1. Einleitung Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind eine neue Art von universell einsetzbaren Automatisierungssteuerungen. Sie integrieren traditionelle Relaissteuerungstechnik, Computertechnik und Kommunikationstechnik und finden aufgrund ihrer Vorteile wie leistungsstarker Steuerungsfunktionen, hoher Zuverlässigkeit, flexibler und komfortabler Bedienung sowie einfacher Erweiterbarkeit immer breitere Anwendung. In industriellen Produktionsumgebungen können jedoch die rauen Arbeitsbedingungen und zahlreiche Störquellen, wie z. B. Spannungsschwankungen durch das An- und Abschalten von Hochleistungsgeräten, die zu niederfrequenten Störungen führen, sowie Netzfrequenzstörungen durch elektromagnetische Kopplung von Schweißmaschinen, EDM-Werkzeugmaschinen und Motorbürsten, den normalen Betrieb von SPS beeinträchtigen. Obwohl SPS als Steuerungen speziell für den Feldeinsatz konzipiert und so konstruiert und gefertigt wurden, dass sie sich besser an industrielle Umgebungen anpassen, ist es dennoch notwendig, die Stabilität und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems durch optimale Arbeitsbedingungen für die SPS und geeignete Maßnahmen zur Störungsunterdrückung zu gewährleisten. 2. Zu beachtende Punkte bei der Installation und Wartung von SPS 2.1 SPS-Installation SPS eignen sich für die meisten industriellen Umgebungen, stellen jedoch dennoch bestimmte Anforderungen an die Einsatzumgebung und die Umgebungstemperatur. Die Kontrolle der Arbeitsumgebung einer SPS kann deren Effizienz und Lebensdauer deutlich verbessern. Vermeiden Sie bei der Installation einer SPS folgende Orte: (1) Umgebungstemperaturen über 0–50 °C; (2) relative Luftfeuchtigkeit über 85 % oder Kondensation (verursacht durch plötzliche Temperaturänderungen oder andere Faktoren); (3) direkte Sonneneinstrahlung; (4) korrosive und brennbare Gase wie Chlorwasserstoff und Schwefelwasserstoff; (5) große Mengen an Eisenspänen und -staub; (6) häufige oder kontinuierliche Vibrationen mit einer Frequenz von 10–55 Hz und einer Amplitude von 0,5 mm (Spitze-Spitze); (7) Stöße über 10 g (Erdbeschleunigung). Die kleine programmierbare Steuerung verfügt an allen vier Ecken ihres Gehäuses über Befestigungslöcher. Es gibt zwei Installationsmethoden: Verschraubung mit unterschiedlichen Einbaumaßen für verschiedene Einheiten oder Montage mit einer DIN-Schiene. Die DIN-Schiene wird mit je zwei Montageplatten auf jeder Seite geliefert. Zuerst werden die linke und rechte Montageplatte an der Schiene befestigt, anschließend die SPS montiert und zum Schluss die Schrauben festgezogen. Um einen zuverlässigen Betrieb des Steuerungssystems zu gewährleisten, werden speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) üblicherweise in einem Schutzgehäuse innerhalb eines Schaltschranks installiert, um sie vor Staub, Öl und Spritzwasser zu schützen. Um die Temperatur der SPS während des Betriebs im vorgegebenen Umgebungstemperaturbereich zu halten, muss die Installation über ausreichend Belüftung verfügen. Zwischen Basis- und Erweiterungseinheiten muss ein Mindestabstand von 30 mm eingehalten werden. Bei einer Umgebungstemperatur über 55 °C ist ein Lüfter zur Zwangslüftung erforderlich. Um elektrische Störungen durch andere Peripheriegeräte zu vermeiden, sollte die SPS so weit wie möglich von Hochspannungsleitungen und -geräten entfernt platziert werden. Der Mindestabstand zwischen SPS und Hochspannungsgeräten bzw. -leitungen beträgt 200 mm. Bei vertikaler Installation der SPS ist darauf zu achten, dass keine Drahtenden, Metallspäne usw. durch das Lüftungsfenster in die SPS gelangen und Kurzschlüsse auf der Leiterplatte verursachen, die zu Fehlfunktionen oder sogar dauerhaften Schäden führen können. 