WAS SIND SPS-CONTROLLER? WOFÜR WERDEN SPS-STEUERUNGEN VERWENDET?

SPS-Steuerung, Entwurf und Einsatz von SPS-Steuerungen.

1968 erschien die erste speicherprogrammierbare Steuerung, die komplizierte Relaisschaltungen in Industrieanlagen ersetzte. Die SPS wurde so konzipiert, dass sie von Ingenieuren und Technikern, die bereits mit Relaislogik und Steuerungsschemata vertraut sind, einfach programmiert werden kann.

Der neue Controller diente auch dazu, die komplizierte Verkabelung zwischen Schützen und Schaltern, die damals zu deren Steuerung verwendet wurden, zu eliminieren und zu vereinfachen. Seine Entstehung war mit der rasanten Zunahme der Automatisierung von Produktionsprozessen verbunden. Obwohl die ersten SPS nur über sehr begrenzte Speicher- und Geschwindigkeitsfähigkeiten verfügten, verbesserten sie sich sehr schnell.

Das Vorhandensein von SPS-Steuerungen und einer Zentraleinheit trug dazu bei, den Entwurf und die Implementierung der industriellen Automatisierung zu vereinfachen.

Was sind moderne speicherprogrammierbare Steuerungen und welche Auswirkungen hat ihr Einsatz? Die Antworten finden Sie in diesem Artikel.

Was ist eine SPS-Steuerung?

Der Name PLC kommt von den englischen Programmable Logic Controllers, was speicherprogrammierbare Steuerungen bedeutet. Dabei handelt es sich um eine Art Industriecomputer, die mit Software ausgestattet sind und den Betrieb von Maschinen oder ganzen Maschinenparks steuern.

Die SPS-Steuerung ist eines der wichtigsten Geräte in der industriellen Automatisierung. Im Laufe der Jahre nutzten sie analoge und digitale Ein- und Ausgänge. Anfänglich verfügten SPS-Steuerungen über Funktionen wie: Sammeln von Informationen von Eingabegeräten von Sensoren und Messgeräten, dank derer die SPS-Steuerung die Ausgabegeräte steuert und Entscheidungen auf der Grundlage speziell entwickelter Programme trifft.

Durch ihren Einsatz werden einzelne Aufgaben mit einem entsprechend ausgewählten Programm ausgeführt und so die Anpassung von Maschinen und Geräten sowie Änderungen im Steuerungsprozess erleichtert.

Elemente von SPS-Steuerungen.

SPS-Steuerungen bestehen aus: einer Zentraleinheit (CPU), digitalen Eingangsblöcken, analogen Eingangsblöcken, Kommunikationsblöcken, speziellen Speicherblöcken und einem Stromversorgungsmodul. Kommunikationsmodule werden verwendet, um die Steuerung mit anderen Geräten wie einem Programmiergerät oder lokalen Netzwerkelementen in einem bestimmten Standard (z. B. Profibus, Ethernet) über einen entsprechenden Stecker in einem entsprechenden Standard (z. B. USB, RS232) zu verbinden.

Heutzutage ist die Verwendung von SPS für viele in der Branche viel einfacher geworden. Obwohl die ersten SPS nur über sehr begrenzte Speicher- und Geschwindigkeitsfähigkeiten verfügten, haben sie sich im Laufe der Jahre rasch verbessert. Das Vorhandensein von SPS hat dazu beigetragen, den Entwurf und die Implementierung der industriellen Automatisierung zu vereinfachen.

Wie funktionieren SPS-Steuerungen?

SPS können als kleine Industriecomputer mit modularen Komponenten beschrieben werden, die darauf ausgelegt sind, Steuerungsprozesse zu automatisieren. Sie sind die Treiber nahezu aller modernen Industrieautomatisierungen.

Wie genau funktioniert eine SPS? Die SPS arbeitet in einer geschlossenen Programmschleife, d. h. sie führt ein Programm aus, das eine Schleifenfolge von Anweisungen enthält. Dadurch kann der Verantwortliche auf die ihm übermittelten Informationen reagieren.

SPS-Steuerungen sind außerdem in der Lage, Hardware- und Software-Diagnosefunktionen auszuführen und Daten über ihre Module und Kommunikationsverbindungen zu übertragen sowie Daten an Aktorgeräte zu übertragen.

Speicherprogrammierbare Steuerungen sind universelle Mikroprozessorgeräte, die hauptsächlich für den Einsatz in Fabriken und Industrieanlagen konzipiert sind.

