PLC-Steuerungen: Funktion und Auswahl
Autor: Redaktion Domeny.ForSale Veröffentlicht
Kurz erklärt: Eine PLC-Steuerung ist ein programmierbares Industriegerät, das Signale von Sensoren und Tastern einliest, ein gespeichertes Programm ausführt und Maschinen steuert. Sie kann beispielsweise ein Förderband starten, ein Ventil öffnen oder die Temperatur in einem Behälter konstant halten. Sie ist für bestimmte industrielle Einsatzbedingungen ausgelegt; ihr Funktionsumfang und ihre Widerstandsfähigkeit hängen jedoch vom jeweiligen Modell ab.
Was bedeutet PLC und wozu dient eine solche Steuerung?
PLC steht für das englische Programmable Logic Controller, also eine speicherprogrammierbare Steuerung. „Programmierbar“ bedeutet, dass die Abläufe in einem Programm festgelegt werden, statt für jede Änderung eine neue elektrische Schaltung aufzubauen. „Logisch“ bezieht sich auf Entscheidungen anhand von Bedingungen, zum Beispiel: Wenn der Behälter voll ist, schalte die Pumpe aus.
PLC-Steuerungen kommen in Produktionslinien, Verpackungsmaschinen, Wasseranlagen, Lüftungsanlagen und Materialtransportsystemen zum Einsatz. Neben einfachen Entscheidungen führen sie Berechnungen aus, messen Zeitspannen, zählen Produkte und regeln Prozessparameter. Allerdings eignet sich nicht jedes Modell für schnelle Bewegungssteuerungen oder umfangreiche Anlagen.
Nach dem Start des Programms arbeitet eine PLC-Steuerung normalerweise selbstständig. Ein Computer dient vor allem dazu, das Programm zu erstellen und auf die Steuerung zu übertragen sowie Diagnosen durchzuführen. Während die Maschine läuft, muss er nicht ständig angeschlossen sein.
Aus welchen Komponenten besteht eine PLC-Steuerung?
Die wichtigsten Komponenten sind der Prozessor, der das Programm ausführt, der Speicher, die Stromversorgung sowie die Ein- und Ausgänge, auch I/O genannt. Bei einer Kompaktsteuerung sind viele davon in einem Gehäuse untergebracht. Eine modulare Bauweise ermöglicht es, einzelne Module passend zu den Anforderungen der Anlage zusammenzustellen.
Die Eingänge liefern der Steuerung Informationen über den Zustand der Maschine. Die Ausgänge geben Befehle an Aktoren weiter, also an Bauteile, die eine physische Handlung ausführen. Meist unterscheidet man:
- Digitale Eingänge — erfassen zwei Zustände, etwa Taster gedrückt oder losgelassen, Werkstück vorhanden oder nicht vorhanden.
- Digitale Ausgänge — schalten Steuersignale ein und aus, etwa für eine Leuchte oder eine Relaisspule.
- Analoge Eingänge — erfassen einen Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs, etwa einen Druck, der durch ein Signal von 4–20 mA übertragen wird.
- Analoge Ausgänge — geben einen Wert vor, etwa die Geschwindigkeit eines Antriebs über ein entsprechendes Spannungs- oder Stromsignal.
Eine PLC-Steuerung versorgt einen Motor normalerweise nicht direkt mit Strom. Sie steuert ihn über ein passend ausgewähltes Schütz, einen Frequenzumrichter oder ein anderes Antriebssystem. Signaltyp, Spannung und zulässige Belastung des Ausgangs müssen zum angeschlossenen Gerät passen.
Die Steuerung kann außerdem Kommunikationsanschlüsse für den Datenaustausch mit anderen Geräten besitzen. Ein HMI-Panel, also ein Bedienbildschirm, ermöglicht es dem Bediener, den Maschinenzustand abzulesen, Sollwerte zu ändern und Meldungen zu quittieren. Es ist jedoch nicht mit der PLC-Steuerung gleichzusetzen: Das Panel dient der Bedienung, während die Steuerung die Steuerungslogik ausführt.
Wie trifft eine PLC-Steuerung Entscheidungen? Ein Beispiel mit einem Behälter
In einem typischen Arbeitszyklus liest die PLC-Steuerung die Eingänge ein, führt das Programm aus und aktualisiert die Ausgänge. Anschließend wiederholt sie diese Abfolge. Die Zykluszeit hängt unter anderem vom Gerätemodell, der Programmlänge und der Kommunikation ab. Manche Aufgaben werden in festen Zeitabständen oder beim Eintreten eines Ereignisses ausgeführt. Wie das Programm tatsächlich abgearbeitet wird, muss deshalb in der Dokumentation nachgelesen werden.
