Automatisierung und Deutsch im O nline-Kurs · • GRAFCET, • Zeitdiagramm. 9 die Umsetzung, -en...

A u t o m a t i s i e r u n g u n d D e u t s c h i m O n l i n e - K u r s


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SPS – Kapitel 1: Speicherprogrammierbare Steuerungen

Die Ingenieure der Firma General Motors entwickelten die erste speicherprogrammierbare Steue-rung (SPS) im Jahr 1968. Das neue Steuerungssystem sollte folgende Anforderungen 1 erfüllen:• einfacheProgrammierung• MöglichkeitzuÄnderungendesProgrammsohneEingriff2 in die Hardware des Systems (kein internes Umverdrahten 3 )• kleiner,billigerundsichereralsdiebisherigenRelaissteuerungen• einfacheundkostengünstige4 WartungMit diesen ersten Systemen konnten nur binäre Signale verarbeitet werden 5. Der entsprechende Algorithmus wurde im SPS-Speicher gespeichert 6 .

DieenormeEntwicklung7derMikroelektronikindenletztenJahrzehntenhatauchdieSPSbeein-flusst.InsbesonderedieVergrößerung8derSpeicherkapazitätunddieVerbesserung9 der Schnittstelle 10zumBediener11(Maus,Farbbildschirm,Touchpanelusw.12) erleichtern 13 die Pro-grammierung.DieVerbesserungderLeistungsfähigkeitderEin-undAusgabe-Baugruppenhatauch den Anwendungsbereich erweitert.So werden nicht nur Steuerungsaufgaben (Ampel 14steuerung,Aufzug15 ssteuerung) sondern auch RegelungenbeiAntrieben16 oder Motorsteuerungen im Auto übernommen 17.

1 dieAnforderung,-en=Wasmussmankönnen?2 derEingriff,-e=hier:Veränderung Verb:eingreifen3 dasUmverdrahtenvgl.Verdrahtungvgl Abb.1 oder http://www.youtube.com/watch?v=MGqkX3px92Y4 kostengünstig=preiswert=kostetnichtzuviel5 PassivvomVerbverarbeiten.Mankannauchsagen: Dieses System konnte nur binäre Signale verarbeiten.6 PassivvomVerbspeichern.Speichern=sichern,lagern,aufbewahren,archivieren7 dieEntwicklung,-en=Veränderungsprozess8 dieVergrößerung,-en=größermachen9 dieVerbesserung,en=bessermachen10 dieSchnittstelle,-n=dieVerbindung11 derBediener,-=derBenutzer=derAnwender12 usw.=undsoweiter13 erleichtern=leichtermachen14 dieAmpel,-n=dieVerkehrsampelvgl Abb.2 15 derAufzug,Aufzüge=derLift=derFahrstuhlvgl Abb.3 16 =motioncontrol17 =PartizipPerfektvonübernehmen =erledigen=machen=durchführen

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Abb. 1

Abb. 2

Abb. 3

Systemkomponenten einer SPS

Ausgabebaugruppe Eingabebaugruppe

Aktoren Sensoren

Zentralbaugruppe (CPU)

Speicher mit SPS-Programm

Bild1.1:SystemkomponenteneinerSPS

SensorenerfassendiephysikalischenGrößenderMaschinebzw.18desgesteuertenProzesses,z.B.19 Temperatur,Druck,PositioneinerAntriebsachse.Die Eingabebaugruppe übernimmt diese Signale der Sensoren und transformiert sie in einen digita-lenWert,dendieSPS„verstehen“kann.DieserWertwirdandieZentraleinheitweitergegeben.Die Zentralbaugruppe(CPU)enthältdasBetriebssystemundführtdasAnwenderprogrammaus20,das im Speicher steht.DieAusgabebaugruppewandeltdieberechnetenWertederZentralbaugruppeindiefürdieAktorennutzbarenSignaleum,mitdenendanndieMaschinebzw.derProzessgesteuertwird.VieleSPSkönnendurchzusätzlicheanalogeEin-bzw.Ausgangsbaugruppenerweitertwerden.KommunikationsbaugruppenverbindenmehrereSPSmiteinanderoderstellendieVerbindungzumInternether.DamitbietetsichdieMöglichkeit,vernetzteSteuerungenüberdasInternetzukontrol-lieren.

18 bzw.=beziehungsweise19 z.B.=zumBeispiel20 ausführen=hier:realisieren

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Programmierung der SPS

Die SPS ist eine universelle Steuerung für unterschiedliche Aufgabenstellungen. Der Anwender kannüberdasProgrammdengesteuertenindustriellenProzessändern.DieursprünglicheAufgabederSPSistes,EingangssignalenacheinemvorgegebenenProgrammmiteinanderzuverknüpfen21unddenentsprechendenAusgangzuschalten(Verknüpfungssteue-rung).DiemathematischeBasisfürdieselogischenVerknüpfungenbildetdieBoolescheAlgebra,diefüreineVariablegenauzweidefinierteZuständekennt:„0“und„1“.Dadurchistesmöglich,z.B.einenMotorein-oderauszuschalten,d.h.22zusteuern.DieSPSlöstheutejedochweitereAufgaben:Zeit-undZählfunktionen,Ablauf23 steuerungen,mathematischeRechenoperationenusw.

21 verknüpfen=verbindendieVerknüpfung,-en=dieVerbindung22 d.h.=dasheißt23 derAblauf,Abläufe=dieReihenfolge

FürdieEntwickungderSteuerungsprogrammestehenunterschiedlicheProgrammiersprachenzurVerfügung,dieinderinternationalenNormIEC61131definiertwurden:

Deutsch Englisch HinweisAnweisungsliste(AWL) InstructionList(IL) vergleichbarmiteinemAssembler- Programm

Kontaktplan(KOP) LadderDiagram(LD) vergleichbarmiteinemSchaltplan derElektrotechnik

Funktionsbaustein-Sprache(FBS) FunctionBlock BeiSTEP7alsFunktionsplan(FUP) Diagram(FBD) bezeichnet Ablaufsprache(AS) SequentialFunction eineArtZustand24 sdiagramm,die Chart(SFC)beiSTEP7alsS7- GRAPHbezeichnetwird

StrukturierterText(ST) StructuresText(ST) angelehntanHochsprachen,bei STEP7alsStrucuredControlLan guage(SCL)bezeichnet

24 derZustand,Zustände=derStatus=deraktuelleStand= WieistetwasineinembestimmtenMoment?

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Quellenangabe: ZusammengestelltalsvereinfachterLerntextimRahmendesADOKProjekts,indeutscherSprachefürdieStudentenaufgrundderQuelle:SpeicherprogrammierbareSteuerungen:Grundstufe.R.Bliesener,F.Ebel,C.Löffler,Berlin;Heidelberg;NewYork,1997,ISBN3-540-62090-7.

DiesesProjektwurdemitUnterstützungderEuropäischenKommissionfinanziert.DieVerantwortungfürdenInhaltdieserVeröffentlichung(Mitteilung)trägtalleinderVerfasser;dieKommissionhaftetnichtfürdieweitereVerwendungderdarinenthaltenenAngaben.Projektnummer:502625-LLP-1-2009-1-FI-ERASMUS-ECDSPFinanzhilfevereinbarung:2009-3527/001-001

In unserem Kurs ADOK: Automatisierung und Deutsch im Online-Kurs werden nur die Program-miersprachenKontaktplan(KOP)undFunktionsplan(FUP)verwendet,dieimSIMATICManagerfürSTEP7zurVerfügungstehen.

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DieAutomatisierungstechnikisteineQuerschnittsdisziplin1,dieErkenntnisseundwissenschaftli-cheMethodenausdemMaschinenbau,derElektrotechnikundderInformatiknutzt.DamitkönnensogenannteAutomatenentworfen2undaufgebautwerden,z.B.Waschmaschinen,Torsteuerungen3,Motorsteuerungen,SteuerungenvonFertigungsprozessen4,Ampelsteuerungenusw. DiePlanungbzw.derEntwurfwirddurcheinBlockdiagramm5mitdenEin-undAusgangssigna-len,densogenanntenSchnittstellen6,vereinfacht.ImWesentlichenkannmandabeifolgendedreiKomponenten unterscheiden (Bild2.1):• SensorenzurErfassung7derphysikalischenGrößen(Weg,Temperatur,Druckusw.), diealsdigitaleWerte(Eingangssignale,input)andieSPSgeliefert8werden,• AktorenzurAusgabederberechnetenWerte(Ausgangssignale,output),• SteuerungenfürdenProgrammablauf(Rechner,SPS,process).

