PLC steht für Programmable Logic Controller (speicherprogrammierbare Steuerung). Eine PLC ist ein programmierbares Rechengerät, das zur Steuerung elektromechanischer Prozesse verwendet wird, in der Regel im industriellen Bereich. Eine PLC wird manchmal auch als Industrie-PC bezeichnet, ein Begriff, der die Hauptfunktion einer PLC als spezialisierte industrielle Rechenmaschine beschreibt.
PLCs überwachen den Zustand eines Eingangsgeräts, z. B. Signale von einem Lichtschalter, und treffen Entscheidungen über den nächsten Zustand eines Ausgangsgeräts, z. B. das Ein- oder Ausschalten einer Lampe.
PLCs werden auch verwendet, um Informationen von Geräten in Fabriken oder von externen Standorten an zentrale Anwendungen zu übertragen, die häufig auf PCs laufen. SPS werden üblicherweise für die Überwachung von Geräten und die Erstellung von Berichten verwendet, um Fehler in Hardware-Geräten wie Industriemaschinen und Werkzeugen zu diagnostizieren und um Geräteereignisse auszulösen.
dank benutzerdefinierter Warnmeldungen und Datenvisualisierung können Sie Probleme mit dem Netzwerkzustand und der Leistung schnell erkennen und vermeiden.
SPS sind die Nachfolger von Relaislogiksystemen, d. h. von Steuerungssystemen, die Geräte auf niedriger Ebene wie Switches, Relais, Zeitgeber, Aktoren und Motoren überwachen und steuern. In logischen Relaissystemen führen Relais logische Operationen durch, die als Relaislogik bezeichnet werden, indem sie Magnetspulen in elektrischen Schaltungen aktivieren und deaktivieren.
Relais können Schaltkreise verbinden, die unterschiedliche Ströme und Spannungen verwenden. Daher waren sie in der Vergangenheit ideal für die Steuerung und Koordinierung verschiedener industrieller Automatisierungsgeräte.
Der Nachteil eines logischen Relaissystems besteht darin, dass es wie eine Schalttafel fest verdrahtet und aufgrund der Vielzahl von Drähten schwer zu warten ist. Die Entwicklung von Mikrocontrollern löste dieses Problem, indem sie es ermöglichten, die Prozesse der Relaislogik programmatisch zu kodieren und in einem Computer zu speichern.
Eine typische PLC ist an eine Stromversorgung angeschlossen und besteht aus einer Zentraleinheit (CPU), einem Baugruppenträger, einem Festwertspeicher (ROM), einem Arbeitsspeicher (RAM), Ein-/Ausgangsmodulen (E/A), einer Stromversorgung und einem Programmiergerät.
PLCs sind modular aufgebaut; E/A- und andere spezialisierte Module lassen sich in einen PLC-Einschub einschieben. PLC-Module werden manchmal auch als Karten bezeichnet.
Ein PLC-Rack kann mit dem Fahrgestell eines Autos verglichen werden, mit dem andere Komponenten verbunden sind. Die angeschlossenen Komponenten in einem PLC-Rack sind in drei Gruppen unterteilt: die CPU, mehrere E/A-Module und die Stromquelle.
Die Stromversorgung wandelt Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) um. Gleichstrom wird von der CPU und den E/A-Komponenten verwendet.
Wie bei einem PC ist die CPU das Gehirn einer PLC. Die CPU hat zwei Betriebsmodi: den Programmiermodus und den Betriebsmodus. Im Programmiermodus lädt die CPU Logik in Form von Programmieranweisungen herunter, die von einem Benutzer auf einem PC erstellt wurden. Im Betriebsmodus führt die CPU die Logik aus.
Die CPU steuert alle PLC-Operationen entsprechend den im Speicher abgelegten Programmieranweisungen. Ein Steuerbussystem überträgt Informationen zur und von der CPU.
Eine PLC empfängt oder erfasst Daten von Eingabegeräten wie Näherungs- und fotoelektrischen Sensoren, Tastaturen, Füllstandsmessern, Zeitgebern, Zählern, Konsolenleuchten, Elektromotoren sowie Temperatur- und Druckschaltern. Das Konzept der Sensordaten bezieht sich auf die Art der PLC-Eingangsdaten, die in Form von elektronischen Signalen vorliegen.
