Industrielle Automatisierung: PLC Controller Programming Explained Posted by on Feb 09, 2024 in Automation Solutions Beim Kauf von industriellen Automatisierungsprodukten und -lösungen müssen Distributoren, Wiederverkäufer und Beschaffungsexperten über ein allgemeines Wissen über die Prinzipien verfügen, die deren Funktion, Leistung und Anwendung ermöglichen. Wenn Sie zum Beispiel daran interessiert sind, SPS-basierte Automatisierungsprodukte zu verkaufen, ist es wichtig, die folgenden Begriffe und Konzepte der SPS-Steuerungsprogrammierung 101 zu verstehen, einschließlich ihrer Definition, Programmiersprachen, Programmiermethodik, Anwendungen, Vorteile und wichtiger Kaufüberlegungen. # SPS-Steuerungsprogrammierung 101 ## Überblick ### Definition der SPS-Steuerungsprogrammierung Die SPS-Steuerungsprogrammierung ist der Prozess der Erstellung einer Reihe von Anweisungen, die vorgeben, wie eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) in einer bestimmten industriellen Umgebung arbeiten soll. Eine SPS ist im Wesentlichen eine Art Computer, der speziell für den Einsatz in der industriellen Automatisierung entwickelt wurde. Ihre Programmierung ermöglicht es der SPS, Eingänge zu überwachen, Steuerlogik auszuführen und Steuersignale an andere Geräte in einem automatisierten Prozess oder System auszugeben. Eine effektive SPS-Programmierung ist entscheidend für eine zuverlässige und effiziente Automatisierung von Industrieprozessen. ### Geschichtlicher Hintergrund der SPS-Programmierung Die SPS wurde erstmals 1969 von Dick Morley erfunden, als Reaktion auf den Bedarf an einer effizienteren, einfach zu programmierenden und umprogrammierbaren Methode zur Automatisierung von Steuersystemen als die damals in der Industrie verwendeten fest verdrahteten Relaislogiksysteme. Die Einführung der SPS öffnete die Tür zu einer ganzen Reihe von Steuerungslogiken und Programmiersprachen, aber die ersten SPS wurden in der Regel mit der Kontaktplanprogrammierung programmiert, die auch heute noch die weltweit am häufigsten verwendete SPS-Programmiersprache ist. Die SPS-Programmierung hat sich in den vergangenen Jahrzehnten weiterentwickelt und unterstützt nun auch weitere Programmiersprachen und Möglichkeiten zur Entwicklung komplexer Steuerungslogik. ## SPS-Steuerungsprogrammiersprachen Im Folgenden sind die SPS-Programmiersprachen aufgeführt, die heute von den SPS-Herstellern am häufigsten unterstützt werden. ### Kontaktplan Die Kontaktplanprogrammierung ist die älteste und immer noch am häufigsten verwendete SPS-Programmiersprache. #### a. Überblick über die Kontaktplanprogrammierung * Beschreibung: Die Kontaktplanprogrammierung ist eine grafische Programmiersprache, die für die Erstellung von Steuerlogik für SPS verwendet wird. Die Kontaktplanlogik wird oft mit den Schaltplänen verglichen, die früher für die Erstellung festverdrahteter relaisbasierter Steuersysteme verwendet wurden. * Funktionsweise: Bei der Kontaktplanprogrammierung ist der Code in Sprossen (horizontale Linien zwischen zwei vertikalen Linien, die die Stromschienen darstellen) gegliedert, von denen jede typischerweise eine einzelne Steuerungsoperation darstellt. #### b. Vorteile der Kontaktplanprogrammierung * Benutzerfreundlichkeit: Einer der Hauptvorteile der Kontaktplanprogrammierung ist, dass sie im Allgemeinen einfach zu handhaben ist und nur ein geringes Maß an technischem Wissen von jemandem erfordert, der mit Elektrotechnik und der Arbeit mit elektrischen Steuerungssystemen vertraut ist. * Fehlersuche: Sie ist auch leicht zu debuggen, was sie zu einer noch nützlicheren Option macht, um die Steuerungslogik für Ihr Automatisierungssystem oder Produkt schnell einzurichten. ### Strukturierter Text Strukturierter Text ist eine traditionelle Hochsprachenprogrammierung und die zweithäufigste Sprache, die für die SPS-Programmierung verwendet wird. #### a. Strukturierter Text Überblick * Beschreibung: Die strukturierte Textprogrammierung hat eine High-Level-Syntax, die auf Sprachen wie Pascal und C basiert, und sie ist eine der flexibelsten Sprachen, die mit SPSen verwendet werden. * Funktionsweise: Strukturierter Text wird häufig verwendet, wenn ein Automatisierungssystem eine komplexe Steuerungslogik unterstützen muss. Strukturierter Text bietet SPS-Programmierern die Möglichkeit, Variablen, Funktionen und alle anderen Kontrollstrukturen, einschließlich Bedingungen und Schleifen, zu verwenden, die man in einer traditionellen Programmiersprache finden kann. #### b. Vorteile der strukturierten Textprogrammierung * Flexibilität: Dies macht sie zu einer äußerst flexiblen Sprache, die für die Programmierung vieler verschiedener Arten von Automatisierungsprodukten und -systemen verwendet werden kann. * Lesbarkeit: Die Tatsache, dass sie von jedem mit einem Hintergrund in der Softwareentwicklung gelesen werden kann, macht die Programmierung einfach. ### Funktionsblockdiagramm Das Funktionsblockdiagramm ist eine weitere Programmiersprache, die häufig in der SPS-Programmierung verwendet wird. #### a. Funktionsblockdiagramm Übersicht * Beschreibung: Bei der Funktionsblockdiagramm-Programmierung werden Funktionsblöcke verwendet, um Funktionen und deren Verbindung visuell darzustellen. * Funktionsweise: Jeder Block in der Funktionsblockdiagrammprogrammierung stellt eine andere Funktion dar, z. B. logische oder mathematische Operationen oder Zeitgeber, und mehrere Blöcke werden miteinander verbunden, um die gewünschte Steuerlogik zu erstellen. #### b. Vorteile der Funktionsblockdiagramm-Programmierung * Modularität: Diese Programmiersprache ist attraktiv, weil sie in dem Sinne modular ist, dass man viele einzelne Funktionen erstellen und diese dann in zukünftigen Programmierprojekten immer wieder verwenden kann. * Visuelle Darstellung: Darüber hinaus bietet sie eine gute visuelle Darstellung des Steuerungsprozesses und der verschiedenen Schritte, aus denen er sich zusammensetzt. ### Sequentielle Funktionspläne Sequentielle Funktionspläne sind eine weitere SPS-Programmiersprache, die sich besonders für die Programmierung spezifischer Arten von Steuerlogik eignet. #### a. Sequenzielle Funktionspläne Überblick * Beschreibung: Sequenzielle Funktionspläne sind eine Programmiersprache, die speziell zur Unterstützung einer bestimmten Art der Programmierung verwendet wird, die sich auf die Programmierung von Batch- oder Stückprozessen konzentriert. * Funktionsweise: Wie man sich vorstellen kann, ermöglichen SFC (sequentielle Funktionspläne) einem SPS-Programmierer, eine Reihe von sequentiellen Funktionen und die Aktionen zu programmieren, die innerhalb jeder Funktion ausgeführt werden sollen, sowie alle Übergänge, die zwischen ihnen stattfinden müssen. #### b. Vorteile der Programmierung von Ablaufplänen * Klarheit: Die Programmierung von Ablaufdiagrammen bietet eine sehr klare und leicht verständliche Darstellung der Funktionsweise eines sequentiellen Prozesses, die es leicht macht, den gesamten Prozess zu visualisieren. * Kontrolle: Darüber hinaus ermöglicht sie ein hohes Maß an Kontrolle über diesen Prozess. ## PLC Controller Programming Methodologies Bei der Programmierung einer SPS für die Steuerung einer industriellen Anwendung gibt es auch verschiedene Methoden, die ein Entwickler verwenden kann, um den Code auf effektive Weise zu erstellen und zu strukturieren. ### Top-Down-Ansatz Der Top-Down-Ansatz zur SPS-Programmierung ist einer der gängigsten Ansätze. #### a. Top-Down-Ansatz Überblick * Beschreibung: Bei einem Top-Down-Ansatz zur SPS-Programmierung wird ein komplexes Gesamtsystem in immer kleinere Komponenten zerlegt. * Funktionsweise: Programmierer, die auf diese Weise arbeiten, beginnen mit der Ermittlung der allgemeinen Systemanforderungen auf hoher Ebene und zerlegen dann das System in seine einzelnen Teilsysteme, bevor sie es immer