In der Welt der industriellen Automatisierung spielen speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) eine zentrale Rolle. Diese leistungsstarken Geräte ermöglichen es, komplexe Produktionsprozesse effizient zu steuern und zu überwachen. In diesem Beitrag werden wir uns eingehend mit der Funktionsweise von SPS befassen, ihre Vor- und Nachteile diskutieren und ihre Anwendungsgebiete betrachten.

Was sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)?

Eine speicherprogrammierbare Steuerung ist ein elektronisches Gerät, das in der Industrieautomation eingesetzt wird, um Abläufe und Prozesse automatisch zu steuern. Ursprünglich in den 1960er Jahren entwickelt, haben sich SPS-Systeme zu einem unverzichtbaren Bestandteil der modernen Fertigung und Prozessautomatisierung entwickelt. Der Kern einer SPS besteht aus einer zentralen Prozessoreinheit (CPU), einem Speicher für Programme und Daten sowie Ein- und Ausgangsbaugruppen (I/O-Module), die die Verbindung zu Sensoren und Aktoren herstellen.

Funktionsweise von speicherprogrammierbaren Steuerungen

Die Funktionsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) beruht auf einem zyklischen Prozess, dem sogenannten Scan-Zyklus. Dieser Zyklus beginnt damit, dass die SPS kontinuierlich Eingangsdaten von Sensoren liest. Diese Eingangsdaten können Informationen über Temperaturen, Drücke, Positionen von Maschinenteilen oder anderen Prozessvariablen sein.

Nachdem die Eingangsdaten eingelesen wurden, verarbeitet die SPS diese Daten gemäß dem hinterlegten Programm. Nach der Verarbeitung der Eingangsdaten steuert die SPS entsprechende Ausgangssignale an Aktoren. Das können beispielsweise Ventile, Motoren, Antriebe oder Anzeigetafeln sein. Die Ausgangssignale werden basierend auf den Ergebnissen der Verarbeitung der Eingangsdaten und der Programmlogik aktiviert oder deaktiviert.

Die Programmierung der SPS erfolgt in speziellen Programmiersprachen wie Kontaktplan (KOP), Funktionsplan (FUP) oder Anweisungsliste (AWL). Aktuell wird auch häufig die so genannte Structured Control Language SCL (auch strukturierter Text ST genannt) verwendet. SCL kommt der Hochprogrammierung von C oder C++ am nächsten und vereinfacht einige Aufgaben der SPS-Programmierung. Diese Sprachen ermöglichen es den Ingenieuren, logische Abläufe und Steuerungsprozesse zu definieren. Zum Beispiel können in Kontaktplan grafische Symbole verwendet werden, um logische Verknüpfungen wie UND, ODER und NICHT darzustellen.

Das Erstellen eines SPS-Programms erfordert ein Verständnis für die Prozessabläufe sowie die Fähigkeit, diese in logische Schritte und Bedingungen zu übersetzen. Die Wahl der Programmiersprache hängt oft von den Anforderungen der Anwendung und den Präferenzen der Ingenieure ab.

Insgesamt ermöglicht die Funktionsweise und Programmierung von SPS eine präzise und zuverlässige Steuerung von Industrieprozessen, was zu effizienteren Produktionsabläufen und einer verbesserten Qualität der Endprodukte führt.

Vor- und Nachteile von speicherprogrammierbaren Steuerungen

Vorteile:

  • Hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit durch Programmierbarkeit
  • Vereinfachte Inbetriebnahme und Wartung im Vergleich zu festverdrahteten Steuerungen
  • Möglichkeit zur schnellen Anpassung und Änderung von Produktionsabläufen
  • Integrierter Schutz vor Überlastung und Fehlfunktionen
  • Einfache Integration in vernetzte Automatisierungssysteme

Nachteile:

  • Anfälligkeit für Cyberbedrohungen bei unsicherer Vernetzung
  • Initial hohe Investitionskosten für Hardware und Programmierung
  • Komplexität der Programmierung erfordert spezialisiertes Know-how
  • Begrenzte Ausfallsicherheit bei Hardwarefehlern im Vergleich zu redundanten Systemen

Schutz vor Umwelteinflüssen

SPS sind in der Regel in robusten Gehäusen untergebracht, die sie vor verschiedenen Umwelteinflüssen schützen. Diese Gehäuse bieten Schutz vor Staub, Feuchtigkeit und mechanischer Belastung. In Umgebungen mit extremen Temperaturen können spezielle gekühlte oder beheizte Gehäuse verwendet werden, um die optimale Funktion der SPS sicherzustellen.

