04.07.2023

6 Minuten

7 Vorteile von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS)

Speicherprogrammierbare Steuerungen, abgekürzt SPS oder in der englischen Variante PLC, kommen in vielen Bereichen des täglichen Lebens zum Einsatz. Sie sind ein wichtiger Baustein der Automatisierung und Robotik. Zu den typischen Anwendungsfällen gehört die Steuerung von Maschinen und Produktionsanlagen in der Industrie. Auch im Alltag funktioniert vieles auf dieser Basis. Die Heizungsanlage ist ebenso ein Beispiel dafür wie der Kaffeeautomat oder automatische Rollladen.

So funktioniert die speicherprogrammierbare Steuerung

Eine SPS besteht aus der Zentralbaugruppe mit dem Prozessor sowie Ein- und Ausgängen für Signale. Weiterhin ist eine Schnittstelle für das Aufspielen des Anwendungsprogramms vorhanden. Dieses wird extern an einem Computer oder mithilfe eines angeschlossenen Bedienpanels programmiert. Der Betrieb der Steuerung kann danach unabhängig vom Computer erfolgen. Die Zentralbaugruppe führt das Anwendungsprogramm aus. Es legt fest, wie die Ausgangssignale in Abhängigkeit von den Eingangssignalen zu schalten sind.

Es gibt Eingänge für analoge und digitale Signale. Diese sind an Sensoren gekoppelt, beispielsweise zur Messung von Temperatur-, Druck oder Füllstand. Die Messwerte werden nach Anweisung des Programms verarbeitet, woraufhin Steuersignale an die Ausgänge gehen. An diese sind sogenannte Aktoren angeschlossen, die definierte Aktionen auslösen. Beispiele dafür sind Schaltvorgänge oder die Öffnung eines Ventils.

Vorteil 1: Einfache Implementierung
Vorteil 2: Flexibilität
Vorteil 3: Duplizierbarkeit
Vorteil 4: Vernetzungsfähigkeit

Vorteil 5: Einfach erweiterbar
Vorteil 6: Zuverlässigkeit
Vorteil 7: Geringer Platz- und Materialbedarf

Vorteile der SPS im Vergleich zur VPS

SPS lösen mehr und mehr die verbindungsprogrammierbaren Steuerungen (VPS) ab. Letztere sind durch feste, physische Verdrahtungen gekennzeichnet. Vor allem die klassischen Relais-Steuerungen gehören dazu. Lesen Sie im Folgenden, welche Vorteile gegenüber einer VPS bestehen.

1. Einfache Implementierung

Die Programmierung der Steuerung erfolgt am Computer, ohne dass zusätzliche Verdrahtungen notwendig sind. Der Montageaufwand ist demzufolge deutlich geringer. Weiterhin bietet das einen Vorteil, wenn die Steuerung nachträglich geändert werden muss. Mit einer VPS wären dafür neue Verdrahtungen notwendig.

Softwareentwickler*in müssen Sie nicht sein, um eine Steuerung zu programmieren. Es gibt hierfür anwenderfreundliche und leicht erlernbare Lösungen. Wenn es sich anbietet, zerlegen Sie komplexe Programmierungen in Einzelaufgaben. So können mehrere Personen daran arbeiten. Insgesamt sparen Sie mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung viel Zeit.

2. Flexibilität

Es kann vorkommen, dass Sie eine Steuerung im Nachhinein ändern müssen. Das ist einfach und schnell durch Umprogrammierung möglich. Auch aus diesem Grund sind SPS sehr flexibel einsetzbar. Beim Programmieren können Sie Kommentare hinzufügen. Das vereinfacht es bei späteren Änderungen, die vorhandenen Anweisungen zu verstehen. Besonders nützlich ist das, wenn Personen, die das Programm nicht geschrieben haben, Anpassungen vornehmen. Bei einer VPS wäre jede Veränderung mit einer aufwendigen Neuverdrahtung verbunden.