SPS – Kapitel 2:Beschreibung einer Automatisierungsaufgabe

SPS Rechner

Sensoren Schalter

Ausgangssignale

Aktoren Lichtsigna

le Input Output

Eingangssignale

(Bild2.1)

1 dieQuerschnittsdisziplin,-en=eineWissenschaftmitElementen/Teilenaus mehreren Fachbereichen 2 entwerfen–entwarf–hatentworfen=Konzeptmachen,projektieren3 dasTor,-e=einegroßeTür,z.B.dasGaragentor4 dieFertigung,-en=dieProduktion5 dasBlockdiagramm,-e=eineDarstellungsform,sieheBild2.16 dieSchnittstelle,-n=dasInterface7 dieErfassung,-en,vomVerb„erfassen“=dasRegistrieren,dasSammeln8 liefern–lieferte–hatgeliefert=hier:transportieren

Bild2.1:BlockdiagrammeinesAutomaten

2.1 Einführung

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Ausgangssignalalle

Eingangssignalalle

alle


BeiderUmsetzung9einerkonkretenAufgabenstellungineinautomatisiertesSystemsetzt10 der Ingenieur standardisierte und damit international verständliche 11Beschreibungsmittelein1,diemeistgrafischorientiertsind.Diewichtigstendavonsind:

• TechnologieschemataundPrinzipskizzen12,• TechnischeZeichnungenundStücklisten13,• Schaltpläne14,• Ablaufpläne15 und Programme.

In unserem Kurs wird eine Ampelsteuerung entworfen. Für diese Aufgabenstellung stehen schon dieHardware-Komponenten,d.h.dieMechanikunddieVerdrahtung16derEin-undAusgängemitderSteuerung,zurVerfügungundsindalsTechnischeZeichnungundSchaltplandokumentiert.EsmüssenalsonurnochdieProgrammezurVerarbeitungderProzessdatenerstelltwerden.BevormanmitdereigentlichenProgrammierungbeginnenkann,mussmandieAufgabenstellung,dieesmeistnurinTextformgibt,ineinenAlgorithmusumsetzen17 . Dabei unterscheidet man folgende Schritte:• AnalysederAufgabenstellung,eventuellfehlendeAngabenwerdenergänztundführenzu einergenauenSpezifikationderEin-undAusgänge,• EntwurfdesAblaufsalsgrafischeDarstellung,dieauchzurDokumentationdient,• UmsetzungdergrafischenDarstellungineinSPS-Programm,evtl.mitSimulation.

IndennachfolgendenAbschnittenwerdendreiMethodenzurgrafischenDarstellungvonAbläufenbehandelt:• Programmablaufplan(PAP),• GRAFCET,• Zeitdiagramm.

9 dieUmsetzung,-en=dieRealisierung,dieDurchführung10 ein/setzen–setzteein–hateingesetzt=verwenden,benutzen11 verständlich=gutzuverstehen;von„verstehen“12 s. Wortliste13 s. Wortliste14 s. Wortliste15 s. Wortliste16 dieVerdrahtung,-en=wiedieeinzelnenTeilemiteinanderverkabeltsind17 um/setzen–setzteum–hatumgesetzt=transformieren

Quellenangabe: SIMATICAutomatisierungssystemS7-300:Einfachaufbauenundprogrammieren(Fibel).C79000-G7000-C500-01,SiemensAG1996.SIMATICErsteSchritteundÜbungenmitSTEP7.C79000-P7000-C48-01,SiemensAG,Ausgabe03/2006.AusbildungsunterlagefürdiedurchgängigeAutomatisierungslösung.TotallyIntegratedAutomation(TIA),SiemensAG,Ausgabestand05/2001.


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2.2 Grafische Darstellung nach Programmablaufplan (PAP)

Statt 1Programmablaufplan(engl.flowchart)werdenalssynonymeBegriffeauchAblauf-oderFlussdiagrammverwendet.DieDarstellungerfolgtmitgenormtenSymbolen(Bild2.2).

Symbol Bedeutung Beschreibung Grenzstelle Anfang(Start)undEndesindGrenzstellen.

AllgemeineVerarbeitung FürZuweisungenoderEin-oder Ausgabeoperationen.

Verbindung, DieAblaufrichtungwirddurchPfeile2angezeigt. Zusammenführung

Verzweigung Abfragen3vonBedingungenInderRegelführt4 eineLinieindasSymbolundzweiführenheraus. Abhängig vom Wahrheitswert (wahr oder falsch) wirdderAblaufinderentsprechendenRichtung fortgesetzt.

Schleifenbegrenzer DarstellungvonProgrammwiederholungen5 . KennzeichnenAnfangundEndeeinerSchleife. VordefinierterProzess Darstellungvonabgeschlossenen6Prozessenbzw. Unterprogrammen. Verbinder/Konnektor TeileeinesAblaufswerdensomiteinanderverbunden. DamitwerdenKreuzungenvonAblauflinien vermieden 7.

ja Abfrage

nein

1 statt=anstelle2 derPfeil,-e=diesesSymbol:→3 ab/fragen–fragteab–hatabgefragt=checkendurchFragen4 heraus/führen–führteheraus–hatherausgeführt=wegvonetwas5 dieWiederholung,-en=etwasnocheinmalmachen6 ab/schließen–schlossab–hatabgeschlossen=hier:fertig,zuEnde7 vermeiden–vermied–hatvermieden=verhindern,damitetwasnichtpassiert

Bild2.2:SymbolefürdenProgrammablaufplan(Auswahl)


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DieVorteile8 des Programmablaufplans:• DieAnweisungen9 sind eindeutig formuliert und übersichtlich.• DielogischeKorrektheitkannüberprüftwerden.• DieschrittweiseVerfeinerung10wirdmethodischunterstützt.DieNachteile11 des Programmablaufplans:• EsgibtkeineSymbolefürgrundlegendeKontrollstrukturen.• Schachtelungen12bzw.derenStrukturensindnichtimmergutzuerkennen.• StrukturierteProgrammierungwirdnichtsichergestellt,danurlineareStrukturenzugelassen sind.BevormitdereigentlichenProgrammierungbegonnenwerdenkann,wirdderAlgorithmusinFormeinesAblaufdiagrammsentworfen.DieseUmsetzungvonderAufgabenstellungineinenProgram-mablaufplansollaneinemeinfachenBeispieldemonstriertwerden.

BeispielmitderAufgabenstellunginTextformundderDarstellung in PAP:

Aufgabe:EntwickelnSiedenProgramm-AblaufplanfürdenStempel13einerStanz-Maschine.

TextformDerStempeleinerStanz-MaschinewirdvoneinemZylinderangetrieben14.DamitsichderBedie-nernichtverletzt,sindlinksundrechtsnebendemStempeldiebeidenTasterT1undT2angebracht 15.ErstwennerbeideTastergleichzeitigdrückt,wirdderZylinderausgefahren16 und der Stempel bewegt.DerzugehörigeProgrammablaufplanistinBild2.3dargestellt.ZurInitialisierungderStanz-Ma-schine wurden die beiden Schritte: Maschine einschalten und Zylinder einfahrenergänzt,dieinunsererAufgabenstellungalsselbstverständlichvorausgesetzt17 werden.

8 derVorteil,-e=dasPlus9 dieAnweisung,-en=dieAngabe,wasmantunsoll10 dieVerfeinerung,-en=hier:Verbesserung11 derNachteil,-e=dasMinus12 dieVerschachtelung,-en=einekomplizierteStruktur=nichtgeradlinig(linear)13 s. Wortliste14 an/treiben–trieban–hatangetrieben=inGangbringen15 an/bringen–brachtean–hatangebracht=montiert16 denZylinderaus/fahren≠ein/fahren=denZylindernachaußen≠nachinnenbewegen17 voraus/setzen–setztevoraus–hatvorausgesetzt=alsfix/festannehmen

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SolangediebeidenTasternichtgedrücktsind,werdensieineinerSchleife18 fortlaufend eingelesen. ErstwenndielogischeUND-VerknüpfungT1&T2=1(wahr)ist,wirdderZylinderausgefahrenundevtl.nacheinerVerzögerungszeit19wiedereingefahren.DanachwirdderZustandderTasterwiederzyklischabgefragt.

