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Understanding Programmable Logic Controllers (PLCs)

Grundlegendes zu speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS)

Übersicht über SPS

Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind in der industriellen Automatisierung unverzichtbar und fungieren als robuste digitale Computer zur Steuerung von Fertigungsprozessen und anderen Aktivitäten, die eine zuverlässige Steuerung, einfache Programmierung usw. erfordern Fehlerdiagnose.

Einfache Definition

Was ist eine SPS? Eine SPS ist ein Industriecomputer, der bestimmte Prozesse, Maschinen oder ganze Produktionslinien steuert, ohne dass Peripheriegeräte wie Maus, Tastatur usw. erforderlich sind Monitor.

Grundlegende Funktionalität

Funktionsweise von SPSen: SPS überwachen den Eingangsstatus verschiedener Sensoren und Schalter, führen ein Steuerungsprogramm aus und aktualisieren dann den Status der Ausgabegeräte entsprechend. Dieser als Scan-Zyklus bezeichnete Zyklus erfolgt wiederholt und schnell, typischerweise in Millisekunden.

SPS-Architektur

Schlüsselkomponenten einer SPS:

  1. Zentraleinheit (CPU): Das Gehirn der SPS, das Anweisungen ausführt und arithmetische und logische Operationen durchführt.
  2. Eingabe-/Ausgabemodule (E/A): Schnittstellen, an denen Feldgeräte wie Sensoren und Aktoren angeschlossen werden.
  3. Stromversorgung: Stellt die notwendige Spannung für die SPS und ihre Module bereit.
  4. Kommunikationsprotokolle: Erleichtern den Datenaustausch zwischen der SPS und angeschlossenen Geräten.
  5. Programmiergerät: Wird zum Schreiben und Hochladen von Steuerprogrammen in die SPS verwendet.

Detaillierte Komponenten

Zentraleinheit (CPU): Die CPU besteht aus einem Prozessor, einem Speicher und einer Stromversorgung. Sie speichert und führt das Steuerprogramm aus und führt Berechnungen und logische Operationen durch.

Eingabe-/Ausgabemodule: Diese Module verbinden die SPS mit Feldgeräten, die entweder als digital (Ein-/Aus-Zustände) oder analog (variable Zustände) kategorisiert sind.

Kommunikationsprotokolle

Gemeinsame Protokolle: SPS nutzen verschiedene Kommunikationsprotokolle wie Ethernet, Profibus, RS-232 und RS-485, um mit anderen Geräten zu kommunizieren und so einen nahtlosen Datenaustausch zu gewährleisten.

SPS-Programmierung

Programmiersprachen: SPS werden mit Sprachen wie Kontaktplan (LD), Anweisungsliste (IL), strukturiertem Text (ST), Funktionsblockdiagramm (FBD) programmiert. und Sequential Function Charts (SFC), wobei LD aufgrund seiner intuitiven Natur für Ingenieure am weitesten verbreitet ist.

Funktionsweise einer SPS

Arbeitsschritte:

  1. Eingänge überwachen: Überprüfen Sie den Status von Eingabegeräten.
  2. Programm ausführen: Führen Sie die Steuerlogik basierend auf dem Eingabestatus aus.
  3. Ausgaben aktualisieren: Ändern Sie den Status von Ausgabegeräten gemäß der Programmlogik.

Arten von SPS

Kompakte vs. modulare SPS:

  • Kompakte SPS: Alle Module befinden sich in einem einzigen Gehäuse mit einer festen Anzahl von E/As.
  • Modulare SPS: Bestehen aus erweiterbaren Modulen, die zu einem Rack hinzugefügt werden können und Flexibilität und Skalierbarkeit bieten.

Beliebte SPS-Marken

Führende Marken: Zu den namhaften SPS-Herstellern zählen Siemens , Allen Bradley , ABB , GE , Delta, Mitsubishi, Omron und Schneider , wobei Siemens in der Automatisierungsbranche sehr beliebt ist.

Vorteile und Nachteile

Vorteile:

  • Einfache Installation und Wartung: Weniger Kabel und einfache Fehlerbehebung.
  • Flexible Programmierung: Einfache Änderung und Aktualisierung von Programmen ohne Änderung der Verkabelung.
  • Minimale Wartung: Keine beweglichen Teile, wodurch der Bedarf an regelmäßiger Wartung reduziert wird.
  • Schneller Betrieb: Schnelle Ausführungszyklen, verbesserte Prozesskontrolle.

Nachteile:

  • Umgebungseinschränkungen: Nicht für hohe Temperaturen oder Vibrationsbedingungen geeignet.
  • Hohe Anschaffungskosten: Erhebliche Investitionen erforderlich, die sich nur bei komplexen Automatisierungssystemen rechtfertigen.

Anwendungen von SPS

Industrielle Nutzung: SPS werden häufig in Branchen wie Petrochemie, Öl und Gas, Stahl, Kraftwerken, Lebensmittelherstellung, Automobil-, Zement-, Papier- und Glasherstellung eingesetzt Aufgaben wie Prozesssteuerung, Energieüberwachung und Produktionslinienmanagement.

Kommerzielle und private Anwendungen: Über den industriellen Einsatz hinaus finden SPS Anwendungen in Verkehrskontrollsystemen, automatischen Türen, Aufzugssystemen und sogar Achterbahnen.

Abschluss

Zukünftige Einblicke: Mit der Weiterentwicklung der industriellen Automatisierung nimmt die Bedeutung von SPS zu, sodass es für Ingenieure von entscheidender Bedeutung ist, ihre Funktionalitäten und Anwendungen zu beherrschen. Zukünftige Blogs werden sich eingehender mit bestimmten SPS-Technologien und Anwendungsfällen befassen.

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