Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind ein wichtiger Bestandteil vieler Maschinen und Anlagen. Sie ermöglichen es, Prozesse automatisch zu steuern und zu regeln, ohne menschliche Eingriffe. In diesem Beitrag werden wir uns näher mit der Arbeitsweise von SPS auseinandersetzen und untersuchen, wie sie in der Industrie und anderen Bereichen eingesetzt werden.
Was sind SPS und wozu werden sie verwendet?
Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind computergesteuerte Systeme, die zur Steuerung und Regelung von Maschinen und Anlagen verwendet werden. Sie bestehen aus einer CPU (Central Processing Unit), die das Programm ausführt, und verschiedenen Ein- und Ausgabegeräten, die die Kommunikation mit der Maschine oder dem Prozess ermöglichen. SPS werden hauptsächlich in der Industrie eingesetzt, um Prozesse zu automatisieren und zu überwachen, zum Beispiel in Maschinenstraßen oder in der Fertigung von Produkten. Sie können aber auch in anderen Bereichen eingesetzt werden, zum Beispiel in der Gebäudeautomation, um Heizung, Lüftung und Klimatisierung zu steuern, oder in der Landwirtschaft, um Maschinen und Ausrüstung zu steuern. SPS bieten viele Vorteile, wie zum Beispiel eine höhere Effizienz, Kosteneinsparungen und eine bessere Qualität der produzierten Güter. Sie ermöglichen es, Prozesse rund um die Uhr zu überwachen und zu steuern, ohne menschliche Eingriffe.
Die wichtigsten Bestandteile einer SPS
Eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) besteht aus verschiedenen Bestandteilen, die zusammenarbeiten, um Prozesse zu steuern und zu regeln. Die wichtigsten Bestandteile einer SPS sind:
Die CPU (Central Processing Unit)
Die CPU ist das Herzstück einer SPS und ist für die Ausführung des Programms verantwortlich. Sie besteht aus einem Mikroprozessor, der die Befehle ausführt, und einem Speicher, in dem das Programm und die Daten gespeichert werden.
Eingangs- und Ausgangsbaugruppen
Eingangs- und Ausgangsbaugruppen sind die Schnittstellen zwischen der SPS und der Maschine oder dem Prozess, den sie steuern soll. Eingangsbaugruppen nehmen Signale von Sensoren auf, die den Zustand der Maschine oder des Prozesses messen, und leiten sie an die CPU weiter. Ausgangsbaugruppen senden Signale an Aktoren, die die Maschine oder den Prozess steuern.
Prozessabbilder von Eingängen und Ausgängen
Das Prozessabbild von Eingängen (PAE) ist ein Speicherbereich, in dem der Zustand der Eingangsbaugruppen gespeichert wird. Das Prozessabbild von Ausgängen (PAA) ist ein Speicherbereich, in dem die Ergebnisse der Programmausführung gespeichert werden, bevor sie an die Ausgangsbaugruppen gesendet werden.
Bedien- und Anzeigeeinheit
Die Bedien- und Anzeigeeinheit ist das Interface zwischen der SPS und dem Benutzer. Sie kann aus verschiedenen Eingabemöglichkeiten, wie zum Beispiel Tasten oder Touchscreens, und Anzeigen, wie LCD-Displays, bestehen. Sie ermöglicht es dem Benutzer, das Programm zu starten, zu überwachen und zu ändern.
Netzteile
Netzteile sind für die Stromversorgung der SPS verantwortlich und wandeln den Netzstrom in die Spannungen und Ströme um, die von der SPS benötigt werden. Sie sind wichtig, um sicherzustellen, dass die SPS stabil und zuverlässig arbeitet.
Wie genau Arbeitet eine Speicherprogrammierbare Steuerung eigentlich?
Das Programm bildet innerhalb der CPU einen Befehlsstapel (Stack). Sie wird von der CPU sequentiell (Zeile für Zeile) und zyklisch (wiederholend) abgearbeitet. Dies geschieht natürlich sehr schnell, wir reden hier von ms Bereich.
Damit man es einmal aufteilt was in einem Zyklus alles passiert:
Schritt 1: Die Zustände der Eingangsbaugruppen werden abgefragt und in den Prozessabbild der Eingänge PAE geschrieben. Während der Programmbearbeitung bleiben sie für je ein Zyklus erhalten und werden quasi eingefroren.
Schritt 2: Zeile für Zeile wird der Befehlsstapel abgearbeitet. Das VKE kann dabei entweder 0 oder 1 sein und sich auch Zeile für Zeile ändern. Entscheidend ist, ob am Ende des Programms das VKE auf 0 oder 1 steht.
Schritt 3: Je nach VKE der einzelnen Netzwerke werden die Ergebnisse in den Prozessabbild der Ausgänge PAA geschrieben und aktualisiert.
Schritt 4: Über den Prozessabbild der Ausgänge werden die Ausgangsbaugruppen aktualisiert.
Genau das unterscheidet eine SPS von einem normalen PC auf dem eine Anwendung läuft wie
z.B.: "Word", das Programm "Word" wird erst geöffnet, wenn ich es aktiviere.
Einsatzmöglichkeiten von SPS: Industrielle Anwendungen
Die SPS dagegen wird ihren Code immer wieder durchgehen und ist hervorragend dazu geeignet um Prozesse zu überwachen. Und aus diesem Grund sind diese Steuerung in Maschinenstraßen vorzufinden oder mittlerweile auch im Eigenheim (z.B. automatischen Heizen).
Durch die Arbeitsweise, kann man komplett, ohne Menschliche Interaktionen komplette Straßen der Produktion erstellen, die dann gleichzeitig sich selber überwachen. Allerdings wird einem spätestens hier klar, dass es nicht einfach AN und AUS ist. Die Kunst hier liegt hier, darin WANN eingeschaltet werden muss und welche Fehler auftreten können.
Einsatzmöglichkeiten von SPS: In anderen Bereichen
Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) werden nicht nur in der Industrie eingesetzt, sondern auch in anderen Bereichen, in denen automatisierte Steuerungs- und Regelungssysteme benötigt werden. Ein Beispiel hierfür ist die Gebäudeautomation, bei der SPS zur Steuerung von Heizung, Lüftung und Klimatisierung verwendet werden. In der Landwirtschaft werden SPS ebenfalls eingesetzt, um Maschinen und Ausrüstung zu steuern und zu überwachen. Auch in anderen Bereichen, wie zum Beispiel in Verkehrssystemen oder in der Energieversorgung, kommen SPS zum Einsatz. Sie bieten viele Vorteile, wie zum Beispiel eine höhere Effizienz und Kosteneinsparungen, und können dazu beitragen, Prozesse automatisiert und sicher zu gestalten.
Fazit:
Speicherprogrammierbare Steuerungen sind leistungsfähige Tools, die in vielen Industrien und anderen Bereichen zum Einsatz kommen. Sie ermöglichen es, Prozesse automatisch zu steuern und zu überwachen, was zu Effizienzsteigerungen und Kosteneinsparungen führen kann. Allerdings erfordert ihre Programmierung und Verwendung auch ein hohes Maß an Aufmerksamkeit und Sorgfalt, um sicherzustellen, dass sie sicher und zuverlässig arbeiten. Im Allgemeinen sind SPS eine wertvolle Ergänzung für viele Industrien und andere Bereiche, die sich automatisierte Steuerungs- und Regelungssysteme wünschen.