Das Funktionsprinzip und die Grundlagen der SPS-Programmierung

Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)

Vor dem Aufkommen von Festkörperlogikschaltungen basierte die Entwicklung logischer Steuerungssysteme auf elektromechanischen Relais. Bis heute sind die Relais an ihrem Zielort nicht veraltet, werden jedoch in einigen ihrer vorherigen Funktionen durch eine Steuerung ersetzt.

In der modernen Industrie gibt es eine große Anzahl verschiedener Systeme und Prozesse, die automatisiert werden müssen, aber heutzutage werden solche Systeme selten aus Relais konstruiert. Moderne Produktionsprozesse benötigen ein Gerät, das so programmiert ist, dass es verschiedene logische Funktionen ausführt. In den späten 1960er Jahren entwickelte das amerikanische Unternehmen Bedford Associates ein Computergerät namens MODICON (Modular Digital Controller). Später wurde der Name des Geräts zum Namen der Einheit des Unternehmens, das es entworfen, hergestellt und verkauft hat.

Andere Unternehmen entwickelten ihre eigenen Versionen dieses Geräts, und am Ende wurde es bekannt als SPS oder speicherprogrammierbare Steuerung. Das Ziel einer programmierbaren Steuerung, die den Betrieb einer großen Anzahl von Relais simulieren kann, bestand darin, elektromechanische Relais durch zu ersetzen logische Elemente.

Die SPS verfügt über eine Reihe von Eingangsanschlüssen, mit denen Sie den Status von Sensoren und Schaltern überwachen können. Es gibt auch Ausgangsklemmen, die Leistungsanzeigen, Magnetventilen, Schützen, kleinen Motoren und anderen Selbstüberwachungsgeräten ein „hohes“ oder „niedriges“ Signal liefern.

SPS sind einfach zu programmieren, da ihre Programmiersprache der Logik eines Relais ähnelt. Ein gewöhnlicher Industrieelektriker oder Elektrotechniker, der es gewohnt ist, Leiterlogikschaltungen zu lesen, wird sich also wohl fühlen, wenn er eine SPS so programmiert, dass sie dieselben Funktionen ausführt.

Signalanschluss und Standardprogrammierung sind für verschiedene SPS-Modelle etwas unterschiedlich, aber sie sind ziemlich ähnlich, so dass Sie hier eine „allgemeine“ Einführung in die Programmierung dieses Geräts geben können.

Die folgende Abbildung zeigt eine einfache SPS bzw. wie sie vorne aussehen könnte. Zwei Schraubklemmen zum Anschluss interner SPS-Stromkreise bis 120 VAC sind mit L1 und L2 gekennzeichnet.

Sechs Schraubklemmen auf der linken Seite ermöglichen den Anschluss von Eingabegeräten. Jedes Terminal repräsentiert seinen Eingangskanal (X). Die Schraubklemme („allgemeiner“ Anschluss) in der unteren linken Ecke wird normalerweise mit einer Spannung von 120 V AC an die Stromquelle L2 (Neutral) angeschlossen.

Im SPS-Gehäuse, das jeden Eingangsanschluss mit einem gemeinsamen Anschluss verbindet, befindet sich ein Geräteoptoisolator (LED), der ein elektrisch isoliertes „High“ -Signal für die Computerschaltung liefert (ein Fototransistor interpretiert das LED-Licht), wenn ein 120-Volt-Wechselstrom zwischen dem entsprechenden Eingangsanschluss und dem gemeinsamen Anschluss installiert wird Terminal. Die LED an der Vorderseite der SPS ermöglicht es zu verstehen, welcher Eingang aktiv ist:

Die Ausgangssignale werden von einer SPS-Computerschaltung erzeugt, die ein Schaltgerät (Transistor, Thyristor oder sogar ein elektromechanisches Relais) aktiviert und den Anschluss „Source“ (untere rechte Ecke) mit einem mit dem Buchstaben Y gekennzeichneten Ausgang verbindet. Das Source-Terminal ist normalerweise L1 zugeordnet. Wie jeder Eingang ist jeder aktivierte Ausgang mit einer LED gekennzeichnet:

Somit kann die SPS an beliebige Geräte wie Schalter und Elektromagnete angeschlossen werden.

Grundlagen der SPS-Programmierung

Die moderne Logik des Steuerungssystems wird über ein Computerprogramm in der SPS installiert.Dieses Programm bestimmt, welche Ausgänge unter welchen Eingangsbedingungen aktiv sind. Obwohl das Programm selbst einer Relaislogikschaltung ähnelt, arbeiten in der SPS keine Schaltkontakte oder Relaisspulen, um Verbindungen zwischen Eingang und Ausgang herzustellen. Diese Kontakte und Spulen sind imaginär. Das Programm wird über einen PC geschrieben und angezeigt, der an den SPS-Programmieranschluss angeschlossen ist.

