Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein industrieller Digitalcomputer zur Steuerung von Fertigungsprozessen, Maschinen und anderen automatisierten Systemen. SPS funktionieren, indem sie Eingaben von Sensoren oder Schaltern empfangen, diese Eingaben auf der Grundlage eines Programms oder einer Logik verarbeiten und dann Ausgaben zur Steuerung von Aktoren, Motoren und anderen Geräten bereitstellen. Sie werden häufig in Branchen wie der Fertigung, der Automobilindustrie und der Versorgungswirtschaft eingesetzt, um Prozesse zu automatisieren und die Effizienz zu verbessern.
SPS arbeiten mit einem Zyklus aus Scannen, Ausführen und Aktualisieren. Während des Scanzyklus liest die SPS Eingaben von angeschlossenen Sensoren oder Schaltern. Diese Eingaben werden dann von der CPU der SPS auf der Grundlage einer vorprogrammierten Logiksequenz oder eines Steueralgorithmus verarbeitet. Die SPS führt die Logik aus, um die geeigneten Ausgänge basierend auf dem aktuellen Zustand der Eingänge und den Programmanweisungen zu bestimmen. Schließlich aktualisiert die SPS die Ausgänge, indem sie Signale an Aktoren oder andere Ausgabegeräte sendet, die dann die gewünschten Aktionen ausführen, wie z. B. das Starten von Motoren, das Öffnen von Ventilen oder die Steuerung von Prozessen.
Der Betrieb einer SPS umfasst mehrere Schlüsselschritte, die ihre Funktionsweise innerhalb eines automatisierten Systems definieren. Zu diesen Schritten gehören typischerweise:
- Eingangsscan: Die SPS scannt kontinuierlich den Status von Eingabegeräten wie Sensoren, Schaltern oder Prozessvariablen. Es liest den aktuellen Zustand dieser Eingänge, um die nächsten Aktionen basierend auf der programmierten Logik zu bestimmen.
- Programmausführung: Nach dem Scannen der Eingaben führt die SPS ihr Steuerprogramm oder ihre Kontaktplanlogik aus. Dieses Programm besteht aus einer Reihe von Anweisungen, die das gewünschte Verhalten und die Reaktionen auf verschiedene Eingabebedingungen definieren. Die SPS verarbeitet diese Anweisungen, um den Zustand der Ausgänge zu ermitteln.
- Ausgabeaktualisierung: Sobald das Programm ausgeführt und die Ausgaben festgelegt wurden, aktualisiert die SPS den Status von Ausgabegeräten wie Relais, Motoren oder Ventilen. Es sendet Signale an diese Geräte, um sie basierend auf der programmierten Logik und den Eingangsbedingungen ein- und auszuschalten oder ihren Betrieb anzupassen.
- Kommunikation: In modernen SPS-Systemen ist die Kommunikation mit externen Geräten, Überwachungssystemen oder anderen SPSen von entscheidender Bedeutung. SPS können über verschiedene Protokolle kommunizieren, um Daten auszutauschen, Befehle zu empfangen oder Statusaktualisierungen zu senden, was die Integration in größere Steuerungssysteme oder Netzwerke ermöglicht.
- Überwachung und Diagnose: SPS verfügen häufig über Überwachungs- und Diagnosefunktionen, um den ordnungsgemäßen Betrieb des automatisierten Systems sicherzustellen. Sie können Daten protokollieren, Fehler erkennen oder Alarme auslösen, wenn ungewöhnliche Bedingungen auftreten, sodass Bediener das System effizient warten und Fehler beheben können.
SPS-Netzwerke funktionieren durch die Verbindung mehrerer SPS zusammen mit anderen Geräten wie Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs), Sensoren, Aktoren und Computern. SPS kommunizieren über Netzwerkprotokolle wie Ethernet/IP, Modbus oder Profibus und können so Daten austauschen und Aktionen über verschiedene Teile eines Fertigungs- oder Prozesssteuerungssystems hinweg koordinieren. SPS-Netzwerke erleichtern die zentrale Steuerung, Echtzeitüberwachung und Synchronisierung von Abläufen und ermöglichen so eine effiziente Verwaltung komplexer Industrieprozesse.
Die Schritte der SPS-Programmierung und -Bedienung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Eingangsablesung: Die SPS liest den Status der mit ihr verbundenen Eingabegeräte wie Sensoren, Schalter oder Prozessinstrumente. Diese Eingaben liefern Echtzeitdaten über den Zustand des gesteuerten Prozesses oder Systems.
- Programmausführung: Basierend auf den Eingabedaten und der programmierten Logik führt die SPS ihr Steuerungsprogramm aus. Dieses Programm besteht aus Kontaktplanlogik, Funktionsblöcken oder anderen Programmiersprachen, die die Abfolge von Operationen, Entscheidungslogik und Steueraktionen definieren.
- Ausgabesteuerung: Nach der Verarbeitung von Eingaben und der Ausführung des Steuerungsprogramms aktualisiert die SPS den Status der Ausgabegeräte. Zu den Ausgängen können Relais, Schütze, Motorstarter oder andere Aktoren gehören, die auf der Grundlage der SPS-Befehle physikalische Aktionen ausführen.
- Kommunikation: SPS kommunizieren häufig mit anderen Geräten oder Systemen innerhalb des industriellen Netzwerks. Diese Kommunikation ermöglicht es SPSen, Daten auszutauschen, Befehle zu empfangen oder Vorgänge mit anderen SPSen, HMIs, SCADA-Systemen oder übergeordneten Steuerungssystemen zu synchronisieren.
SPS spielen eine entscheidende Rolle in der industriellen Automatisierung, indem sie eine zuverlässige und programmierbare Steuerung von Fertigungsprozessen ermöglichen und so die Produktivität, Flexibilität und Genauigkeit in verschiedenen Branchen verbessern.