Was ist ein PLC-System?

Einfach ausgedrückt ist ein SPS-System (speicherprogrammierbare Steuerung) ein robuster Industriecomputer. Er wurde zunächst für die Automobilindustrie entwickelt, um komplexe, fest verdrahtete Relaislogiksysteme durch eine flexiblere und zuverlässigere elektronische Lösung zu ersetzen. Das erste SPS-System hieß Modicon 084 und wurde 1968 bei Bedford Associates von Dick Morley erfunden. [1]

Heutzutage variieren die SPS-Systeme in Größe und Kapazität, um den unterschiedlichen industriellen Anforderungen gerecht zu werden, von kleinen Anwendungen bis hin zu Großbetrieben.

Der Hauptzweck eines SPS-Systems besteht in der Automatisierung und Steuerung von Fertigungsprozessen wie Fließbändern, Transportbändern, Robotern und so weiter. [2]

Weitere Hauptzwecke sind der Empfang von Eingangssignalen von Sensoren und anderen Geräten, die Verarbeitung der Informationen und die Ausführung spezifischer Befehle zur Steuerung der Ausgabegeräte. Folglich können SPS verschiedene Aufgaben wie die Regelung von Temperatur, Druck, Durchfluss und Bewegung in Fertigungs- und Verarbeitungsanlagen effektiv bewältigen. Darüber hinaus können SPS logische Operationen, Zeitsteuerungsfunktionen, Datenmanipulation und die Kommunikation mit anderen Steuerungssystemen durchführen.

Ein weiterer wichtiger Zweck einer SPS ist die Flexibilität bei der Programmierung und Neuprogrammierung der Steuerlogik, um den sich ändernden Anforderungen der Produktionsumgebung gerecht zu werden. Diese Anpassungsfähigkeit ermöglicht es der Industrie, ihre Steuerungssysteme einfach zu modifizieren und zu aktualisieren, ohne dass umfangreiche Neuverdrahtungen oder Hardwareänderungen erforderlich sind.

SPS-Systeme werden in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt. Am häufigsten werden SPS in Fertigungs- und Verarbeitungsanlagen eingesetzt. Auch in der Automobilindustrie werden SPS häufig eingesetzt, um die Montage von Fahrzeugen zu steuern.

Weitere Einsatzgebiete sind unter anderem:

• Lebensmittel- und Getränkeindustrie - Steuerung der Produktion und Verpackung von Waren
• Pharmazeutische Industrie - Steuerung der Produktion von Arzneimitteln und Gewährleistung der Einhaltung strenger gesetzlicher Normen
• Transportwesen - Steuerung von Verkehrsampeln, Eisenbahnsignalanlagen und fahrerlosen Transportsystemen (FTS) in der Logistik und im Lagergeschäft
• Öl und Gas - Überwachung und Steuerung von Bohrvorgängen, Raffinerieprozessen und Pipelinetransporten
• Versorgung & Energie - Überwachung und Steuerung von Stromverteilungs-, Wasseraufbereitungs- und HVAC-Systemen

Ein typisches SPS-System besteht aus Eingabegeräten wie Sensoren und Schaltern, Ausgabegeräten wie Motoren und Ventilen, einer Zentraleinheit (CPU), einer Speichereinheit, einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, einem Programmiergerät und E/A-Modulen (Ein- und Ausgabe). [3]

Die Grundfunktion einer SPS besteht darin, den Status von Eingabegeräten zu überwachen und den Status von Ausgabegeräten auf der Grundlage einer vorprogrammierten Reihe von Anweisungen zu steuern. Wenn eine SPS eingeschaltet wird, beginnt sie, ihre Eingänge abzufragen und die in ihrem Speicher programmierte Logik auszuführen. Diese Logik wird in der Regel mit Hilfe der Kontaktplanlogik erstellt, einer grafischen Programmiersprache, die Schaltungen und Relaislogik auf eine für Techniker und Ingenieure leicht verständliche Weise darstellt. Die SPS überwacht kontinuierlich den Zustand ihrer Eingangsgeräte und aktualisiert ihren internen Speicher, um den aktuellen Status dieser Geräte wiederzugeben. Anhand dieser Informationen führt sie dann die entsprechenden Steuerfunktionen aus, z. B. das Einschalten eines Motors, das Öffnen eines Ventils oder das Aktivieren eines Alarms.