Digitale Eingangskarten verarbeiten diskrete Signale, z. B. Ein/Aus-Signale. Analoge Eingangskarten wandeln Spannungen in Zahlen um, die die CPU verstehen kann.
Zu den PLC-Ausgängen gehören Ventile, Anlasser, Antriebe, Stellglieder, Magnetspulen, Alarme, Steuerrelais, Drucker und Pumpen.
Digitale Ausgangskarten schalten Geräte ein und aus, z. B. ein Licht. Analoge Ausgangskarten wandeln digitale Zahlen in Spannung um, zum Beispiel zum Antrieb von Maschinen.
SPS können auf der Grundlage der empfangenen Eingabedaten logische Entscheidungen treffen und Aktionen durchführen, z. B. Eingabedaten verarbeiten und verarbeitete Daten an ein Ausgabegerät senden. Die Verarbeitung der Eingangsdaten wird von einem Programmiergerät ausgeführt.
Zum Beispiel kann ein Temperatur Switch die Temperatur in einer Kühlanlage überwachen und diese Information über eine PLC an einen Drucker in der Betriebszentrale einer Fabrik senden.
Bei dem Programmiergerät handelt es sich in der Regel um einen PC, eine Konsole oder ein proprietäres Handheld-Gerät. E/A-Module leiten Eingangssignale an die CPU einer PLC weiter, wo Ausgangssignale erzeugt werden. Das Format der Ausgabedaten wird durch ein auf dem Programmiergerät implementiertes Anwendungsprogramm festgelegt.
Im ROM werden Betriebssystemdaten und Treiber gespeichert. Der RAM speichert den Status und die Details von Eingangs- und Ausgangsdaten sowie Anwendungsprogramme.
Die E/A-Module sind für die Übertragung von Informationen zwischen der PLC und den Kommunikationsnetzen zuständig.
Um mit externen Geräten zu kommunizieren, verwenden SPS den empfohlenen Standard 232 (RS-232), einen seriellen Kommunikationsstandard. RS-232 verwendet Binärcode zum Lesen und Schreiben von Daten im ASCII-Format (American Standard Code of Information Interchange).
Auf der Steuerungsebene kommunizieren SPS mit Feldkomponenten auf der physikalischen Ebene unter Verwendung einer Vielzahl von Kommunikationsprotokollen, die von der jeweiligen Komponente abhängen. SPSen verwenden auch verschiedene Kommunikationsprotokolle für die Kommunikation über Netzwerke und mit drahtlosen Geräten.
Modbus RTU ist ein serielles Kommunikationsprotokoll, das häufig in industriellen Kommunikationsnetzen zur Übertragung von Daten über große Entfernungen verwendet wird. Serielle Kommunikationsprotokolle haben jedoch nicht die Leistung und Geschwindigkeit von Ethernet-Protokollen. Zu den von SPS verwendeten Ethernet-Protokollen gehören Ethernet TCP/IP, Modbus TCP/IP und Profinet, die für die Verbindung mit Anlagennetzwerken und dem Internet verwendet werden. Proprietäre Protokolle können für firmeneigene Geräte angepasst werden. USB-Protokolle (Universal Serial Bus) werden für die Verbindung mit Treibern und Druckern verwendet. Für drahtlose Geräte kann das Bluetooth-Protokoll verwendet werden.
Ein PLC führt vier grundlegende Betriebsfunktionen aus. Zunächst überprüft sie alle angeschlossenen Eingabegeräte auf ihren Betriebszustand. Zweitens führt sie ein Programm aus, das bestimmt, was mit den Eingabedaten geschehen soll. Drittens erzeugt sie ausgeführte Ausgangsdaten. Viertens führt es eine interne Diagnose mit einer Betriebskontrollfunktion durch.
SPS nutzen eine Reihe von Anschlüssen und Kommunikationsprotokollen, um sich mit Steuerungsanwendungen wie SCADA-Systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) zu verbinden.
Bediener in Industrieanlagen und Linienmanager interagieren über eine HMI in Echtzeit mit einer PLC. Eine HMI ist das Dashboard des Bedieners, d. h. die Schnittstelle zwischen einer Person und der PLC. Mit einer HMI kann ein Bediener industrielle Prozesse und Geräte koordinieren, verwalten und steuern.
