Ein vereinheitlichendes Modell einer speicherprogrammier ... · PDF fileÜbersicht •Einführende Beispiele der Anlagensicherung •Speicherprogrammierbare Steuerungen •DIN EN/IEC

Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik

VL Prozessleittechnik I (SS 2013)

Professur für Prozessleittechnik

DIN EN 61131 Ein vereinheitlichendes Modell einer speicherprogrammier-baren Steuerung (SPS)

Übersicht

• Einführende Beispiele der Anlagensicherung

• Speicherprogrammierbare Steuerungen

• DIN EN/IEC 61131 Modell

Architekturmodell

Programmorganisationseinheit

Variablenzugriffe

• DIN EN/IEC 61131 Sprachen

Textorientierte Fachsprachen

Grafische Fachsprachen

Urbas (c) 2008-2013 VL PLT-1::IEC61131 Folie 2


Beispiel 1: Turboverdichter (Stohrmann 2004, S.13)

• Abschaltung

Enddruck hoch (PZ+ 1)

Saugdruck tief (PZ- 1)

Öldruck tiefst (PS-Z-- 3)

Füllstand hoch (LZ+ 1)

Durchfluss tief (FZ- 1)

• Einschalten Hilfsölpumpe

Öldruck tief (PS-Z-- 3)

• Einschalten verriegeln

TV zu heiß (TA+Z++ 1)

Öl zu kalt (TZ- 2)

Umgang zu (GZ- 1)


Beispiel 2: Industrieofen (Strohrmann 2004, S.14)

• Betriebstemperatur unter 650°C

Keine sichere Zündung nach kurzzeitigem Ausfall vor der Bildung eines explosiven Gemisches

• Gas- und Luftmangelsicherung

PZ- 1

PZ- 2

• Flammenwächter

XZ- 1; 2 von 2

• Rückzündungsvermeidung

QZ+ 1; 1 von 2


Elemente von Sicherungseinrichtungen (Strohrmann 2004, S.16)

• Aufnehmer, Messsignalkanal, Messumformer Grenzsignalgeber, Signalverarbeitung Meldekanal mit Meldern, Auslösekanal mit Auslösern


Verbindungsprogrammierte Steuerung

•Verdrahtung von

Relais

Schütz

•Vorteil

Parallele Verarbeitung aller Signale

•Nachteil:

Verdrahtung = Programm

Änderung der Logik: Änderung der Verdrahtung notwendig!

K1

K1 K1 S1

S2

S3

S4

H1


Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)

•Rechner mit Ein/Ausgängen

•Rechentechnische Verknüpfung der Signale

Nur quasiparallele Abarbeitung möglich (CPU=SISD)‏

Änderung der Logik: Lediglich Neu-programmieren des Steuerprogramms notwendig

Automatisierungseinheit

S3 S2 S4 S1

H1


Programmbeispiel: Verknüpfung von Binärsignalen

• WENN beide Eingänge E 5.2 und E 4.7 auf 1

• DANN setze Ausgang A 8.5 auf 1

• SONST setze Ausgang A 8.5 auf 0

• A 8.5 = f(E5.2, E4.7)

• Umsetzung in AWL Programmiersprache (‏IEC 61131)

•LD %IX5.2 ; Lade Bitwert von Eingang 5.2

•AND %IX4.7 ; UND-Verkn. mit Eingang 4.7

•ST %QX8.5 ; Ergebnis nach Ausgang 8.5


Definition SPS DIN EN 61131 Teil 1

• „[…] Ein digital arbeitendes elektronisches System für den Einsatz in industriellen Umgebungen mit einem programmierbaren Speicher zur internen Speicherung der anwenderorientierten Steuerungsanweisungen zur Implementierung spezifischer Funktionen wie z.B. Verknüpfungssteuerung, Ablaufsteuerung, Zeit-, Zähl- und arithmetische Funktionen, um durch digitale oder analoge Eingangs- und Ausgangssignale verschiedene Arten von Maschinen und Prozessen zu steuern. […]“


