Was ist eine SPS?

Im Zuge der kontinuierlichen Innovationen in der industriellen Automatisierungstechnik hat sich die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) als unverzichtbarer technologischer Eckpfeiler der modernen Fertigung etabliert. Als Kerntechnologie für die Modernisierung der industriellen Automatisierung ermöglicht die SPS dank ihrer leistungsstarken Logikverarbeitung und Echtzeitfähigkeit die präzise Ausführung komplexer Steuerungsaufgaben und verbessert so die Effizienz und Stabilität des Produktionsprozesses signifikant.

Definition einer SPS

Die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein flexibles und weit verbreitetes Gerät in der Automatisierungsindustrie. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Sensoren und Aktoren über Ein-/Ausgabemodule zu verbinden, Daten in Echtzeit zu erfassen und vordefinierte Programmanweisungen auszuführen, um die Überwachung und Steuerung elektrischer und elektronischer Geräte zu realisieren.

Hauptkomponenten einer SPS

SPSen weisen unterschiedliche Bauformen auf, ihre Grundstruktur ist jedoch im Wesentlichen gleich. Sie alle basieren auf einer CPU als Kernstück und umfassen Stromversorgung, Kommunikationsschnittstelle, E/A-Modul und HMI-Komponente.

CPU

Die CPU ist das Rechen- und Kontrollzentrum der SPS. Die Zentraleinheit (CPU) besteht aus Steuerungen, Bedienelementen und Registern. Diese Funktionseinheiten sind mittels präziser Chip-Gehäusetechnologie in einem einzigen Modul integriert. Zusammen mit Speichereinheiten sowie Ein- und Ausgabeschnittstellen ermöglicht sie eine schnelle Vernetzung, umfassende Informationsverarbeitung und Implementierung. Nur unter der einheitlichen Steuerung und Koordination der CPU kann die SPS ihre Aufgaben erfüllen und die verschiedenen Geräte in der Industrieanlage steuern.

Stromversorgung 

Ein Netzteil ohne SPS ist wie ein Auto ohne Benzin. Das Netzteil wandelt Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um. Es liefert die für das gesamte SPS-System benötigte stabile Leistung und gewährleistet dessen einwandfreien Betrieb.

Eingabe-/Ausgabemodule (E/A-Module)

Die SPS trifft logische Entscheidungen, indem sie Daten von Eingabegeräten empfängt. Das E/A-Modul wandelt die Eingabedaten in für die CPU verständliche Zahlen um. Die verarbeiteten Daten werden anschließend von den E/A-Modulen weiterverarbeitet und an die Ausgabegeräte gesendet.

Mit unseren DECOWELL E/A-Modulen können SPSen kombiniert werden, und für spezielle staubige und feuchte Umgebungen kann Ihnen unsere SD-Serie (mit IP67-Schutzart) bei der Lösung von Problemen in Industrieanlagen helfen.

Kommunikation

Die Kommunikationsschnittstelle der SPS ist der Schlüssel zu ihrer Interaktion mit externen Geräten, Netzwerken und übergeordneten Systemen und beeinflusst somit direkt die Effizienz des Datenaustauschs, die Systemkompatibilität und die Skalierbarkeit. In der industriellen Automatisierung eignen sich unterschiedliche Kommunikationsschnittstellen für verschiedene Anwendungsfälle zur Datenübertragung, Fernsteuerung und Geräteintegration. Im Folgenden werden gängige SPS-Kommunikationsmethoden und ihre Eigenschaften beschrieben:

HMI

HMI ermöglicht die direkte Interaktion zwischen Bedienern und Anlagen. In industriellen Automatisierungsprozessen können Bediener HMIs zur Datenvisualisierung für die Datenüberwachung, Parametereinstellung, Alarmverwaltung und Betriebssteuerung nutzen.

Wie funktioniert eine SPS?

Eingang

Für die Statuserkennung der Eingabegeräte einer SPS werden zwei Arten von Dateneingaben verwendet: diskrete und analoge Eingänge. Diskrete Eingangsdaten kennen nur zwei Zustände, während analoge Eingänge einen Bereich von Signalwerten größer als 1 oder 0 aufweisen und eine Reihe kontinuierlicher Signalwerte liefern.

Logische Programmierung

Bei der Programmierung der CPU einer SPS verwenden Ingenieure Programmierwerkzeuge wie Kontaktpläne und strukturierte Texte, um Eingangsbedingungen und Ausgänge festzulegen. Die CPU liest den Echtzeitstatus der Eingabegeräte, um die Bedingungsvariablen zu erkennen. Anschließend trifft sie Entscheidungen und führt Operationen basierend auf den voreingestellten Programmierbedingungen aus. Während dieses Prozesses führt die SPS automatisch interne Sicherheitsprüfungen durch, um sicherzustellen, dass alle Befehle innerhalb sicherer Grenzen liegen.