18 dieSchleife,-n=hier:Wiederholung18 dieVerzögerung,-en=kurzeWartezeit

ja

nein

T1 und T2 einlesen

Sind T1 & T2

gedrückt ?

Zylinder ausfahren

Maschine ein-

schalten

Zylinder einfahren

Bild2.3:EinfacherProgrammablauf-planfüreineStanz-Maschine

Quellenangabe: SIMATICAutomatisierungssystemS7-300:Einfachaufbauenundprogrammieren(Fibel).C79000-G7000-C500-01,SiemensAG1996.SIMATICErsteSchritteundÜbungenmitSTEP7.C79000-P7000-C48-01,SiemensAG,Ausgabe03/2006.AusbildungsunterlagefürdiedurchgängigeAutomatisierungslösung.TotallyIntegratedAutomation(TIA),SiemensAG,Ausgabe-stand05/2001.PAP(=Diagrammdarstellung)gemäßDIN66001.


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DerNameGRAFCETgehtaufeinefranzösischeArbeitsgruppe(associationfrançaisedecyberné-tiqueéconomiqueettechnique)zurück1,diebereits1975fürdiegrafischeDarstellungvonPro-grammendieBezeichnungGRApheFonctionneldeCommandeEtapesTransitions(GRAFCET)verwendete.Übersetztbedeutetdies:DarstellungderSteuerungsfunktionmitSchrittenundWeiter-schaltbedingungen.

GRAFCETisteinetechnologieunabhängigeSpezifikationssprache,die2002alsinternationaleNorm(ISOIEC60848)fürdiePlanungundBeschreibungvonsequentiellen2 Abläufen in der Auto-matisierungstechnik festgelegt wurde.

ImVergleichzumProgrammablaufplanistdieseDarstellungfürdieUmsetzunginSPS-Programmebesser geeignet 3,beiderdieBefehleauchschrittweiseabgearbeitetwerden.

DasProgrammiersystemSIMATICSTEP7umfasstauchdieProgrammierspracheS7-GRAPH,diesich insbesondere 4fürdieImplementierungeinesGRAFCET-Planseignet5. Durch die eindeutige BeschreibunggibtessomitvielwenigerDiskussionenundRückfragen,wennGRAFCETineinS7-GRAPH-Programmumgesetztwird.

DieStrukturvonGRAFCET(linkerTeilinBild2.4)beschreibtgrafischdenAblauf.SiesetztsichausfolgendenElementenzusammen:

• Schritte,• Transitionen(Weiterschaltbedingungen),• Wirkverbindungen,• und–wenngewünscht–KommentareundNamenfürSchrittebzw.Transitionen.

Der Wirkung steil 6 (rechterTeilinBild2.4)ergänztdieStruktureinesGRAFCETund besteht aus:

• Transitionsbedingungen,• Aktionen,• und–wenngewünscht–Kommentaren.

1 zurück/gehenauf–gingzurück–istzurückgegangen=hatseinenUrsprung2 sequentiell=inSequenzen3 bessergeeignetsein=kannmanbessernutzen/verwenden4 insbesondere=vorallem5 sicheignen–eignetesich–hatsichgeeignet=zugebrauchensein6 dieWirkung,-en=derEffekt

2.3 Grafische Darstellung nach GRAFCET


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DerWirkungsteilkannnurerstelltwerden,wenneseineStrukturgibt.DiePlanungeinerAblaufsteuerungbeginntmitderStrukturdesGRAFCETmitergänzendenKommentaren,sodassderBewegungsablaufderSteuerungerkennbarwird.KommentaremüsseninAnführungszeichen(“…..“)stehen.DerSchrittname(imBild2.4Sxmitx=1,2,..)istzugleichdieSchrittvariable,diealsVariableimWirkungsteilbenutztwerdenkann.Schritt-undTransitionsnamenmüsseneindeutigsein.DieAbläufewerdeninSchritteundTransitionenunterteilt7.ImSchriftfeldfindetmandiealpha-numerischeKennzeichnung8 . Kommentare kann man beliebig 9hinzufügen,siemüsseninAn-führungszeichenstehen.RechtsvonderTransitionstehtdieWeiterschaltbedingung.SiekanndurcheinenTransitionsnamenaufderlinkenSeitederTransitioninKlammer10ergänztwerden.DieWeiterschaltbedingungwirdmeistensalsBoolescheGleichungausgedrückt.HierbeschreibtdasMultiplikations-SymbolausderMathematik(*)einelogischeUND-Verknüp-fung,dasPlus-Zeichen(+)eineODER-Verknüpfung.DabeigiltdieRegel:UNDvorODER(PunktvorStrich,wieinderMathematik).NegationenwerdendurcheinenStrich11überdemVariablenna-men,steigendeoderfallendeFlanken12miteinemPfeilnachobenbzw.untenvordemVariablenna-mengekennzeichnet.ZeitlicheEreignissewerdeninderFormt1/Variablenname/t2beschrieben.WennbeiderVariablen,die mit Variablennamebezeichnetwurde,einesteigendeoderpositiveFlankeauftritt13,wirddasEreigniserstnachderVerzögerungszeitt1wahr.NachderfallendenodernegativenFlankedauertesdannnochdieZeitt2,bisdasEreigniszurückgesetzt14 wird.DabeikannwahlweisedieZeitt1odert2undderzugehörigeSchrägstrich15 weggelassen werden.AktionenkönnenunterschiedlicheVerhaltenannehmen,diedurchZusätze16 angegeben werden.EineBesonderheitvonGRAFCETistdieEinschrittigkeit,d.h.esistnureinSchrittineinerKetteaktiv.DeraktiveSchrittwirdinaktivgeschaltet,wenndieWeiterschaltbedingungerfülltistundda-mitderfolgendeSchrittaktivwird.SchritteundTransitionenmüssensichimmerabwechseln.AuchleereSchrittesindzugelassen,d.h.esistkeineAktiongefordert.DieseReihenfolgevonSchrittensowiedasEinhalten17 der Schritte macht das Programmieren von sequentiellenAbläufen(mitderSPS)sehreinfach.AuchparalleleSchrittkettensindmöglichundfolgendemgleichenPrinzip:nureinaktiverSchrittjeKette.

7 unterteilen–unterteilte–hatunterteilt=gliedern,segmentieren8 dieKennzeichnung,-en=dieMarkierung9 beliebig=sovielmanwill10 in Klammern: ( )11 derStrich,-e:─12 dieFlanke,-n=derSeitenteil,dieseitlicheBegrenzung13 auf/treten–trittauf–istaufgetreten=sichtbarwerden14 zurück/setzen–setztezurück–hatzurückgesetzt=indieursprünglichePositionbringen15 derSchrägstrich,e-:/16 derZusatz,dieZusätze=etwaskannmanhinzufügen17 ein/halten–hieltein–hateingehalten=hier:genaubefolgen

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In Tabelle 2.2 sind die wichtigsten Symbole zusammengestellt.

Symbol Bedeutung Beschreibung

Start Programmanfang Verbindung Aufteilung, Zusammenführung Übergang Ein Übergang ist nur möglich, wenn die Weiter schaltbedingung wahr ist.

Transition Die Bedingung kann auch in Boole´scher Form angegeben werden. Schritt Die Schritte werden (fortlaufend) nummeriert. Nur ein Schritt ist aktiv, außer bei paralleler Verarbeitung. Textfeld (wahlweise) In das Textfeld (neben dem Schritt) wird die Aktion eingetragen 20. Parallele Abarbeitung Der Doppelstrich wird zur Aufteilung und zur Zusammenführung gebraucht.

Tabelle 2.2: Auswahl aus den GRAFCET Symbolen

Allgemeine Verbindung zwischen zwei Schritten

Der waagerechte 18, einfache Strich wird zur Aufteilung und zur Zusammenführung 19 gebraucht.

