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SPS

Allgemein

Grundsätzlich kann man in der Steuerungstechnik zwei Arten von Steuerungen unterscheiden.
Die erste Gruppe bilden fest verdrahtete Steuerungen. Hierbei handelt es sich um Steuerungen, die aus einer Reihe von Schützen, Relais, Zeitgliedern und anderen Komponenten bestehen, die miteinander fest verdrahtet sind. Diese Steuerungen bezeichnet man als verbindungsprogrammierte Steuerungen (VPS). Das "Programm" einer solchen Steuerung verbirgt sich in den Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten der Steuerung. Eine Änderung der Steuerung kann nur durch Umverdrahtung der bestehenden Verbindungen erreicht werden.
Die zweite Gruppe der Steuerungen bilden die Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS). Eine SPS ist ein Computer, der speziell für Steuerungsaufgaben konzipiert wurde. Damit verfügen diese Steuerungen über nahezu alle Vorteile, die mit Einsetzung eines Computers verbunden sind. Die Steuerlogik für die Steuerung wird mit Hilfe eines Softwareprogramms erstellt, in die SPS geladen und abgespeichert. Das Steuerprogramm kann beliebig oft geändert, erweitert oder optimiert werden.
Trotz einer überwältigenden Anzahl an Vorteilen konnte die SPS die alte Schützentechnik nicht vollständig verdrängen. Kleine Steuerungsaufgaben werden nach wie vor mit Schützen und Relais realisiert. In kleinen Rahmen sind diese Lösungen meist kostengünstiger.

Simatic S7 1500 (Fa. Siemens)

Aufbau

Eine SPS besteht in der Regel aus mehreren Komponenten, die mit einem Systembus miteinander verbunden sind. Die Aufgabe dieser Baugruppen ist die Kontaktaufnahme mit der Umwelt.
Die Eingangsbaugruppen verfügen über eine Anzahl an Eingängen, an die die gesamte Sensorik angeschlossen werden kann. Hierzu zählen Taster und Schalter, die vom Bediener betätigt werden, als auch diverse Endschalter, Fühler, Messgeräte, Initiatoren und sonstige Signalgeber. Auch analoge Signale können von einer SPS erfasst und verarbeitet werden.
Die Ausgangsbaugruppen haben zur Aufgabe zu bestimmten Zeitpunkten Schaltaufgaben auszuführen. Sie sind dafür zuständig Ventile, Motoren, Schütze, Leuchten, Stellglieder oder sonstige Geräte ein- bzw. auszuschalten. Welcher Ausgang zu welchem Zeitpunkt geschaltet wird, entscheidet das Steuerungsprogramm. Neben den digitalen Ausgangsbaugruppen stehen auch analoge Ausgangsgruppen zur Verfügung.
Das Herzstück einer SPS stellt die CPU dar. In der CPU (Central Processing Unit) wird das eigentliche SPS-Programm bearbeitet.
Darüber hinaus gibt es eine große Anzahl an Sonderbaugruppen.

S7-200 (Simatic Fa. Siemens)

Vorteile

- Kleinerer Platzbedarf, da alle Steuerungsschützen entfallen.
- Sehr hohe Flexibilität. Programmänderungen können schnell vorgenommen werden und erfordern meist keine Umverdrahtung.
- Seit die SPS analoge Signale verarbeiten kann, kann sie auch Regelungsaufgaben übernehmen.
- Die Möglichkeit die Abläufe zu visualisieren.
- Die Möglichkeit Fehlermeldungen zu programmieren. Dadurch ist eine schnellere Diagnose möglich.
- Bei großen Anlagen meist kostengünstiger.
- Bei identischen Steuerungen muss das Programm nur einmal erstellt werden.
- Ferndiagnose.
- Deutlich geringerer Verdrahtungsaufwand.
- Vernetzbar.
- Geringerer Stromverbrauch.

Nachteile

- Für die Programmierung ist zusätzlich meist kostenpflichtige Software notwendig.
- Qualifiziertes Personal notwendig.
- CPU-Ausfahl führt meist zu komplettem Produktionsstilstand.

S7-1200 (Simatic Siemens)

Geschichte

Die SPS ist Ende der 60er Jahre geboren worden. Bis dahin wurden praktisch alle Steuerungen, sowohl in der traditionellen Schütz- und Relaistechnik als auch in der Halbleitertechnologie als starre Logiknetzwerke (verbindungsprogrammierte Steuerungen) konstruiert. Die Initiative für eine neuere und flexiblere Steuerung, bei der der Ablaufalgorithmus nicht in "Verdrahtung", sondern im Speicher gespeichert würde, stammt aus der amerikanischen Autoindustrie. Die erste Erfindung in der Richtung präsentierte 1968 der amerikanische Maschinenbauingenieur Richard E. Morley. An der Weiterentwicklung der neuen Steuerung war auch Odo Josef Struger beteiligt. Beide Entwickler werden heute als die Väter der SPS bezeichnet. Ende 1973 gab es in der amerikanischen Metallverarbeitungsindustrie schätzungsweise mehr als 3.000 SPS-Steuerungen. In Deutschland wurden die ersten SPS Mitte der 1970er Jahre von den Firmen Klaschka und Pilz angeboten.

Siemens SCALANCE XB005 Industrial Ethernet Switch

S7-Programmierung TIA-Portal (Übersicht):