I&KT rund um die SPS

SPS

Aktoren Sensoren

Feldbusse

Aktoren Sensoren

SPS

Visualisierung Prozeßrechner


Speicherprogrammierbare Steuerungen

• Befehlssatzarchitektur

• Funktionsweise

• Zykluszeiten


Ein Blick in das Steuergerät


Zyklische Funktionsweise (SPS-Modus)

InitialisierungProzessabbild

Ausgänge

Einlesen der EingängeProzessabbild

Eingänge

Abarbeiten von Operationen der

ProgrammbausteineTypische Bearbeitungszeiten:

1µs Bitoperationen

2µs Wortoperationen

12µs Zeit/Zähloperationen

3µs Festpunktaddition

50µs Gleitpunktaddition

Schreiben der AusgängeProzessabbild

Ausgänge

Eingänge

Ausgänge

Ausgänge


Prozessabbild

• Speicherbereich zur Aufnahme der Signalwerte der Ein- und Ausgänge

Eingabewerte werden zu Beginn eingelesen, zwischenzeitliche Änderungen während Programmzyklus ignoriert!

Ausgabewerte werden zwischengespeichert, d.h. Änderungen während der Programmabarbeitung sind nach außen nicht sichtbar!

• Manche SPSen erlauben direkten Zugriff auf die Prozesssignale

Üblicherweise langsamer als direkter Zugriff auf PA

In IEC61131 nicht standardisiert


Minimale Impulszeit, maximale Reaktionszeit

LD %IX0.1

ST %QX0.1... ...

Eingänge

lesenAusgänge

schreiben

Zykluszeit

%IX0.1

%QX0.1

Worst Case Reaktionszeit

= 2 x Zykluszeit

Impuls

zu kurz


Komponenten einer modularen SPS

• Übersicht

• Baugruppen

• Zykluszeiten


Modularer Aufbau einer SPS

CPU-Baugruppe

Eingangsbaugruppen

Ausgangsbaugruppen

Kommunikationsbaugruppen

Funktionsbaugruppen

Stromversorgung

optional

Programmier- gerät

Bedieneinheit


Stromversorgung

• Bereitstellung der Betriebsspannung

– 5 / 10 / 24V

• Ggf. zusätzliche Wandler für Leistungsbaugruppen

• Batterie zur Speicherpufferung


CPU-Baugruppe

•Prozessor

•Speicher

•Schlüsselschalter

•EPROM mit Programm (optional)‏

•Speicherkarte

•Programmierschnittstelle (optional)‏


Eingabebaugruppen

•Digitaleingabebaugruppen

DC 24 V, AC 120/230 V, f<50 Hz

Potentialtrennung mit Optokopplern

Entstörmaßnahmen

Lokale Anzeige mit Leuchtdioden

•Analogeingabebaugruppen

Spannung (+- 10V)

Strom (4 bis 20 mA)

Widerstand (0…300 Ohm)

Thermoelement (E, N, K)

Widerstandsthermometer ( Pt 100, …)

Auflösung 9-15 Bit + Vorzeichen, Messbereich, Grenzwerte parametrierbar


Ausgabebaugruppen

•Digitalausgabebaugruppe

Lastspannung DC24V, AC120/230V

Spezifizierte Strombelastbarkeit

Potenzialtrennung

Lokale Anzeigen

f < 100 Hz

• Analogausgabebaugruppen

Spannung (+- 10 V)

Strom (0 bis 20 mA)

Auflösung 12-15 bit

Alarmierung bei Fehlern


Kommunikationsbaugruppen

•Feldbusse (ASI, Profibus ...)

•Industrial Ethernet

•Programmierschnittstellen

•Serielle Schnittstellen

RS232, RS422, RS485

z.B. für Waagen


Funktionsbaugruppen

•Positionierbaugruppen

•Reglerbaugruppen

•Nockensteuerwerke

•Zählerbaugruppen

•Uhrenbaugruppen

•Bildauswertungsmodul

•usw.


