Was ist SPS Programmierung?

Speicherprogrammierbare Steuerung – die Zukunft der Maschinensteuerung

In vielen Bereichen der Wirtschaft, aber auch im öffentlichen Leben, werden Vorgänge ganz einfach automatisiert. Inzwischen werden dafür oft sogenannte SPS eingesetzt. Sie steuern beziehungsweise regeln die Maschinen und Anlagen. Bevor dies allerdings möglich ist, müssen sie entsprechend programmiert werden. Wie das funktioniert und noch viel mehr erfährst du hier.

Was ist eine SPS und wo wird sie eingesetzt?

Die Abkürzung SPS steht für Speicherprogrammierbare Steuerung. Im englischen wird diese hingegen als PLC (Programmable Logic Controller) bezeichnet. Hierbei handelt es sich um ein elektronisches Gerät. Es wird in der Automatisierungstechnik eingesetzt und soll hier Steuerungs- und Regelungsaufgaben übernehmen. Damit die Steuerung in der Lage ist, Prozesse zu überwachen, zu regeln und natürlich auch zu steuern, muss es mit diversen Sensoren (z.B. Endschalter, Taster, Lichtschranken oder Temperaturfühler) und Aktoren (z.B. Antriebssteuerungsmodule oder elektrische Ventile für Druckluft oder Hydraulik) interagieren. Hierfür verfügt das SPS über Eingabe- und Ausgabe-Schnittstellen.

Eingesetzt wird die Speicherprogrammierbare Steuerung folglich überall dort, wo Prozesse automatisiert werden sollen oder müssen. Praktische Beispiele sind hier etwa die Gebäudetechnik mit der Steuerung von Parkhäusern, die Fördertechnik mit der Steuerung von Fahrstühlen oder auch die Industrien im Bereich Transport und Verkehr, etwa bei der Steuerung von Ampelanlagen.

Über die Ausgänge der SPS werden somit die Eingangsdaten eines Prozesses gesteuert. Damit dies möglich ist, muss die Steuerung allerdings programmierbar sein.

Was ist SPS Programmierung?

Die SPS kann auf verschiedenen Wegen realisiert werden. Möglichkeiten sind etwa als:

-PC-Einsteckkarte
-Softwareemulation
-Einzelgerät

Die Prozessor-Architektur jener klassischen speicherprogrammierbaren Steuerungen ist für die Bit- oder Byte-, Wort oder Doppelwort-Verknüpfung optimiert. Sollen zwei Geräte mit unterschiedlicher Adressierung miteinander verknüpft werden, ist diese unbedingt zu beachten. Damit in solchen Fällen die richtige Information abgebildet wird, müssen Oktetts innerhalb eines Wortes gegebenenfalls paarweise getauscht werden.

Was die benötigte Programmiersprache betrifft, so gilt hier die EN 61131. Sie ist weltweit die einzig gültige Norm für Programmiersprachen und basiert auf der internationalen Norm IEC 61131. Gegliedert ist die Norm in Bezug auf die speicherprogrammierbare Steuerung in die allgemeinen Informationen (Teil 1), Betriebsmittelanforderungen und Prüfungen (Teil 2) und in die Programmiersprachen (Teil 3).

Teil 3 ist besonders wichtig für die Programmierung. Hier wurden fünf geltende Programmiersprachen festgelegt:
-Kontaktplan (KOP)
-Anweisungsliste (AWL)
-Funktionsbausteinsprache (FBS / FUP)
-Sblaufsprache (AS)
-Strukturierter Text (ST)

In der Regel erhältst du gemeinsam mit der Hardware des SPS auch eine Software, die der Kommunikation des Programmiergerätes mit der Steuerung dient. Die Programmierung selbst erfolgt dann direkt über dieses Gerät. Beim Programmieren wird dann die bereitgestellte Konfiguration auf die Steuerung geladen und bleibt so lange bestehen, bis sie vom Nutzer überschrieben oder gelöscht wird.
Häufig greifen Nutzer allerdings auch auf ein Softwareprodukt zurück, das alle der fünf oben genannten Programmiersprachen unterstützt.

Wie funktioniert SPS Programmierung?

Die Programmierung einer SPS ist maßgeblich an der vorliegenden Steuerung abhängig. Daher beschreiben wir die SPS Programmierung anhand des Softwareprodukts STEP7.

Hier wird die symbolische Programmierung genutzt. Anstelle eines Operanden wird ein stellvertretender Symbolname (z.B. E Licht_EIN) eingegeben. Insofern unterscheidet sich diese Programmierung von der absoluten Adressierung, die einen direkten Operanden bedarf.

Der Vorteil der sich durch diese Eingabe bei der symbolischen Programmierung ergibt ist, dass das Programm lesbarer wird, da die Ansprache der Datenbausteine über ihren symbolischen Namen erfolgt. Hinzu kommt, dass die Programmteile deutlich leichter auch in anderen Projekten eingesetzt werden können. Weiterhin können Schreibfehler nachhaltiger vermieden werden, was letztlich nicht nur zu einer hochwertigeren Dokumentation, sondern auch zu mehr Sicherheit führt.

Wichtig bei der SPS Programmierung sind darüber hinaus die globalen und lokalen Symbole. In der Symboltabelle lassen sich die Definitionen der globalen Symbole finden, die im gesamten Programm gültig sind und auf die im ganzen Programm zugegriffen werden kann. Ein einzelner Symbolname ist hier nicht länger als 24 Zeichen.

