SPS Systemablauf
DieSPS-Steuerung wurde entwickelt, um die immer aufwändiger werdenden Schütz-/Relaisteuerungen zu ersetzen, die Kosten zu senken und der Anlagenverfügbarkeit nachzukommen.
Dafür wurde die SPS (Speicher-Programmierbare-Steuerung) entwickelt. Sie soll den hohen Anforderungen der Industrie gerecht werden. Ein wichtiger Punkt dabei ist die Vermeidung von Anlagen-undPersonenschäden, sowie das Zeitverhalten der SPS-Systeme.
Die Grundfunktionalität für die Abarbeitung des SPS-Programms, besteht aus vier Teilen:
- SPS-Anlauf
- SPS DI-Signale erfassen
- SPS-Programm Abarbeitung
- SPS DO-Signale ausgeben
SPS-Anlauf
Im SPS-Programm sind möglichst viele Anlagensituationen zu berücksichtigen. Eine Standardsituation ist das Anlaufen der SPS.Bei Neustart der SPS ist ein unkontrolliertes Einschalten der Anlagenfunktionen zu vermeiden, um die Anlage in einem möglichst sicheren Zustand zu halten.
Entsprechend dürfen keine Bewegungen ausgeführt werden, die zu Anlagen-/Personenschäden führen könnten, z.B. durch Motoren, Zylinder, die während Anlagenstillstand für Wartungs-und Reparturmassnahmen genutzt wurden. Eine andere Maßnahme wäre bestehende Funktionen anzusteuern, um Materialien sicher zu fixieren oder zu schützen (z.B. Elektromagnete, oder Kühlsysteme). Nachfolgeschäden können auf diese Art verhindert werden.
Durch die OB’s 100..102 werden Steuersignale erstellt, die beim ersten SPS-Zyklus die Funktionen ausschalten, und in seltenen Fällen auch einschalten. Nach dem der OB bearbeitet wurde, wird wieder der normale Ablauf ausgeführt.
Hier die Bedeutung der OB’s 100..102:
OB100: CPU-Anlauf-Neustart (Warmstart)
OB101: CPU-Anlauf-Wiederanlauf
OB102: CPU-Anlauf-Kaltstart
SPS DI-Signale erfassen
Hier werden die Signale von den SPS-Baugruppen eingelesen, um somit den Speicherbereich zu aktualisieren. Mit der Angabe z.B. durch E0.0, EB2, EW12 oder ED23 wird auf die Information zugegriffen.
SPS-Programm Ablauf
Nach dem die DI-Signale aktualisiert wurden, wird das SPS-Programm ausgeführt, um Signale, Werte oder Ausgänge anzusteuern. Dabei werden die SPS-Ausgänge erst später angesteuert. Für das Ausführen des SPS-Programms sind zeitliche Grenzen gesetzt, um Systemfehler oder zu lange Programmlaufzeiten/Endlosschleifen, die zu möglichen Schäden führen könnten, abzuwenden. Sollte die max. Laufzeit im Bereich 300ms überschritten werden, geht die CPU in den STOP-Zustand.
SPS DO-Signale ausgeben
Die aktuellen DO-Signale, die sich im Speicherbereich befinden, werden an die SPS-Baugruppen übertragen, damit die Ausgänge angesteuert werden. Die DO-Signale wurden z.B. mit der Angabe A1.0, AB0, AW24 oder AD3 im SPS-Programm angesteuert. Nach dem diese Funktion ausgeführt wurde, werden wieder die DI-Signale eingelesen, und der SPS-Zyklus beginnt von vorne.
SPS-Zyklus und Echtzeit
Der SPS-Zyklus (DI-Signale erfassen, Programmausführung, DO-Signale ausgeben) hat auf Grund von Systemeigenschaften oder unterschiedlich lange Programmcodes, die bearbeitet werden müssen.
Eine wichtige Systemeigenschaft ist, die Reaktion auf eine Signaländerung am SPS-Eingang, die zwischen ein bis zwei SPS-Zyklen dauern kann. Diese Situation ergibt sich dann, wenn sich das Signal nach dem Einlesen der Eingänge ändert. Es muss erst das Programm durchlaufen werden, bis erneut die DI-Signale eingelesen werden.
Dann erst wird das Signal berücksichtigt. Und erst beim ausgeben der Ausgänge wird die entsprechende Aktion angesteuert. Um die DI-Signale sicher zu erfassen, muss das Signal mind. zweifach- max. SPS-Zyklus lang sein. Es gibt Möglichkeiten, die Reaktionen auf wichtige Signale zu erhöhen.
Als Echtzeit gilt, wenn das Zeitverhalten des Systems ausreichend für den Prozess ist. So können auch SPS-Zykluszeiten von 800ms oder höher als Echzeit gelten. Z.B. bei trägen Prozessen, wie Temperaturregelungen mit entsprechend großen Massen. Das andere Extrem für Echtzeitsysteme sind Reaktionszeiten von 2ms, oder schneller, die bei Hochgeschwindigkeits- Applikationen benötigt werden, z.B. bei Spindelpressen, Sortieranlagen, Positionionsaufgaben.
Das Auswählen der SPS/ CPU ist von dem geforderten Echtzeitverhalten abhängig. Das Echtzeitverhalten hängt hauptsächlich von der benötigten Reaktionszeit, den Hardwarekomponenten und der Programmausführungszeit ab, welche bei Projektplanung berücksichtigt werden sollten.