• „5G ja, aber mit geblockten Frequenzbereichen für die Industrie“ 13. Dezember 2018
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JUL 15 2016

SPS Steuerung SPS Grundlagen SPS Automatisierung

Elektronik

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SPS steht für Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS Steuerung SPS Grundlagen SPS Automatisierung)

SPS Steuerung SPS Grundlagen SPS Automatisierung

(engl. Programmable Logic Controller PLC). Mit der Betonung der Programmierbarkeit und der Ablage eines Programms in einem (Programm-) Speicher werden die Hauptmerkmale der Technik bereits im Namen festgeschrieben: Die Steuerungen selbst sind flexibel und universell für verschiedendste Aufgaben einzusetzen, die aktuelle Funktion selbst wird mit einem Programm festgelegt. Der Part „Steuerung“ im Namen besagt nicht, dass diese Technik keine Regelungsaufgaben übernehmen kann.

SPS ist die dominierende Automatisierungstechnik für breiteste Aufgaben der Steuerung und Regelung außerhalb der speziellen CNC- und Roboterwelt, wobei die Grenzen zunehmend fließend sind.

Rückblick

Die erste Speicherprogrammierbare Steuerung wurde 1970 in Chicago für eine Werkzeugmaschine vorgestellt. 1973 erschienen erste Applikationen in der BRD. Im Zeitraum 1975 bis 1985, spätestens bis 1990 vollzog sich der grundsätzliche Übergang von den verbindungsprogrammierten Steuerungen (VPS) mit Relais und Schützen und danach auch von festverdrahteter Logik hin zu den speicherprogrammierten Steuerungen. 1983 erschien mit DIN 19239 „SPS-Programmierung“ die erste Norm zu speziellen Problemen der SPS, 1993 wurde diese Norm durch IEC 61131-3 ersetzt.

Vorteile

Die Vorteile der SPS-Technik wie Flexibilität, geringerer Platzbedarf, höhere Zuverlässigkeit, geringere Kosten, Möglichkeit der Vernetzung mit anderen Systemen, Möglichkeiten für Fehlerdiagnose und Fernwartung der Programme und hauptsächlich der schnelle Funktionswechsel durch Programmänderung setzten sich durch.

Verbindungsprogrammierte Steuerungen müssen bei jeder Änderung im Steuerungsablauf hardwareseitig umgebaut werden, was heute nicht mehr konkurrenzfähig ist. Auf der Aktorseite sind bei der Anschaltung von Schützen Restfelder verdrahteter Steuerungen zumeist im Rahmen von Hilfskontakt-Sätzen erhalten geblieben.

Weiter gibt es sicherheitsrelevante Fälle, welche Festverdrahtung verlangen und bei denen es sogar verboten ist, sie per Standard-SPS zu steuern. Für solche Zwecke können heute allerdings spezielle fehlersichere SPS verwendet werden. Das bekannteste und weitverbreiteste SPS-System ist Simatic S7 der Siemens AG mit den Baureihen S7-200 mit Software Step7MicroWin und S7-300 sowie S7-400 mit Software Step7.

Daneben gibt es eine Vielzahl anderer Hersteller. Die Systeme sind zueinander nicht kompatibel! Kompatibilität entsteht, wenn sich Hersteller bei der Entwicklung von Programmiersystemen hardwareunabhängig an die Norm IEC 61131-3 halten.

Hardwareplattformen

Mit derartigen Systemen entstehen Programme, die auf verschiedensten Hardware-Plattformen laufen ( z.B. CoDeSys Automation Alliance). Von großer Bedeutung ist der fortwährende und schrittweise Weg der Steuerungstechnik hin zur Datenverarbeitung!

Durch die Entwicklung der Rechentechnik (umgangssprachlich „PC-Technik“, obwohl nicht alle Rechner in der Automatisierungstechnik als „Personal Computer“ fungieren) sind zunehmend Automatisierungslösungen am Markt, die sich deutlich von den klassischen SPS der achtziger und neunziger Jahre unterscheiden. Der Automatisierungstechniker wird zunehmend mit Begriffen und Methoden konfrontiert, die ursprünglich Fachthemen der Informatiker und PC-Spezialisten waren.

Die SPS-Technik erfuhr ihre Markteinführung in den 70er und 80er Jahren mit ersten programmierbaren Steuerungen, die in klassischer Denkweise als Zentralsteuerung in Schaltschränke eingebaut wurden.

Schaltschrank

Karl Pusch bezeichnet diese sinnvoll als „Schaltschrank-SPS mit Parallelverdrahtung“und verweist auf den typischen Schutzgrad von IP20 für diese elektronischen Baugruppen.

