Was ist eine SPS

SPS steht für „Speicher Programmierbare Steuerung“ und ist hauptsächlich für Steurungs und Regelungs- aufgaben gedacht. Es lässt sich zwischen Kleinsteuerungen (Logo, S5-90U) und Industriellen Steuerung unterscheiden(S5-115U, SIMATIC S7-300, S7-1500).

Mit einer SPS lassen sich Digitale / Analoge Eingänge und Ausgänge abfragen so wie zugriff auf Kommunikationssysteme wie ProfiNet, ProfiBus oder AS-i durchführen. Die SPS kann mit externen Komponenten verbunden werden wie Bedienpaneels, Frequenzumrichter oder Dezentraler Eingabe und Ausgabe Baugruppen.

Die SPS ist mit einen Betriebssystem ausgestattet welches das Anwender Programm ausführt und Organisatorische Aufgaben übernimmt wie die Überwachung der Zykluszeit. Die SPS ist Realtime fähig und bestimmte Modelle können auch für Sicherheits- relevante Funktionen eingesetzt werden, wie das Abfragen eines Not-Aus.

Wo wird sie eingesetzt

SPS Steuerungen sind meistens nur in Professionellen Anlagen und Geräten zu finden. Im Gegensatz zu Mikrocontrollern wie den Atmega Modellen von Atmel werden SPS Steuerungen wegen ihren Teuren Preis nicht für Hobby Projekte eingesetzt. SPS Steuerungen werden in Industriellen Analgen wie Automobil Montagelinien eingesetzt, finden aber auch in Form von Kleinsteuerungen Einsatz in der Haustechnik zum Automatisieren von z.b. Beleuchtung und Lüftungen die über KNX (Haus-Installations Bus) angesteuert werden. Sonderformen der SPS werden auch in Fräsmaschinen eingesetzt wo sie die Frequenzumrichter Steuern.

SPS Steuerungen werden auch für Wissenschaftliche Einrichtungen genutzt so sind im LHC in Cern (Teilchenbeschleuniger) mehr als 100 S7 400 und S7 300 Steuerungen im Einsatz die mit Sinec H1 vernetzt sind.

SPS und VPS

Der Vorgänger der SPS ist VPS „Verbindungsprogrammierte Steuerung“ die Anlagen Logik basiert hierbei auf der Verschaltung von Schützen, Relais und Schaltern. VPS wird auch heute noch für Anlagen eingesetzt wo sich der Einsatz einer teuren SPS nicht Rechnet z.b. Torsteuerungen oder Sägen und Pressen. Heute wird VPS immer weiter von der SPS abgelöst eine Auflistung der vor und Nachteile finden sie in folgender Auflistung:

Vorteile der SPS

• geringe Leistungsaufnahme
• leichtere Fehlersuche
• Verdrahtungsaufwand sinkt
• bei komplexen Anlagen Kostengünstig
• leicht erweiterbar
• Nahezu verschleißfrei
• Fernwartung und Diagnose fähig

Nachteile der SPS

• Für Wartung und Entwicklung wird PC und Software benötigt
• Gefahr durch Manipulation über das Netzwerk
• Bei kleinen Anlagen Teuer

Wie Arbeitet eine SPS Steuerung

SPS Steuerungen Arbeiten wie alle Computer nach den EVA (Eingabe Verarbeitung Ausgabe) Prinzip. Die CPU Liest am Anfang eines Zyklus die Digitalen Eingänge aus und Schreibt sie ins PAE (Prozessabbild der Eingänge) auf die Daten im PAE greift das Anwenderprogramm zu und Schreibt das Ergebnis der Verarbeitung in das PAA (Prozessabbild der Ausgänge) welches am ende eines Zyklus übertragen wird.

Die Analogen Eingangs und Ausgangs Werte werden nicht ins PAE und PAA geschrieben. Sie müssen Manual über Lade und Transfer Befehle abgefragt werden. Auch die Digitalen Signale können über direktes Laden und Schreiben genutzt werden. Das Schreiben des PAE und PAA kann auch unterbunden werden, das beschleunigt die Ausführung und kann für sehr zeitkritische Anwendung nützlich sein.