Stell dir einen Behälter mit zwei Füllstandssensoren und einer Pumpe zum Befüllen vor. Das Programm kann folgenden Ablauf umsetzen:
- Sinkt der Flüssigkeitsstand unter den unteren Sensor, gibt die Steuerung den Befehl zum Einschalten der Pumpe.
- Die Pumpe läuft weiter, auch wenn der untere Sensor wieder von Flüssigkeit bedeckt ist — das Programm merkt sich, dass der Befüllvorgang begonnen hat.
- Sobald die Flüssigkeit den oberen Sensor erreicht, schaltet die PLC-Steuerung die Pumpe aus.
- Dauert das Befüllen zu lange, stoppt das Programm die Pumpe und meldet einen Alarm.
Die beiden Schaltschwellen verhindern, dass die Pumpe bei kleinen Füllstandsänderungen ständig ein- und ausgeschaltet wird. Das Beispiel zeigt auch, dass das Programm nicht nur den normalen Betrieb berücksichtigen sollte, sondern ebenso einen Sensorausfall, einen ausbleibenden Flüssigkeitszulauf und das Verhalten nach einem Stromausfall. Es veranschaulicht die Logik und ist kein vollständiger Anlagenentwurf.
Wie programmiert man eine PLC-Steuerung und was unterscheidet sie von einem Computer?
Das Programm wird in einer Entwicklungsumgebung erstellt, die die jeweilige Steuerung unterstützt. Gängige Programmiersprachen sind LD, eine grafische Sprache in Form eines Kontaktplans, der an eine Relaisschaltung erinnert, FBD mit miteinander verbundenen Funktionsblöcken sowie ST, eine textbasierte Sprache mit strukturiertem Text. Welche Sprachen, Testwerkzeuge und Lizenzen verfügbar sind, hängt vom Hersteller und vom Modell ab.
Im Vergleich zu einem üblichen Bürocomputer ist eine PLC-Steuerung vor allem darauf ausgelegt, Steuerungsaufgaben mit vorhersehbarem Zeitverhalten auszuführen und industrielle Signale zu verarbeiten. Das bedeutet nicht, dass jede PLC-Steuerung schneller als ein Computer ist. Auch Industriecomputer können mit geeigneter Software und Hardware Maschinen steuern.
Ein Mikrocontroller wiederum ist ein integrierter Schaltkreis, der als Grundlage für ein selbst entwickeltes Steuergerät dienen kann. Eine PLC-Steuerung ist dagegen eine fertige Plattform mit Schnittstellen, Diagnosefunktionen und Programmierwerkzeugen. Bei einer Prototypenplatine mit Mikrocontroller müssen in der Regel zusätzlich die Stromversorgung, die Schutzmaßnahmen und die Anschlüsse ausgelegt werden, bevor sie in einer Industrieanlage eingesetzt werden kann.
Wie wählt man eine PLC-Steuerung aus und wo liegen ihre Sicherheitsgrenzen?
Beginne die Auswahl mit einer Liste der Sensoren und Aktoren: ihrer Anzahl, ihrer Signaltypen und der erforderlichen Reaktionsgeschwindigkeit. Prüfe anschließend die Erweiterungsmöglichkeiten, die Kompatibilität der Kommunikation, die Umgebungsbedingungen und die Verfügbarkeit der Software. Berücksichtige neben dem Preis der Steuerung auch die Lizenzkosten und die Kosten für den späteren Service.
Überprüfe in der aktuellen Herstellerdokumentation die elektrischen Kenndaten, die Reaktionszeiten, die unterstützten Funktionen und die Grenzen der konkreten Konfiguration. Allein die Anzahl der Ein- und Ausgänge reicht nicht aus, um zu beurteilen, ob das Gerät für die betreffende Maschine geeignet ist.
Eine gewöhnliche PLC-Steuerung ersetzt nicht automatisch das Sicherheitssystem einer Maschine. Ein Not-Halt oder die Überwachung von Schutzeinrichtungen können ein Sicherheitsrelais oder eine Sicherheitssteuerung sowie einen entsprechend ausgelegten gesamten Stromkreis erfordern. Die Lösung wird anhand einer Risikobeurteilung ausgewählt; dieser Text ist keine Anleitung zur Planung von Schutzmaßnahmen.
Wenn du gerade mit dem Lernen beginnst, erstelle in einem Simulator ein einfaches Programm zum Befüllen eines Behälters. Teste nicht nur den korrekten Ablauf, sondern auch widersprüchliche Sensorsignale und den Wiederanlauf — gerade solche Tests helfen dabei, die praktische Rolle einer PLC-Steuerung zu verstehen.
Lesen Sie auch