SPS-Steuerungen ermöglichen die präzise Steuerung technologischer Prozesse in der Industrie, beispielsweise von Produktionslinien, Energieanlagen, Gebäudeautomation sowie Steuerungs- und Überwachungssystemen.

Dank ihnen ist es möglich, den Betrieb einer Maschine oder eines technologischen Geräts automatisch zu steuern, was zur Steigerung der Produktionseffizienz und zur Verbesserung der Produktqualität beiträgt.

Der Mikroprozessor analysiert und speichert zyklisch die von den Eingangskreisen erhaltenen Informationen. Der Controller überprüft die Befehle in der Reihenfolge, in der sie im Programm geschrieben wurden, erstellt dann ein Abbild für die Ausgabesysteme und das Ausgabebetriebssystem steuert die Aktuatoren der Maschinen mithilfe elektrischer Impulse.

Anwendung der SPS-Steuerung in alltäglichen Geräten.

Im Alltag dienen sie beispielsweise zur Steuerung von Ampeln, Aufzügen, Rolltreppen und sind auch die Ausstattung von Smart Homes. In den Medien tauchen zunehmend Ideen auf, Smart Homes über SPS-Steuerungen zu steuern. Im Vergleich zu einfachen Logikplatinen haben sie eine lange Lebensdauer und ihr Steuerungsprogramm ist unbegrenzt veränderbar.

Diese Treiber erleichtern die Ausführung wiederkehrender Aufgaben und sind daher so beliebt. Dank der Verfügbarkeit einer großen Auswahl an Erweiterungsmodulen können wir sowohl einfache als auch sehr komplexe Steuerungssysteme mit vielen Komponenten erstellen. Dieser Einsatz von SPS-Steuerungen ist sehr sinnvoll, da er viele praktische Funktionen bietet.

Mit intelligenten Peripheriegeräten und I/O-Einheiten ist der Signalempfang durch analoge und digitale Eingangsquellen weiterentwickelt und verbessert worden. E/A-Geräte mit integrierter SPS sind besonders nützlich, da sie mit HMI-Panels mit Windows- oder Linux-Betriebssystemen kompatibel sind und Ethernet-Konnektivität bieten. I/O-Geräte können auch mit SPS verwendet werden, um Daten direkt von Ihren eigenen Sensoren und Remote-Geräten zu erfassen.

Arten von SPS-Steuerungen.

Welche Arten von SPS gibt es? Alle SPS bestehen aus den oben beschriebenen Elementen, aber nicht alle SPS sehen gleich aus. Speicherprogrammierbare Steuerungen können in ihrem Design stark variieren und kompakt oder modular sein.

Was ist der Unterschied zwischen kompakten und modularen Steuerungen?

Kompaktsteuerungen sind die kleinsten und günstigsten Geräte. Sie werden hauptsächlich zur Steuerung einfacher Geräte oder Anlagen eingesetzt. Es kann zur Steuerung von Produktionslinien eingesetzt werden. Ein Gehäuse enthält ein eingebautes Netzteil, eine Zentraleinheit (CPU) und eine kleine Anzahl digitaler Ein- und Ausgänge bzw. analoger Eingänge, DI- und DO-Module sowie AI und AO; HSC (Hochgeschwindigkeitszählermodul); APM (Achsenpositionierung); Anschlüsse für Temperatursensoren.

SPS und modulare Steuerungen.

Modulare Steuerungen steuern komplexe Produktionsprozesse, verfügen über einen größeren Datenspeicher und sind in der Regel schneller bei der Verarbeitung komplexer Algorithmen. Durch die individuelle Konfiguration (Grundmodul + Erweiterungsmodule) ist es möglich, beispielsweise einen Schrittmotor per SPS anzusteuern.

Modulare Steuerungen können je nach Bedarf durch die Ausstattung mit Zusatzmodulen frei konfiguriert werden. Dieser SPS-Typ ermöglicht mehrfache Erweiterungen durch „Module“ und wird daher als modulare SPS bezeichnet. Das Leistungsmodul kann je nach Steuerung ein integraler Bestandteil oder eine separate Komponente sein.

Logikcontroller und umfangreiche Aufteilung.

Es gibt viele Arten von SPS-Steuerungen, die nach verschiedenen Kriterien unterteilt werden können. Von den einfachsten Modellen, den sogenannten programmierbare Relais über kompakte, modulare oder verteilte „Objekt“-Versionen von Steuerungen bis hin zu komplexen Geräten mit Fähigkeiten, die denen von Industriecomputern ähneln.

Die Typen der modularen SPS werden je nach Ausgang in drei Typen unterteilt: SPS mit Relaisausgang, Transistorausgang und Triac-Ausgang. Eine Transistorausgangs-SPS nutzt Schaltvorgänge und wird hauptsächlich in Mikroprozessoren verwendet.

