2004, Thomas Barmetler Automatisierungstechnik Aufbau und Arbeitsweise einer SPS. EASY von Glöckner Möller LOGO! von Siemens Pharao von Theben

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1 Aufbau einer SPS Beispiele Kleinsteuergeräte EASY von Glöckner Möller LOGO! von Siemens Pharao von Theben Haus-Installationsbereich (z. B. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) S5 bzw. S7 von Siemens Steuerungen im industriellen/gewerblichen Umfeld (z. B. Einsatzgebiete Maschinen und Apparatebau (z. B. Programmierung Kenngrößen Versorgungsspannung abhängig von Netzteil Eingänge abhängig von Ausgänge abhängig von Funktionsumfang Logische Grundfunktionen (AND, OR, NOT,...) Evtl. Analogsignal- Verarbeitung (Komparator, Schwellwertschalter) Einige Sonderfunktionen (Ansprech-/Rückfallverzögerung, Zähler, Stromstoßrelais, Taktgeber,...) Praktisch alle Arten von logischen Verknüpfungen Diverse Speicherbausteine Vielzahl vordefinierter Zeitund Sonderfunktionen Spezialfunktionen können programmiert werden 1

2 Der Einfachheit halber sollen auch Kleinsteuergeräte im folgenden mit der Bezeichnung SPS eingeschlossen werden. Der Aufbau einer Steuerung/Regelung mit einer SPS folgt stets dem EVA-Prinzip (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe). Bauteile, die Eingangssignale liefern werden stets als Sensoren bezeichnet, während Stellglieder, welche das Ausgangssignal des SPS- Moduls in eine Aktion umsetzten Aktoren genannt werden. Beispiele für Sensoren: Beispiele für Aktoren: Die eigentliche SPS wird häufig auch als Automatisierungssystem bezeichnet. Dazu zählen dann: 2

3 Arbeitsweise einer SPS Egal ob das Programm einer SPS mit Hilfe der auf dem Gerät vorhandenen Tasten und dem zugehörigen Display, oder mit einem externen Programmiergerät eingegeben wurde, letztendlich stehen die Anweisungen zur Verarbeitung der Eingangssignale stets als einzelne, nacheinander abzuarbeitende Befehle im Speicher der SPS. Arbeitsweise: 1. Nach dem ersten Neustart werden alle Ausgänge, Zeitglieder, Zähler und Merker auf Null gesetzt. 2. Nun werden die aktuellen Signalzustände an den Eingänge eingelesen und als Prozessabbild der Eingänge in einem besonderen Speicher abgelegt. 3. Das Steuerprogramm wird nun Anweisung für Anweisung abgearbeitet. Dabei greift die SPS jedoch nicht mehr auf die Eingänge selbst, sondern nur noch auf das PAE zu. Soll im Laufe des Programms ein Ausgang verändert werden, so erfolgt dies zunächst in einem besonderen Speicherbereich, dem Prozessabbild der Ausgänge (PAA). 4. Erst nach der letzten Anweisung werden die Zustände aus dem PAA an die eigentlichen Ausgänge weiter gegeben. 5. Nun wiederholt sich der Vorgang ab Punkt 2. Es werden erneut die Eingänge in das PAE gelesen, usw. Weil sich dieser Ablauf stets wiederholt nennt man ihn eine zyklische 1 Programmbearbeitung. Ändert sich der Signalzustand eines Eingangs während eins Programmzyklus, so wird dies erst bemerkt wenn das nächste Mal das PAE gebildet wird. Dadurch entstehen bei der SPS Reaktionszeiten, die im ungünstigsten Fall zweimal so lang wie die Zykluszeit sein können. Die Zykluszeit ist abhängig von der Länge des Programms, z. B. 8 ms pro 1000 Anweisungen. 1 Zyklus (griech.): Kreislauf 3