Bedieneinheiten

•Operator Panels

•Touch Screens

•Text Displays

•Tastaturen


Programmiergeräte

•Handprogrammiergeräte:

kleinere Projekte, z.B. Fehlersuche, Kontrolle und Anpassung vor Ort

überwiegend textbasierte Programmierung

•Bildschirmprogrammiergeräte

große Funktionalität

gute Debugging-Möglichkeiten

übersichtliche Darstellung

grafische Programmierung

Simulation


Gibt es die SPS?

• Mehr als 100 verschiedene Hersteller

• Verschiedene Grundtypen

Modulare SPS: Wie vorgestellt, Bausteinkonzept

Kompakt SPS: alle Funktionen in einem Block

Slot SPS: SPS als Steckkarte eines Industrie PCs

Soft SPS: SPS als Software auf einem Industrie PC, Ankopplung an Prozess über IO-Karten

• Auswahlkriterien

Preis (Anschaffung, Projektierung, Wartung, Ersatz)‏

Funktionalität (Leistung µP, Baugruppen, Erweiterbarkeit, Ausfallsicherheit, Zertifizierbar)‏

Integration (CAE, Programmiersystem, Kommunikation)


Herstellerübersicht: Industrie PC als SPS

www.beck-ipc.com

www.festo.de

www.ferrocontrol.de


Herstellerübersicht 2

www.keyence.com www.kuhnke.de



www.schneiderelectric.com www.phoenix-contact.de



www.siemens.de

www.moeller.net


Kompatibilitätsprobleme

• Viele (>100) Hersteller von SPS, mit proprietären Standards, die Vor- und Nachteile bieten.

• Nachteil: Anwender müssen häufig mit SPS-Systemen verschiedener Hersteller gleichzeitig arbeiten können

• Schulung, Fehler, …

• Kommunikation verschiedener SPS-Systeme untereinander nur bedingt möglich

• Kompatibilität zwischen alten und neuen Systemen?


Lösungsansatz IEC 61131

• DIN EN 61131 (IEC 61131) legt in 5 Blättern eine weltweite einheitliche Basis der SPS-Technik fest.

Begriffsbestimmungen und Funktionsmerkmale

Elektrische, mechanische und funktionelle Anforderungen

Fünf Programmiersprachen

Anwenderrichtlinien für alle Projektphasen

Kommunikation von SPSen unterschiedlicher Hersteller

• Die Implementierung der Norm ist bei den Herstellern noch nicht abgeschlossen !

• PLCOpen – Gesellschaft zur Förderung herstellerübergreifender PLC-Programmierung


Ein wenig Geschichte… (John & Tiegelkamp 2001)


61131-3 SPS-Softwaremodell

Konfiguration

RessourceRessource

Task Task

Programm Programm

FB FB

Task Task

Programm Programm

FB FB

Global und direkt dargestellte Variablen und Instanz-spezifische

Initialisierungen

Zugriffspfad

Pfad des

Variablenzugriffs

Variable

Pfad der

Ausführungs-

Steuerung

FunktionsbausteinFB


61131-3 Softwaremodell

• Konfiguration:

SPS-System, enthält ggf. mehrere Ressourcen (~SPS)

• Ressource:

Signalverarbeitungsfkt incl. Sensor/Aktorschnittstellen (~CPU+IO-Bus)

Enthält ggf. mehrere Programme

• Programm

wird unter Steuerung von Tasks ausgeführt

Kann mehrere Funktionsbausteine oder andere Sprachelemente enthalten

Konfiguration

RessourceRessource

Task Task

Programm Programm

FB FB

Task Task

Programm Programm

FB FB

Global und direkt dargestellte Variablen und Instanz-spezifische

Initialisierungen

Zugriffspfad

Pfad des

Variablenzugriffs

Variable

Pfad der

Ausführungs-

Steuerung

FunktionsbausteinFB


Programmorganisationseinheiten (POE)

