6.17. Speicherprogrammierbare Logik - kurz: SPS oder englisch PLC history menue Letztmalig dran rumgefummelt: 05.08.18 10:52:26
Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS; englisch Programmable Logic Controller, PLC) ist ein Gerät, das zur Steuerung oder Regelung einer Maschine oder Anlage eingesetzt wird und auf digitaler Basis programmiert wird. Seit einigen Jahren löst sie die „festverdrahtete“ verbindungsprogrammierte Steuerung in den meisten Bereichen ab.
Richard Morley (Modicon) und Odo J. Struger (Allen Bradley) kann man als die Väter der SPS bezeichnen. Morley stellte 1969 eine Modicon 084 als solid-state sequential logic solver (Halbleiter-basierendes sequentielles Logiksystem) vor.
Struger war unter anderem maßgeblich an der Formulierung der zugehörigen Instituts-Standards in den USA beteiligt.
Morley wehrte sich gegen die Bezeichnung „Computer“. Er sah hierdurch die Akzeptanz bei den bisher tätigen Steuerungsfachleuten gefährdet. Daher wurde das Ladder Diagram, welches einem Stromlaufplan ähnelt, entwickelt. Danach gab es eine Eins-Zu-Eins-Umsetzung von Öffnern, Schließern, Parallel- und Serienverschaltung auf das neue Konzept.
1974 kam von der Firma Klaschka die erste SPS in Deutschland auf den Markt. Etwa 1979 kamen dann auch andere deutsche Hersteller mit ihren Modellen. Heute gibt es auf dem europäischen Markt mehr als 300 Hersteller. Einige bedienen das gesamte Spektrum für jeden denkbaren Einsatzzweck. Viele beschränken sich auf kleine spezielle Marktnischen.
Allen Bradley SPSEine SPS hat im einfachsten Fall Eingänge, Ausgänge, ein Betriebssystem (Firmware) und eine Schnittstelle, über die das Anwenderprogramm geladen werden kann. Das Anwenderprogramm legt fest, wie die Ausgänge in Abhängigkeit von den Eingängen geschaltet werden sollen.
Das Betriebssystem (Firmware) stellt sicher, dass dem Anwenderprogramm immer der aktuelle Zustand der Geber zur Verfügung steht. Anhand dieser Informationen kann das Anwenderprogramm die Ausgänge so schalten, dass die Maschine oder die Anlage in der gewünschten Weise funktioniert.
Die Anbindung der SPS an die Maschine bzw. Anlage erfolgt mit Sensoren und Aktoren. Die Sensoren sind an die Eingänge der SPS geschaltet und vermitteln der SPS das Geschehen in der Maschine oder Anlage. Beispiele für Sensoren sind z. B. Lichtschranken, Inkrementengeber, Endschalter, oder auch Temperaturfühler, Füllstandssensoren, etc. Die Aktoren sind an den Ausgängen der SPS angeschlossen und bieten die Möglichkeit, die Maschine oder Anlage zu steuern. Beispiele für Aktoren sind Schütze zum Einschalten von Elektromotoren, elektrische Ventile für Hydraulik oder Druckluft.
Eine SPS kann in sehr verschiedener Weise realisiert sein, z. B. als Einzelgerät ("Baugruppe"), als PC-Einsteckkarte, als Softwareemulation, etc. Weit verbreitet sind modulare Lösungen, bei denen die SPS aus einzelnen Steckmodulen (ebenfalls als Baugruppen bezeichnet) zusammengesetzt wird.
Einzelgeräte bieten Vorteile bei der Miniaturisierung und sind für kleinere Automatisierungsaufgaben preiswerter. Ein modularer Aufbau bietet die typischen Vorteile eines Baukastensystems: Hohe Flexibilität, Erweiterbarkeit, in größeren Anlagen Kostenersparnis durch die Verwendung vieler gleicher Module, die in großen Stückzahlen hergestellt werden können.
Auf vielen Gebieten hat die SPS die zuvor festverdrahtete Anordnung von Relais abgelöst (Verbindungsprogrammierte Steuerung). Preiswerte Baugruppen, Standardisierung der Steuerungsaufgabe und hohe Flexibilität sind kennzeichnend für das SPS-Konzept und haben der SPS zum Siegeszug verholfen.
Derzeitige SPS-Baugruppen übernehmen neben der Kernaufgabe (Steuerung und Regelung) zunehmend auch weitere Aufgaben: Visualisierung (Gestaltung der Schnittstelle Mensch-Maschine), Alarmierung und Aufzeichnung aller Betriebsmeldungen (Data-Logging).
Ebenfalls erfolgt zunehmend die Verbindung der Sensoren und Aktoren mit der SPS über einen Feldbus und nicht mehr diskret. Hierdurch verringert sich der Verdrahtungsaufwand. Seit einiger Zeit werden auch nicht nur Sensoren und Aktoren, sondern Teile der SPS wie Eingangs- und Ausgangsbaugruppen über einen Bus und (Bus-)Interfacemodule an eine Zentralstation angebunden (dezentrale Peripherie). Die Bussysteme werden in modernen Anlagen von Netzwerken (Profi-Net) abgelöst oder durch diese ergänzt. Gegenüber Bussystemen sind Netzwerke (Ethernet) flexibler und schneller.
Das Thema Antriebssteuerung (Motion Control, Drehzahlsteuerung mit kontrollierter Beschleunigung oder Verzögerung) wird zunehmend mit der SPS verbunden. Es gibt hierfür Module, die dem SPS-Baugruppenträger zugefügt werden können.
Schließlich erfolgt auch zunehmend eine Anbindung an die Verwaltungsrechner einer Firma (vertikale Integration). So stehen z. B. immer aktuelle Daten über Fertigungsstände, Lagerbestände, etc. zur Verfügung („vernetzte Fabrik“).
So wird der Unterschied zwischen einer modernen SPS und einem Prozessleitsystem immer kleiner. Die weitere technische Entwicklung ist ähnlich stürmisch wie in der Computertechnik ganz allgemein.
1. Schaltungsanalyse und -Synthese
2. Kanonisch disjunktive Normalform
3. Kanonisch konjunktive Normalform
4. Komplexaufgabe mit Zusammenfassen zu Minimalformen
5. Verwandte Themen
6. Übungsaufgaben zu den Normalformen