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Lokale Symbole hingegen werden direkt im Deklarationsteil des Bausteins definiert. So sind sie auch nur in diesem Baustein gültig. Auch hier ist die Länge auf maximal 24 Zeichen beschränkt.

Wie du im obigen Beispiel bereits sehen konntest, werden bei der symbolischen Programmierung keine Leerzeichen, sondern Unterstriche (E Licht_EIN) verwendet. Grund dafür ist, dass der Editor die Symbolnamen ausschließlich als zusammengehörenden Text erkennt. Die Unterstriche verbessern somit die Lesbarkeit des Programmiercodes ungemein. Auf Sonderzeichen und Umlaute sollte in den Symbolnamen übrigens verzichtet werden.

Im obigen Beispiel – E LichtEIN – findet sich vor dem eigentlichen Symbolnamen noch ein weiterer Buchstabe. Dieser soll die Leserlichkeit der symbolisch programmierten Bausteine erleichtern. Gängig sind bei den Operanden:

  • E: digitaler Eingang
  • A: digitaler Ausgang
  • AE: analoger Eingang
  • AA: analoger Ausgang
  • Z: Zähler
  • T: Timer
  • M: Merker

Weiterhin erfolgt in STEP7 eine Organisation in Bausteinen:

  • OB: Organisationsbaustein
  • DB: globaler Datenbaustein
  • DI: Instanz-Datenbaustein
  • FB: Funktionsbaustein
  • FC_: Funktion

Der Organisationsbaustein ist grundsätzlich vorhanden, da er die Schnittstelle zum Betriebssystem der CPU darstellt. Daher wird er von diesem ganz automatisch aufgerufen und zyklisch bearbeitet. Ist eine komplexe Steuerungsaufgabe gegeben, so wird das Programm in kleine Programmbausteine unterteilt, die nach Funktionen geordnet sind. Um jene Bausteine aufrufen zu können, nutzen die Organisationsbausteine die Bausteinaufrufbefehle, so etwa “Call FC10” oder “DB3”.

Was sind Vorteile und Nachteile von SPS Programmierungen?

Interessant sind die Vorteile und Nachteile der SPS, insbesondere gegenüber der verbindungsprogrammierten Steuerung (VPS). Ein klarer Vorteil ist hier, dass sich die SPS deutlich leichter ändern lässt. Klar ist, dass die Implementierung einer Steuerung meist nicht sofort gelingt. Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, müssen immer wieder neue Modifikationen durchgeführt werden. Bei einer verbinungsprogrammierten Steuerung bedeutet dies, dass auch die Verdrahtung regelmäßig geändert werden muss. Bei der speicherprogrammierten Steuerung hingegen muss lediglich das Programm geändert werden. So lässt sich nicht nur ein geringerer Zeitaufwand erzielen. Auch späte Änderungen des Programms sind hier ohne Probleme möglich.

Darüber hinaus kann das Steuerprogramm der SPS, sobald es einmal fertiggestellt wurde, immer wieder kopiert und neu eingesetzt werden. Beim VPS ist das logischerweise nicht möglich. Hier muss die Steuerung immer wieder separat erstellt werden. Weitere Zeitersparnisse lassen sich bei der SPS dahingehend feststellen, dass sie weniger Materialaufwand, Verdrahtung und Montagearbeit benötigen. Darüber hinaus kann die Bearbeitung auch von mehreren Personen in Teilkomponenten durchgeführt werden, die später einfach zusammengefügt werden.

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Die Nachteile der SPS gegenüber der VPS sind hingegen sehr gering. Bei kleinen oder wenig komplexen Anlagen allerdings lohnt sich eine SPS ganz einfach finanziell nicht. Hinzu kommt natürlich auch der Bedarf an zusätzlicher Infrastruktur sowie Technik. Datenträger, Sicherungssätze und anderes Inventar muss für die SPS einfach vorhanden sein – genau wie gut ausgebildetes und kompetentes Personal.

Buchempfehlung zum Erlernen von SPS Programmierung

Wenn du die für die SPS Programmierung interessierst und dir Wissen aneignen möchtest, das weit über die in diesem Artikel aufgeführten Informationen hinausgeht, stehen dir verschiedene Bücher zur Verfügung, die auch wir dir empfehlen können:

  • Automatisieren mit SPS – Theorie und Praxis von Günter Wellenreuther und Dieter Zastrow
  • SPS – Modellbasierter Steuerungsentwurf für die Praxis von Dr. Reiner Uhlig
  • SPS-Programmierung mit SCL im TIA-Portal: CPU 1500, CPU 1200 und CPU 300 von Karl Schmitt

Fazit

Die SPS Programmierung bringt in der Praxis enorme Vorteile mit sich. Immerhin ermöglicht sie die Automatisierung von Vorgängen. Verglichen mit der VPS scheint die speicherprogrammierbare Steuerung ganz klar die Steuerung der Zukunft zu sein. So ist die SPS deutlich zeitsparender und oft auch weniger kostenintensiv. Darüber hinaus kann das Programm, sobald es einmal geschrieben ist, immer wieder dupliziert werden. Dennoch werden auch in Zukunft qualifizierte Fachleuchte benötigt, um die Steuerung neu programmieren zu können.

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