19 waagerecht ≠ senkrecht: - ≠ 19 die Zusammenführung, en = die Vereinigung20 ein/tragen – trug ein – hat eingetragen = hier: schreiben

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DieBeschreibungeinerAblaufsteuerungmitGRAFCETwirdnunamBeispieleinerTischlampedemonstriert: ZumEin-undAusschaltenhatdieTischlampenureinenTastermitfolgenderFunktion:• Tastereinmaldrücken:DieLampegehtan21.• Tasternocheinmaldrücken:DieLampegehtaus.21

EsgibtalsoindiesemBeispielnureinenSensor/EingangundnureinenAktor/Ausgang:• Eingang:Taster• Ausgang:Lampe

ImBild2.4istdieseAufgabenstellungalsGRAFCETmitKommentarendargestellt.

Taster

S0

S1

S2

S3

Lampe:=1

Lampe:=0

Taster

Taster

Taster

“Lampe aus“

“Initialisierung“ “Lampe ausgeschaltet“

“Lampe an“

Bild2.4:Ablaufsteue-rungeinerTischlampemitGRAFCET

21 an/gehen ≠ aus/gehen = Licht an ≠ Licht aus

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22 den Taster/Schalter los/lassen = nicht mehr drücken23 an/bleiben – blieb an – ist angeblieben = das Licht leuchtet weiter = es geht nicht aus.24 erneut = wieder = noch einmal 25 einen Behälter befüllen = einen Behälter mit Flüssigkeit füllen26 einen Behälter beheizen = einen Behälter warm machen27 den Behälter entleeren = die Flüssigkeit aus dem Behälter wegnehmen

Ausderkompakten,formalisiertenDarstellunginBild2.4kanndieAblaufsteuerungmiteinemformlosenTextbeschriebenwerden.BeispieleinerBeschreibung(Bild2.4):NachdemEinschaltenwirdimStartschrittS0dieLampensteuerunginitialisiert.DieLampeistausgeschaltet.WennderTastergedrückt(Taster=1oderwahr)wird,istdieWeiterschaltbedingungerfüllt:derSchrittS0wirdinaktivundS1aktiv.WennderTasterlosgelassen22wird(Taster=0oderfalsch),wirdderSchrittS2ausgeführt,einLeerschrittohneAktion:dieLampebleibtan23. Erstnacherneutem24Drücken(Taster=1oderwahr)wirddieLampeimSchrittS3ausgeschaltet.

IneinemweiterenBeispielwirdmitGRAFCETderAblaufbeieinemWassertankbeschrieben,derbefüllt 25,beheizt26undanschließendentleert27wird(Bild2.5):

S0 Tank leer

S2

S3

S1

S4 Entleerungsventil auf

Entleerungsventil zu Pumpe an

Pumpe aus

Heizung an

Heizung aus

Wartezeit = 20 min

Leer*Start

Voll

90° C

20 min

Leer

Strukturteil Wirkungsteil

Quellenangabe: GRAFCET(=Diagrammdarstellung)gemäßDINEN61131-3.


Bild2.5:Ablaufsteue-rung bei einem Warm-wassertank

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FürdieDarstellungvonzeitlichenAbläufeneignensichZeitdiagramme,beidenendieEin-undAusgangssignalemitihrenZuständen1oder0überderZeitachsetdargestelltwerden1.ZumBeispielsollnachdemDrückeneinesTastersimTreppenhausdieBeleuchtungsofort2 ein-schaltenundnacheinerbestimmtenZeitwiederausschalten3

DerTaster1liefertbeimDrückeneinenÜbergangvomausgeschaltetenZustand0aufdeneinge-schaltetenZustand1.DieserÜbergangistzumZeitpunktt1miteinemPfeilmarkiert4 und wird als aktivepositiveFlankebezeichnet5. Sie bewirkt 6,dasseineZeitfunktionbzw.einZählerstartet,mitdemdieBeleuchtungeingeschaltetwird.Nachdervorgegebenen7Zeitdauer(t3-t1)liefertderZähler0,d.h.8dieBeleuchtunggehtaus.DieDauerderBeleuchtungistdabeiunabhängigvonderZeitdauer(t2-t1),diederTastergedrücktbleibt.DasselbegiltauchfürdenTaster2.DabeisinddieZeiten(t6-t4)und(t3-t1)gleichgroß,aberdieZeiten(t3-t1)und(t5-t4)könnenverschiedensein9.AuchbeieinerFußgängerampel,beidereinFußgängerübereineAnforderungstastedasgrüne„Männchen“anfordert,kanndiezeitlicheAbfolge10derLichtsignalemiteinemZeitdiagrammbe-schrieben werden.

1 dargestellt werden = man kann sie darstellen 2 sofort = gleich3 ausschalten – schaltete aus – hat ausgeschaltet = ausmachen4 markiert = gekennzeichnet5 wird bezeichnet = man bezeichnet 6 bewirken – bewirkte – hat bewirkt = verursachen7 vorgegebene Zeitdauer = bestimmte = festgelegte Zeitdauer8 d. h. = das heißt9 können verschieden sein = können sich unterscheiden = sind nicht immer gleich10 die Abfolge, -n = die (Reihen)folge

Quellenangabe: © Peter Hau


(Bild2.6)

2.4 Zeitdiagramm


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DieAnwendungderdreiMethodenzurBeschreibungeinerAutomatisierungsaufgabe(PAP,GRAF-CETundZeitdiagramm)sollanhand1 der folgenden Aufgabenstellung demonstriert werden:

Demonstration: Automation einer Presse für Kunststoffteile 2 mit Schutzgitter Aufgabenbeschreibung:EinePressefürKunststoffteilemitSchutzeinrichtungsollnurdannmitdemSTART-TasterS1ausgelöstwerden,wenndasSchutzgittergeschlossenist.DieserZustandwirdmitdemSensorB0amSchutzgittererfasst3.IstdiesderFall,wirdeinVentilY0fürdenPressen-zylindergenauzehnSekundenangesteuert,damiteineKunststoffformgepresstwerdenkann.AusSicherheitsgründensolldiePresseauchwiederhochfahren,wennderStart-TasterS1losgelas-senwirdoderderSensorB0nichtmehranspricht4.

1 anhand = mit Hilfe2 Kunststoffteile = aus Kunststoff produzierte Teile3 erfassen – erfasste – hat erfasst = hier: registriert = gesammelt4 ansprechen – sprach an – hat angesprochen = hier: reagieren = signalisieren

Bild2.7:PressefürKunststoffteilemitSchutzgitter


2.5 Anwendung der Methoden PAP, GRAFCET und Zeitdiagramm

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GrafischeBeschreibungderAufgabenstellungindendreigelerntenDarstellungsformen: a) PAP

b) GRAFCET

Bild2.8:PressensteuerunginPAP-Darstellung

Bild2.9:PressensteuerunginGRAFCET-Darstellung

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c) Zeitdiagramm

Bild2.10:ZeitdiagrammderPressensteuerung

Quellenangabe: SIMATICAutomatisierungssystemS7-300:Einfachaufbauenundprogrammieren(Fibel).C79000-G7000-C500-01,SiemensAG1996.SIMATICErsteSchritteundÜbungenmitSTEP7.C79000-P7000-C48-01,SiemensAG,Ausgabe03/2006.AusbildungsunterlagefürdiedurchgängigeAutomatisierungslösung.TotallyIntegratedAutomation(TIA),SiemensAG,Ausgabestand05/2001.


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SPS – Kapitel 3: Einführung in das Automatisierungssystem SIMATIC S7-300

FürdiespeicherprogrammierbareSteuerung(SPS)stehenverschiedeneBaugruppenzurVerfügung1. Die wichtigsten Komponenten und deren Funktionen sindinTabelle3.1zusammengestellt2.