Betrachten Sie die folgende Schaltung und das folgende SPS-Programm:

Wenn der Druckschalter nicht aktiviert ist (im ausgeschalteten Zustand), wird das Signal nicht an den Eingang X1 gesendet. Entsprechend dem Programm, das den "offenen" Eingang X1 anzeigt, wird das Signal nicht an den Ausgang Y1 gesendet. Somit bleibt der Ausgang Y1 stromlos und die daran angeschlossene Anzeige erlischt.

Wenn der Druckschalter gedrückt wird, wird das Signal an den Eingang X1 gesendet. Alle Kontakte X1 im Programm nehmen einen aktivierten Zustand an, als wären sie Relaiskontakte, die durch Anlegen einer Spannung an eine Relaisspule namens X1 aktiviert werden. In diesem Fall wird der offene Kontakt X1 "geschlossen" und sendet ein Signal an die Spule Y1. Wenn die Spule Y1 erregt ist, leuchtet der Ausgang Y1 mit einer daran angeschlossenen Glühlampe auf.

Es versteht sich, dass Kontakt X1 und Spule Y1 über Drähte verbunden sind und das auf dem Computermonitor erscheinende „Signal“ virtuell ist. Sie existieren nicht als echte elektrische Komponenten. Sie sind nur in einem Computerprogramm vorhanden - Teil der Software - und ähneln nur dem, was in der Relaisschaltung geschieht.

Es ist ebenso wichtig zu verstehen, dass der Computer, auf dem das Programm geschrieben und bearbeitet wird, für die weitere Verwendung der SPS nicht benötigt wird. Nachdem das Programm in die programmierbare Steuerung geladen wurde, kann der Computer ausgeschaltet werden und die SPS führt unabhängig voneinander Programmbefehle aus. In der Abbildung ist ein PC-Monitor enthalten, damit Sie den Zusammenhang zwischen den realen Bedingungen (Schalterschluss und Lampenstatus) und den Programmstatus (Signale über virtuelle Kontakte und virtuelle Spulen) verstehen.

Die wahre Leistung und Vielseitigkeit der SPS zeigt sich, wenn wir das Verhalten des Steuerungssystems ändern wollen. Da die SPS ein programmierbares Gerät ist, können wir die von uns eingerichteten Befehle ändern, ohne die daran angeschlossenen Komponenten neu zu konfigurieren. Angenommen, wir haben beschlossen, die Funktion „Schalter - Glühbirne“ umgekehrt umzuschalten: Drücken Sie die Taste, um die Glühbirne auszuschalten, und lassen Sie sie los, um sie einzuschalten.

Die Lösung für dieses Problem unter realen Bedingungen besteht darin, dass der unter normalen Bedingungen "offene" Schalter durch einen "geschlossenen" ersetzt wird. Die Softwarelösung ändert das Programm so, dass der Kontakt X1 unter normalen Bedingungen "geschlossen" und nicht "offen" ist.

In der folgenden Abbildung sehen Sie ein bereits geändertes Programm, bei dem der Schalter nicht aktiviert ist:

Und hier ist der Schalter aktiviert:

Einer der Vorteile der Implementierung einer logischen Steuerung in Software im Gegensatz zur Steuerung mit Hardware besteht darin, dass die Eingangssignale so oft wie nötig verwendet werden können. Stellen Sie sich zum Beispiel eine Schaltung und ein Programm zum Einschalten einer Glühbirne vor, wenn mindestens zwei der drei Schalter gleichzeitig aktiviert sind:

Um einen ähnlichen Stromkreis mit einem Relais aufzubauen, sind unter normalen Bedingungen drei Relais mit zwei offenen Kontakten erforderlich, von denen jedes verwendet werden muss. Mit der SPS können wir jedoch so viele Pins für jeden „X“ -Eingang programmieren, wie wir möchten, ohne zusätzliche Geräte hinzuzufügen (jeder Eingang und Ausgang sollte nicht mehr als 1 Bit im digitalen Speicher der SPS belegen) und diese so oft wie nötig aufrufen .

Da außerdem jeder SPS-Ausgang nicht mehr als ein Bit in seinem Speicher belegt, können wir dem Programm Kontakte hinzufügen, wodurch der Y-Ausgang in einen nicht aktivierten Zustand versetzt wird. Nehmen Sie zum Beispiel ein Motordiagramm mit einem System, um den Beginn der Bewegung und den Stopp zu steuern:

Der an Eingang X1 angeschlossene Schalter dient als Starttaste, während der an Eingang X2 angeschlossene Schalter als Stopptaste dient. Ein anderer Kontakt mit der Bezeichnung Y1 ermöglicht das Drucken des Motorschützes, auch wenn Sie die Start-Taste loslassen. In diesem Fall können Sie sehen, wie der unter normalen Bedingungen „geschlossene“ Kontakt X2 im Farbblock angezeigt wird, wodurch angezeigt wird, dass er sich im Zustand „geschlossen“ („elektrisch leitend“) befindet.

