Wie funktioniert eine SPS?
Aus dem Inhalt:
Programme, welche bei einer SPS ablaufen:
Innerhalb einer CPU laufen zwei verschiedene Programme:
- Das Betriebssystem
- Das Anwenderprogramm
Das Betriebssystem ist Bestandteil jeder CPU und organisiert alle Funktionen und Prozesse der CPU, die nicht einer bestimmten Steuerungsaufgabe zugeordnet sind. Zu seinen Aufgaben gehören:
- Abwickeln von Kalt- und Warmstart
- Aktualisierung des Prozessabbildes der Ein- und des Ausgänge
- Aufruf eines Anwenderprogramms
- Die Erkennung von Alarmen und Aufruf der entsprechenden Alarm-Ob´s
- Umgang mit Fehlern
- Verwaltung des Speichers
- Die Kommunikation mit Programmiergeräten und anderen Kommunikationspartnern
Das Anwenderprogramm - es ist Ihr Programm, das Sie schreiben und in die CPU laden. Es ist ein spezifisches Programm für eine Anlage oder Maschine.
Arbeitsweise eines SPS
Wie werden die Anweisungen eines Anwenderprogramms von der CPU verarbeitet? Um die Funktionsweise einer SPS zu verdeutlichen, schreiben Sie bitte das folgende Programm. Mit der Ein-Taste I0.0 wird der Ausgang eingeschaltet, mit der Aus-Taste ausgeschaltet. Sie können den Setzbefehl zuerst oder zuletzt im Programm schrieben, d.h. im Netzwerk 1 oder Netzwerk 2. Wie verhält sich nun der Ausgang, wenn beide Eingänge gleichzeitig aktiv sind?
Arbeitsweise SPS
Wir erkennen, dass offensichtlich der letztere Befehl ausgeführt wird, d.h. dominiert. Die Erklärung liegt in der Arbeitsweise der SPS:
Bild: SPS Arbeitsweise
Die Signalzustände der Eingänge werden zunächst eingelesen – hier fällt der Begriff „Prozessabbild der Eingänge (PAE)“. Daraufhin werden die Eingangssignale verarbeitet, d.h. die logischen Verknüpfungen erstellt. Die Anweisungen des Programms werden nacheinander, d.h. sequentiell verarbeitet. Ist das Programm abgearbeitet, werden die Ausgänge angesteuert, d.h. das Prozessabbild der Ausgänge (PAA) wird an die Klemmen der SPS parallel ausgegeben.
Natürlich muss dieser Ablauf ständig wiederkehrend ausgeführt werden, d.h. SPS arbeitet zyklisch!
Reaktionszeit und Zykluszeit einer SPS
Zwei Begriffe beschreiben in diesem Zusammenhang die Geschwindigkeit der SPS:
Die Zykluszeit ist die Zeit, die die SPS für eine einmalige Ausführung des Programms benötigt. Die Zykluszeit setzt sich zusammen aus der Bearbeitungszeit für eine Anweisung und der Anzahl der Anweisungen
Die Reaktionszeit einer SPS ist in der Regel um ein Vielfaches größer als die Zykluszeit. Es besteht aus der Verzögerungszeit der Ein- und Ausgangsmodule sowie der Zykluszeit.
Hinweis: Die Zykluszeit ist ein wesentliches Merkmal einer SPS und bezieht sich in der Regel auf 1 k = 1024 Programmanweisungen. Beispiel: Unsere SPS benötigt eine durchschnittliche Bearbeitungszeit von 200 ns für eine Anweisung. Welchen Wert hat dann die Zykluszeit?