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Verstehen der grundlegenden Funktionsprinzipien von SPS-Systemen

November 08,2024

Verstehen der grundlegenden Funktionsprinzipien von SPS-Systemen 1768-L45/B/1768-L45/C/1734-OV8E

Was ist ein SPS-System? 1769-L35E/1769-L32E
Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein spezielles Computergerät, das auf die Steuerung industrieller Anlagen und Prozesse zugeschnitten ist. Als Alternative zu herkömmlichen relaisbasierten Systemen entstanden, veränderten SPS-Steuerungssysteme, indem sie festverdrahtete Logik durch programmierbare Softwarelogik ersetzten und so die Flexibilität und Skalierbarkeit steigerten. Obwohl sowohl relaisbasierte als auch SPS-Systeme die Logiksteuerung übernehmen, unterscheiden sich die Mechanismen erheblich: SPS arbeiten im Zyklus-Scanmodus, der ein effizientes, sequentielles Scannen von Programmen ermöglicht und gleichzeitig Präzision und Zuverlässigkeit in industriellen Umgebungen gewährleistet.

Das Prinzip der Zyklusabtastung in SPSen 1769-L23E-QBFC1B/1746sc-CTR8
Im Gegensatz zu Allzweckcomputern basieren SPSen auf einem bestimmten Betriebsmodus, der als Zyklusabtastung bekannt ist. Bei der Zyklusabtastung durchläuft die SPS kontinuierlich alle programmierten Aufgaben in zyklischer Reihenfolge. Dieser Ansatz ermöglicht es der SPS, die von Natur aus langsameren Reaktionszeiten zu bewältigen, die für Industrieanlagen erforderlich sind. Da Relaiskontakte typischerweise Betätigungszeiten von mehr als 100 Millisekunden haben, ist der gesamte Abtastzyklus einer SPS so konzipiert, dass sie kürzer ist, normalerweise unter 100 Millisekunden, um sicherzustellen, dass ihre Reaktionen mit dem erforderlichen Timing der Relaisoperationen übereinstimmen. Diese zyklische Abtastung ermöglicht es SPSen, komplexe Steuerungsprozesse zu bewältigen und gleichzeitig die Vorhersehbarkeit beizubehalten Timing.(1746-NIO4V/1756-IV32/1756-IB16I/1756-OB32/1756-IB16ISOE/ 1734-IF4U-1/1792D-CB18JP/1783-BMS06SL/1771-IMD/1771-0VN/1797-IE8)

E/A-Bildbereich: Eine wichtige Komponente für eine zuverlässige Steuerung 1756-L61S/1734-IV8/1756-EN3TR/1756-CN2
Ein einzigartiges Merkmal von SPS-Systemen ist die Einrichtung eines E/A-Bildbereichs, der eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung stabiler Ein- und Ausgabevorgänge spielt. Anstatt mit externen Ein- und Ausgängen in Echtzeit zu interagieren, verwenden SPS einen zeitgesteuerten Ansatz, bei dem Eingaben an bestimmten Punkten in jedem Zyklus abgetastet werden. Diese abgetasteten Eingaben werden in einem Eingabebildbereich im RAM des Systems gespeichert. Die CPU referenziert dann während der Programmausführung diesen Bildbereich, anstatt Eingaben direkt aus dem Feld abzutasten. Ebenso werden die Ergebnisse der Berechnungen jedes Zyklus in einem Ausgabebildbereich gespeichert und am Ende des Zyklus an externe Geräte gesendet. Dieses Design verwandelt die SPS effektiv in ein digitales Probenahmekontrollsystem und bietet eine zuverlässige Kontrolle, selbst wenn die äußeren Bedingungen während eines Tests leicht schwanken Zyklus.(1784-PCICS/1794-FLA/1769-OB16/1747-L532/1747-L542/1756-L72/1771-P7/1785-L80C15/F/1747-L531/ 1771-OFE1 B/1794-IE4XOE2/1794-OE4/1756-IF8H/1769-OA8)

Spezielle Funktionsvorlagen: Umgang mit komplexen Vorgängen 1756-IF4FXOF2F/1756-L74
Standard-SPS-Systeme sind für die Verwaltung grundlegender digitaler Steuerungen gut ausgestattet. Da industrielle Anwendungen jedoch immer anspruchsvoller werden, steigt der Bedarf an erweiterten Funktionen. Um komplexe Aufgaben wie analoge Verarbeitung, Hochgeschwindigkeits-I/O, Regelung und Netzwerkkommunikation zu bewältigen, greifen SPSen häufig auf spezielle Funktionsvorlagen zurück. Diese Vorlagen verfügen über eigene Prozessoren und sind so konzipiert, dass sie bestimmte Vorgänge unabhängig von der Haupt-CPU verarbeiten und so die Belastung des Primärprozessors der SPS reduzieren. Die Haupt-CPU kommuniziert mit diesen Vorlagen über eine Busschnittstelle, sendet Befehle und empfängt Aktualisierungen. Dieser verteilte Steuerungsansatz ermöglicht es SPS-Systemen, komplexe Prozesse zu verwalten und ein hohes Maß an Effizienz aufrechtzuerhalten Reaktionsfähigkeit.(1746-NI16I/1756-OB16IS/1734-OE2C/1734-IR2/1734- OB8E/1734-OW4/2711P-K4M5D/1738-AENTR/1771-P6S/1784-KTX/1784-KTCX15)