• Programm (PRG): Hauptprogramm

Zuordnung der Peripherie

Globalen und lokale Variablen

Kann FB und FC aufrufen

• Funktionsbaustein (FB): Baustein

Eingangs- und Ausgangsvariablen

statische Variablen (= Gedächtnis)

Kann FB und FC aufrufen

• Funktion (FC): Unterprogramm

Eingangs- und Ausgangsvariablen

Darf keine internen Zustandgrößen besitzen

Kann weitere FC aufrufen


61131-3 Softwaremodell: Starten/Stoppen von Konfiguration und/oder Ressourcen

• Starten einer Konfiguration

Schritt 1: Initialisierung der globalen Variablen

Schritt 2: Starten aller Ressourcen

• Starten einer Ressource

Schritt 1: Initialisierung aller Variablen der Res.

Schritt 2: Freigabe aller Tasks der Res.

• Stoppen einer Ressource

Sperren aller Tasks

• Stoppen einer Konfiguration

Stoppen aller Ressourcen


Anfangswerte der Variablen beim Starten eines Konfigurationselements

• Verschiedene Anfangswerte möglich:

gepufferter Wert (als das KE gestoppt wurde - RETAIN),

anwender-spezifizierten Anfangswert,

voreingestellter typ-spezifischer Anfangswert

• Regeln zur Ermittlung des Anfangswertes

Warmstart: gepufferte V nehmen gepufferte Werte an

Kaltstart: gepufferte V nehmen anw-spez Wert ein, wenn nicht definiert typ-spez Wert

Nichtgepufferte V nehmen anw-spez Wert ein, wenn nicht definiert typ-spez Wert

Eingangsvariblen werden implementierungsabhängig initialisiert


Wiederanlauf nach Spannungsausfall oder Störung

• Kaltstart: Alle dynamischen Daten (Variablen, Register, Zähler, Zeitglieder, Prozessabbid) werden auf definierten Zustand zurückgesetzt

Automatisch oder manuell

• Warmstart: Wiederanlauf von einem vorbestimmten Zustand des Anwendungsprogramms und vorbestimmer Menge an Rest-Daten

Status-Merker zur programmtechnischen Berücksichtigung

• Heißstart: Alle dynamischen Daten sind unverändert

Netzunabhängige Echtzeituhr, um Zeit seit Stromausfall bestimmen zu können


VL Prozessleittechnik 1

Professur für Prozessleittechnik

DIN EN 61131 Fachsprachen

61131-3 Programmiersprachen

• 61131-3 spezifiziert fünf Programmiersprachen zur Implementierung von POE

• Standardfunktionen und Standardfunktionsbausteine

• Typwandlungsfunktionen typ1_TO_typ2

Urbas (c) 2008-2013 PLT-1::IEC 61131-Fachsprachen Folie 42

Textbasiert Grafisch

Anweisungsliste (AWL)

Strukturierter Text (ST)

Kontaktplan (KOP)

Funktionsbausteinsprache (FBS)

Ablaufsprache (AS)


Übersicht

• Beispiel:

Setze Ausgang Q1.1 auf 1, wenn folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:

Eingänge I0.1 oder I0.2 oder Ausgang Q1.1 gesetzt

Eingang I0.3 gesetzt

Eingang I0.4 gesetzt

• Zu realisierender boolscher Ausdruck:

Q1.1 = ( I0.1 ˅ I0.2 ˅ Q1.1) ˄ I0.3 ˄ I0.4

Lösung in den verschiedenen Fachsprachen


LD %IX0.1

OR %IX0.2

OR %QX1.1

AND %IX0.3

AND %IX0.4

ST %QX1.1

Q1.1:=(I0.1 OR I0.2 OR Q1.1)

AND I0.3

AND I0.4;

( )

I0.1

I0.2

Q1.1

I0.3 I0.4 Q1.1

>1

&

=

I0.1

I0.2

Q1.1

Q1.1

I0.3

I0.4

S0

S1

T0

T1

I0.1

I0.2 I0.3 I0.4

I0.3

I0.4

Step 0

R Q1.1

Step 1

S Q1.1

S0


Gemeinsame Elemente der Programmiersprachen

• Zeichensatz

Textelemente Spalten 002-007 der ISO/IEC-646 IRV

Zusätzlich Kleinbuchstaben (aber nicht case sensitiv), # oder £, $ oder ¤, | oder !

