft auf diese Weise kontinuierlich ab. Schließlich kommt es aufgrund der zentralisierten Stichprobenentnahme und der zentralisierten Ausgabe zu einer Eingabe-/Ausgabeverzögerung, die zu Reaktionsverzögerungen führt. Dies sind die Hauptmerkmale des SPS-Scanvorgangs.
III. SPS-Scan-Betriebsmodus
Der SPS-Scan-Betriebsmodus ist hauptsächlich in die folgenden Phasen unterteilt:
Der SPS-Scan-Betriebsmodus besteht aus drei Hauptphasen: der Eingangsabtastphase, der Benutzerprogrammausführungsphase und der Ausgangsaktualisierungsphase.
1. Eingabe-Sampling-Phase
Während der Eingangsabtastphase scannt und liest die SPS nacheinander alle Eingangszustände und Daten und speichert sie in entsprechenden Einheiten im E/A-Abbildbereich. Nach Abschluss der Eingabeabtastung geht das System zur Benutzerprogrammausführungs- und Ausgabeaktualisierungsphase über. Während dieser beiden Phasen bleiben die entsprechenden Einheiten im E/A-Abbildbereich unverändert, auch wenn sich Eingangszustände oder Daten ändern. Wenn es sich bei dem Eingang um ein Impulssignal handelt, muss die Impulsbreite daher einen Abtastzyklus überschreiten, um sicherzustellen, dass der Eingang unter allen Bedingungen erfasst wird.
2. Ausführungsphase des Benutzerprogramms
Während der Ausführungsphase des Anwenderprogramms durchsucht die SPS das Anwenderprogramm (Kontaktplan) immer sequentiell von oben nach unten. Beim Scannen jedes Kontaktplans wird zunächst der Steuerkreis gescannt, der durch die Kontakte auf der linken Seite des Kontaktplans gebildet wird. Anschließend werden logische Operationen an dem durch die Kontakte gebildeten Steuerkreis in der Reihenfolge von links nach rechts und von oben nach unten ausgeführt. Basierend auf den Ergebnissen dieser logischen Operationen aktualisiert es den Status des entsprechenden Bits im System-RAM-Speicherbereich für die logische Spule oder aktualisiert den Status des entsprechenden Bits im E/A-Abbildbereich für die Ausgangsspule oder bestimmt, ob der im Kontaktplan angegebene Spezialfunktionsbefehl ausgeführt werden soll. Das heißt, während der Ausführung des Benutzerprogramms bleiben nur der Status und die Daten der Eingabepunkte innerhalb des E/A-Abbildbereichs unverändert. Der Status und die Daten anderer Ausgabepunkte und Softgeräte im E/A-Bildbereich oder im System-RAM können sich ändern. Darüber hinaus wirken sich die Ausführungsergebnisse von höher im Stapel positionierten Kontaktplandiagrammen auf nachfolgende Kontaktplandiagramme aus, die diese Spulen oder Daten verwenden. Umgekehrt wirken sich der aktualisierte Logikspulenstatus oder die Daten aus Kontaktplandiagrammen der unteren -Ebene nur auf Kontaktplandiagramme der oberen -Ebene während des nächsten Scanzyklus aus.
3. Ausgabeaktualisierungsphase
Nach Abschluss des Benutzerprogramm-Scans tritt die SPS in die Ausgabeaktualisierungsphase ein. Während dieses Zeitraums aktualisiert die CPU alle Ausgangslatches basierend auf dem entsprechenden Status und den Daten im E/A-Bildbereich und treibt dann die entsprechenden Peripheriegeräte über die Ausgangsschaltung an. Dies stellt die eigentliche Ausgabe der SPS dar.
Zusammenfassend besteht das grundlegende Funktionsprinzip einer SPS darin, Feldsignale über Eingabemodule zu sammeln, sie gemäß der vom Benutzer-programmierten Steuerlogik zu verarbeiten und auszuwerten und anschließend Aktoren über Ausgabemodule zu steuern, um eine automatisierte Steuerung des Produktionsprozesses zu erreichen. Der Scanvorgang der SPS umfasst Phasen wie Systemselbsttest, Eingabescan, Programmverarbeitung, Ausgabescan, Kommunikation und Überwachung. Diese Phasen bilden einen Scan-Zyklus, den die SPS kontinuierlich wiederholt, um eine automatisierte Steuerung des Produktionsprozesses zu realisieren.