Die drei Kernphasen des SPS-Betriebs 1734-IT2I/1734-CTM
Sobald eine SPS ihre Initialisierung abgeschlossen hat, durchläuft sie in jedem Scan-Zyklus drei Hauptphasen:
Eingabeabtastung: In dieser Phase sammelt die SPS Daten von externen Eingaben und speichert sie im Eingabebildbereich. Diese Daten dienen als Referenz für den aktuellen Zyklus und isolieren ihn von Schwankungen, die in Echtzeit auftreten können.
Programmausführung: In dieser Phase verarbeitet die CPU die gespeicherten Eingabedaten und führt die im Programm definierten logischen Operationen aus. Auf dieser Grundlage ermittelt es die entsprechenden Steuerausgänge und speichert diese im Ausgabebildbereich.
Ausgabe-Scanning: Die gespeicherten Ausgaben werden dann vom Ausgabebildbereich an externe Geräte gesendet, wodurch der Steuerungszyklus abgeschlossen und die SPS auf den nächsten Scan-Zyklus vorbereitet wird.
Diese Phasen bilden das Rückgrat des SPS-Betriebs und stellen sicher, dass jeder Zyklus eine genaue und konsistente Steuerung aller angeschlossenen Geräte und Geräte bietet Prozesse.(1746-IO12DC/1746-SDN/1756-CNB/1756-IA16/1756-IC16/1783-ETAP2F /1769-IQ16/1746-P4/1732E-16CFGM12P5QCWR/2097-V31PR2-LM/1783-MS06T/1768-L45S)

Vorteile der Verwendung von SPS-Systemen in der industriellen Automatisierung 1756-IF16H/1769-PB2/1769-OW8
SPS bringen mehrere entscheidende Vorteile für die industrielle Automatisierung und verbessern die Effizienz und Zuverlässigkeit von Steuerungssystemen:
Präzision und Konsistenz: SPS können komplexe Logik durch Zyklusabtastung konsistent verarbeiten, was sie ideal für hochpräzise industrielle Aufgaben macht.
Flexible Integration: Durch die Möglichkeit, spezielle Funktionsvorlagen zu integrieren, können SPS eine Vielzahl von Aufgaben ausführen, von einfacher digitaler Steuerung bis hin zu komplexer Prozessautomatisierung.
Robuste Leistung: SPS wurden für anspruchsvolle Umgebungen entwickelt und behalten unter Bedingungen wie extremen Temperaturen und schwankender Stromversorgung eine zuverlässige Leistung bei.
Echtzeit-Feedback: Der I/O-Bildbereich ermöglicht eine effiziente Echtzeitsteuerung, die verzögerungsfreie Erfassung und Verarbeitung von Daten und sorgt so für schnelle Reaktionen.
Diese Vorteile machen SPS-Systeme in Branchen wie Fertigung, Energieerzeugung, Öl und Gas usw. von unschätzbarem Wert mehr.(1746-NO4I/1756-IT6I/1756-IF6I/1757-SRM/1757-PLX52/1734-IE2V/1769 -IF8/1769-IQ32/1771-ASB/E/1606-XLP100E/1746-NT4/1756-IM16I/1756-OW16I)

Schlussfolgerung 1756-EN2T/1756-L82E
Programmierbare Logiksteuerungen (SPS) stellen einen Transformationssprung in der industriellen Steuerung dar und bieten eine effiziente, programmierbare Alternative zu relaisbasierten Systemen. Durch den Einsatz von Zyklusscans, der Einrichtung von I/O-Bildbereichen und der Integration spezieller Funktionsvorlagen sind SPS in der Lage, sowohl grundlegende als auch erweiterte Steuerungsaufgaben in industriellen Umgebungen zu bewältigen. Ihr dreistufiger Betrieb – Eingabescannen, Programmausführung und Ausgabescannen – gewährleistet eine zuverlässige und konsistente Leistung. Da der Automatisierungsbedarf wächst, dienen SPS weiterhin als grundlegende Werkzeuge und steigern die Produktivität und Zuverlässigkeit in einem breiten Spektrum von Bereichen Branchen.(1746-NIO4V/1756-IV32/1756-IB16I/1756-OB32/1756-IB16ISO E/1734-IF4U-1/1792D-CB18JP/1783-BMS06SL/1771-IMD/1771-0VN/1797-IE8)

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