2.2 Stromversorgung Die SPS wird mit 50 Hz, 220 V ± 10 % Wechselstrom versorgt. Die SPS der FX-Serie verfügt über einen 24-V-Gleichstromausgang. Dieser Ausgang versorgt Eingangssensoren (z. B. Lichtschranken oder Näherungsschalter) mit 24 V Gleichstrom. Bei einem Stromausfall von weniger als 10 ms wird der Betrieb der SPS nicht beeinträchtigt. Dauert der Stromausfall länger als 10 ms oder überschreitet der Spannungsabfall den zulässigen Wert, stoppt die SPS, und alle Ausgänge werden gleichzeitig getrennt. Nach Wiederherstellung der Stromversorgung und Anschluss des RUN-Eingangs wird der Betrieb automatisch fortgesetzt. Die SPS selbst ist ausreichend immun gegen Netzstörungen. Bei besonders starken Netzstörungen kann ein 1:1-Trenntransformator installiert werden, um die Störungen zwischen Gerät und Erde zu reduzieren. 2.3 Eine ordnungsgemäße Erdung ist eine wichtige Voraussetzung für den zuverlässigen Betrieb der SPS und verhindert Schäden durch versehentliche Überspannungen. Die Erdungsleitung muss an den Erdungsanschluss der Maschine angeschlossen und die Basiseinheit geerdet werden. Bei Verwendung einer Erweiterungseinheit muss deren Erdungspunkt mit dem Erdungspunkt der Basiseinheit verbunden werden. Um Störungen an der Stromversorgung, den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen zu unterdrücken, muss eine separate Erdungsleitung an die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) angeschlossen werden. Dieser Erdungspunkt muss vom Erdungspunkt der Leistungselektronik (z. B. Motoren) getrennt sein. Ist dies nicht möglich, muss die Erdung zusammen mit anderen Geräten erfolgen. Eine Reihenerdung mit anderen Geräten ist nicht zulässig. Der Erdungspunkt sollte sich so nah wie möglich an der SPS befinden. 2.4 DC 24V-Anschlüsse: Bei Verwendung passiver Kontakteingabegeräte liefert die interne 24V-Stromversorgung der SPS 7 mA Strom pro Eingangspunkt über das Eingabegerät. Die 24V-Anschlüsse der SPS können auch externe Sensoren (z. B. Näherungsschalter oder Lichtschranken) mit Strom versorgen. Wird der 24V-Anschluss als Sensorstromversorgung verwendet, ist der COM-Anschluss der DC 24V-Erdungsanschluss. Wird eine Erweiterungseinheit verwendet, müssen die 24-V-Anschlüsse der Basiseinheit und der Erweiterungseinheit miteinander verbunden werden. An diesen Anschluss darf keine externe Stromversorgung angeschlossen werden. Im Überlastfall fällt die Spannung automatisch ab, und der Eingang an diesem Punkt hat keine Auswirkung auf die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Die Anzahl der Eingangspunkte ist für jedes SPS-Modell spezifiziert. Jeder ungenutzte Eingangspunkt verbraucht keine Energie; daher kann in diesem Fall die Stromlieferkapazität des 24-V-Anschlusses erhöht werden. Ungenutzte Anschlüsse an SPS der FX-Serie dürfen unter keinen Umständen verwendet werden. 