Eine speicherprogrammierbare Steuerung (englisch: programmable logic controller, PLC) ist ein Gerät, das zur Steuerung oder Regelung einer Maschine oder Anlage eingesetzt und auf digitaler Basis programmiert wird. Sie löst die „festverdrahtete“ verbindungsprogrammierte Steuerung in den meisten Bereichen ab.
SPS wurden zuerst in der Automobilindustrie entwickelt, um flexible, robuste und leicht programmierbare Steuerungen als Ersatz für verdrahtete Relais, Timer und Sequenzer zu bieten. Seitdem haben sie sich als zuverlässige und stabile Automatisierungssteuerungen etabliert. Kurz könnte man eine SPS so beschreiben: Eine SPS ist ein kleiner leistungsstarke Computer, der Eingänge ausließt, diese durch eine Logik (programm) führt und aufgrund der Eingänge und der Logik die Ausgänge schaltet bzw. regelt.
Wie funktioniert eine SPS?
SPS können als kleine Industrierechner mit modularen Komponenten zur Automatisierung von Steuerungs- und Regelungsprozessen beschrieben werden. SPS sind die Steuerungen fast aller modernen Industrieautomation. Eine API (Application Programming Interface) hat viele Komponenten, aber die meisten davon fallen in die folgenden drei Kategorien:
- Prozessor (CPU) mit Logik Programm
- Eingänge
- Ausgänge
Die CPU
Das Gehirn der gesamten SPS ist die CPU-Baugruppe. Dieses Modul befindet sich in der Regel im Steckplatz neben der Spannungsversorgung. Die Hersteller bieten verschiedene Typen von CPUs an, je nach der für das System erforderlichen Komplexität. Die CPU besteht aus einem Mikroprozessor, einem Speicherchip und anderen integrierten Schaltkreisen zur Steuerung der Logik, Überwachung und Kommunikation. Die CPU hat verschiedene Betriebsarten. Im Programmiermodus akzeptiert es die von einem PC heruntergeladene Logik. Die CPU wird dann in den Run-Modus versetzt, so dass sie das Programm abarbeiten und den Prozess ausführen kann.
Das E/A-System System einer SPS (E= Eingabe, A = Ausgabe)
Eingänge
Eingabegeräte können aus digitalen oder analogen Geräten bestehen. Ein digitaler Eingang verarbeitet diskrete Bauelemente, die zwei Zustände kennen EIN und AUS, wie z.B. Taster, Endschalter, Sensoren oder Wahlschalter. Ein analoger Eingang wandelt eine Spannung oder einen Strom in eine digital äquivalente Zahl um, die von der CPU verstanden werden kann. Beispiele für analoge Geräte sind Druckmessumformer, Durchflussmesser und Thermoelemente zur Temperaturmessung
Ausgänge
Ausgabegeräte können auch aus digitalen oder analogen Typen bestehen. Ein digitaler Ausgang schaltet entweder ein Gerät ein oder aus, wie z.B. Licht, LEDs, Kleinmotoren und Relais. Ein analoger Ausgang wandelt eine von der CPU gesendete digitale Zahl in die reale Spannung oder den realen Strom um. Typische Ausgangssignale können im Bereich von 0-10 VDC oder 4-20mA liegen und werden zur Ansteuerung von Massendurchflussreglern, Druckreglern und Positionssteuerungen verwendet.
Der SPS Zyklus
Es gibt 5 Hauptschritte in einem Scan-Zyklus, wobei je nach SPS Hersteller diese auch in einer anderen Reihenfolge ablaufen können.
- Eingänge einlesen
- Ausführen des Programms
- Bearbeitung von Kommunikationsanfragen
- Ausführen der CPU-Diagnose
- Ausgänge schreiben
