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PLC

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

28.04.2021

Letztes Update

18.08.2022

 

PLC: Programmable Logic Controller und Powerline Communication

Inhalt des Wiki-Artikels

PLC – Programmable Logic Controller und Powerline Communication

Die Abkürzung PLC steht in der Elektrotechnik zum einen für „Programmable Logic Controller“ zum anderen für „PowerLine Communications“. Programmierbare Logik-Controller werden zur Überwachung und Steuerung von industriellen Steuerungssystemen (ICS) eingesetzt. Powerline Communication ist ein Übertragungsmedium, das oft als Internet aus der Steckdose bezeichnet wird.1

Programmable Logic Controller

Programmable Logic Controller arbeiten in Echtzeit und achten auf die zyklische Bearbeitung von Automatisierungsdaten. Sie steuern Prozesse nach kundenspezifischen Vorgaben. Durch den Einsatz von PLC können Prozesse besser gesteuert und Prozessdaten gesammelt werden. Eine PLC-Steuereinheit ist in der Lage, mit anderen Einheiten zu kommunizieren. Je nach Anwendung besteht sie aus verschiedenen PLC-Modulen. Grundsätzlich setzt sich eine PLC-Steuereinheit aus einer Zentraleinheit – einem Mikroprozessor –, einem Kommunikationsmodul für die Datenübertragung, analogen beziehungsweise digitalen Eingangs- und Ausgangsmodulen sowie einem Taktmodul zusammen.

Die Zentraleinheit führt Programme aus, die Anweisungen zur Steuerung enthalten. Für PLC werden Programmiersprachen verwendet, die eigens für speicherprogrammierbare Steuerungen entwickelt wurden. Sie sind international standardisiert, wie in der Norm IEC 61131-3 festgehalten. Beispiele für PLC-Programmiersprachen sind Structured Text (ST), Continuous Function Chart (CFC), Function Block Diagram (FBD), Sequential Function Chart (SFC), Instruction List (IL) und Ladder Logic. Der Schwerpunkt liegt auf der Sicherheit, Fehlerquellen sollen möglichst von vornherein so weit wie möglich ausgeschlossen werden. Dies wird durch statisch allozierte Speicher, den Verzicht auf Pointer-Arithmetik und eine überwiegend streng zyklische Bearbeitung erreicht. Darüber hinaus spielt Nachvollziehbarkeit eine wichtige Rolle, denn auch Ingenieure ohne Informatikstudium müssen die bei der Nutzung von PLC an sie gestellten Aufgaben erfüllen können.2

Powerline Communication

Mittels Powerline Communication werden Sprache und Daten über das Stromnetz übertragen. Die Technologie wird auch PLC, PowerLAN und Digital Powerline (DPL) genannt. Die Übertragung erfolgt durch eine Überlagerung modulierter Trägerfrequenzen der 50-Hertz-Wechselspannung. Vorteilhaft an PLC ist, dass keine zusätzlichen Datenkabel benötigt werden. PLC wird vorwiegend bei der privaten Inhouse-Vernetzung eingesetzt. Es wurde auch genutzt, um die letzte Meile bei Internetanschlüssen zu überbrücken, konnte sich aber nicht etablieren, da es zu störanfällig und in der Datenrate begrenzt ist.

Bei der Inhouse-Vernetzung werden Geräte über USB oder Ethernet an einen PLC-Adapter angeschlossen, der in der Regel über eine Steckdose mit dem Stromnetz verbunden ist. PLC wird zum Beispiel für hausinterne Gegensprechanlagen, Babyphones, lokale Netzwerke (LAN) und Fernsteuerungen genutzt. Darüber hinaus ermöglicht PLC die digitale Kommunikation zwischen Elektrofahrzeugen und Ladestationen. Standards für die digitale Kommunikation zwischen E-Autos und Ladepunkten sind in der DIN 70121 und der ISO 15118 enthalten. Die PLC-Technologie kommt überwiegend bei öffentlichen DC-Ladestationen mit CSS-Anschluss zum Einsatz. Beim Laden mit PLC-Technik werden der aktuelle Ladestatus und die geladenen Kilowattstunden direkt an der Ladesäule angezeigt. PLC bietet die Möglichkeit, eine sichere Verbindung zur Autorisierung, Statusabfrage und Ladesteuerung aufzubauen. Bei privaten Wallboxen konnte sich PowerLAN bisher nicht durchsetzen.3