Ausgabe

Basierend auf den Eingangssignalen und der Logikausführung ordnet die SPS den einzelnen Ausgabegeräten die entsprechenden Signale zu. Um die Funktionsweise der gesamten SPS zu verdeutlichen, betrachten wir ein einfaches Beispiel: In der Lebensmittelindustrie werden beispielsweise Getränke mit unterschiedlichen Geschmacksrichtungen hergestellt. Farbsensoren erkennen die verschiedenen Flaschenfarben und ermöglichen es den Ingenieuren, die Betriebsparameter der Produktionsanlage durch die Implementierung der Logik anzupassen. So lassen sich die zuzugebende Zutatenmenge, die Mischzeit und weitere Parameter automatisch regulieren. Dies ermöglicht einen schnellen Produktwechsel und steigert die Flexibilität und Effizienz der Produktion. Die I/O-Module der EX-Serie von DECOWELL haben strenge EMV- sowie Hoch- und Tieftemperaturtests bestanden und sind daher stabil und zuverlässig – ideal für die oben genannten Anwendungsfälle.

Wie wird eine SPS programmiert?

IEC 61131-3: Standardisierung der industriellen Steuerungsprogrammierung

IEC 61131-3 ist ein von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) entwickelter Standard für Programmiersysteme für SPS, DCS, IPC, CNC und SCADA. IEC 61131-3 ist für Elektrotechniker leicht verständlich, da die Kontaktplanlogik (LD) die Leiterstruktur der elektrischen Schaltpläne direkt widerspiegelt, welche den Schaltsymbolen sehr ähnlich ist.

SPS-Programmiermethoden

Nach der Erstellung in der entsprechenden Software wird das SPS-Programm über die Kommunikationsschnittstelle an die Steuerung übertragen. Zu den Programmiermethoden gehören die Softwareprogrammierung, bei der der Code über eine Computersoftware bearbeitet und übertragen wird, und die manuelle Programmierung, die auf der Eingabe von Befehlen über ein mobiles Gerät basiert. Moderne SPSen unterstützen zunehmend höhere Programmiersprachen wie C und Python, um die Flexibilität und Skalierbarkeit komplexer Anwendungen zu erhöhen.

Welche verschiedenen Arten von SPSen gibt es?

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, SPSen zu kategorisieren, aber im Grunde lassen sie sich in zwei Typen unterteilen: kompakte und modulare.

• CompactSPS: Alle Komponenten sind in einem Gerät integriert. Ideal für kleine Anwendungen mit begrenztem Platzangebot und einfachen Prozesssteuerungsanforderungen.
• Modulare SPS: Modulare SPS lassen sich durch Hinzufügen von E/A-Modulen individuell anpassen und sind einfacher zu warten. Erweiterbar. Geeignet für große industrielle Systeme.

SPS in der Automatisierung

Aufgrund ihrer Flexibilität und Programmierbarkeit findet die SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) in verschiedensten Branchen breite Anwendung. Sie wird im In- und Ausland in Werkzeugmaschinen, der Petrochemie, der Energiewirtschaft, dem Maschinenbau, der Automobilindustrie, dem Transportwesen, der Gebäudeautomation und weiteren Branchen eingesetzt. Nach Anwendungsgebieten lassen sie sich in folgende Kategorien einteilen:

Herstellung

• AutomobilproduktionslinieDie SPS kann den Roboterarm steuern, um das Schweißen, Lackieren und andere Arbeitsschritte durchzuführen und so direkt die Produktqualität und Produktionseffizienz zu gewährleisten.
• ElektronikfertigungDie SPS spielt eine unersetzliche Rolle im Produktionsprozess von SMT, Verpackung usw., um die hohe Qualität der elektronischen Produkte sicherzustellen.
• BearbeitungDie SPS wird direkt in CNC-Werkzeugmaschinen, Stanzanlagen usw. eingesetzt, um den Bearbeitungsprozess zu optimieren.

LLogistikbranche

• Automobilproduktionslinie: Ein mit einer SPS synchronisierter Schweißroboterarm, ein Sprühroboter und eine Montagelinie gewährleisten, dass die Festigkeit der Schweißverbindungen und die Dicke der Lackschicht den Normen exakt entsprechen. Schweißstrom und Klebedruck werden in Echtzeit überwacht, um manuelle Bedienungsfehler zu vermeiden.
• ElektronikfertigungDynamische Anpassung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Reinraum, Schutz vor statischer Elektrizität und anderen SPS-Steuerungen, um die Chip-Ausbeute zu gewährleisten.
• Mechanische Bearbeitung: Synchronisierte Steuerung der Spindeldrehzahl und der Werkzeugbahn einer CNC-Werkzeugmaschine zur Erzielung komplexer Oberflächenbearbeitungen.
• Mechanische Fertigung: Punktschweißmaschinen In Kombination mit SPSen lassen sie sich problemlos in Roboter- und Automatisierungssysteme integrieren und ermöglichen so eine präzise Steuerung der Schweißpositionen und -daten.