Komponente Funktion

Baugruppenträger(racks) ...dienenzurBefestigungdereinzelnenbzw.3Profilschiene BaugruppenundverbindendieBaugruppen überdieRückwandmitdemparallelen Peripheriebus(P-Bus)unddemseriellen Kommunikationsbus(K-Bus)

Stromversorgung ...setztNetzspannung(AC120/230V)(powersupply-PS) inBetriebsspannung(DC24V)um4, fürdieVersorgungderS7-300sowie LaststromversorgungmitDC24V

Zentralbaugruppe(CPU): ...führtdasAnwenderprogrammaus5;•CPU314/315/315-2DP versorgtdenS7-300-Rückwandbusmit5V;mit kommuniziertüberdieMPI-Schnittstelle–MemoryCard mitanderenTeilnehmerneinesMPI-Netzes–Pufferbatterie/Akku undzusätzlich6miteinemPROFI-BUS- Subnetz:: •alsDP-Master •alsDP-Slave

1 zurVerfügungstehen=kannbenutztwerden=kannmanbenutzen2 =sehenSieinTabelle2.13 beziehungsweise=oder4 umsetzen(setztum,umgesetzt)=transferieren=verändern5 ausführen(führtaus,ausgeführt)=realisieren6 =außerdem=extra

3.1 Modularer Aufbau des Automatisierungssystems

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Signalbaugruppen ... passen die Signale der Anlage bzw. der •Digitaleingabe-/ Sensoren an 8 die internen Signalpegel an Digitalausgabe- und steuern über 9 digitale und analoge Baugruppen Signale die Stellglieder bzw. Aktoren• Analogeingabe-/ (signal modul – SM)Analogausgabe-Baugruppen)Zubehör 7 :Frontstecker

Funktionsbaugruppen ... bearbeiten komplexe und zeitkritische(function modules - FM) Prozesse unabhängig vom CPU-Typ 10 ürZubehör: zeitkritische und speicherintensive Frontstecker Prozesssignalverarbeitungsaufgaben 11 ; z. B. Positionieren oder Regeln

Kommunikations- ... stellen den Anschluss zu Subnetzenbaugruppen her und entlasten 12 die CPU von(communication Kommunikationsaufgaben. z.B.: processors - CP) CP 342-5 DP zum Anbinden 13 anZubehör: PROFIBUS-DP.Anschlusskabel

Programmiergerät (PG) ... zum Konfigurieren, Parametrieren,oder Programmieren und TestenPersonalcomputer (PC) der S7-300 über MPI-Schnittstelle

MPI-Kabel ... verbinden ein PG/PC mit einer CPU

Tabelle 3.1: Komponenten mit ihrer Funktion in einer S7-300

7 =Extra8 anpassenan(passtan,angepasst)=angleichen=Unterschiedebeseitigen=gleichmachen9 =mitHilfevon=durch10 =jederCPU-Typistmöglich11 Prozess+Signal+Verarbeitung+Aufgabe12 siehe Wortliste SPS!13 anbindenan=verbindenmit

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Weiterführende 14InformationfindenSie:• indenHandbüchernzudeneinzelnenBaugruppen,z.B.imHandbuchAutomatisierungssystem S7-300, Aufbauen, CPU-Daten (EWA4NEB7106084-0101)• imInternetunterderAdresse:http://support.automation.siemens.com• inderOnline-HilfedesSIMATICManagers.

3.2 Aufbau der S7-300FürdasAufbauenIhrerS7-300gibteseinigeeinfacheSteckplatzregeln,dieSiebeachtensollten(sieheBild2.1):• DieStromversorgungsbaugruppe(powersupplyPS)mussimmeralserste15Baugruppelinksauf demBaugruppenträgerbzw.aufderProfilschienestecken.• DieZentralbaugruppe(centralprocessingunitCPU)stecktimmeralszweite16Baugruppe rechts neben der Stromversorgungsbaugruppe.• InsgesamtdürfenrechtsnebenderCPUmaximal8Signalbaugruppenstecken.

Wie schließen Sie das Programmiergerät PG oder den Personalcomputer PC an?Die S7-300 verfügt über 17eineMPI-Schnittstelle,dieüberdasMPI-KabelmitdemPCbzw.PGverbundenwird(sieheBild3.2).

Bild3.1:EinfacheSteckplatzregelnfürdieAnordnungvonBaugruppen

Bild3.2:PGmiteinemMPI-KabelaneineS7-300anschließen.

14 =mehr=detailliert15 1.16 2.17 verfügenüber=haben=besitzen

SPS – Kapitel 3: Einführung in das Automatisierungssystem SIMATIC S7-300

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JetztkönnenSiedieCPUderS7-300einschaltenunddenSchlüsselschalteraufRUN-Pstellen.FürdenAufbauvonkomplexenAnlagenfindenSiezusätzlicheInformationindenHandbüchern:

weiterführende Informationen Quellangaben

• zumProjektierendesmechanischenunddes indenHandbüchern: elektrischen Aufbaus einer S7-300• zumAdressierenderS7-300-Baugruppen• zumMontiereneinerS7-300• zumVerdrahtenderS7-300• zumAufbaueneinesMPI-Netzeszur Kommunikation

• zuSpeicherkartenfürS7-300 • AutomatisierungssystemS7-300• zuErsatzteilenfürS7-300• zudenBaugruppenfürS7-300 • Baugruppendaten

Quellenangabe: SIMATICAutomatisierungssystemS7-300:Einfachaufbauenundprogrammieren(Fibel).C79000-G7000-C500-01,SiemensAG1996.


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SPS – Kapitel 4: Einführung in den SIMATIC Manager

4.1 SIMATIC Manager und STEP 7

STEP7istdieProgrammiersoftwarefürSIMATICS7undsomit1 auch für das verwendete Auto-matisierungssystem S7-300. Sie bietet die gesamte Funktionalität 2fürdasKonfigurieren,Parame-trierenundProgrammierenundunterstütztdamitwirkungsvolldieLösungvonAutomatisierungs-aufgaben.

Detaillierte 3ArbeitsanweisungenzeigenIhnenschrittweise,wiemandenSIMATICManagerinstalliertunddamiteinProjektanlegt.UmdiepraktischenÜbungenzuSTEP7durchführenzukönnen,benötigenSie: •einenPCodereinSiemensProgrammiergerät•dasSTEP7Softwarepaketevtl.4mitdemSimulationsmodulS7-PCLSIMunddemdazunotwen-digenLicenseKeyzurProgrammierungundzurSimulation SpäterbrauchenSienocheinAutomatisierungssystemSIMATICS7-300oderS7-400zumLadenundTestendesProgrammsaufderHardware. DieelektronischenHandbücherfindenSienachderInstallationvonSTEP7imStartmenüunterdemRegisterHilfe.Sämtliche5InformationenausdenHandbüchernsindauchimVerzeichnis6 <Laufwerk>:\Programme\Siemens\Dokumentation\Deutschverfügbar7 . WirwünschenIhnenvielSpaßundErfolg!

1 = also, folglich 2 = alle Funktionen3 = genaue4 = eventuell5 = alle, gesamt6 = Index7 = ist verfügbar = ist zu finden, ist vorhanden

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4.2 Schritte bei der Projekterstellung mit STEP 7

STEP7ProjektekannmaninunterschiedlicherReihenfolgeerstellen.

Beiumfangreichen8ProgrammenmitvielenEin-undAusgängenempfehlenwirzunächst9,dieHardwarezukonfigurieren.DashatdenVorteil,dassSTEP7möglicheAdressenimEditorHW-Konfiganzeigt. BeiderzweitenMöglichkeitmüssenSieabhängigvonIhrengewähltenKomponentendieAdressenselbstfindenundkönnendiesenichtüberSTEP7abrufen10 . MitderHardwarekonfigurationkönnenSienichtnurAdressenfestlegen,sondernauchdieParame-terundEigenschaftenvonBaugruppenändern.FürdenBetriebvonmehrerenCPUsistesbeispiels-weisenotwendig,dieMPI-AdressenderCPUsanzupassen.

8 =großen9 =zuerst10 vonSTEP7bekommen

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4.3 Installieren von STEP7

Unabhängigdavon,obSiemitdemProgrammie renoderHardwareKonfigurierenbeginnenwollen, müssenSiezunächstSTEP7installieren.Falls11 SieeinSIMATICPGbenutzen,istSTEP7bereits12 installiert. BeiderInstallationderSTEP7Softwareaufeinem PG/PCohnevorinstallierterSTEP7Software beachtenSiebittedieVoraussetzungenfürdie Soft-undHardware.SiefindendieseinderDatei Liesmich.rtfunter<Laufwerk>: Programme\Siemens\Step7.