weiter in kleinere Komponenten und schließlich in die einzelnen Steuerelemente zerlegen, die für jeden einzelnen Betrieb des Systems verantwortlich sind. #### b. Vorteile der Programmierung nach dem Top-Down-Ansatz * Systematische Entwicklung: Einer der Vorteile des Top-Down-Ansatzes bei der Programmierung einer SPS besteht darin, dass er einen viel systematischeren Entwicklungsansatz fördert und bedeutet, dass die Struktur und Hierarchie des gesamten Systems sehr klar ist. * Dokumentation: Die Top-Down-Programmierung ist auch eine gute Option, wenn Sie eine gute Dokumentation der SPS-Programmierung und des Codes für Ihr Projekt erstellen müssen. ### Bottom-Up-Ansatz Der Bottom-Up-Ansatz für die SPS-Programmierung verfolgt einen umgekehrten Ansatz, indem er bei den Elementen der untersten Ebene des Steuerungssystems beginnt und sich nach oben arbeitet. #### a. Bottom-Up-Ansatz Überblick * Beschreibung: Bei der Bottom-up-Programmierung für SPS wird das Gesamtsystem im Wesentlichen in seine kleinsten Einzelkomponenten zerlegt, und jede einzelne Komponente wird getestet und aufgebaut, bevor sie zu größeren Einheiten und schließlich zu einem Gesamtsystem kombiniert wird. * Funktionalität: Bei einem Bottom-up-Ansatz wird ebenfalls von der Hardwareebene bis zur SPS selbst gearbeitet. #### b. Vorteile des Bottom-Up-Ansatzes * Frühe Tests: Ein Vorteil des Bottom-up-Ansatzes besteht darin, dass Sie jede Komponente früher im Prozess testen können, was wiederum die Möglichkeit verringert, später im Prozess auf Probleme zu stoßen. * Flexibilität: Ein weiterer Vorteil des Bottom-up-Ansatzes besteht darin, dass er viel Flexibilität bietet, da Änderungen und Anpassungen zu einem späteren Zeitpunkt des Prozesses problemlos vorgenommen werden können. ### Modulare Programmierung Bei der modularen Programmierung für SPSen wird Code erstellt, der in kleinere Module unterteilt werden kann, die sich leicht in anderen Programmierprojekten wiederverwenden lassen. #### a. Überblick über die modulare Programmierung * Beschreibung: Die modulare Programmierung wird als Mittel zum Schreiben von Produktionscode für eine SPS verwendet, der dann in einzelne Module zerlegt werden kann, die zu einem späteren Zeitpunkt in zukünftigen Programmierprojekten wiederverwendet werden können. * Funktionsweise: Jedes einzelne Modul in der modularen Programmierung ist für eine einzige, individuelle Funktion verantwortlich, und dieser Code kann dann in das Gesamtprojekt integriert werden. #### b. Vorteile der modularen Programmierung * Effizienz: Einer der Hauptvorteile der modularen Programmierung besteht darin, dass sie sehr effizient ist, da sie es den Programmierern ermöglicht, viele Codes zu erstellen, die leicht in anderen Projekten wiederverwendet werden können, anstatt jedes Mal alles von Grund auf neu zu erstellen. * Wartbarkeit: Dies macht auch die Wartung und Aktualisierung des Codes viel einfacher, da Änderungen auf der Ebene der einzelnen Module vorgenommen werden können, ohne dass die gesamte SPS-Codebasis überarbeitet werden muss. ## SPS-Steuerungsprogrammierung Anwendungen Die SPS-Steuerungsprogrammierung kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. ### Fertigungsautomatisierung Eine der häufigsten Anwendungen der SPS-Programmierung ist die Fertigungsautomatisierung, wobei SPS in der Fertigungsautomatisierung eingesetzt werden, um Produktionsprozesse zu automatisieren und sicherzustellen, dass die Qualitätsstandards stets eingehalten werden. #### a. Beispiele für SPS-Programmieranwendungen in der Fertigungsautomatisierung * Montagelinien: PLCs werden häufig zur Steuerung des Betriebs von Montagelinien eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Komponenten wie erforderlich von einer Arbeitsstation zur nächsten bewegt werden, und um den Betrieb der Maschinen an jeder Station zu steuern. ### Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung Eine