Speicherprogrammierbare Steuerungen verstehen – Aufbau, Funktion und Anwendung in der Automatisierung.
Die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist das Herzstück moderner Automatisierungstechnik. Sie ersetzt konventionelle Schützensteuerungen und ermöglicht flexible, programmierbare Maschinensteuerungen.
Dieser Ratgeber erklärt den Aufbau und die Funktion von SPS-Systemen und gibt Orientierung für den Einstieg in die Automatisierung.
| Komponente | Funktion | Beispiel |
|---|---|---|
| CPU | Programmausführung | S7-1200, S7-1500 |
| Stromversorgung | 24V DC erzeugen | PS 307 |
| Digitaleingänge (DI) | Schaltsignale lesen | 24V DC, PNP/NPN |
| Digitalausgänge (DO) | Schalten | 24V DC, Relais |
| Analogeingänge (AI) | Messwerte lesen | 0-10V, 4-20mA |
| Analogausgänge (AO) | Sollwerte ausgeben | 0-10V, 4-20mA |
| Hersteller | Produkt | Einsatz |
|---|---|---|
| Siemens | S7-1200, S7-1500 | Industrie-Standard |
| Beckhoff | CX-Serie | PC-basiert |
| Wago | PFC-Serie | Kompakte Anwendungen |
| Allen-Bradley | ControlLogix | Nordamerika |
| Sprache | Kürzel | Beschreibung | Einsatz |
|---|---|---|---|
| Kontaktplan | KOP/LAD | Grafisch, schützenähnlich | Einfache Logik |
| Funktionsplan | FUP/FBD | Grafisch, Blöcke | Regelungstechnik |
| Anweisungsliste | AWL/IL | Textbasiert, maschinennah | Optimierung |
| Strukturierter Text | SCL/ST | Textbasiert, hochsprachlich | Komplexe Algorithmen |
| Ablaufsprache | AS/SFC | Grafisch, Schrittketten | Ablaufsteuerungen |
| Typ | Spannung | Anschluss |
|---|---|---|
| PNP (Source) | +24V = aktiv | Standard-Sensor |
| NPN (Sink) | 0V = aktiv | Alternativer Sensor |
| Trockenkontakt | Potentialfrei | Taster, Schalter |
| Typ | Signal | Anwendung |
|---|---|---|
| Spannungssignal | 0-10V, ±10V | Potentiometer |
| Stromsignal | 4-20mA | Prozessmesstechnik |
| Widerstand | PT100, PT1000 | Temperatur |
| Thermoelement | mV | Hohe Temperaturen |
| Phase | Beschreibung |
|---|---|
| 1. Eingänge lesen | Prozessabbild aktualisieren |
| 2. Programm abarbeiten | Von OB1 bis Ende |
| 3. Ausgänge schreiben | Prozessabbild → Hardware |
| 4. Kommunikation | HMI, Profinet, etc. |
Zykluszeit: typisch 1-50 ms, abhängig von Programmgröße
Aufgabe
Ein Motor soll mit Taster EIN (E0.0) gestartet und mit Taster AUS (E0.1) gestoppt werden. Ausgang A0.0 schaltet das Schütz.
Lösung
Klassische Selbsthalteschaltung als SPS-Programm.
IEC 61131-3: Programmiersprachen für SPS
DIN EN 61131-1: SPS Allgemeine Angaben
DIN EN 60204-1: Elektrische Ausrüstung von Maschinen (Steuerkreise)
Wichtige Festlegungen:
SPS Grundlagen – Zusammenfassung:
Aufbau:
Programmiersprachen (IEC 61131-3):
| Sprache | Typ |
|---|---|
| KOP/LAD | Grafisch |
| FUP/FBD | Grafisch |
| SCL/ST | Text |
Signale:
Zykluszeit: 1-50 ms
Bei PNP (Source) schaltet der Sensor gegen +24V, bei NPN (Sink) gegen 0V. Die meisten europäischen Systeme verwenden PNP. Wichtig: Die SPS-Eingänge müssen zur Sensorpolarität passen!
Beginnen Sie mit KOP (Kontaktplan) – er ähnelt klassischen Schützschaltungen und ist intuitiv. Für komplexere Aufgaben eignet sich SCL (Strukturierter Text). In der Praxis werden oft mehrere Sprachen gemischt.
Für sicherheitsrelevante Funktionen (Not-Halt, Schutztüren) benötigen Sie Sicherheits-SPS nach IEC 61508/62061 (z.B. Siemens F-CPU). Standard-SPS sind nicht für Sicherheitsfunktionen geeignet, da sie nicht fehlersicher sind.
