Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)

micro automation SIMATIC S7-200

Steuerungstechnik, die es in sich hat

Eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS, engl. Programmable Logic Controller, PLC) ist eine elektronische Baugruppe, die in der Automatisierungstechnik für Steuerungs- und Regelungsaufgaben eingesetzt wird.

Im Prinzip handelt es sich dabei um ein Gerät mit spezialisierten Eingabe- und Ausgabe-Schnittstellen. Über diese Sensoren und Aktoren kann sie Fertigungsprozesse steuern, überwachen und beeinflussen.

Einsatzgebiet

Die SPS steuert (mit ihren Ausgängen) die Eingangsdaten eines Industrie-Prozesses und ist zu diesem Zweck programmierbar. Die Programmierbarkeit erlaubt den Einsatz in verschiedensten Umgebungen, was die Flexibilität des Konzepts unterstreicht. Der Einsatz speicherprogrammierbarer Steuerungen (Begriff im industriellen Sinn) bedeutet nicht zwingend, dass regelungstechnisch gesehen nur gesteuert wird. Die SPS kann durchaus Regelungsfunktionen übernehmen, d. h. Teil von Rückkopplungen sein. Beispiele für Ein- und Ausgänge sind:

• • Digitale oder analoge Signale von Sensoren, aber auch komplexere Eingänge wie zum Beispiel eine serielle Schnittstelle sind möglich. Beispiele für Sensoren sind: Drucksensoren, Temperaturfühler, Endschalter, Grenztaster, Drehzahlgeber und Ähnliches. Zu genannten Eingangsdaten gehören auch Bedingungsdaten, so dass die Steuerung in vielen Anwendungen die Rolle der Überwachung (Regelung, s. o.) wahrnimmt. Dies schließt z. B. auch die Herbeiführung sicherer Zustände ein, falls Fehler in Prozessen auftreten und kein Mensch eingreifen kann.
  • Die Ausgangssignale der SPS sind die Eingangsdaten des Industrie-Prozesses; die SPS steuert in dieser Eigenschaft z. B. Relais, Pneumatikventile, Hydraulikventile. Die Ausgangssignale werden aber auch zum digitalen Signalaustausch mit anderen Steuerungen genutzt. Die Steuerung verfügt mindestens über Und/Oder/Nicht-Funktionen, Zähler, Merker und Timer. Weitere Möglichkeiten hängen von der verwendeten Sprache und vom internen Befehlsvorrat der verwendeten Steuerung ab. Die Programmierung von Timern für die Steuerung zeitlicher Abläufe ist eine häufige Anwendung der SPS-Programmierung.

Weitere Hardware-Schnittstellen existieren, z. B. zu Feldbus-Systemen für die dezentrale Ein-/Ausgabe von digitalen und analogen Signalen.

Sicherheitskritisches Umfeld

Sicherheit betrifft beispielsweise Kernenergie, Chemiewirtschaft und Ölraffinerien, Erdgasförderung, Fördertechnik allgemein, Pressen, Gebäudetechnik, Rohbau-Anlagen, Hochsee-Schifffahrt, Transport und Verkehr, Fahrgeschäfte aller Art. Sie bedeutet Schutz von Menschen, Schutz von Anlagen, Schutz der Umwelt. Die Aufgabe ist also die Reduzierung des Risikos bei vollem Erhalt der Funktionalität und Produktivität. Sicherheit setzt somit eine hohe Verfügbarkeit der Überwachungs- und Reaktionsmechanismen voraus. An besonders kritischen Stellen kann die Steuerung, oder Teile davon, redundant ausgeführt werden, so dass bei einem Fehler in der Steuerung die Sicherheit aufrecht erhalten bleibt. Dies ist eine Grundanforderung an die Personensicherheit. Normale, nicht redundant aufgebaute SPSen sind für Personen-sicherheitsrelevante Steuerungsfunktionen nicht zugelassen. Zu diesen Funktionen zählen beispielsweise Schutzüberwachungen, Lichtschrankenauswertung, Zweihandbedienung oder die Not-Aus-Funktion. Redundant aufgebaute und von unabhängigen Prüfstellen zertifizierte Steuerungen für den Einsatz zur Personensicherheit werden allgemein als Sicherheits-Steuerungen (SSPS, sicherheitsgerichtete Speicherprogrammierbare Steuerung) bezeichnet. Bekannte Hersteller von Sicherheits-Steuerungen sind beispielsweise Allen Bradley, HIMA, Pilz und Siemens. Sie können entweder als separate Sicherheits-SPS ausgeführt sein oder durch eine Kombination aus sicheren und konventionellen SPS-Kompontenten die gesamte Steuerung übernehmen.

Bei Prozessen mit hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit kann außerdem gefordert sein, dass bei einem Steuerungsfehler eine unterbrechungsfreie Funktion der Anlage oder Maschine bis zur Reparatur gewährleistet bleibt. Auch während des Austauschs der Steuerung darf die Anlage nicht gestört werden. Für diese Zwecke werden dreifach redundante Systeme mit Mehrheitsentscheider (zwei Rechner überstimmen den dritten) eingesetzt.