2.5 Eingangsverdrahtung: SPS verarbeiten in der Regel Schaltsignale von Endschaltern, Fahrschaltern usw. Eingangsanschlüsse dienen der Signalumwandlung zwischen der SPS und externen Sensoren. Die Eingangsverdrahtung bezeichnet die Verdrahtung zwischen externen Sensoren und Eingangsanschlüssen. Als Eingabegeräte können beliebige passive Kontakte oder Open-Collector-NPN-Transistoren verwendet werden. Beim Einschalten des Eingabegeräts wird der Eingangsanschluss verbunden, die Eingangsleitung geschlossen und die Eingangs-LED leuchtet auf. Die Primär- und Sekundärkreise des Eingangsanschlusses sind mittels Optokoppler getrennt. Der Sekundärkreis ist mit einem RC-Filter ausgestattet, um SPS-Fehlfunktionen durch Prellen der Eingangskontakte oder elektrische Störungen aus der Eingangsleitung zu verhindern. Ist eine Diode in Reihe im Eingangskontaktkreis geschaltet, darf die Spannung an der Diode 4 V nicht überschreiten. Bei Verwendung eines Reed-Schalters mit LED dürfen maximal zwei Dioden in Reihe geschaltet sein. Für die Eingangsverdrahtung sind außerdem folgende Punkte zu beachten: (1) Die Eingangsverdrahtung sollte im Allgemeinen 30 m nicht überschreiten. Bei geringen Umwelteinflüssen und niedrigem Spannungsabfall kann die Eingangsverdrahtung jedoch entsprechend länger sein. (2) Eingangs- und Ausgangsleitungen dürfen nicht im selben Kabel geführt werden und müssen getrennt sein. (3) Die Impulsbreite des vom speicherprogrammierbaren Controllers (SPS) verarbeitbaren Signals muss größer als die Abtastzykluszeit sein. 2.6 Ausgangsverdrahtung (1) Speicherprogrammierbare Controller (SPS) verfügen über drei Arten von Ausgängen: Relaisausgang, Thyristorausgang und Transistorausgang. (2) Die Ausgangsverdrahtung ist in unabhängige und gemeinsame Ausgänge unterteilt. Beim Ansteuern des Ausgangsrelais oder Thyristors der SPS werden die beiden Ausgangsklemmen mit gleicher Nummer verbunden. Unterschiedliche Ausgangsspannungsarten und -pegel können in verschiedenen Gruppen verwendet werden. Die Ausgänge derselben Gruppe dürfen jedoch nur mit Netzteilen gleichen Typs und gleichen Spannungspegels betrieben werden. (3) Da die Ausgangskomponenten der SPS auf der Leiterplatte vergossen und mit dem Klemmenblock verbunden sind, kann ein Kurzschluss der angeschlossenen Last die Leiterplatte beschädigen. Daher müssen Sicherungen zum Schutz der Ausgangskomponenten verwendet werden. (4) Bei Verwendung eines Relaisausgangs beeinflusst die Größe der induktiven Last die Lebensdauer des Relais. Daher ist eine lange Lebensdauer des Relais erforderlich. (5) Die Ausgangslast der SPS kann Störungen verursachen. Daher sind Maßnahmen zur Störfestigkeitsbegrenzung zu ergreifen. Zusätzlich zu den im Steuerungsprogramm berücksichtigten gefährlichen Lasten sollte für diese ein externer Not-Aus-Schalter vorgesehen werden. Dieser unterbricht die Stromzufuhr zur gefährlichen Last im Falle eines Ausfalls der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Wechsel- und Gleichstromausgänge dürfen nicht über dasselbe Kabel geführt werden. Ausgangsleitungen sind so weit wie möglich von Hochspannungs- und Freileitungen entfernt zu verlegen, und Parallelbetrieb ist zu vermeiden. 3. Fazit: SPSen sind aufgrund ihrer erheblichen Vorteile in der industriellen Steuerung weit verbreitet. Ihre praktische Anwendung ist jedoch mit vielen Herausforderungen verbunden. Dieser Artikel enthält lediglich einige Vorsichtsmaßnahmen für die Installation und Wartung vor Ort und dient als Referenz für SPS-Entwickler und -Anwender.