FallsSieSTEP7erstinstallierenmüssen,legenSienundieSTEP7CDein.DasInstallationsprogramm wird automatisch gestartet. Folgen Sie den Installationsanwei-sungen. Falls der automatische Installations-start nicht gelingt 13,findenSiedasInstallationsprogramm auch auf der CD-ROMunter<Laufwerk>:\STEP7\Disk1\setup.exe.

Nach der Installation und dem Neustart des Rech- ners erscheint auf Ihrem Windows Desktop das Symbol SIMATIC Manager. Wenn Sie nach der Installation auf dieses Symbol doppelklicken, wird automatisch der STEP 7 Assis tent gestartet.

11 = wenn12 = schon13 = funktioniert

Quellenangabe: AusbildungsunterlagefürdiedurchgängigeAutomatisierungslösungTotallyIntegratedAutomation(TIA),SiemensAG,Ausgabestand05/2001


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4.4 SIMATIC Manager starten und Projekt anlegenDerSIMATICManagerwirdalszentralesFensternachdemStartvonSTEP7aktiv.InderVorein-stellungwirdgleichzeitigderSTEP 7 Assistentgestartet,derSiebeimAnlegeneinesSTEP7Pro-jektsunterstützt.DieProjektstrukturdientdazu,alleDatenundProgrammegeordnetabzulegen.

Doppelklicken Sie auf das Symbol SIMATIC Manager auf dem Windows Desktop. Wählen Sie den Menübefehl Datei -> AssistentNeuesProjekt,wenn der Assistent nicht selbständig aktiviert wird.

MitdemBefehlVorschaulässtsichdieProjektstruk-tur,dieangelegtwird,ein-undausblenden.

ZumzweitenDialogfeldgelangen1 Sie mit Weiter.

1 =kommen


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Der STEP 7 Assistent kann bei jedem Programmstart aktiviert werden. Diese Voreinstellung können Sie im ersten Dialogfeld des Assistenten aktivieren. Wenn Sie Projekte ohne den STEP 7 Assisten-ten erstellen, müssen Sie jedes Verzeichnis innerhalb des Projekts selbst anlegen. Mehr Informationen finden Sie über den Befehl Hilfe -> Hilfethemen „Einrichten und Bearbeiten des Projekts“.

JedeCPUhatbestimmteEigenschaften,z.B.wasdenSpei-cherausbau oder die Operandenbereiche betrifft. Deshalb mussdieCPUvoreinerProgrammierungausgewähltwerden.Die MPI-Adresse (Multi Point Interface) wird für die Kom-munikationIhrerCPUmitdemPG/PCbenötigt.WählenSiefürdasBeispielprojektGettingStarteddieCPU314aus.ÄndernSiedieMPI-Adresse2nicht. Mit Weiter bestätigenSiedieEinstellungenundgelangenzumnächstenDialogfeld.

Selektieren Sie den Organisationsbaustein OB1 (falls dieser nichtbereitsgewähltist).ErrepräsentiertdabeidieobersteProgrammebeneundorganisiertdieanderenBausteinedesS7-Programms. Wählen Sie die Programmiersprache KOP, FUP oder AWL. BestätigenSieIhreEinstellungenmitWeiter. DieProgrammiersprachekönnenSiezueinemspäterenZeit-punkt wieder ändern.

Markieren Sie im Schriftfeld Projektname mit Doppelklick denvorgeschlagenenNamen,undüberschreibenSiediesenmit Getting Started. Mit FertigstellenwirdIhrneuesProjektwieinderVorschauerzeugtundangelegt.NachdemKommando2 FertigstellenwirdderSIMATICManagermitdemFensterdesangelegtenProjektsGettingStartedgeöffnet.AufdennächstenSeitenzeigenwirIhnen,welcheBedeutungdieangelegtenDateienundOrdnerhaben,undwieSiedamiteffektivarbeitenkönnen.



2 = der Befehl

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4.5 Projektstruktur im SIMATIC Manager SobaldderSTEP7Assistentgeschlossenist,öffnetsich1derSIMATICManagermitdemProjekt-fenstererscheintderSIMATICManagermitdemgeöffnetenProjektfensterGetting Started.VonihmausrufenSiealleSTEP7FunktionenundFensterauf.



1 = erscheint = sieht man


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4.6 Aufrufen der Hilfe zu STEP 7

Funktionstaste F1 Möglichkeit1: Markieren Sie einen Menübefehl und drücken Sie die Funktionstaste F1. Sie erhalten die notwendi genInformationenzudiesemMenübefehl.

Möglichkeit2: SiegelangenüberdasMenüzurHilfezuSTEP7. ImlinkenTeilfenstererscheintdasInhaltsverzeich nis mit verschiedenen Hilfethemen und im rechtenwirddasangewählteTopicangezeigt. NavigierenSiezumgesuchtenThema,indem Sie im Inhaltaufdas+klicken.ImrechtenFenster wird parallel der Inhalt des ausgewählten Topicsdargestellt.MitIndex und Suchenkönnen SieSuchbegriffeeingebenundgezieltnachIhrem gewünschtenThemasuchen. Möglichkeit3: KlickenSieinderHilfezuSTEP7aufdasSymbol Startseite. DortwirdeinInfoportaleingeblendet, überdasSieZugangzuallenzentralenThemender Onlinehilfehaben,wie: •EinsteigeninSTEP7, •Projektieren&Programmieren, •Testen&Fehlersuchen, •SIMATICimInternet.

Möglichkeit4: KlickenSieaufdasFragezeichen.Dernächste KlickaufeinbestimmtesObjektaktiviertdieHilfe.




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4.7 Simulation mit S7-PLCSIM MitS7-PLCSIMkannmandieerstelltenSTEP7-ProgrammefürdieSIMATICS7-300unddieSIMATICS7-400testen,wennesanderHardwarenichtmöglichist.DerEinsatzbereichvonS7-PLCSIMisthauptsächlichderTestvonerstelltenSTEP7-ProgrammenfürdieSIMATICS7-300unddieSIMATICS7-400,diemannichtsofortdirektanderHardwaretestenkann.Dieskannverschiedene Gründe haben: • EshandeltsichumkleinereProgrammmodule,dieanderMaschinenochnichtineinemAblauf getestetwerdenkönnen.• DieAnwendungistderartkritisch,dassSchädenfürMenschundMaschinezubefürchtensind, falls Programmierfehler auftreten 1.MiteinerSimulationsollenhierdieseFehlerimVorfeld2 ausgeräumt 3 werden. • MankanndieseApplikationfürÜbungszweckenutzen,wennkeineHardware-SPSzur Verfügungsteht.Bei dem Einsatz 4 von SIMATIC -PLCSIM ist folgendes zu beachten: • VoraussetzungisteinSoftwarepaketSTEP7ProfessionalBasisversionoderSTEP7BasisSoft ware for Students. • ProjektefüralleSIMATICS7-300undS7-400CPUssowiefürSIMATICWinACkönnenhier getestet werden. • DerEinsatzvonFunktionsmodulen(FMs)undKommunikationsprozessoren(CPs)kannnicht simuliert werden.

Erstellen eines einfachen Programms zum Test mit PLCSIM ImnachfolgendenBeispielprogrammLampesolleineLampe(L1)miteinemSchalter(S1)ein-undausgeschaltet werden. MitdenAdressenderverwendetenEin-undAusgängeergibtsichdarausfolgendeSymboltabelle:

Adresse Symbol KommentarE0.1 S1 SchalterA4.0 L1 Lampe

1 auftreten – trat auf – ist aufgetreten = passieren2 im Vorfeld, -er = vor der Inbetriebnahme = vorher 3 ausräumen – räumte aus – hat ausgeräumt = beseitigen4 bei dem Einsatz = bei der Verwendung


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FührenSiefolgendeSchrittederReihenachaus,umdasProgrammzuerstellenundauszuführen: 1.RufenSieSIMATICManagerauf.

2.MitdemSTEP7Assistentenwird–wieimAbschnitt4.4bereitsbeschrieben-einneuesProjektangelegt.

3.WählenSienacheinanderausderListedenCPU-TypCPU315-2DP,denBausteinOB1,die

Programmiersprache KOPunddenProjektnamenLampe 1 aus und bestätigen Sie die Angaben durch Fertigstellen.

4.ZumErstellendesProgrammswirdOB1miteinemDoppelklickgeöffnet.