Grüne Energie

• Windenergieerzeugung: Überwachung des Blattwinkels, der Stromerzeugung usw., um Fernsteuerung und Wartung zu ermöglichen.
• TrinkwasserproduktionSPS-Steuerungen spielen eine zentrale und unersetzliche Rolle bei der missionskritischen Aufgabe, eine kontinuierliche Ausgabe von standardisiertem, qualitativ hochwertigem Wasser zu gewährleisten, indem sie Pumpen, Ventile und Sensoren präzise steuern, um den effizienten und stabilen Betrieb des gesamten Wasserversorgungssystems sicherzustellen.
• Wasseraufbereitung: Von der sorgfältigen Kontrolle der Ausfällung über die präzise Durchführung der Filtrationsstufe bis hin zur strikten Standardisierung des Desinfektionsprozesses übernimmt die SPS die wichtige Rolle der zentralen Steuerung an jedem Schlüsselpunkt der Abwasserbehandlung.

Lebensmittel & Pharmazeutika

• LebensmittelverarbeitungDie SPS steuert die Backleistung, die Verarbeitungszeit und andere Prozesse, um die Konsistenz und Stabilität der Lebensmittelqualität zu gewährleisten.
• Automatische Verpackung: SPS-gesteuerte automatische Verpackungsanlagen verbessern die Effizienz der gesamten Produktionslinie vom Versiegeln bis zum Verpacken.
• Pharmazeutische ProduktionPLC führt strenge Betriebskontrollen durch, um das Verhältnis der Wirkstoffe und die Sauberkeit der Produktionsumgebung zu überwachen und so sicherzustellen, dass der pharmazeutische Prozess den Produktionsstandards entspricht und die Qualität und Sicherheit der Arzneimittel gewährleistet ist.

IInfrastruktur

• AufzugssteuerungDie SPS steuert die Betriebslogik von Industrieaufzügen, um die Sicherheit zu verbessern.
• SchienenverkehrAuf Grundlage des Fahrgastaufkommens und anderer Faktoren erstellt PLC einen angemessenen Fahrplan, wodurch die Gesamteffizienz des Schienenverkehrs verbessert wird.
• Intelligentes GebäudesystemDie SPS steuert die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HLK) sowie die Beleuchtungssysteme in Kombination mit den natürlichen Lichtverhältnissen und den Nutzungsanforderungen der verschiedenen Bereiche. Dadurch wird der Energieverbrauch effektiv reduziert und das Ziel von umweltfreundlichen und energiesparenden Gebäuden unterstützt.

Vorteile der Verwendung von SPS

• SPS-Systeme sind aufgrund der geringen Anzahl an Bauteilen einfach zu bauen und zu installieren, leicht zu warten, ihre Funktionen lassen sich durch Programmänderungen leicht anpassen und sie sind ohne komplizierte Verdrahtung einfach zu bedienen.
• Die Programmierung der SPS ist sehr intuitiv. Im Vergleich zu anderen industriellen Steuerungssystemen ist ihre Programmiersprache leicht zu erlernen. Für kleine und mittlere Unternehmen ist die SPS die optimale Wahl.
• SPSen sind vielseitig. Sie eignen sich für die meisten industriellen Anwendungsbereiche und Automatisierungssysteme.
• SPSen sind äußerst zuverlässig und funktional. Einige SPSen weisen eine mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen von bis zu 300.000 Stunden auf. Die SPSen von DECOWELL verfügen über leistungsstarke Bewegungssteuerungsfunktionen mit bis zu 32-achsigen EtherCAT-Busmotoren, 2-Wege-Impulsmotorsteuerung und EtherCAT-basierten Bewegungssteuerungsbibliotheken, einschließlich Punktsteuerung, elektronischem Getriebe, elektronischer Nockensteuerung, interpolierenden Bewegungen und vielem mehr.
• PLC bietet umfassende Unterstützung, hohe Anwendbarkeit und hat eine Reihe von großen, mittleren und kleinen Produkten hervorgebracht, die für industrielle Steuerungen unterschiedlicher Größenordnungen eingesetzt werden können, um die jeweils passende Lösung zu finden.