SPS können auch komplexere Aufgaben übernehmen, z. B. die Datenprotokollierung, die Kommunikation mit anderen Geräten und die Implementierung von Sicherheitsverriegelungen zum Schutz von Personal und Ausrüstung.

PLCs werden oft als PC missverstanden. Obwohl sowohl SPS als auch PC (Personal Computer) als Computergeräte eingestuft werden, gibt es einige Unterschiede.

Erstens arbeiten sie auf unterschiedliche Weise. Auf SPSen läuft in der Regel ein Echtzeitbetriebssystem (RTOS), das für die deterministische Steuerung physikalischer Prozesse optimiert ist. Das bedeutet, dass eine SPS Anweisungen mit präzisem Timing ausführen kann, wodurch sichergestellt wird, dass die angeschlossenen Geräte synchron arbeiten und auf Eingaben in konsistenter und zuverlässiger Weise reagieren. Auf einem PC hingegen läuft in der Regel ein Allzweck-Betriebssystem wie Microsoft Windows, macOS oder Android, das nicht für die Echtzeitsteuerung ausgelegt ist und bei der Ausführung von Aufgaben zu Verzögerungen führen kann.

Der zweite wesentliche Unterschied sind die Hardwarekomponenten und die Anschlussmöglichkeiten. SPS sind mit speziellen Eingangs-/Ausgangsmodulen ausgestattet, über die sie direkt mit Sensoren, Aktoren, Motoren und anderen industriellen Geräten verbunden werden können. Außerdem verfügen sie über integrierte Kommunikationsanschlüsse für die Verbindung mit Feldgeräten und übergeordneten Steuerungssystemen. Im Gegensatz dazu sind PCs auf externe Peripheriegeräte wie USB-Schnittstellen und Netzwerkadapter angewiesen, um eine Verbindung zu externen Geräten herzustellen. Außerdem verfügen SPS häufig über redundante Stromversorgungen und Unterstützung für im laufenden Betrieb austauschbare Module, um einen kontinuierlichen Betrieb in kritischen Anwendungen zu gewährleisten.

PLCs bieten zahlreiche Vorteile, darunter:

• Flexibilität - SPS-Systeme sind äußerst flexibel und können leicht für verschiedene Prozesse oder Vorgänge umprogrammiert werden
• Zuverlässigkeit - SPS sind für ihre hohe Zuverlässigkeit und ihr robustes Design bekannt und können rauen Industrieumgebungen einschließlich extremer Temperaturen standhalten [4]
• Kosteneffektiv - SPS-Systeme können dazu beitragen, die Gesamtkosten zu senken, indem sie Ausfallzeiten minimieren, die betriebliche Effizienz erhöhen und im Vergleich zu herkömmlichen relaisgesteuerten Systemen weniger Wartung erfordern
• Einfache Fehlerbehebung - SPS-Systeme liefern detaillierte Fehlermeldungen und Diagnosen, wodurch es einfacher wird, Probleme im System zu erkennen und zu beheben.
• Fernüberwachung und -steuerung - SPS-Systeme ermöglichen die Fernüberwachung und -steuerung von Prozessen, wodurch Anpassungen und Fehlerbehebungen in Echtzeit möglich sind, ohne dass Personal vor Ort benötigt wird
• Sicherheit - SPS-Systeme können so programmiert werden, dass sie Sicherheitsfunktionen wie Notabschaltungen oder Alarmsysteme enthalten, um die Sicherheit am Arbeitsplatz zu erhöhen und Unfälle zu vermeiden

1. Wikipedia. (2024.). Speicherprogrammierbare Steuerung. Abgerufen am 29. Juli 2024, von: https://en.wikipedia.org/wiki/Programmable_logic_controller
2. PLC-Tabelle. (n.d.). Siemens PLC. Abgerufen am 29. Juli 2024, von: https://www.plctable.com/siemens-plc/
3. OMRON. (n.d). Speicherprogrammierbare Steuerungen (PLC). Abgerufen am 29. Juli 2024, von: https://industrial.omron.co.uk/en/products/programmable-logic-controllers
4. TechTarget (2024.) Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Abgerufen am 29. Juli 2024, von: https://www.techtarget.com/whatis/definition/programmed-logic-controller-PLC