SPS werden für eine Vielzahl von automatisierten Maschinenprozessen verwendet, z. B. zur Steuerung von Aufzügen oder zum Ein- und Ausschalten von Lichtschaltern in intelligenten Gebäuden. PLCs werden zur Überwachung von Sicherheitskameras und automatischen Warnvorrichtungen, Verkehrsampeln und industriellen Prozessen wie dem Schneiden von Glas und Papier eingesetzt.
Eine PLC überwacht Laufzeitdaten, z. B. die Betriebszeit des Geräts, die Betriebstemperatur und Nutzungsstatistiken. Außerdem startet und stoppt sie Prozesse und erzeugt Benachrichtigungen, wenn eine Maschine nicht funktioniert.
SPS werden in der Produktmontage, der Verpackung, der Bewegungssteuerung, der Chargensteuerung, der Maschinendiagnose und -prüfung sowie in Robotikprozessen eingesetzt.
Für die Programmierung von SPSen wird in der Regel die Kontaktplanlogik verwendet, aber auch andere Sprachen kommen zum Einsatz, z. B. Funktionsblockdiagramm, strukturierter Text, Ablaufplan und Anweisungsliste.
Die Kontaktplanlogik verwendet grafische Diagramme, die auf der Hardware von Relaisschaltungen basieren, um die logische Struktur von Prozessen in PLC-Softwareanwendungen auszudrücken und zu spezifizieren. Der Code der Kontaktplanlogik sieht aus wie ein elektrischer Schaltplan.
benachrichtigungen in Echtzeit bedeuten eine schnellere Fehlerbehebung, so dass Sie handeln können, bevor ernstere Probleme auftreten.
Die Vorteile von SPS sind in erster Linie die Vorteile, die sich aus der Abschaffung der traditionellen, fest verdrahteten logischen Steuerungssysteme ergeben. Im Vergleich zu herkömmlichen logischen Steuerungssystemen sind SPS einfacher zu bauen, zu installieren, zu warten und zu ändern.
PLC-Komponenten erfordern keine komplexe Verdrahtung, da die Steuerlogik von der Software implementiert wird. Änderungen und Aktualisierungen können einfach durch das Hochladen eines neuen Kontaktplanprogramms durchgeführt werden. Änderungen können aus der Ferne vorgenommen werden, anstatt sie wie bei Relaislogiksystemen manuell vorzunehmen.
Die Kodierung der Kontaktplanlogik ermöglicht die schnelle Entwicklung komplexer logischer Ausdrücke. Die Programmierung von PLCs ist relativ einfach, und da der Aufbau eines PLC-Systems modular ist, können sie in verschiedenen physischen Aufbauten installiert werden und sind mit mehreren verschiedenen Eingangs- und Ausgangsgeräten leicht skalierbar.
SPS sind spezielle Geräte, die so gebaut sind, dass sie rauen Umgebungsbedingungen wie Kälte und extremer Hitze sowie staubigen und feuchten Bedingungen in Fabriken standhalten.
Eine PLC ist in ein Echtzeit-Betriebssystem eingebettet, das über bestimmte Haushaltsfunktionen verfügt, aber nicht die zusätzlichen Dienstprogramme benötigt, die PCs verwenden, wie z. B. Antivirensoftware oder Registry Cleaner.
Da die PLC auf einem Mikroprozessor basiert, sind die Ausführungszeiten kürzer als bei Relais-Logik-Steuerungssystemen, die mehrere mechanische Teile haben.
Komplexer Programmiercode kann oft besser von herkömmlichen PCs als von SPS verwaltet werden, da diese eher aufgaben- als ereignisgesteuert sind.
Obwohl sie sehr zuverlässig sind, benötigen SPS-Systeme in der Regel externe Monitore, um die Daten benutzerfreundlich anzuzeigen.
Wenn PLCs ausfallen, kann eine umfangreiche Fehlersuche durch PLC-Spezialisten erforderlich sein.
In der modernen industriellen IT brauchen die richtigen Teams die richtigen Daten. Unser Whitepaper zeigt, wie Sie ein ganzheitliches Monitoring aufsetzen und Elemente aus IT, OT und IIoT in Ihr Dashboard bringen.
Unser zweites Whitepaper bietet Inspirationen und Ideen für Dashboards, die IT-, OT- und IIoT-Daten enthalten – übersichtlich an einem Ort. Wir zeigen, wie konvergente industrielle Dashboards aussehen!