weitere häufige Anwendung für die SPS-Programmierung findet sich in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, wo SPS zur Steuerung und Überwachung von Verarbeitungsprozessen in Lebensmittel- und Getränkefabriken eingesetzt werden. #### a. Beispiele für SPS-Programmieranwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie * Qualitätskontrolle: In der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung eingesetzte SPS haben in der Regel die Aufgabe, die Qualitätskontrolle während des Herstellungsprozesses sicherzustellen. So kann eine SPS beispielsweise bestimmte kritische Parameter überwachen und andere Aspekte des Prozesses anpassen, um eine gleichbleibende Qualität und einen gleichbleibenden Geschmack zu gewährleisten oder um sicherzustellen, dass die Mischung ausreichend erhitzt wird. ### Wasser- und Abwasseraufbereitung In Wasseraufbereitungsanlagen werden PLCs zur Steuerung von Wasseraufbereitungsprozessen eingesetzt. #### a. Beispiele für die Programmierung von SPS-Steuerungen in der Wasser- und Abwasseraufbereitung * Prozessoptimierung: In Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen werden SPS üblicherweise eingesetzt, um die Qualität des aufbereiteten Wassers sowie andere mit dem Aufbereitungsprozess verbundene Parameter zu überwachen, wie z. B. die Menge der zugesetzten chemischen Zusätze, und den Wasseraufbereitungsprozess entsprechend anzupassen, um den Prozess zu optimieren und sicherzustellen, dass das Wasser für den Verbrauch sicher ist. ### HLK-Systeme PLCs werden in HLK-Anwendungen zur Steuerung des Betriebs von HLK-Systemen eingesetzt. #### a. Beispiele für SPS-Steuerungsprogrammierung Anwendungen in HLK-Systemen * Energieeffizienz: In HLK-Anwendungen werden SPS häufig eingesetzt, um den Betrieb von HLK-Systemen so zu optimieren, dass sie die Energie so effizient wie möglich nutzen. Dies ist bei HLK-Systemen besonders wichtig, da Energieeffizienz zu Einsparungen bei den Energiekosten führt, was bei HLK-Installationen ein wichtiger Faktor ist. ### Robotik Die Automatisierung von Robotern ist ein weiterer Bereich, in dem SPS häufig eingesetzt werden, wobei die SPS-Programmierung zur Steuerung von Robotern verwendet wird. #### a. Beispiele für SPS-Programmieranwendungen in der Robotik * Roboterarme: PLCs werden zur Steuerung des Betriebs von Roboterarmen verwendet, um eine Vielzahl von Fertigungsaufgaben wie Schweißen, Lackieren und Montage durchzuführen. ## SPS-Steuerungsprogrammierung Vorteile Die Programmierung einer SPS zur Steuerung eines industriellen Automatisierungssystems bietet viele Vorteile. ### Gesteigerte Effizienz Durch die Automatisierung der Steuerung industrieller Prozesse trägt die SPS-Programmierung zur Verbesserung der Effizienz bei, mit der diese Prozesse abgeschlossen werden können. ### Verbesserte Präzision Die SPS-Programmierung ermöglicht eine präzisere Steuerung industrieller Prozesse mit einer besseren Kontrolle der Ein- und Ausgänge sowie der Möglichkeit, sehr feine Einstellungen vorzunehmen. ### Flexibilität und Skalierbarkeit Das Programm kann leicht geändert und erweitert werden, um unterschiedliche Produktionsanforderungen in der Zukunft zu unterstützen, was dem System ein hohes Maß an Flexibilität und Skalierbarkeit verleiht. ### Verbesserte Sicherheit Eine effektive SPS-Programmierung hat auch das Potenzial, die Sicherheit zu verbessern, indem sie die einfache Integration von Not-Aus-Funktionen oder Sicherheitsverriegelungen in das System ermöglicht. ### Datenerfassung und -analyse Die SPS-Programmierung kann auch zur Erfassung und Speicherung von Daten verwendet werden, die analysiert werden können, um die Leistung in Zukunft zu verbessern. ## Wichtige Kaufüberlegungen bei der Implementierung der SPS-Steuerungsprogrammierung Wenn Sie die Anschaffung eines neuen Automatisierungssystems oder -produkts planen, bei dem die SPS-Steuerungsprogrammierung zum Einsatz kommen