Grundlagen der SPS: Aufbau, Typen und Bussysteme

Was ist eine SPS?

Eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist eine elektronische Ausrüstung, die für die Verarbeitung analoger Größen sowie digitaler, numerischer und alphanumerischer Informationen geeignet ist. Sie wurde speziell für die Echtzeit-Überwachung von automatisierten industriellen Prozessen entworfen.

Externe Kreise werden von Sensoren gebildet, welche Informationen aus dem industriellen Prozess an den Automaten senden, sowie von Aktoren, die für die Ausführung der Programmbefehle verantwortlich sind.

Speicher und Speichertypen

Die Aufgabe des Speichers ist es, Programmanweisungen, Daten sowie interne Zustände und die Zustände der Ein- und Ausgänge (Input/Output) zu speichern. Der Speicher ist in Arbeitsbereichen organisiert.

Verschiedene Speichertypen

• RAM (Random Access Memory): Speicher, in den geschrieben und aus dem gelesen werden kann. Ohne Stromversorgung gehen die Informationen verloren (flüchtiger Speicher). Sollen die Informationen erhalten bleiben, muss eine Pufferbatterie verwendet werden.
• ROM (Read-Only Memory): Dies sind Speicher, die nur gelesen werden können; die Daten müssen daher zuvor aufgezeichnet werden.

Ein- und Ausgänge sowie Sensoren

• Digitale Eingänge: Diese ändern ihren Zustand basierend auf Spannungsänderungen nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip. Dies entspricht den maximalen oder minimalen Versorgungsspannungen.
• Analogeingänge: Diese erfassen Spannungs- oder Stromwerte, die Ereignisse auslösen, wenn sie die im Anwenderprogramm festgelegten Werte erreichen.
• Passive Sensoren: Diese verfügen über zwei unterschiedliche Zustände (aktiviert/nicht aktiviert); die Aktivierung erfolgt durch eine mechanische Einwirkung.
• Aktive Sensoren: Dies sind elektronische Geräte, die über eine Versorgungsspannung gespeist werden müssen, welche ihre Logik ändert.

Klassifikation der SPS-Bauformen

• Kompakt-SPS: Diese enthalten alle Elemente wie Ein-/Ausgänge, CPU und Stromversorgung in einem gemeinsamen Gehäuse.
• Semikompakte SPS: Hierbei befindet sich einer der Bestandteile außerhalb des Hauptgehäuses.
• Modulare SPS: Jedes der formgebenden Elemente befindet sich in einem separaten Gehäuse, das auf einem gemeinsamen Baugruppenträger (Rack) installiert ist.

Erweiterungspotenzial einer SPS

Wenn die Prozessautomatisierung an Komplexität gewinnt, steigt proportional dazu oft die Anzahl der benötigten analogen und digitalen Ein- und Ausgänge. Dies erfordert zusätzliche Module an der SPS oder eine höhere Leistungsfähigkeit. Die meisten Steuerungen ermöglichen die Anbindung von sogenannten Erweiterungsmodulen.

Bei kompakten und semikompakten Bauweisen ist diese Erweiterung stark begrenzt, während sie bei modularen Systemen erheblich gesteigert werden kann.

Industrielle Bus-Systeme

Ein Bus ist ein Verbindungssystem, das es mehreren Geräten ermöglicht, über eine geringe Anzahl von Leitungen miteinander zu kommunizieren.

Unter den in der Industrie verwendeten Bus-Systemen zeichnen sich zwei durch ihre breite Anwendung aus: der Profibus und der AS-i-Bus.

Der Profibus-Standard

Der Profibus ist ein universelles Hochleistungsnetzwerk, das für die industrielle Automatisierung entwickelt wurde. Er ermöglicht die herstellerunabhängige Kommunikation zwischen elektronischen Geräten.