Hierbei handelt es sich stets um autarke Computersysteme mit mindestens einem Prozessor und einem eigenem Betriebssystem. Über den sogenannten „Rückwandbus“ werden vielfältige E/ABaugruppen angeschaltet.

Sensoren

Alle Sensoren und Aktoren werden in Parallelverdrahtung an diese Zentralsteuerungen herangeführt, wobei zumeist umfangreiche Leitungsbündel entstanden.

Im Laufe der 80er Jahre erfolgte vor allem eine fortwährende Erweiterung von Funktionen und Leistung der Prozessoren in den SPS (überwiegend CPU genannt).

Bei Hardware und Infrastruktursoftware bestehen bis heute erhebliche firmenspezifische Unterschiede. Diese haben mehr oder weniger ihre Berechtigung, um die Vielzahl der Anwenderwünsche abzudecken, mehr aber noch aus „marktpolitischen Gründen“.

Kennzeichnend für die erste Generationen von SPS sind Interpreter für den „zeilenweisen“ Eintrag der Anwenderprogramme in den Programmspeicher.

Interpreter

Der Interpreter ist Bestandteil des Betriebssystems der SPS. Er setzt den Quellcode des Anwenderprogramms um in den Maschinencode des SPS-Prozessors. Interpreter sind langsamer als Compiler. Sie gestatten eine einfache Kommunikation zwischen SPS und Programmiergerät. Folge: Man kann ein Programm von der SPS herunterladen und lesen, jedoch ohne zusätzliche Informationen wie Symbolik und Kommentare!

-> M&T Computerlexikon 1998: „Ein Interpreter ist ein Programm, das den Quellcode einer höheren Programmiersprache Anweisung für Anweisung in Maschinencode übersetzt. Ein großer Nachteil des Interpreter ist, dass Schleifen bei jeder Iteration von neuem übersetzt werden müssen. Eine der bekanntesten interpretierten Sprachen ist Basic.“

Ab den 90er Jahren wurde Automatisierungstechnik zunehmend dezentral strukturiert, um die fehleranfällige Parallelverdrahtung zu vermeiden. Aktoren und Sensoren werden an einzelne, über die Anlage verteilte Busmodule angeschaltet, die über Feldbussysteme mit dem Busmaster vernetzt werden.

Zunehmend mehr Baugruppen werden dazu in Schutzgard IP 65 oder 54 ausgeführt. Typisch begann diese Entwicklung in Automobilindustrie um 1995 (mit Feldbus Interbus-S).

Parallelverdrahtung

Die Umgehung der Parallelverdrahtung war nur ein erster von vielen weiteren Gründen für die Dezentralisierung der Automatisierungstechnik. Hinzu kam die Verteilung der „Intelligenz“, indem programmierbare Automatisierungsgeräte mit CPU selbst vernetzt wurden. Die Tendenz setzt sich bis heute fort und gipfelt z.B. im System PROFINET CbA mit dem Einsatz wiederverwendbarer Automatisierungsmodule.

Busmaster

Die Busanschaltbaugruppen (Busmaster) organisieren den Datenaustausch über das gemeinsame Busmedium, überwachen und verwalten den Feldbus und gestatten die Feldbus-Diagnose. Dabei entwickelten sich unterschiedliche Organisationsprinzipien, von denen die Master-SlaveKommunikation eine der bekanntesten ist.

Zu den klassischen Aufgaben der Steuerungen kommen in dieser Zeit zunehmend Funktionen der Verarbeitung von Prozessdaten, der Visualisierung der Steuerungen und Prozesse sowie der Diagnose hinzu. Die Datenmenge nahm kontinuierlich zu.

Die Bemühungen um Internationale Standards werden forciert. Die Richtlinien der PLCopen und die Norm IEC 1131 sind folgerichtig an Denkweisen der Datenverarbeitung angelehnt.

Quelle:Dr.Ing Becker Einzelne Passagen wurden unter Nutzung von Wikipedia erarbeitet: -> http://de.wikipedia.org/wiki/Speicherprogrammierbare _Steuerung

Zukunft

in Zukunft wird es eine PLCnext Technologie geben. Auf Basis von offenen Steuerungsplattformen können Entwicklungszeiten reduziert und Produktionsprozesse in lürzerer Zeit angepasst werden.

Entwickler können beispielsweise parallel an einer Gesamtlösung arbeiten. Die Lösung ist dabei speziell auf das Kundenproblem zugeschnitten. Ähnlich wie Android bei dem Smartphone sehr viele Apps zur Verfügung gestellt werden können so kann es bei der PLCnext Technologie ahnlich viele Lösungen entwickelt werden.

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