soll, müssen Sie eine Reihe von Überlegungen anstellen, bevor Sie sich für ein Produkt und einen Lieferanten entscheiden, mit dem Sie arbeiten möchten. ### Anwendungsanforderungen Die Anforderungen Ihrer spezifischen Anwendung haben einen großen Einfluss auf die Art der Steuerungslogik, die für das Automatisierungssystem benötigt wird. Zum Beispiel beeinflussen die zu automatisierenden Prozesse und die zu verwaltenden Steuerungsparameter die Wahl der Programmiersprache und -methodik. ### Systemintegration Das SPS-Programm muss sich in die vorhandenen Maschinen und Prozesse integrieren lassen. Außerdem müssen Sie sicherstellen, dass die von Ihnen gewählte SPS mit anderen Geräten und Systemen kompatibel ist, mit denen sie eine Schnittstelle bilden muss. ### Programmierkenntnisse Die Programmierkenntnisse Ihres Teams sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da Sie sich vergewissern müssen, dass Sie über die für die Entwicklung und Implementierung der Steuerungslogik erforderlichen technischen Fähigkeiten verfügen. Ist dies nicht der Fall, müssen Sie möglicherweise in die Ausbildung investieren oder qualifizierte Programmierer für das Projekt einstellen. ### Support und Wartung Sie sollten auch den Umfang des Supports berücksichtigen, den Sie nach dem Kauf des Automatisierungsprodukts vom Hersteller erwarten können, wobei ein starkes Kundendienst- und Wartungspaket ein wichtiges Kriterium für Ihre Kaufentscheidung ist. ### Budget Schließlich ist das Budget immer eine wichtige Kaufüberlegung, und Sie sollten für Ihr Projekt ein Budget aufstellen, das nicht nur die Kosten für die Programmierung selbst, sondern auch die Kosten für die laufende Wartung und eventuelle spätere Aufrüstungen berücksichtigt. # Fazit Die Programmierung von SPS-Steuerungen ist ein wesentlicher Bestandteil der modernen Automatisierungstechnik, die eine Reihe von Lösungen und Vorteilen für Unternehmen in verschiedenen Branchen bietet. Wenn Sie Distributor oder Wiederverkäufer von industriellen Automatisierungsprodukten sind, dann ist ein grundlegendes Verständnis der SPS-Steuerungsprogrammierung, ihrer Anwendungen und Vorteile der Schlüssel, um die richtigen Kaufentscheidungen treffen zu können und Ihnen zu helfen, SPS-basierte Automatisierungslösungen erfolgreich an Ihre Endbenutzer zu verkaufen. Da sich die Technologie im Bereich der industriellen Automatisierung schnell weiterentwickelt, ist es auch in Zukunft wichtig, dass Sie mit den Fortschritten in der SPS-Programmierung auf dem Laufenden bleiben. # FAQ ## Was ist SPS-Steuerungsprogrammierung? Die Programmierung von SPS-Steuerungen ist der Prozess der Erstellung von Anweisungen, die vorgeben, wie eine SPS in einer bestimmten industriellen Umgebung funktionieren soll. ## Was sind die wichtigsten SPS-Programmiersprachen, die die Hersteller unterstützen? Die wichtigsten SPS-Programmiersprachen, die von den Herstellern unterstützt werden, sind Kontaktplan, strukturierter Text, Funktionsblockdiagramm und Ablaufpläne. ## Welches sind die wichtigsten SPS-Programmiermethoden, die Programmierer verwenden? Die wichtigsten SPS-Programmiermethoden, die von Programmierern verwendet werden, sind der Top-down-Ansatz, der Bottom-up-Ansatz und die modulare Programmierung. ## In welchen Branchen wird die Programmierung von SPS-Steuerungen üblicherweise eingesetzt? Die Programmierung von SPS-Steuerungen wird in vielen Branchen eingesetzt, z. B. in der verarbeitenden Industrie, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Wasser- und Abwasseraufbereitung, der HLK-Technik und der Robotik. ## Was sind die Vorteile einer effektiven SPS-Steuerungsprogrammierung? Zu den wichtigsten Vorteilen einer effektiven SPS-Steuerungsprogrammierung gehören erhöhte Effizienz, verbesserte Präzision, Flexibilität und Skalierbarkeit, verbesserte Sicherheit und die Möglichkeit, Daten zur Leistungsoptimierung zu sammeln und zu analysieren.