4 Aufbau einer SPS Beispiele Einsatzgebiete Programmierung Kenngrößen Funktionsumfang Kleinsteuergeräte EASY von Glöckner Möller LOGO! von Siemens Pharao von Theben Haus-Installationsbereich (z. B. Beleuchtungen, Rollläden, Toren, Klimasteuerungen für Wintergärten) Maschinen und Apparatebau (z. B. Steuerungen von Kleinmaschinen, Lüftungsanlagen, Brauchwasserpumpen) Tastenfeld PC mit Programmierprogramm Versorgungsspannung (12V/24V DC, 230V AC) Eingänge (6 bis 24 Schalteingänge und evtl. einige analoge) Ausgänge (4 bis 12 mit Schalttransistoren oder Relais) Logische Grundfunktionen (AND, OR, NOT,...) Evtl. Analogsignal- Verarbeitung (Komparator, Schwellwertschalter) Einige Sonderfunktionen (Ansprech-/Rückfallverzögerung, Zähler, Stromstoßrelais, Taktgeber,...) Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) S5 bzw. S7 von Siemens Steuerungen im industriellen/gewerblichen Umfeld (z. B. Autowaschanlagen, Förder-, Verpackungs- und Abfüllanlagen, Pressen) PC mit Programmierprogramm Versorgungsspannung abhängig von Netzteil Eingänge abhängig von Ausgänge abhängig von Eingesetzte CPU Praktisch alle Arten von logischen Verknüpfungen Diverse Speicherbausteine Vielzahl vordefinierter Zeitund Sonderfunktionen Spezialfunktionen können programmiert werden 4

5 Der Einfachheit halber sollen auch Kleinsteuergeräte im folgenden mit der Bezeichnung SPS eingeschlossen werden. Der Aufbau einer Steuerung/Regelung mit einer SPS folgt stets dem EVA-Prinzip (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe). Bauteile, die Eingangssignale liefern werden stets als Sensoren bezeichnet, während Stellglieder, welche das Ausgangssignal des SPS- Moduls in eine Aktion umsetzten Aktoren genannt werden. Beispiele für Sensoren: Schalter Taster Fotodioden Fühler (Temperatur, Helligkeit, Füllstand,...) Beispiele für Aktoren: Relais Transistor Ventil Leuchtmittel Anzeigetafeln Die eigentliche SPS wird häufig auch als Automatisierungssystem bezeichnet. Dazu zählen dann: Stromversorgung Zentraleinheit (CPU 2 ) Eingabebaugruppe Ausgabebaugruppe 2 CPU: Central Procession Unit = zentrale Verarbeitungseinheit 5

6 Arbeitsweise einer SPS Egal ob das Programm einer SPS mit Hilfe der auf dem Gerät vorhandenen Tasten und dem zugehörigen Display, oder mit einem externen Programmiergerät eingegeben wurde, letztendlich stehen die Anweisungen zur Verarbeitung der Eingangssignale stets als einzelne, nacheinander abzuarbeitende Befehle im Speicher der SPS. Arbeitsweise: 1. Nach dem ersten Neustart werden alle Ausgänge, Zeitglieder, Zähler und Merker auf Null gesetzt. 2. Nun werden die aktuellen Signalzustände an den Eingänge eingelesen und als Prozessabbild der Eingänge in einem besonderen Speicher abgelegt. 3. Das Steuerprogramm wird nun Anweisung für Anweisung abgearbeitet. Dabei greift die SPS jedoch nicht mehr auf die Eingänge selbst, sondern nur noch auf das PAE zu. Soll im Laufe des Programms ein Ausgang verändert werden, so erfolgt dies zunächst in einem besonderen Speicherbereich, dem Prozessabbild der Ausgänge (PAA). 4. Erst nach der letzten Anweisung werden die Zustände aus dem PAA an die eigentlichen Ausgänge weiter gegeben. 5. Nun wiederholt sich der Vorgang ab Punkt 2. Es werden erneut die Eingänge in das PAE gelesen, usw. Weil sich dieser Ablauf stets wiederholt nennt man ihn eine zyklische 3 Programmbearbeitung. Ändert sich der Signalzustand eines Eingangs während eins Programmzyklus, so wird dies erst bemerkt wenn das nächste Mal das PAE gebildet wird. Dadurch entstehen bei der SPS Reaktionszeiten, die im ungünstigsten Fall zweimal so lang wie die Zykluszeit sein können. Die Zykluszeit ist abhängig von der Länge des Programms, z. B. 8 ms pro 1000 Anweisungen. 3 Zyklus (griech.): Kreislauf 6

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