die Elektronikseiten

Logo der Speicherprogrammierbaren Steuerungen - SPS

inhaltlich auf korrektem Stand - evtl. partiell unvollständig ;-)

Wissen für Fortgeschrittene der Informatik

Schaltwerke sind hochkomplexe kombinatorische Schaltungen - sie werden durch Analyse der Eingangsbelegungen bezogen auf den aktiven Ausgang gewonnen

1. Schaltungsanalyse und -Synthese am Beispiel history menue scroll up

Unter der Analyse einer Schaltung versteht man das Problem, für eine gegebene Schaltung anzugeben, bei welchen Schaltstellungen die Schaltung elektrisch leitend bzw. nicht leitend ist. Die Analyse wird durch folgende Schritte realisiert:

 


2. Kanonisch disjunktive Normalform history menue scroll up

Die Kanonisch disjunktive Normalform liefert Schaltfunktionen f, wobei an jedem Minterm eine Schaltung S liegt, die für den Ausgang 1 erzeugt. Sie wird genau dann eingesetzt, wenn die Anzahl der logischen Einsen an einem Ausgang größer, als die Anzahl der logischen Nullen ist.
Nur alle die Funktionen, für die y=f(x0 ... xn) den Wert 1 führt, sind für die weitere Analyse von Belang
  • die Kanonisch disjunktive Normalform liefert Schaltfunktionen f, wobei an jedem Minterm eine Schaltung S liegt, die für den Ausgang 1 erzeugt
  • angewandt, wenn mehr logische 1 als logische 0 in der jeweiligen Schaltfunktion des Minterms
  • fasse nur alle die Terme zusammen, deren Schaltfunktion "1" für den betreffenden Ausgang ergibt
  • setze alle Eingänge des betreffenden Terms direkt und verknüpfe sie mit der AND-Funktion
Schaltlogik liegt in der ersten Form in der Kanonischen Normalform vor - also alle möglichen Kombinationen sind erfasst
nur alle die Funktionen, für die f den Wert 1 führt, sind für die weitere Analyse von Belang
Einzelvariablen für x werden UND-verknüpft wobei 0 gesetzte Eingänge negiert werden
alle auf 1 gesetzten Zeilen f(x) werden ODER-verknüpft


3. Kanonisch konjunktive Normalform history menue scroll up
Die Kanonisch konjunktive Normalform liefert Schaltfunktionen f, wobei an jedem Minterm eine Schaltung S liegt, die für den Ausgang 0 erzeugt. Sie wird genau dann eingesetzt, wenn die Anzahl der logischen Nullen an einem Eingang größer, als die Anzahl der logischen Einsen ist.
Nur alle die Funktionen, für die y=f(x0 ... xn) den Wert 0 führt, sind für die weitere Analyse von Belang
  • die Kanonisch konjunktive Normalform liefert Schaltfunktionen f, wobei an jedem Minterm eine Schaltung S liegt, die für den Ausgang 0 erzeugt
  • angewandt, wenn mehr logische 0 als logische 1 in der jeweiligen Schaltfunktion des Minterms
  • fasse nur alle die Terme zusammen, deren Schaltfunktion "0" für den betreffenden Ausgang ergibt
  • negiere alle Eingänge des betreffenden Terms und verknüpfe sie mit der OR-Funktion
 
 

4. Komplexaufgabe mit Zusammenfassung zu Minimalformen history menue scroll up

 
    x0 x0  
    0 1  
x1 0  
x1 1  
 
 
 


5. Verwandte Themen history menue scroll up

Hat schon diese Site viel mit Logik zu tun, so kann's auf einer der folgenden damit noch happiger werden. Mich beeindruckt dabei immer wieder, wie man unter dem unwissenden Volk (das bist Du, der Du erarbeitend bis zu diesem Punkte gelangt bist, schon lange nicht mehr!) mit den Wörtchen "und", "oder" und "nicht" evtl. gespickt mit den Regeln der Relationenalgebra Verwirrung stiften kann. Wer's nicht glaubt, löst die Aufgaben unter dem dritten Bleisitft.

PIC5-Schaltungssammlung

das E-Blocks-Kid

Blockschaltbild eines Einchiprechners

Echtzeitsysteme

Prozessrechentechnik

TTL-Liste

EPROM-Logik

1 aus n-Decoder

Logikfunktionen und technologische Fertigungsverfahren

 

Beschreibung des Eingangssignalverhaltens für die Party-Aufgabe

Multiplexer

Bool'sches Aussagenkalkül

Transistor-Kennlinienfeld

Steuerrechner

ROM-Logik



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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha © Frank Rost am 11. Oktober 2012 um 18.37 Uhr

... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehemn ;-)

„Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“

Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist

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