5. Durch Anklicken von OB1kannjetzt–wiehiergezeigt–dasProgrammalsNetzwerk 1 mit dem EditorinderProgrammierspracheKOP eingegeben werden.

NachdemMarkierendesNetzwerkeskönnendieSymbolefürdenSchließerkontaktunddenAusgangbzw.dieRelaisspuleausderSymbolleisteeingefügtwerden.

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6.DiezunächstunbekanntenAdressenwerdenimEditormit??.?bezeichnet.MiteinemKlickdarauf 5könnensiedanndurchdievereinbartenabsolutenAdressenausderSymboltabelleersetztwerden (siehe auch Kapitel 5).

7.DasNetzwerk1kannnungespeichertundmitXgeschlossenwerden.ÜberdenRegisterreiterAnsichtkanndiesesNetzwerk1auchinderProgrammierspracheAWLoder FUP dargestellt werden.

Start und Konfiguration von PLCSIM WennjetztdasProgrammgetestetwerdensoll,ohnedasseineHardware-SPSzurVerfügungsteht,mussderSimulatorS7-PLCSIMeingesetztwerden6.DannwerdenalleZugriffeaufdieSchnitt-stellenderHardwareinternmitderPLCSIMsimuliert. 8.UmPLCSIMzustarten,mussderSimulatorimSIMATICManagereingeschaltetwerden.(->Simulationein/ausmitdemButton)

5 darauf = auf ??.?6 Das Testen des Programms ohne Hardware-SPS erfolgt mit dem Simulator S7-PLCSIM.

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Testen des Programms mit PLCSIM

DaszutestendeProgrammkannjetztindiesimulierteSPSgeladenwerden7. In unserem Fall ist es nurderOB1.EskönnenauchandereKomponentengeladenwerden,z.B.FB,FCu.a. 9.MarkierenSieOB1undklickenSieauf Laden .(->OB1 -> Laden )

10.NunwirddiesimulierteSPSmitdemSchalterRUNgestartet.DerSchalterbzw.dasEingabebitE0.1kannnunmitderMausgesetztbzw.gelöschtwerden.DieaktivenAusgänge-inunseremFalldasBit0vomAusgangA4.0-werdenmiteinemHakengekennzeichnet.

ZusätzlichkannimEditorüberdasSymbolderBeobachtungsmodusein-bzw.ausgeschaltetwerden.WennderSchalteraktivist,wirddasgesamteNetzwerkbiszumAusganggrünmarkiert.



7 Jetzt können Sie das Programm, das Sie testen wollen, in die simulierte SPS laden.

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5.1 Einführung

MitSTEP7könnenSieeineAnlageinProjektegliedern.EinProjektenthältdiegesamteDatenhaltungfüreineAutomatisierungslösung.DasAnlegeneinesProjektesbzw.einerProjektstrukturistdahereinewesentliche1Voraussetzung2 fürdasArbeitenmitSTEP7.

Bild5.1zeigtIhnen,wieeineProjektstrukturaufgebautist:

SiekönnenIhrAutomatisierungssystemganzeinfachprogrammieren,indemSieeinAnwenderpro-grammerstellen,dasSieindieCPUIhrerS7-300laden.EssetztsichausverschiedenenBausteinenzusammen,mitderenHilfeSieIhrProgrammstrukturierenkönnen.3

FürdasBeispielprogrammAMPELbenötigenSienurzweiBausteine:• einenOrganisationsbaustein(OB)fürdiezyklischeProgrammbearbeitung und• eineFunktion(FC),indieSiedaseigentlicheProgrammeingeben.

Bild5.1:GrafischeDarstellungderProjektstruktur

1 =wichtige2 =Bedingung3 =DasAnwenderprogrammbestehtausverschiedenenBausteinen.MitdiesenBausteinenkönnen Sie Ihr Programm strukturieren.

SPS – Kapitel 5: Programmieren von Bausteinen mit STEP 7

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DerOBistdieSchnittstellezwischendemBetriebssystemderCPUundIhremAnwenderpro-gramm.IneinemOBwirddieReihenfolgederBearbeitungdesAnwenderprogrammsfestgelegt.EinFCisteinCodebausteinohne”Gedächtnis4”,derjedochParameterübergebenkann.DieserBausteineignetsich5besondersgut,umhäufigwiederkehrendeFunktionenzuprogrammieren.

DasnachfolgendeBild65.2zeigtIhnendieSchritte,dieSiebeimProgrammierenvonBausteinenbrauchen.

Bild5.2:SchrittebeimProgrammieren

4 = Memory5 sich eignen = gut sein für eine Aufgabe6 = das Bild hier unten

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InderSTEP7BasissoftwarestehendreiProgrammiersprachenzurVerfügung,diejeweilsdurcheinenEditor,CompilerundTestfunktionenergänztwerden(Tabelle5.1).

Kontaktplan (KOP)

Anweisungsliste (AWL)

Funktionsplan(FUP)

ImAnweisungsteildesSIMATICManagers7gebenSiedasProgrammfürIhrenBausteinalsAWL-AnweisungenoderKOP-undFUP-ElementeinNetzwerkeein.DerAWL/KOP/FUP-EditorführtnachjederEingabeeinerAnweisungbzw.einesElementeseineSyntaxprüfungdurchundzeigtIhneneventuelleFehlerrotan.SolcheSyntaxfehlermüssenvordemSpeicherndesBausteinsbehoben 8 werden.ÜberdasRegisterAnsichtkannzwischenKOP,AWLundFUPumgeschaltetwerden.

KOPisteinegrafischeProgrammiersprachevonSTEP7.DiegrafischenAnweisungenähnelneinemStromlaufplanundermöglichenIhneneineeinfacheVerfolgungdesSignalflusseszwischenStromschienenüberKontakte,komplexeElementeundSpulen.

AWListeinetextuelleProgrammiersprachevonSTEP7.DieSyntaxderAnweisungenistsehrmaschinennah.AufBefehlebzw.Ope-rationenfolgenOperanden.DadurchkönnenSieIhreSteuerungsaufgabeinAWLmitminimalemSpeicherplatzundoptimalerLaufzeitprogrammieren.

FUPistebenfallseinegrafischeProgrammiersprachevonSTEP7.DieAnweisungenwerdenalslogischeBlöckedargestellt,dievonderBoo-leschen Algebra bekannt sind. Wie in den Schaltplänen der Digitaltechnik könnenSiedenSignalflussdurchdieBlöckeverfolgen.

Tabelle5.1VerfügbareProgrammierspracheninSTEP7

Quellenangabe: SIMATICAutomatisierungssystemS7-300:Einfachaufbauenundprogrammieren(Fibel).C79000-G7000-C500-01,SiemensAG1996.SIMATICEngineeringToolsS7-PLCSIMV5.4:Bedienhandbuch03/2009.A5E00992422-02,SiemensAGNürnberg.SIMATICErsteSchritteundÜbungenmitSTEP7.C79000-P7000-C48-01,SiemensAG,Ausgabe03/2006.AusbildungsunterlagefürdiedurchgängigeAutomatisierungslösung.TotallyIntegratedAutomation(TIA),SiemensAG,Ausgabestand05/2001.


7 ImAnweisungsteildesSIMATICManagerswirdderProgrammablaufbeschrieben. DieAnweisungenwerdenmitHilfedesEditorserstellt.8 =dasPartizipPerfektvonbeheben=beseitigen=eleminieren=hier:korrigieren

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5.2 Symbolische ProgrammierungJederEin-undAusganghatdurchdenHardwareaufbaueinevorgegebeneabsoluteAdresse.Diesewirddirekt,d.h.absolutangegeben.DieabsoluteAdressekanndurchfreiwählbaresymbolischeNamenersetztwerden

DieabsoluteProgrammierungsolltenSienurdannnutzen1,wennSieinIhremS7-ProgrammnurwenigeEin-undAusgängeansprechen2 müssen.

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Bild5.3:AbsoluteAdressierungderEin-undAusgänge

1 =anwenden2 hier:benutzen


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Symbolische AdressierungInderSymboltabelleweisenSieallenabsolutenAdressen,dieSieinIhremspäterenProgramman-sprechen,einensymbolischenNamenunddenDatentypzu,z.B.fürdenEingangE0.1dasSymbol“S1“evtl.mitdemKommentarSchließer1.DieseNamengeltenfüralleProgrammteileundwerdenalsglobaleVariablenbezeichnet.MitHilfedesSymboleditorskönnenSiedenabsolutenAdresseneinenNamenzuweisenunddamitdieLesbarkeitIhreserstelltenS7-Programmsdeutlichverbessern.