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3. Duplizierbarkeit

Ein einmal erstelltes Programm können Sie bei Bedarf auf mehrere SPS aufspielen. Das spart Zeit, falls die gleiche Steueraufgabe an unterschiedlichen Stellen notwendig ist. Ein Beispiel hierfür sind in Serie gefertigte Geräte. Für eine VPS müssten Sie auch bei identischen Anwendungen jede einzelne neu verdrahten. Die Duplizierbarkeit ermöglicht es ebenso, dass Sie Teile eines Programms für ein neues verwenden können. Eventuell sind dafür nur wenige Anpassungen notwendig.

4. Vernetzungsfähigkeit

Über ein Kommunikationsmodul lässt sich die speicherprogrammierbare Steuerung mit anderen Geräten verbinden, zum Beispiel über das Ethernet. Diese zusätzlichen Module finden Sie ebenfalls im Sortiment von Conrad. Je nach Modell, Hersteller und Alter der Technologie können dafür noch zusätzliche Adapter, Stecker und Kabel notwendig sein. Auf diese Weise ist die Vernetzung der Steuerung mit der IT-Infrastruktur und anderen technischen Anlagen möglich. Das bietet neue Chancen und hohes Potenzial im Sinne der Industrie 4.0.

5. Einfach erweiterbar

Sofern es sich um eine modulare SPS handelt, können Sie diese durch aufsteckbare Shields problemlos erweitern. Zum einen gibt es die bereits erwähnten Kommunikationsmodule zur Vernetzung. Zum anderen lässt sich über Steuerungsmodule die Anzahl der Ein- und Ausgangskanäle erweitern. Es ist danach möglich, noch mehr Eingangssignale zu verarbeiten und/oder Ausgangssignale zu erzeugen. Beachten Sie, dass es neben den modularen auch kompakte Ausführungen der speicherprogrammierbaren Steuerung gibt. Diese lassen grundsätzlich keine Erweiterungen zu.

6. Zuverlässigkeit

Speicherprogrammierbare Steuerungen sind weniger anfällig für Störungen als VPS. Das liegt unter anderem daran, dass sie lokal gespeichert werden und eine eigene Stromversorgung haben. So führt ein kurzer Stromausfall nicht unmittelbar zu einer Störung. Wenn Fehler auftreten, lassen diese sich mithilfe einer Diagnosefunktion schnell erkennen. Die Ferndiagnose und -wartung von einem anderen Ort aus ist ebenfalls problemlos möglich.

7. Geringer Platz- und Materialbedarf

Ein wichtiger Vorteil ist der geringere Platzbedarf der Steuerung, denn fest verdrahtete Relaisbänke sind vor allem bei komplexen Schaltungen deutlich grösser. Das ist günstig für Anwendungen, bei denen es auf kleine Abmessungen ankommt. Der Materialverbrauch ist ebenfalls deutlich geringer, da Sie weniger Draht brauchen.

Beispiele für die Automatisierung

Es gibt viele Möglichkeiten für den Einsatz von SPS für Steuerungs- und Regelungsaufgaben. Sie kommen für die Automatisierung in der Industrie, der Gebäudetechnik, elektrischen Haushaltsgeräten und vielen anderen Bereichen zum Einsatz. Ein Beispiel dafür ist die Pneumatik, die Druckluft zum Antrieb von Maschinen und anderen technischen Anlagen nutzt. Die Steuerung kann Signale an ein Magnetventil senden, das den Druckluftstrom reguliert. So lassen sich komplexe Abläufe definieren.

Für viele Elektromotoren bietet sich diese Form der Steuerung ebenfalls an. Sie kann beispielsweise den Start beziehungsweise das Abschalten des Motors veranlassen oder die Motordrehzahl steuern. Ebenso eignet sie sich aufgrund des geringen Platzbedarfs gut für einen Getriebemotor. Bei diesem bilden der Motor, das Getriebe und die Steuerung eine Antriebseinheit.

Ein Beispiel für die Anwendung in Haushaltsgeräten ist der Kaffeeautomat. Hier sind mehrere Komponenten zu steuern. Dazu gehören die Mahlfunktion, die Erhitzung des Wassers, die Wasserpumpe, die Kaffeepresse und die Rückstandsentfernung. Diese Vorgänge laufen automatisiert ab und werden aufeinander abgestimmt, was mithilfe einer speicherprogrammierbaren Steuerung gelingt. Sensoren erfassen dafür unter anderem den Wasser- und Kaffee-Füllstand, die Wassertemperatur, den Durchfluss und die Motordrehzahl.