• Bezeichner:

Folge von Buchstaben, Ziffern und Unterstrich

Muss mit Buchstaben oder Unterstrich beginnnen

Mehrere oder angehängte Unterstriche sind nicht zulässig

Mindestens sechs Zeichen werden zur eindeutigen Unterscheidung genutzt, Maximum impl.-abh.

• Leerzeichen, Kommentare (* *), Numerische Literale, Zeichenfolgeliteral, Zeitdauer


Zahlen- und Zeitdauerliterale

• Zahlen

Unterstriche zur Strukturierung erlaubt

100_000_000 3.14159_26

Basis 2/8/16 Literale möglich

2#1111_1111 8#377 16#ff

Literale mit Typangaben

BOOL#0 UINT#16#FF

• Zeitdauern

kurzes/langes Präfix

TIME#14ms T#14.7s

mit/ohne Unterstrichen

t#5d14h12m18s3.5ms t#5d_14h_12m_18s_3.5ms


Elementare Datentypen

• Wahrheitswert:

• BOOL1

• Ganzzahl mit/ohne Vorzeichen:

• SINT8, INT16, DINT32, LINT64 / USINT8, UINT16, UDINT32, ULINT64

• Reele Zahl:

• REAL32, LREAL64

• Zeiten:

• TIME, DATE, TIME_OF_DAY/TOD, DATE_AND_TIME/DT

• Variabel lange Zeichenkette:

• STRING8, WSTRING16

• Bit-Folgen:

• BYTE8, WORD16, DWORD32, LWORD64


Hierarchie der allgemeinen Datentypen (zur Festlegung von Ein/Ausgängen von POE)

ANY

+---- ANY_DERIVED

+---- ANY_ELEMENTARY

+---- ANY_MAGNITUDE

| +---- ANY_NUM

| | +---- ANY_REAL

| | | +---- LREAL, REAL

| | |

| | +---- ANY_INT

| | +---- LINT, DINT, INT, ULINT, SINT,

| | ULDINT, UDINT, UINT, USINT

| +---- TIME

|

+---- ANY_BIT

| +---- LWORD, DWORD, WORD, BYTE, BOOL

|

+---- ANY_STRING

| +---- STRING, WSTRING

|

+---- ANY_DATE

+---- DATE_AND_TIME, DATE, TIME_OF_DAY


Abgeleitete Anwender- oder herstellerdefinierte Datentypen • TYPE Bezeichner : ... END_TYPE

• Aufzählung

– TYPE A_SIG : (SINGLE, DIFF) ; END_TYPE

• Bereich

– TYPE A_DATA : INT (-32000..32512) ; END_TYPE

• Feld

– TYPE A_8IN : ARARY [1..16] OF A_DATA; END_TYPE

• Struktur

– TYPE Bezeichner : STRUCT ... END_STRUCT; END_TYPE

– Kann geschachtelt werden


Einzelelementvariablen

& I0.1

I0.0 &

Schalter 1

Schalter 2 Q1.1 Lampe

% Q X 7.3 Adresse der Variablen

X (Einzel-)Bit-Größe kein (Einzel-)Bit-Größe B Byte(8 Bit)-Größe W Word(16 Bit)-Größe D Doppelwort(32 Bit)-Größe L Langwort(64 Bit)-Größe