Zu den Modulen, die in typischen modularen Steuerungen verwendet werden können, gehören: ein Achspositionierungsmodul (APM), ein Hochgeschwindigkeitszählermodul (HSC), ein Eingangsmodul für Temperatursensoren, ein Energiemessmodul, ein PID-Reglermodul und zahlreiche Kommunikationsmodule für verschiedene Industrie- und Kommunikationsprotokolle und viele andere.

Abhängig von der physischen Größe der SPS werden speicherprogrammierbare Steuerungen in Mini-, Mikro- und Nano-PL unterteilt. Das Prinzip des ordnungsgemäßen Betriebs der SPS-Steuerung erfordert die Anpassung an ein bestimmtes Steuerungsobjekt.

SPS-Steuerung und Programmiersprachen.

SPS-Steuerungen werden auch nach ihrer Programmierumgebung und Struktur unterteilt. SPS-Programmiersprachen sind ein sehr breites Thema. SPS-Programmiersprachen lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen: Textsprachen und Grafiksprachen. Zur Gruppe der Textsprachen gehören: IL – Instruction List und ST – Structured Text. Zu den grafischen Programmiersprachen für SPS-Steuerungen gehören:

• LD-Leiterlogik – eine Methode zum Schreiben von Code mithilfe eines Diagramms, das hauptsächlich auf Kontakten und Spulen basiert;
  
  
• SFC sequentielle Blockfolge – besteht aus Übergängen und Schritten;
  
  
• FBD – Funktionsblockdiagramm basierend auf dem Vorhandensein von Logikgattern.

Vor- und Nachteile der SPS-Steuerung.

Vorteile:

Man kann sagen, dass SPS-Steuerungen einen großen technologischen Vorteil gegenüber Relais-Schütz-Systemen haben.

Was bedeutet das? Zu den Vorteilen gehört, dass beim Umbau der Steuerung keine Verdrahtungsänderung erforderlich ist. Dies verkürzt nicht nur die Zeit, die mit der Durchführung von Änderungen an einer bestimmten Installation verbunden ist. Alle Aktionen werden innerhalb der Steuerung ausgeführt, sodass keine neuen Zeitrelais oder Hilfsschütze installiert werden müssen. Das Steuerungsprogramm kann kopiert und mehrfach verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil ist die Ferndiagnose und -wartung. Die Programmsteuerung kann problemlos von einem anderen Standort aus durchgeführt werden.

Moderne Steuerungen mit der Möglichkeit zur Verbindung mit dem Internet können aus der Ferne programmiert werden. Dies gilt beispielsweise dann, wenn die Maschine bereits installiert ist und funktioniert und die Anwesenheit eines Programmierers an der physischen Steuerung nicht erforderlich ist, um das Update einzuspielen.

Darüber hinaus zeichnen sich SPS-Steuerungen im Vergleich zu Relais- und Schützsystemen durch einen geringen Energieverbrauch und eine sehr hohe Zuverlässigkeit aus.

Nachteile von SPS-Steuerungen:

SPS-Steuerungen weisen im Vergleich zu Relais- und Schützsystemen grundsätzlich keine Nachteile auf. Als Nachteile von Controllern fallen mir beispielsweise die hohen Kosten eines solchen Controllers ein.

Dies gilt für den Einsatz des Reglers in kleinen Anlagen. Bei großen Anlagen sind die Kosten des Reglers im Vergleich zu anderen Komponenten, z. B. Wechselrichtern, jedoch relativ gering.

SPS-Steuerung im Alltag.

Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden SPS immer fortschrittlicher und komplexer. Moderne SPS-Steuerungen ermöglichen die Programmierung in Hochsprachen wie C++ oder Java, was ihre Flexibilität und Einsatzmöglichkeiten deutlich erhöht.

Dadurch bleiben SPS-Steuerungen ein wichtiges Werkzeug in der Branche und werden ständig weiterentwickelt, um noch mehr Effizienz und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

SPS-Steuerungen werden, obwohl wir sie meist mit der Industrie assoziieren, auch im Alltag eingesetzt. Ihre Funktionalität und Programmiermöglichkeiten machen sie zu einem idealen Werkzeug zur Steuerung und Automatisierung verschiedener Prozesse zu Hause oder im Büro.