Was beim Kauf einer SPS zu beachten ist

Vor der Auswahl einer SPS sollte das Systemprogramm festgelegt werden. Dabei sind verteilte Systeme, Remote-I/O, Netzwerkkommunikation usw. zu berücksichtigen. Folgende Aspekte sind bei der SPS-Auswahl zu beachten:

1.Bestimmung des SPS-HerstellersDie Bestätigung durch SPS-Hersteller erfordert die Berücksichtigung verschiedener Faktoren. Dabei gilt es herauszufinden, wie die Produktionsanforderungen erfüllt, die Konsistenz der unterstützenden Produkte sichergestellt und der technische Service optimiert werden kann. DECOWELL ist ein Automatisierungsunternehmen aus Nanjing, China. Die AX-3000-8400X SPS ist Ihre Wahl.

2. Eingangs- und Ausgangspunktschätzung (I/0)Die Anzahl der Ein-/Ausgangspunkte ist ein grundlegender Parameter für die Auswahl einer SPS. Sie sollten die Gesamtzahl der für die Steuerung benötigten Ein-/Ausgangspunkte berechnen und diese dann auswählen.
3. Schätzung der SpeicherkapazitätDie Speicherkapazität bezeichnet die Kapazität des in der SPS-Hardware integrierten Speichers, der zur Speicherung von Anwenderprogrammen (Logikanweisungen, Funktionsbausteinen) und Betriebsdaten (wie Variablenwerten und Verlauf) dient. Ihre Größe beeinflusst direkt die Komplexität des Anwenderprogramms und die Anzahl der verarbeitbaren Datenpunkte und ist daher ein wichtiges Auswahlkriterium.
4. Auswahl der Kommunikationsfunktion: je nach den Erfordernissen der tatsächlichen Netzwerkstruktur, wie z. B. Feldbus, Ethernet, zur Auswahl.
5. ModellauswahlJe nach Einsatzumgebung kann die oben genannte Vergleichsmöglichkeit zwischen festen und modularen SPSen genutzt werden.
6. E/A-ModuleDigitale Module, analoge Module, Temperaturmodule, Funktionsmodule, Hilfsmodule usw. Wählen Sie die passenden Module entsprechend Ihrem Bedarf. Die I/O-Module der EX- und RB-Serien von DECOWELL bieten eine große Vielfalt und decken die Anforderungen vieler Anwendungen ab.

Wartung der SPS

SPS-Steuerungen sind in der industriellen Automatisierung weit verbreitet, werden aber oft hinsichtlich Wartung und Instandhaltung vernachlässigt. Ein Mangel daran kann zum Stillstand der gesamten Produktionslinie führen. Daher ist eine regelmäßige Wartung von SPS-Steuerungen unerlässlich, um die effektive Sicherheit der industriellen Automatisierung zu gewährleisten.

1. Richten Sie Wartungsprotokolle ein und testen Sie die Geräte regelmäßig.
2. Legen Sie Vorschriften für die regelmäßige Reinigung fest und reinigen Sie regelmäßig.
3. Bereiten Sie sich auf Wartungsarbeiten und Wartungsprotokolle vor.
4. Bitte bestätigen Sie die Reihenfolge und Methode der Demontage und Montage der Geräte.
5. Erstellen Sie detaillierte Spezifikationen für den Wartungsprozess, die den Wartungsprozess, die Arbeitsschritte usw. umfassen, und legen Sie die entsprechenden technischen Anforderungen fest, wie z. B. Genauigkeitsstandards für die Wartung, Spezifikationen für den Teileaustausch usw.

Häufig gestellte Fragen

1. Wie verbessert eine SPS die Produktionseffizienz?
   SPS-Systeme reduzieren Produktionsfehler und Zykluszeiten durch die Echtzeitüberwachung des Produktionsstatus. Dies steigert die Produktivität und senkt die Betriebskosten.

2. Ist die SPS mit bestehenden Automatisierungsanlagen kompatibel?
   Die SPS verfügt über ausgezeichnete Kommunikationsfähigkeit und unterstützt viele gängige industrielle Kommunikationsprotokolle wie PROFINET, Modbus, EtherCAT usw. Sie lässt sich nahtlos mit SCADA-Systemen, HMI, DCS und anderen Systemen verbinden.

4. Ist die SPS-Programmierung komplex?
   Die SPS-Programmierung ist relativ einfach; die meisten verwenden Kontaktplanlogik, ähnlich wie bei Schaltplänen, und Elektrotechniker können schnell damit beginnen und gut arbeiten.
5. Wie funktioniert SPS im Kontext von Industrie 4.0?
   Die SPS verfügt über leistungsstarke Dateninteraktionsfunktionen, die die Datenübertragung über einen Webbrowser, die Verbindung zu einer Datenbank über SQL und sogar die Anbindung an Cloud-Daten über das MQTT-Protokoll ermöglichen.