Anwendungsgebiete von speicherprogrammierbaren Steuerungen

SPS werden in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten eingesetzt:

  • Industrieautomation:
    SPS finden breite Anwendung in Produktionsstraßen, Fertigungsanlagen, Robotik und Handling-Systemen. Sie steuern und überwachen den gesamten Fertigungsprozess, um die Effizienz und Qualität zu maximieren.

  • Gebäudeautomation:
    In der Gebäudetechnik kommen SPS zur Steuerung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK), Beleuchtungssystemen sowie Zugangs- und Sicherheitssystemen zum Einsatz. Sie ermöglichen eine effiziente und komfortable Gebäudeverwaltung.

  • Verkehrstechnik:
    SPS steuern Ampelanlagen, Bahnsignalsysteme und andere Verkehrseinrichtungen, um den Verkehrsfluss zu optimieren und die Sicherheit im Straßen- und Schienenverkehr zu gewährleisten.

  • Energieversorgung:
    In der Energiebranche werden SPS zur Steuerung von Stromnetzen, Energieerzeugungsanlagen und zur Implementierung von Lastmanagement-Systemen verwendet, um den Energieverbrauch zu optimieren und die Netzstabilität sicherzustellen.

Zukunftsperspektiven und Entwicklungen

Die Zukunft der SPS-Technologie ist vielversprechend, da sie sich weiterentwickelt und in das Internet der Dinge (IoT) integriert wird. Durch diese Integration werden SPS-Systeme intelligenter, flexibler und effizienter. Die Nutzung von Künstlicher Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML) ermöglicht es den SPS, Muster zu erkennen, Anomalien zu identifizieren und adaptive Steuerungsstrategien zu entwickeln. Dies trägt dazu bei, die Industrie 4.0 voranzutreiben und neue Standards in der Automatisierung und Produktivität zu setzen.

Zusätzlich spielt Edge Computing eine wichtige Rolle in der Zukunft der SPS. Edge Computing ermöglicht die schnelle Datenverarbeitung nahe der Datenquelle, was für Echtzeitsteuerungsanwendungen entscheidend ist. Die Cybersicherheit wird ebenfalls verstärkt berücksichtigt, um SPS vor Cyberangriffen zu schützen.

Darüber hinaus werden zukünftige SPS-Systeme flexibler und modularer sein, um sich schnell an sich ändernde Produktionsanforderungen anzupassen. Die Integration von Nachhaltigkeitsprinzipien und Energieeffizienz wird ebenfalls eine zunehmend wichtige Rolle spielen, um die Ressourcennutzung zu optimieren und die Nachhaltigkeit der industriellen Produktion zu fördern.

Insgesamt werden SPS-Systeme durch diese Entwicklungen intelligenter, vernetzter und effizienter, was zu einer weiteren Optimierung der industriellen Prozesse und einer verstärkten Nutzung von Echtzeitdaten führt.

SPS bei ringbach

Auch bei ringbach arbeiten wir mit speicherprogrammierbaren Steuerungen. Zur Programmierung dieser verwenden wir hauptsächlich die Structured Control Language (SCL) oder FUP. Wenn auch Sie für Ihre Fertigung oder Produktion eine SPS integrieren möchten, dann kontaktieren Sie uns gerne jeder Zeit unverbindlich >> hier <<.

Fazit

Speicherprogrammierbare Steuerungen sind ein unverzichtbarer Bestandteil der modernen Industrieautomation. Ihre Funktionsweise ermöglicht es, komplexe Prozesse zu automatisieren und zu optimieren, was zu höherer Effizienz, Qualität und Sicherheit in der Produktion führt. Durch den Schutz vor Umwelteinflüssen und die kontinuierliche Weiterentwicklung der Technologie werden SPS-Systeme auch in Zukunft eine Schlüsselrolle in der digitalen Transformation der Industrie spielen.


Quellen:

SimpleClub

ElektrotechnikVogel

heise

bsi

kem

sps-tutorial