Speicherort I Eingang Q Ausgang‏ M Merker‏

Kennung einer direkten Variablen (Optional)‏

IEC 61131-3 Standardfunktionen 1/2

• Mit einer numerischen Variablen

ABS, SQRT, LN, LOG, EXP, SIN, COS, TAN, ASIN, ACOS, ATAN

• Arithmetische Funktionen

ADD*, MUL*, SUB, DIV, MOD, EXPT,

• Bitfolgefunktionen

SHL, SHR, ROR, ROL

• Bitweise boolsche Standardfunktionen

AND*, OR*, XOR*, NOT,

• Auswahl

SEL, MAX*, MIN*, LIMIT, MUX*,


IEC 61131-3 Standardfunktionen 2/2

• Vergleich

GT*, GE*, EQ*, LE*, LT*, NE

• Zeichenfolgen

LEN, LEFT, RIGHT, MID, CONCAT*, INSERT, DELETE, REPLACE, FIND

• Zeit (DATE, TIME, TIME_OF_DAY,DATE_AND_TIME)

ADD, SUB, CONCAT_DATE_TOD


IEC 61131-3 Standardfunktionsbausteine

• Bistabile Funktionsbausteine

SR (* vorrangig Setzen *)

RS (* vorrangig Rücksetzen *)

• Flankenerkennung

R_TRIG (* steigende Flanke *)

F_TRIG (* fallende Flanke *)

• Zähler

CTU, CTU_(D|L|UD|UL)INT (*Aufwärtszähler*)

CTD, CTD_(D|L|UD|UL)INT (*Abwärtszähler*)

• Zeitgeber

TON, TOF (* Ein/Ausschaltverzögerung *)

TP (* Puls *) Urbas (c) 2008-2013 PLT-1::IEC 61131-Fachsprachen Folie 53






Kontaktplan (KOP)


Ablaufsprache (AS)


Anweisungsliste AWL (engl. Instruction List, IL, STEP7: AWL)

• AWL: universell einsetzbare Maschinensprache, vergleichbar mit einem Assembler.

Nach wie vor weit verbreitet im SPS-Bereich.

wenig Möglichkeiten zur strukturierten Programmierung.

In den jeweiligen Implementierungen zum Teil unterschiedliche Operatoren und Sprachumfänge

AWLs „Virtuelle Maschine“

• AWL definiert implizit eine virtuelle Maschine mit

AKU

Variablen (funktionale Speicher)

• Zentrales Element ist der AKKUMULATOR (AKU)

Grundlegende Semantik von Operatoren

Ergebnis := Ergebnis Operator Operand

Ergebnis und Operand müssen denselben Datentyp besitzen

• Formale Syntax:

[Marke:] Operator Operand [(* Kommentar *)]


Modifzierer für Negation, Zurückstellung, bedingte Auswertung

• N: Negation

ANDN %IX2 Erg := Erg AND NOT %IX2

• (: Zurückstellung der Auswertung bis zum Operator )

AND( %IX1 Erg := Erg AND (%IX1 OR %IX2) OR %IX2

)

• C: Bedingung, Anweisung wird nur durchgeführt, wenn der vorherige Ausdruck eine boolsche 1 ergeben hatte

Achtung: Modifizierer gelten nur für bestimmte Befehle


Operatoren der Anweisungsliste

Nr. Operator N ( C Bedeutung

1 LD N Erg := Operand

2 ST N Operand := Erg

3 S, R Operand := (bool) Erg

4-7 AND,&,OR,XOR N ( Erg := Erg OP Operand

7a NOT Einerkomplement

8-11a ADD,SUB,MUL, DIV,MOD

( Erg := Erg OP Operand

12-17 GT,GE,EQ,NE,LE,LT

( Erg := Erg OP Operand

18-20 JMP, CAL, RET N C Sprung, Aufruf, Rücksprung

21 ) Bearbeitung rückgesteller OP


Funktionsaufruf

• Eintrag Funktionsname in Operatorfeld

• Argumente als nicht-formale Eingangsliste

LIMIT(1,B,5)

