Speicherprogrammierbare Steuerung

Eine Speicherprogrammierbare Steuerung wird kurz als SPS bezeichnet.

Definition einer SPS nach [DIN EN 61131-1]

"Ein digital arbeitendes elektronisches System für den Einsatz in industrieller Umgebung mit einem programmierbaren Speicher zur internen Speicherung der Anwender orientierten Steuerungsanweisungen zur Implementierung spezifischer Funktionen wie z.B. Verknüpfungssteuerung, Ablaufsteuerung, Zeit-, Zählfunktion und aritmetische Funktionen, um durch digitale oder analoge Eingangs- und Ausgangssignale verschiedene Arten von Maschinen oder Prozessen zu steuern. Die speicherprogrammierbare Steuerung und die zugehörige Peripherie (das SPS-System) sind so konzipiert, dass sie sich leicht in ein industrielles Steuerungssystem integrieren und in allen ihren beabsichtigten Funktionen einfach einsetzen lassen." [DIN EN 61131-1]

Aufteilung in Bausteine

Zur Automatisierung verfahrenstechnischer Prozesse werden häufig umfangreiche Anwenderprogramme benötigt. Deshalb werden Anwenderprogramme strukturiert programmiert, d.h. in einzelne, in sich geschlossene Programmabschnitte aufgeteilt. Diese Programmabschnitte entsprechen den einzelnen Teilfunktionen des Prozesses und werden als Baustein eines Programmes bezeichnet. [1]

Organisationsbaustein

Organisationsbausteine (OB) regeln den Programmablauf. OBs sind, abhängig vom auslösenden Ereignis, in Klassen eingeteilt (z.B. zeitgesteuert, alarmgesteuert), die verschiedene Prioritäten aufweisen. Je nach Priorität können sie sich gegenseitig unterbrechen.Beim Start eines OB wird eine detaillierte Startinformation über das auslösende Ereignis mitgeliefert. Diese Information kann im Anwenderprogramm ausgewertet werden [1].

Funktionsbaustein

Funktionsbausteine (FB) enthalten das eigentliche Anwenderprogramm.Funktionsbausteine können bei jedem Aufruf (der so genannten Instanz) mi tunterschiedlichen Daten versorgt werden. Diese Daten sowie interne Variable(z.B. für Zwischenwerte) und Ergebnisse werden im zugeordneten Instanz-Datenbaustein hinterlegt und vom System automatisch verwaltet [1].

Datenbaustein

Datenbausteine (DB) sind Datenbereiche zur Speicherung von Anwenderdaten. Zusätzlich zu den Daten, die jeweils einem Funktionsbaustein zugeordnet sind(Instanz-Daten), können globale Daten definiert und von beliebigen Bausteinen genutzt werden (z.B. für Rezepturen). Den Komponenten eines Datenbausteines kann ein elementarer oder strukturierter Datentyp zugewiesen werden.Elementare Datentypen sind z.B. BOOL, REAL oder INTEGER. Strukturierte Datentypen (Felder und Strukturen) setzen sich aus elementaren Datentypen zusammen (z.B. ein Rezept). Die Daten eines Datenbausteins können symbolisch adressiert werden. Dies erleichtert die Programmierung und die Lesbarkeit des Programms [1].

SPS- Programmiersprachen

Als gängigste Programmiersprachen können die folgenden drei Arten beschrieben werden:

•Anweisungsliste (AWL)

•Kontaktplan (KOP)

•Funktionsplan (FUP)

Anweisungsliste (AWL)

AWL ist an Assemblerprogrammiersprachen angelehnt; logische Verknüpfungen sind durch mnemotechnische Abkürzungen realisierbar. Im Gegensatz zur „klassischen“ Programmiersprache ist hier allerdings die Reihenfolge der Befehle von eklatanter Bedeutung,da nach jeder Zeile das VKE-Bit (Verknüpfungsergebnis) zur Auswertung der nächsten herangezogen wird. Diese Eigenart macht zum Teil „Umwege“ nötig, wenn komplexere Verknüpfungen mit verschalteten UND/ODER umgesetzt werden sollen [2].

Kontaktplan (KOP)

Kontaktplan ist an Stromlaufplan angelehnt und erleichtert den Umstieg von Relais-Schaltungen zur SPS. Die senkrechten Linien links und rechts kann man als die Pole eines Stromkreises interpretieren. Eingänge werden als Relaiskontakte (Taster)dargestellt, ein Schließer erfüllt hierbei die logische Funktion UND,ein Öffner UND NICHT. Logisches ODER lässt sich durch parallele Strompfade modellieren. Der zu schaltende Ausgang wird als Relaisspule dargestellt, analog z.B. zu einer Glühlampe [2].

Funktionsplan (FUP)

Der Funktionsplan ist eine grafische Darstellung der Verknüpfung und stellt – zumindest für relativ simple logische Funktionen – eine recht intuitive Programmiervariante dar. Die elementaren Verknüpfungen sind jeweils durch ein spezielles Symbol dargestellt, Verbindungen zwischen ihnen werden einfach als Linien gezogen[2].

Programmverarbeitung einer SPS

Die SPS bearbeitet das Programm zyklisch. Am Anfang eines Zyklus steht das Einlesen der Signalzustände und am Ende das Ausgeben der Stellwerte, unabhängig davon, ob sie sich verändert haben oder nicht [2].

Die Zeitdauer vom Beginn des Einlesens der Eingänge bis zum Abschluss des Schreibvorgangs der Ausgänge wird Zykluszeitgenannt. Die Dauer eines Zyklus ist nicht konstant, sondern hängt von der Anzahl abgearbeiteter Befehle sowie der Art und Anzahl der Ein- und Ausgänge ab [2].

Wünscht der Anwender, dass sein Programm auf Signale des Prozesses reagiert, die innerhalb des Bearbeitungszeitraums stattfinden, so kann er Interruptsignale festlegen, die den Bearbeitungszyklus unterbrechen [2].

Hersteller von SPS-Systemen

Die gängigsten SPS-Systeme in der Industrie stammen vom den Unternehmen:

•Siemens (Bspl. SIMATIC S7, mehr dazu unterer Link ...)

•Mitsubishi (Bspl. FX Serie)

•Beckhoff

Literaturverzeichnis

[1] https://eb.automation.siemens.com/mall/de/oeii/Catalog/Products/5000154#Übersicht, abgerufen am 23.01.2014

[2] http://www.ipp.tu-clausthal.de/fileadmin/Projekte/Adiro/Texte/SPS-Einfuehrungsskript.pdf, abgerufen am 22.01.2014

Autor: Stefan Schweins