Die Haustechnik bietet ebenfalls Anwendungsbereiche für diese Steuerungen. Das trägt auch zur Einsparung von Kosten für Heizung, Strom und Wasser bei. So lässt sich die Heizung temperatur- und zeitabhängig steuern und für das Beleuchtungskonzept können Sie individuelle Programme definieren. Wassererwärmung, Belüftung und die Bewässerung von Grünflächen sind ebenfalls auf diese Weise steuerbar.

In der Industrie kommen SPS für vielfältige Steuer- und Regelungsaufgaben zu Einsatz. Das beschränkt sich nicht nur auf einzelne Produktionsprozesse. Durch die Vernetzungsmöglichkeiten lassen sich Beschaffungs- und Logistikprozesse ebenso mit einbeziehen. So können Unternehmen die steigenden Anforderungen an Flexibilität und Kosteneffizienz besser erfüllen.

SPS mit Arduino oder Raspberry Pi

Es gibt speicherprogrammierbare Steuerungen, die auf der Technologie des Single-Board-Computers Raspberry Pi oder des Mikrocontrollers Arduino beruhen. Beides sind quelloffene Anwendungen, die ursprünglich für Bildungs- und Experimentierzwecke entwickelt wurden. Mittlerweile haben sie sich auch in der Industrie etabliert.

Ein Grund dafür ist der Open-Source-Charakter. Dadurch existiert ein umfangreicher Pool an Bibliotheken und Lösungen für verschiedene Probleme. Diese können Sie verwenden und anpassen. Auch ist bei vielen interessierten Anwendern bereits Know-how auf diesem Gebiet aus dem Schulungs- und Hobbybereich vorhanden. Das hat die SPS-Hersteller ebenfalls dazu veranlasst, dienstuntaugliche Lösungen auf der Basis dieser Technologien zu entwickeln.

Auch Conrad hat Entwicklungsboards im Sortiment, die mit der Arduino-Technologie kompatibel sind. Ein Beispiel dafür ist die Steuerung Controllino, die sich gut für industrielle Anwendungen eignet. Es gibt ähnliche Lösungen auf der Basis von Raspberry Pi.

Flexibilität, Kosteneffizienz und Automatisierungspotenzial mit SPS

Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) bieten eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber verbindungsprogrammierbaren Steuerungen (VPS) und finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. Durch ihre einfache Implementierung, Flexibilität und Duplizierbarkeit ermöglichen sie eine effiziente und zeitsparende Steuerung von Maschinen und Anlagen. Die Vernetzungsfähigkeit der SPS eröffnet neue Möglichkeiten im Kontext der Industrie 4.0, während die einfache Erweiterbarkeit durch modulare Aufbausysteme eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anforderungen ermöglicht.

Die Zuverlässigkeit der SPS, die geringen Platz- und Materialanforderungen sowie die vielfältigen Anwendungsbereiche machen sie zu einer attraktiven Option für Automatisierungs- und Regelungsaufgaben. SPS auf Basis von Arduino oder Raspberry Pi bieten zudem die Vorteile des Open-Source-Charakters und ermöglichen eine einfache Anpassung und Nutzung vorhandener Lösungen.

Conrad bietet eine umfangreiche Auswahl an SPS und Zubehör, um speicherprogrammierbare Steuerungen in Unternehmen zu realisieren. Mit bekannten Herstellern, Erweiterungsmöglichkeiten und Bedienpanels bietet Conrad eine breite Palette an Produkten für individuelle Anforderungen. Auch weiteres Zubehör wie Sensor- und Aktorboxen, Adapter, HMI-Module und passende Verkabelungssysteme finden Sie im Sortiment. Die SPS-Technologie eröffnet Unternehmen die Möglichkeit, Flexibilität, Kosteneffizienz und Automatisierungspotenzial optimal zu nutzen.

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