Zugriff auf Bus Systeme

Der zugriff auf Daten vom Bus ist vom jeweiligen Bus System abhängig so sind bei ProfiBus die Bus Module auf den Eingangs und Ausgangs Bereich abgebildet. Im Falle des AS-I Bus werden die Daten über vorgefertigte Bausteine ausgelesen (FB19) und in einen Datenbaustein abgelegt bevor sie genutzt werden können. Für HMI / OP wird eine Datenbaustein für die Kommunikation genutzt damit ist eine Klare Abgrenzung zu normalen Eingängen und Ausgängen möglich.

Bestandteile eine SPS Systems

Eine SPS System besteht aus 3 Grundkomponenten und je nach Baureihe über weitere optionale Komponenten.

Grundkomponenten:

Komponente	Aufgabe	Beispiel
Rack(Montageschiene)	Verbindet die Baugruppen	S5 Subrack CR1
Netzteil (PS)	Versorgt die Baugruppen mit Spannung (keine Schaltspannung)	S5 PS 7A/15A
CPU	verarbeitet das Anwenderprogramm	S7 CPU312

Das Rack

Auf den Rack sind alle Baugruppen befestigt und mit den Rückwandbus verbunden.Über den Rückwandbus werden die Baugruppen mit Spannung versorgt.Die Ausgänge werden Separat über Leitungen versorgt und nicht über den Rückwandbus gespeißt.
Abhängig von der System Variante ist der Rückwandbus fester Bestandteile des Racks (S5 135 -155 siehe Bild) oder Modular als Steckverbindung (S7 300). Bei den Kleinsteuerungen wie der Logo ist kein Spezielles Rack vorhanden, sie wird direkt auf einer Hutschiene(z.b. TS 35) befestigt.

Das Netzteil:

Abhängig von der System Variante versorgt das Netzteil die Baugruppen ausschließlich mit Spannung für die Interne Verarbeitung oder kann zusätzlich andere Komponenten versorgen und die Schaltspannung für die Ausgänge zu Verfügung stellen.
In den S5 135 Automatisierungssystem bittet das Netzteil zusätzlich platz für eine Pufferbatterie um bei Spannungsausfall die Daten der CPU zu halten. In älteren S7 Modellen oder der S5 95U ist die Pufferbatterie in der CPU angebracht. Die neueren CPUs der S7 300 ,1200 und 1500 reihe benötigen keine Pufferbatterie.

Die CPU:

Ohne die CPU Läuft nichts sie Verarbeitet das Anwender Programm nach den EVA Prinzip und übernimmt weitere wichtige aufgaben. Abhängig vom Modell stellt die CPU verschiedene Schnittellen zu Verfügung, mindestens ist die bei älteren Modellen die MPI Schnittstelle vorhanden um mit einen Programmiergerät auf die CPU zu zugreifen. Bei neueren CPUs wurde MPI durch ProfiNet ersetzt so das die Verbindung mit einer Netzwerkleitung hergestellt wird und kein Computer mit MPI Schnittstelle mehr benötigt wird.
Die unterschiedlichen Modelle unterscheiden sich in Leistung, Arbeitsspeicher , Anzahl der Timer Zähler, Merker und in Größe des Eingangs und Ausgangs Bereiches. Mit den CPUs der 1200er und 1500er Reihe sind bei Verwendung von Timern und Zählern nach IEC keine Grenzen mehr gesetzt.

Optionale Komponenten:

Komponente	Aufgabe	Beispiel
Allgemeine Baugruppen	Digitale und Analoge Baugruppen	SM 321
Kommunikationsbaugruppen (CP)	Stellt Verbindung zu Netzwerken und Bussystemen her	CP 343-1 Lean
Technologiebaugruppen	erweiterte Schnittstellen oder Zähler	FM 350-2