Argumente als formale Eingangsliste

LIMIT(

EN:=COND,

IN:=B,

MN:=1,

MX:= 5,

ENO => TEMPL

)

• Zurückgegebener Wert (RET) wird Ergebnis

ST A


Einschub: Ausführungssteuerung mit EN/ENO

• Für Funktionen und Funktionsbausteine können ein zusätzlicher Freigabeeingang EN (Enable) und Ausgang ENO (Enable Out) oder beide zur Verfügung gestellt werden

VAR_INPUT EN: BOOL := 1 ; END_VAR

VAR_OUTPUT ENO: BOOL ; END_VAR

• EN == False

Operation wird nicht ausgeführt, durch SPS ENO := False

• ENO == False

Werte der Funktionsausgänge undefiniert

Tatsächlicher Wert implementierungsabhängig


Funktionsbausteinaufruf

• Aufruf FBS mit nicht-formaler oder formaler Argumentliste

CAL C10(%IX10, FALSE, A, OUT, B)

CAL C10(

CU := %IX10,

Q=> OUT)

• Aufruf mit Laden/Speichern mit FBS-Eingangs von Argumenten Operatoren

LD A LD A

ST C10.PV PV C10

LD %IX10 LD %IX10

ST C10.CU CU C10

CAL C10


Unvollständige formale Argumentliste oder Eingangsoperatoren

• Fehlende Argumente werden von der letzten Zuweisung (ggf. Initialisierung) übernommen

Fehlende Argumente ändern sich also nicht!

• Beispiel

VAR C10: CTU;

LD 15

PV C10

• Zähler C10 wird bei steigender Flanke auf Eingang CU inkrementiert

CU ist nicht angegeben

keine Änderung, Zähler zählt nicht!



AWL Beispiel

LD %IX0.1 (* Lade Eingang 0.1 in Akku *)

OR %IX0.2 (* Akku=Akku oder Eingang 0.2 *)

OR %QX1.1 (* Akku=Akku oder Ausgang 1.1 *)

AND %IX0.3 (* Akku=Akku und Eingang 0.3 *)

AND %IX0.4 (* Akku=Akku und Eingang 0.4 *)

ST %QX1.1 (* Ausgang 1.1=Akku *)






Kontaktplan (KOP)


Ablaufsprache (AS)


Strukturierter Text (engl. Structured Text, ST, STEP7 SCL)

• Pascal-ähnliche, höhere Programmiersprache

• Vorteile:

sehr kompakte Formulierung

abstrakte maschinenferne Befehle

übersichtlicher Aufbau durch Anweisungsblöcke

umfangreiche, komplexe Aufgaben realisierbar

• Nachteile:

Qualität des Maschinencode ist abhängig von Compiler (Übersetzer).

Bei einigen Compilern Effizienzverlust zur Laufzeit durch höhere Abstraktion (ST-Code i.d.R. langsamer als AWL-Code)

Ausdrücke

• Auswertungsreihenfolge

Rangfolge (Punkt vor Strich): A+B*C

Auswertung von links nach rechts: A+B+C

Auswertung linker Operand zuerst: SIN(A)*SIN(B)

• Boolsche Ausdrücke

Lazy Evaluation ist erlaubt: (A>B)&(C>D)

• Operatoren

Funktionsaufruf, e.g. SIN(A)

- (Negation), NOT, **, *, / MOD, +, -,

<,>,<=,>=, =, <>

&, AND, XOR, OR


Anweisungen

• Zuweisung: A := B; C := SIN(X);

• FBS-Aufruf: TMR(IN:=%IX5, PT:=T#300ms); A := TMR.Q;

• Bed. Ausführung: IF B1 THEN … ELSIF B2 THEN …

ELSE … END_IF;

• Falluntersch.: CASE B1 OF 1,5: …

7..10: …

ELSE … END_CASE;

• Wiederholung: FOR I:= 1 TO 3 DO … END_FOR;

WHILE B1 DO … END_WHILE;