Eine PLC wird oft als "robuster digitaler Computer" bezeichnet, aber es gibt einige wichtige Unterschiede.
Während ein PC erforderlich ist, um eine PLC zu betreiben, benötigt ein PC keine PLC, um zu funktionieren. Das liegt daran, dass eine PLC mit einem Mikrocontroller betrieben wird, während ein PC mit einem Mikroprozessor arbeitet.
Eine PLC verwendet eine scanbasierte Methode zur Codeausführung, während PCs eine ereignisbasierte Methode zur Codeausführung verwenden.
PLC-Eingänge sind Signale und nicht die Daten, die von PC-Laufwerken eingespeist werden. Häufig werden Daten von einer PLC von einem PC gesammelt und zur Auslösung von Arbeitsaufträgen, Berichten und Benachrichtigungen verwendet.
Das Betriebssystem einer PLC ist auf die Ausführung von Steuerungsaufgaben ausgelegt, so dass im Gegensatz zu PCs in der Regel keine Antiviren- oder Registrierungsbereinigungsprogramme verwendet werden.
SPS werden mit herstellereigenen Sprachen oder mit Kontaktplan programmiert. PCs werden mit Hochsprachen wie Java oder C++ programmiert.
SPS sind nicht immun gegen Cybersecurity-Angriffe und Malware, aber die Zahl der berichteten Fälle ist geringer als bei PCs. Der Grund dafür ist, dass SPS im Vergleich zu PCs einen begrenzten Funktionsumfang haben.
Kleine PLC-Systeme sind in der Regel billiger zu implementieren als ein ähnlicher Anwendungsfall für einen PC, aber große PLC-Systeme, die für komplexe logische Operationen erforderlich sind, können teuer sein. Da sich SPS besser für raue Umgebungsbedingungen eignen, sind sie auch kostengünstiger in der Wartung.
Steuerschaltungen in Relaislogiksystemen müssen für jede einzelne Steuerfunktion fest verdrahtet werden. Die Relaislogik beruht auf der Ausführung von Logik- und Steuerfunktionen auf der Grundlage von Diagrammen physischer elektronischer Schaltungen.
Bei der Kontaktplanlogik werden die Logik- und Steuerfunktionen mit Hilfe einer programmierbaren, mikroprozessorgesteuerten PLC ausgeführt. Die PLC speichert das Programm der Kontaktplanlogik im Speicher. Im Gegensatz zu fest verdrahteten Steuerungssystemen können SPS umprogrammiert werden, was Zeit und Geld spart, da keine teuren Drähte und Kabel ersetzt werden müssen. Nur die E/A-Geräte in einer PLC müssen fest verdrahtet werden.
Die Begriffe Mikrocontroller und Mikroprozessor werden manchmal synonym verwendet, aber es gibt einen großen Unterschied zwischen den beiden. Ein Mikroprozessorchip hat nur eine CPU. Ein Mikrocontroller besteht aus einer CPU, einem Speicher und Ein-/Ausgabemodulen (E/A), die alle auf einem Chip integriert sind.
Ein Mikroprozessor kann nicht unabhängig von anderen Komponenten wie zusätzlichen Schaltkreisen und Speicher, E/A-Modulen und Software arbeiten.
Ein Mikroprozessor wird verwendet, wenn viele komplexe Verarbeitungen erforderlich sind, z. B. für Spiele und Laptops, und wenn eine Aufgabe nicht definiert ist. Ein Mikrocontroller wird für sich wiederholende, vordefinierte Aufgaben verwendet, z. B. in elektronischen Geräten und Industriemaschinen.
Mikrocontroller sind billiger, kleiner und verbrauchen weniger Strom als Mikroprozessoren.
PRTG ist eine umfassende Monitoring-Software für Netzwerke und überwacht Ihre gesamte IT-Infrastruktur.
Mit Hilfe von SPS können Benutzer spezifische Aufgaben für Maschinen programmieren, die sie mit Hilfe der Programmiersprache Ladder Logic ausführen. SPS ermöglichen die kostengünstige Automatisierung von sich wiederholenden Aufgaben in industriellen Nischen. Sie sind auch in der Lage, intelligente Aufgaben wie die automatische Erteilung von Arbeitsaufträgen und die Diagnose von Fehlfunktionen zu erfüllen.
