Blog über Plcs Power Intelligente Fertigungsfortschritte

Stellen Sie sich eine Fabrikhalle vor, in der Maschinen mit Präzision und Effizienz arbeiten, orchestriert von einem unscheinbaren, aber leistungsstarken Gerät: der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Dieses technologische Wunderwerk ist zum Eckpfeiler der modernen industriellen Automatisierung geworden und verändert die Fertigungsprozesse weltweit.

Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein spezialisierter Industriecomputer, der für Zuverlässigkeit, Echtzeitleistung und Belastbarkeit in rauen Umgebungen konzipiert wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichen Computern überwachen SPS kontinuierlich Eingangssignale von Sensoren und Geräten, führen programmierte Logik aus und steuern Aktoren, um industrielle Prozesse zu automatisieren.

Stellen Sie sich die SPS als das zentrale Nervensystem der industriellen Automatisierung vor. Sie empfängt Informationen von sensorischen Eingängen (Sensoren), verarbeitet diese Daten durch programmierte Logik (das „Gehirn“) und befiehlt physische Aktionen (Aktoren), um automatisierte Arbeitsabläufe auszuführen.

Der SPS-Betrieb folgt einem konsistenten Dreiphasenzyklus:

1. Eingangserfassung: SPS erfassen Echtzeitdaten über Eingangsmodule von Feldgeräten. Diese Signale können digital (diskrete Ein/Aus-Zustände) oder analog (kontinuierliche Messungen wie Temperatur oder Druck) sein.
2. Programmausführung: Die SPS verarbeitet Eingangsdaten gemäß programmierter Logik, die von einfachen Schaltvorgängen bis hin zu komplexen Steuerungsalgorithmen reicht.
3. Ausgangssteuerung: Basierend auf den Programmergebnissen befehlen Ausgangsmodule Aktoren, Motoren, Ventile, Heizungen und andere Industrieanlagen zu regulieren.

Stellen Sie sich ein Ventilsteuerungssystem vor: Positionssensoren speisen Daten in die SPS ein, die die aktuellen und Zielpositionen vergleicht. Die SPS passt dann das Ventil entsprechend über Ausgangssignale an den Aktor an.

SPS verarbeiten zwei grundlegende Signaltypen:

• Digitale E/A: Binäre Signale, die Ein/Aus-Zustände (1 oder 0) darstellen, wie z. B. Endschalter, die die Geräteposition anzeigen.
• Analoge E/A: Kontinuierliche variable Signale wie Temperaturmesswerte, die in Spannungs- oder Stromwerte umgewandelt werden.

• Gerätedaten: Sensorwerte einschließlich Schalterzustände, analoge Messungen und Gerätestatusanzeigen.
• Bediener-Eingaben: Befehle von Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) oder SCADA-Systemen über Tasten, Touchscreens oder andere Steuergeräte.

• Aktor-Befehle für Ventile, Motoren und Heizungen
• Visuelle/akustische Warnungen über Kontrollleuchten und Alarme

SPS führen Programme in sich wiederholenden Schleifen aus:

1. Eingangsscan: Liest alle Eingangsstatus in den Speicher
2. Programmausführung: Verarbeitet Eingangsdaten gemäß der Steuerungslogik
3. Ausgabeaktualisierung: Sendet Befehle an Ausgabegeräte
4. Systemdiagnose: Führt Selbsttests durch und aktualisiert den internen Status

Kompakte, integrierte Einheiten mit begrenzter Erweiterbarkeit, ideal für kleine Anwendungen wie Verpackungsmaschinen oder einfache Fördersysteme. Obwohl kostengünstig, bieten sie weniger Flexibilität für System-Upgrades.

Konfigurierbare Systeme mit austauschbaren Komponenten (CPU, E/A-Module, Netzteile), die für komplexe Automatisierungsanforderungen skaliert werden können. Obwohl teurer, vereinfachen sie die Wartung durch Modulaustausch anstelle von vollständigen Systemüberholungen.

SPS entstanden als Nachfolger von relaisbasierten Steuerungssystemen und boten:

• Programmierbare Flexibilität ohne Neuverkabelung
• Erhöhte Zuverlässigkeit durch Festkörperelektronik
• Erweiterte Diagnose- und Wartungsmöglichkeiten
• Ausgeklügelte Steuerungsalgorithmen für verbesserte Effizienz

Der Standard IEC 61131-3 definiert fünf SPS-Programmiersprachen:

1. Kontaktplan (LD): Von Relais-Schaltungen inspirierte grafische Programmierung
2. Funktionsbausteindiagramm (FBD): Modulare Steuerungslogik-Darstellung
3. Ablaufdiagramm (SFC): Schrittbasierte Prozesssteuerung
4. Strukturierter Text (ST): Algorithmenbasierte Programmierung auf hohem Niveau
5. Anweisungsliste (IL): Low-Level-Code ähnlich der Assemblersprache

SPS bilden die Steuerungsebene innerhalb umfassender Automatisierungsarchitekturen:

• SCADA-Systeme: Bieten Überwachungs- und Datenanalyse über mehrere SPS hinweg
• HMIs: Ermöglichen die Interaktion des Bedieners über Touchscreen-Oberflächen

Industrielle Netzwerke verbinden SPS mit anderen Systemen über Standards wie:

• Modbus (serielle Kommunikation)
• Profibus (High-Speed-Feldbus)
• Ethernet/IP (Industrial Ethernet)
• OPC (plattformübergreifende Interoperabilität)

Die SPS-Technologie entwickelt sich mit den Fortschritten des Industrial IoT (IIoT) weiter:

• Integration von maschinellem Lernen für vorausschauende Wartung
• Cloud-Konnektivität für Fernüberwachung
• Standardisierte Datenformate wie Sparkplug B für MQTT-Kommunikation

Während SPS die industrielle Automatisierung dominieren, umfassen neue Technologien:

• Programmierbare Automatisierungscontroller (PACs), die die SPS-Zuverlässigkeit mit PC-Funktionalität kombinieren
• Industrielle Embedded-Computer für spezielle Anwendungen

SPS bleiben die bevorzugte Lösung für die meisten industriellen Steuerungsanwendungen, da sie sich durch bewährte Zuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Da die Fertigung ihre digitale Transformation fortsetzt, werden diese industriellen Arbeitspferde zweifellos eine zentrale Rolle in den Fabriken der Zukunft spielen.