Wenn Sie die Taste "Start" drücken, fließt ein Strom durch den "geschlossenen" Kontakt X1 und sendet 120 VAC an das Motorschütz. Der Parallelkontakt Y1 wird ebenfalls „geschlossen“, wodurch der Stromkreis geschlossen wird:

Wenn wir jetzt die "Start" -Taste drücken, geht der Kontakt X1 in den "offenen" Zustand, aber der Motor arbeitet weiter, da der geschlossene Kontakt Y1 die Spule weiterhin unter Spannung hält:

Um den Motor abzustellen, müssen Sie schnell die Taste "Stop" drücken, um die Spannung an den Eingang X1 und den "offenen" Kontakt zu melden, was zur Beendigung der Spannungsversorgung der Spule Y1 führt:

Wenn Sie die Taste „Stop“ gedrückt haben, wurde der Eingang X1 spannungsfrei gelassen, wodurch der Kontakt X1 wieder in den normalen Zustand „geschlossen“ versetzt wurde. Der Motor läuft unter keinen Umständen wieder, bis Sie die Start-Taste erneut drücken, da der Druck in Pin Y1 verloren gegangen ist:

Ein fehlertolerantes Modell von SPS-Steuergeräten ist sehr wichtig, wie dies bei elektromechanischen Relaissteuergeräten der Fall ist. Es ist immer notwendig, die Auswirkung eines versehentlich „offenen“ Kontakts auf den Betrieb des Systems zu berücksichtigen. In unserem Fall gibt es beispielsweise keine Möglichkeit, den Motor abzustellen, wenn der Kontakt X2 fälschlicherweise „geöffnet“ wird!

Die Lösung für dieses Problem besteht darin, den Kontakt X2 in der SPS neu zu programmieren und die Stopp-Taste zu drücken:

Wenn die "Stopp" -Taste nicht gedrückt wird, wird der Eingang der SPS X2 erregt, d.h. Kontakt X2 ist "geschlossen". Dadurch kann der Motor den Betrieb starten, wenn Strom an Klemme X1 übertragen wird, und den Betrieb fortsetzen, wenn die Taste "Start" losgelassen wird. Wenn Sie die Taste „Stop“ drücken, wechselt der Kontakt X2 in den Zustand „Open“ und der Motor funktioniert nicht mehr. So können Sie sehen, dass es keinen funktionalen Unterschied zwischen diesem und dem Vorgängermodell gibt.

Wenn jedoch der Eingangsanschluss X2 fälschlicherweise „geöffnet“ wurde, kann der Eingang X2 durch Drücken der Taste „Stop“ gestoppt werden. Dadurch wird der Motor sofort abgestellt. Dieses Modell ist sicherer als das vorherige, bei dem durch Drücken der Taste „Stop“ der Motor nicht mehr gestoppt werden kann.

Zusätzlich zu den Eingängen (X) und Ausgängen (Y) in der SPS können interne Kontakte und Spulen verwendet werden. Sie werden wie Zwischenrelais in Standardrelaisschaltungen eingesetzt.

Um das Funktionsprinzip der „internen“ Schaltkreise und Kontakte zu verstehen, betrachten Sie die folgende Schaltung und das folgende Programm, die auf der Grundlage der drei Eingänge der logischen Funktion AND entwickelt wurden:

In dieser Schaltung ist die Lampe eingeschaltet, bis eine der Tasten gedrückt wird. Drücken Sie alle drei Tasten, um die Lampe auszuschalten:

Dieser Artikel über speicherprogrammierbare Steuerungen zeigt nur einen kleinen Ausschnitt ihrer Funktionen. Als SPS-Computer kann er andere erweiterte Funktionen mit viel größerer Genauigkeit und Zuverlässigkeit ausführen als bei Verwendung elektromechanischer Logikbausteine. Die meisten SPS haben mehr als sechs Ein- und Ausgänge. Die folgende Abbildung zeigt eine der SPS von Allen-Bradley:

Mit Modulen, von denen jedes 16 Ein- und Ausgänge hat, kann diese SPS ein Dutzend Geräte steuern.Eine im Schaltschrank platzierte SPS nimmt wenig Platz ein (für elektromechanische Relais, die die gleichen Funktionen ausführen, wäre viel mehr freier Platz erforderlich).

Einer der Vorteile der SPS, die von einem elektromechanischen Relais einfach nicht dupliziert werden können, ist die Fernüberwachung und -steuerung über das digitale Netzwerk des Computers. Da eine SPS nichts anderes als ein spezialisierter digitaler Computer ist, kann sie leicht mit anderen Computern "sprechen". Das nächste Foto ist eine grafische Darstellung des Flüssigkeitsfüllprozesses (Pumpstation für die kommunale Abwasserbehandlung), der von einer SPS gesteuert wird. Darüber hinaus befindet sich die Station selbst wenige Kilometer vom Computermonitor entfernt.