Ein Beispiel für den Einsatz einer SPS-Steuerung im Alltag ist ein Hausautomationssystem. Mit der SPS-Steuerung können Sie verschiedene Heimgeräte wie Beleuchtung, Jalousien und Heizung automatisieren. Dadurch können wir ein System konfigurieren, mit dem wir verschiedene Elemente unseres Zuhauses einfach und bequem steuern können, was wiederum unseren Komfort erhöht und Zeit spart.

Ein weiteres Beispiel für den Einsatz einer SPS-Steuerung im Alltag sind Alarm- und Sicherheitssysteme. SPS-Steuerungen ermöglichen die Integration verschiedener Elemente des Sicherheitssystems, wie zum Beispiel Kameras oder Bewegungssensoren, was dessen Effizienz und Zuverlässigkeit erhöht. Dadurch können wir uns zu Hause oder im Büro sicher fühlen.

Auch in der Büroautomation werden SPS-Steuerungen eingesetzt, wo sie die Steuerung verschiedener Geräte wie Drucker, Scanner und Klimageräte ermöglichen. Dadurch werden Büroprozesse automatisierter und effektiver.

Entwicklungsperspektiven.

Die Aussichten für die Entwicklung von SPS-Steuerungen im Alltag sind vielversprechend. Mit der Weiterentwicklung der Technologie und der zunehmenden Beliebtheit des Internets der Dinge (IoT) werden SPS-Steuerungen immer flexibler und effizienter, was neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.

Einer der Trends, die die Zukunft von SPS-Steuerungen im Alltag beeinflussen können, ist ihre Integration in Smart-Home-Systeme. Dadurch können Benutzer verschiedene Geräte über eine Schnittstelle steuern und steuern, was den Komfort erhöht und Zeit spart.

Eine weitere Entwicklungsrichtung, die die Zukunft von SPS-Steuerungen im Alltag beeinflussen kann, ist die Entwicklung autonomer Systeme. Dank zunehmender Rechenleistung und Fähigkeiten der künstlichen Intelligenz können SPS-Steuerungen unabhängiger Entscheidungen treffen und auf sich ändernde Bedingungen reagieren, was ihre Effektivität und Zuverlässigkeit erhöht.

Darüber hinaus können SPS-Steuerungen in Bereichen wie Gesundheit oder Verkehr eingesetzt werden, wo ihre Programmierfähigkeiten und die Integration mit verschiedenen Geräten zur Automatisierung und Verbesserung der Effizienz verschiedener Prozesse beitragen können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Zukunft von SPS im Alltag vielversprechend erscheint. Dank ihrer Flexibilität und Programmierfähigkeit können sie zur Automatisierung verschiedener Prozesse eingesetzt werden, was den Benutzerkomfort und die Effizienz erhöht.

Zusammenfassung und abschließende Schlussfolgerungen.

SPS-Steuerungen sind eines der Schlüsselelemente der industriellen Automatisierung, sie ermöglichen die Steuerung von Produktionsprozessen und tragen zur Steigerung der Arbeitseffizienz und Minimierung von Fehlern bei.

Ihre Vorteile sind unbestreitbar und die Nachteile betreffen nur einige Aspekte. Erstens sind SPS-Steuerungen zuverlässig und langlebig, was sie zu einem idealen Werkzeug für Branchen macht, in denen Maschinenstillstände große finanzielle Verluste bedeuten können.

Darüber hinaus machen die einfache Programmierung und die Möglichkeit, sie an verschiedene Produktionsprozesse anzupassen, ihren Einsatz sehr flexibel.

SPS-Steuerungen werden in vielen Branchen eingesetzt, beispielsweise in der Lebensmittel-, Pharma-, Automobil- und Energieproduktion, was ihre Vielseitigkeit und Beliebtheit beweist.

Sie werden zur Steuerung von Produktionsprozessen wie automatischen Produktionslinien, Dosier- und Mischanlagen sowie in Brandschutzanlagen und Qualitätskontrollsystemen eingesetzt.

Zusammenfassung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass SPS-Steuerungen ein unersetzliches Element der industriellen Automatisierung sind, mit dem Sie verschiedene Produktionsprozesse steuern und steuern können. Ihre Vorteile in Form von Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und einfacher Programmierung machen ihren Einsatz in verschiedenen Branchen sehr breit und beliebt. Die Weiterentwicklung von SPS-Steuerungen und deren Anwendungen wird in Zukunft für eine noch höhere Effizienz und Vielseitigkeit ihres Einsatzes sorgen. Nach Ansicht von Experten werden SPS-Steuerungen auch in Zukunft ein wichtiger Bestandteil der industriellen Automatisierung sein und ihre Weiterentwicklung wird für noch mehr Effizienz und Zuverlässigkeit sorgen.