Programmierbare Steuerung (SPS)

Damit elektronische Geräte richtig funktionieren und in jeder Situation den passenden Befehl ausführen, brauchen sie eine Steuerung. Die klassische Verdrahtung von Kabeln und Schaltern, die verbindungsprogrammierte Steuerung (VPS), wird dabei immer mehr von der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) abgelöst. Statt physischer Verbindungen zwischen den Schaltern sind die Abläufe digital programmiert. Dadurch ist sie nicht nur leichter, sondern auch deutlich vielseitiger einsetzbar und schneller zu modifizieren.

Eine SPS ist im Grunde ein robuster Prozessrechner, ein Industrie-Computer, der für den Dauereinsatz ausgelegt ist. Sie besteht aus einem Betriebssystem (Firmware), Signalein- und ausgängen sowie einer Schnittstelle, im Englischen Interface genannt. Diese ermöglicht die Kommunikation mit dem Anwenderprogramm, sie definiert die physikalischen Charakteristika der Datenleitungen und übersetzt sozusagen zwischen Anwender und Steuerung.

Je nach Anwendung gibt es eine Vielzahl an verschiedenen Schnittstellen. Sie unterscheiden sich in Übertragungsrate und Entfernung.

EIA-232, auch bekannt unter der Bezeichnung RS 232, ist eine früher im Computerbereich übliche serielle Schnittstelle. Sie eignet sich für niedrige Übertragungsraten über kurze Distanzen von bis zu mehreren Metern. Die Signalübertragung erfolgte anfangs über 25-polige Stecker, später über 9-polige Stecker, wie sie bis vor einigen Jahren auch im Computer-Bereich üblich waren. Die binären Signale (0 und 1) werden über unterschiedliche Spannungszustände beschrieben. Die Standards definiert die US-amerikanische Electronic Industries Alliance (EIA), die früher die Bezeichnung Recommended Standard (RS) nutzte.

EIA-485, auch bekannt unter der Bezeichnung RS 485, ist eine serielle Schnittstelle für aufwandsarme Datenkommunikation mit hohen Übertragungsraten im Bereich von mehreren Megabit pro Sekunde, teilweise sogar Gigabit pro Sekunde. Weil EIA-485 ein Leitungspaar anstelle eines einzelnen Leiters benutzt, ist sie weniger störanfällig und eignet sich auch für längere Übertragungswege. Im Gegensatz zu anderen Schnittstellen, zum Beispiel RS 232, sind Steckerbelegung und Protokoll nicht definiert und können mit der Anwendung variieren.

EtherCAT (Ethernet for control automation technology) ist eine Erweiterung des lokalen Netzes Ethernet. Mit diesem kommunizieren mehrere Datenstationen, zum Beispiel Computer oder andere elektronische Geräte, gleichzeitig miteinander. Wegen seines Funktionsprinzips unterliegt Ethernet gewissen Einschränkungen bei Echtzeitanwendungen. Im klassischen Ethernet werden Datenpakete zunächst empfangen, interpretiert und anschließend die Prozessdaten kopiert. Um diesen Prozess zu beschleunigen, entwickelte die Firma Beckhoff das System EtherCAT. Damit entnehmen die ans Netz angeschlossenen Geräte die für sie bestimmten Daten in Echtzeit. Die Verzögerung während der Bearbeitung sinkt so von mehreren Mikrosekunden (Millionstel Sekunden) auf wenige Nanosekunden (Milliardenstel Sekunden).