Datenübertragung mit Breitband-PLC

Moderne Inhouse-Systeme nutzen einen Frequenzbereich zwischen zwei und 68 Megahertz. Dieses Breitband-PLC weist eine Datenrate von 30 bis 300 Megabit pro Sekunde (Mbps) auf. Im Vergleich dazu überträgt der Mobilfunkstandard LTE Daten mit 150 Mbps. Die PLC-Adapter arbeiten mit niedrigen Signalpegeln mit einer Leistung um 0,1 Watt. Dennoch ist eine Störstrahlung bei anderen Diensten, welche das gleiche Frequenzband nutzen, zu verzeichnen. Gestört werden besonders der Amateur-, der Kurzwellen- und der Taxifunk. Im Bereich eines PLC-Netzes können Kurzwellensignale nur schwer oder sogar überhaupt nicht empfangen werden. Das Europäische Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) sieht deshalb vor, einen PLC-Standard zu etablieren, unter anderem, damit bereits besetzte Frequenzbänder nicht zusätzlich für PLC genutzt werden.

Innerhalb von PLC-Netzen werden Daten verschlüsselt gesendet, um eine sichere Übertragung zu gewährleisten. Denn ähnlich wie beim WLAN, in dem die Datenübertragung drahtlos erfolgt, sind die Daten in einem PLC-Netz frei verteilt. Wo PLC angewendet werden darf, ist gesetzlich geregelt. Die Technologie wird im Nieder- und im Mittelspannungsnetz genutzt, sie ist ausschließlich für Erdkabel, nicht aber für Freileitungen zulässig. Inhouse-PLC-Netze in einem oder aneinandergrenzenden Gebäuden sowie PLC-Netze, die lediglich in Frequenzbändern unterhalb von 148,5 Kilohertz arbeiten, sind nicht meldepflichtig. Die Inbetriebnahme aller anderen PLC-Netze muss dem Bundesamt für Kommunikation (BAKOM) gemeldet werden.4

Vor- und Nachteile der PLC-Technik

Der große Vorteil der PLC-Technik ist, dass dort, wo Geräte zwecks Datenaustausch miteinander vernetzt werden sollen, in der Regel bereits ein Stromnetz vorhanden ist. Die PLC-Adapter werden einfach in die Steckdosen gesteckt, weitere Maßnahmen sind nicht notwendig. Bei anderen Technologien müssen erst Kabel für die Datenübertragung gelegt werden. Alle eigens für die Datenübertragung entwickelten Kabel haben eines gemeinsam: Die spannungsführenden Adern sind durch einen metallischen Mantel abgeschirmt. Dieser verhindert zum einen, dass Energie nach außen abstrahlt, und zum anderen, dass Störstrahlungen von außen die Übertragung beeinflussen.

Ein Nachteil der PLC-Technik ist, dass Stromkabel nicht für die Datenübertragung geschaffen wurden. Stromkabel und Steckdosen sind nicht abgeschirmt. Werden Daten mit hohen Frequenzen über Stromleitungen gesendet, gehen von den Kabeln elektromagnetische Wellen aus. Diese wirken sich auf andere Geräte und Dienste aus, vor allem Kurzwellenfrequenzen sind anfällig für Störungen durch PowerLAN. Auf Stromverbraucher wie Lampen und Haushaltsgeräte übt PLC kaum einen Einfluss aus. Anders sieht es bei Unterhaltungselektronik aus, gegebenenfalls müssen sogar die einzelnen Geräte entstört werden.

Fernsehgeräte, Computer und Monitore können Störpegel verursachen. Diese treten zum Beispiel beim An- und Ausschalten der Geräte auf. Darüber hinaus kann es auch durch Geräte mit Universalmotoren, wie etwa Bohrmaschinen, Staubsauger und Kühlschränke, zu Störungen im PLC-Netz kommen. Die Störungen können leicht oder stark sein, sie reichen von Spannungsschwankungen bis hin zu Breitbandstörungen, die alle der Datenübertragung dienenden Signale überlagern.5

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