REPEAT … UNTIL B1 END_REPEAT;



ST Beispiele (Viele Wege führen nach Rom)

• Beispiel 1:

Q1.1:=(I0.1 OR I0.2 OR Q1.1) AND I0.3 AND I0.4;

• Beispiel 2:

M = Q1.1; Q1.1:=0;

IF (I0.1 OR I0.2 OR M) THEN

IF (I0.3 AND I0.4) THEN

Q1.1:=1;

END_IF;

END_IF;

• Negativbeispiel 3:

Q1.1:=((I0.1+I0.2+Q1.1)>0)*I0.3*I0.4






Kontaktplan (KOP)


Ablaufsprache (AS)


Kontaktplan KOP (engl. Ladder Diagramm, LD, STEP7: KOP)

• Funktionen werden durch Schaltsymbole aus der Elektrotechnik dargestellt:

Schließer, Öffner usw., die schaltbildähnlich zu Netzwerken zusammengefügt werden.

An den Seiten befinden sich zwei Stromschienen, zwischen denen die Relaislogik liegt (90° Drehung zur Anpassung an Computer/Textschreiben)‏

• Programmiersprache beschränkt sich im Wesentlichen auf boolsche Signale

Reihenschaltung: UND

Parallelschaltung: ODER

Negation: Arbeitskontakt / Ruhekontakt


KOP Beispiel

( ) I0.1

I0.2

Q1.1

I0.3 I0.4 Q1.1

Eingang: Schaltkontakt --| |--

Ausgang: Relaisspule --( )--

Negation: --|/|--

--(/)--






Kontaktplan (KOP)

Funktionsbausteinsprache

Ablaufsprache (AS)


Funktionsbausteinsprache FBS (engl. Function Block Language, FB, STEP7: FUP)

• Symbolik der Digitalen-Schaltungen

• UND- , ODER-Gatter,

• INVERTIERTER Eingang, usw.

• gut strukturierte und übersichtliche Programmierung bool´scher Verknüpfungen.

• Grafisch anschauliche Programmierung des Informationsfluss von ganzzahligen und Gleitkomma-Operationen.


FBS Beispiel

>1

&

=

I0.1

I0.2

Q1.1

Q1.1

I0.3

I0.4





Kontaktplan (KOP)


Ablaufsprache (AS)


Ablaufsprache AS (engl. Sequential Function Chart Language, SFC)

• Industrielle Automatisierungsaufgaben lassen sich häufig als Sequenz einzelner Schritte darstellen.

Die Ausführung der Schritte hängt vom Erreichen einer Bedingung ab

Verschiedene Schritte können/müssen auch parallel ausgeführt werden

• Vereinfachte Petrinetze:

Übergang von einem Schritt zu einen oder mehreren (parallelen) folgenden Schritten erfolgt durch eine Übergangsbedingung (Transition).

Aktionen und Transitionen werden in einer der vorgenannten Sprachen spezifiziert.


AS Beispiel

S0

S1

T0

T1

I0.1

I0.2 I0.3 I0.4

I0.3

I0.4

Step 0

R Q1.1

Step 1

S Q1.1

S0


Siemens STEP 7 vs. IEC 61131-3

• Aus TIA, Anhang II, IEC 61131:

Die Programmiersprachen KOP und FUP entsprechen den in der Norm DIN EN 61131-3 (int. IEC 61131-3) festgelegten Sprachen „Kontaktplan“ und „Funktionsbaustein-Sprache“. […]

AWL entspricht der in der Norm DIN EN 61131-3 (int. IEC 61131-3) festgelegten Sprache „Anweisungsliste“, wobei hinsichtlich der Operationen wesentliche Unterschiede bestehen. […]

Die Ablaufsprache S7-GRAPH entspricht der in der Norm DIN EN 61131-3 (int. IEC 61131-3) festgelegten Sprache „Sequential Function Chart“.

Zusätzlich S7-HiGraph (Zustandsgraphen)‏

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