Kapitel 1: Fragen und Antworten
Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein industrieller Rechner mit einfachen Schnittstellen zu Sensoren und Aktoren. Sie besteht aus einer Central Processing Unit (CPU), die Programme ausführt und über Ein-/Ausgangsbaugruppen oder Busverbindungen Sensordaten einliest und Befehle zur Ansteuerung von Aktoren, wie etwa Motoren oder Ventilen, ausgibt. Durch die Ansteuerung der Sensoren und Aktoren, die in einer Anlage oder Maschine eingebaut sind, ermöglicht die SPS, dass Produktionsprozesse automatisiert ablaufen.
Ziel der heutigen Digitalisierung in der Industrie 4.0 ist es, dass möglichst alle Maschinen und Anlagenteile ihre Daten zentral in einer Cloud speichern. Durch Auswertung dieser großen Datenmenge (Big Data) erhofft man sich neue und frühzeitigere Erkenntnisse über die Prozesssituation. Mit Hilfe der SPS können Maschinen und Anlagenteile mit der Cloud verbunden werden und als sog. Cyber Physical Systems (CPS) direkt auf die in der Cloud erkannten Situationen reagieren und ggf. autonom Entscheidungen treffen.
Unter der Steuerung eines Prozesses den Vorgang, bei dem durch Messung von Prozesszuständen über bestimmte Gesetzmäßigkeiten Stellwerte zur Beeinflussung des Prozesses erzeugt werden. Diese Gesetzmäßigkeiten werden z. B. in einer SPS programmiert. Dabei werden die Soll-, Mess- und Stellwerte zu diskreten Abtastzeitpunkten eingelesen bzw. ausgegeben. Kennzeichen einer Steuerung ist der offene Wirkungsweg oder ein geschlossener Wirkungsweg, bei dem die Steuerung Stellwerte erzeugt, die jedoch nicht kontinuierlich durch Messwerte verändert werden.
Bei einer Regelung wird die Messgröße auch in einem geschlossenen Wirkungsweg zurückgeführt und mit dem Sollwert verglichen. Der Regelalgorithmus verändert aber kontinuierlich die Stellwerte in Abhängigkeit der gemessenen Regelgröße.
Wie nachfolgend dargestellt ordnet man die Aufgaben Messen und Steuern der Feldebene, Automatisieren, Bedienen und Beobachten der Prozessleitebene, Disponieren und Auswerten der Betriebsleitebene sowie Planen und Bilanzieren der Produktionsleitebene zu.
Ein digitaler Zwilling ist das digitale Abbild einer Anlage in der Cloud. Er besteht aus Informationen über Aufbau und Funktionsweise der Anlage und Simulationsmodellen, deren Parameter im laufenden Betrieb ständig aktualisiert werden. Durch Vergleich des realen Anlagenverhaltens mit dem gewünschten Verhalten ihres digitalen Zwillings können Abweichungen vom Normalbetrieb erkannt und frühzeitig prognostiziert werden, um Störungen und Unfälle zu vermeiden. Außerdem ermöglicht ein digitaler Zwilling eine virtuelle Inbetriebnahme der Anlage.
Speicherprogrammierbare Steuerungen in der Industrie 4.0
5. Auflage erschienen im Hanser Verlag 2021