ÖffnenSiedenSIMATICManagerund erstellen Sie mit dem STEP7 Assistent einneuesProjektmitderCPU315-2DPinderSpracheKOP.AlsProjektnamegebenSieGrundschaltungen ein.

Durch Doppelklick auf Symbole erhältmandenSymbolEditor.Erbe-stehtmomentannurausdemvordefi-niertenOrganisationsbausteinOB1.

Markieren Sie Cycle Execution und überschreibenSieesfürunserBei-spielmit„Hauptprogramm“.TragenSieinderZeile2„BIT0“und„M0.0“ein.DerDatentypwirdautomatischhinzugefügt.MitderTasteRETURNwirddieEingabeabgeschlossen 3undeineneueZeileeingefügt.ErgänzenSiedierestlichenEingabenmit den entsprechenden Kommenta-ren.

3 =beendet

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SpeichernSiedieSymboltabelleundschließenSiedanndasFenster.AufdieseWeisehabenSieallenEin-undAusgängenimProgrammeinensymbolischenNamenzugewiesen4.

DerDatentyp,dervorherautomatischinderSymboltabelleeingefügtwurde,legtdieArtdeszuverarbeitendenSignals5fürdieCPUfest.DieDatentypen,dievonSTEP7verwendetwer-den,sindinTabelle5.1zusammengestellt.MehrInformationenfindenSieüberHilfe -> Hilfethe-men „Programmieren von Bausteinen“und„FestlegenvonSymbolen“

BOOL DatendiesesTypssindBitkombinationen1Bit(TypBOOL)bis32Bit BYTE (DWORD).WORDDWORD CHAR DatendiesesTypsbelegengenau1ZeichendesASCII-Zeichensatzes. INT SiestehenfürdieVerarbeitungnumerischerWertezurVerfügungDINT (z.B.zumBerechnenvonarithmetischenAusdrücken).REAL S5TIME DatendiesesTypsrepräsentierendieunterschiedlichenZeit-undTIME DatumswerteinnerhalbvonSTEP7DATE (z.B.zumEinstellendesDatumsoderzumEingebendesZeitwerts).TIME_OF_DAY

Tabelle5.2:ÜblicheDatentypeninderSymboltabelle



4 =gegeben5 =desSignals,dasverarbeitetwerdensoll

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5.3 Erstellen eines Programms in OB1

Bild5.4:BedieneroberflächefürdieKOP-Programmierung


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MitSTEP7erstellenSieProgrammeindenStandardsprachenKontaktplan(KOP),Anweisungsliste(AWL)oderFunktionsplan(FUP).InderPraxisentscheidenSiesichfüreineSprache.IndiesemKapitelfindenSieeineEinführunginalledreiSprachen.ImKOP/AWL/FUP-ProgrammfensterwerdenalleBausteineprogrammiert.InBild5.4istdieAn-sicht für KOP dargestellt.



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5.4 Programmierung von Bausteinen in KOP

DurcheinenDoppelklickaufeinenBausteinerhaltenSiedenKOP-Editor1,dervorherimSIMA-TICManagerüberdenReiterAnsicht ausgewähltwurde.DasArbeitenmitdemEditorwirdnunmitdenlogischenGrundverknüpfungenINVERTER,UND,ODERundSpeichergliedgeübt(sieheBild5.5).

1 = öffnet sich der KOP-Editor


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Regeln für den Aufbau von KOP-Elementen

EinKOP-Netzwerkbzw.einStrompfadkannausmehrerenElementeninmehrerenZweigenbeste-hen.AlleElementeundZweigeeinessolchenNetzwerkesmüssenuntereinanderverbundensein.

BeiderProgrammierunginKOPmüsseneinigeRegelnbeachtetwerden:• JedesKOP-NetzwerkmusseinenAbschlussinFormeinerSpuleodereinerBoxhaben.• EskönnenkeineZweigeeditiertwerden,dieeinenStromflussinumgekehrterRichtung verursachenkönnten.• EskönnenkeineZweigeeditiertwerden,dieeinenKurzschlussverursachen.

EsgibtfolgendeMöglichkeitenKOP-Elementeeinzufügen:• SiekönnenSchließer,ÖffneroderSpulenüberdasSymbolinderFunktionsleisteauswählen oderüberdieFunktionstastenF2,F3bzw.F7einfügen.• SiekönnenKOP-ElementemitdemMenübefehl Einfügen -> KOP-Sprachelemente auswählen und einfügen.• SiekönnenausdemKatalogProgrammelementedasKOP-Elementeinfügen.DieserKatalogwirdüberdasentsprechendeSymbolinderFunktionsleistebzw.mitderTastenkombination„Strg+K“geöffnet.

DienachfolgendeTabelle5.3zeigtIhnenschrittweise,wieSieKOP-ElementebeiderProgrammie-rung eingeben:

Bild5.5:LogischeGrundfunktionenmitKOP-Elementen

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2 = Was muss man machen?3 = Welches Resultat bekommt man?

ÖffnenSiedenSIMATICManagerunderzeugenSieeinneuesProjektmitHilfedesSTEP7Assistenten.MitderTasteWeiterwirddieCPU315-2DP,derBausteinOB,dieSpracheKOPundderProjektnameGrund-schaltungen eingestellt und mit Fertigstellen abgeschlossen.DurchDoppelklickaufdenBausteinOB1erhaltenSiedenKOP-Editor:DenKOP-EditorerhaltenSieauchüberdenReiterAnsicht.

SelektierenSiedenBereichunterhalbdes Kommentars und markieren Sie danndenStrompfad.SiekönnendanndieKOP-ElementemitfolgendenMöglichkeiteneingeben:• überdenMenübefehl Einfügen →KOP-Sprachelemente• aufderFunktionsleistedasSymbol für Öffner und Spule anklicken• überdieentsprechenden Funktionstasten.

MiteinemLinks-Klick5auf die un-bekannten Adressen ??.? im Schritt 2.1 kann man die absoluten Adressen eingeben.EinfacheristesjedochmiteinemRechtsklick6 aus der ListeSymbol einfügen auswählen unddannausderSymboltabelle,dieimAbschnitt5.1erstelltwurde,dieentsprechendeZeileanklicken.

Schritt Ergebnis 3Vorgehensweise 2

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InBild5.5istimNetzwerk 1 ein Öffnerbzw.Inverter dargestellt.ErgänzenSieimgeöffnetenNetzwerk 1 den entsprechenden Titel und Kommentar 4.


SpeichernSiedasNetzwerkmitdem Menübefehl: Datei → Speichern.

Wählen Sie den Menübefehl:Einfügen → Netzwerk,umeinneuesNetzwerkzuerstellenoderklicken Sie auf das entsprechende Symbol in der Funktionsleiste.ÜbernehmenSieentsprechendaus Netzwerk 2inBild5.5denTitelUND-Verknüpfung und den Kommentar.

FügenSiezweiSchließereinundschließenSiedasNetzwerkmiteiner Spule ab.

ErsetzenSiedieunbekanntenAd-ressen ??.? im Schritt 3.1 durch die symbolischen Adressen (siehe auch 2.2).

SpeichernSiedasNetzwerkmit dem Menübefehl: Datei → Speichern.

4 = Schreiben Sie einen Kommentar in die Box.5 = Klick auf die linke Maustaste6 = Klick auf die rechte Maustaste

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Fügen Sie ein neues Netzwerkein.ÜbernehmenSieausBild5.5fürdas Netzwerk 3 den Titel und den Kommentar.

Markieren Sie wieder den Strom-pfad und fügen Sie einen Schließer und eine Spule ein.

Markieren Sie den Anfang des Netzwerks.Fügen Sie einen parallelen Strang mit einem weiteren Schließer ein.

Schließen Sie die Verzweigung.

Für die symbolische Adressie-rung gehen Sie wie unter Punkt 2.2 vor.

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SpeichernSiediedreiNetzwerke.

FügenSieeinneuesNetzwerkein.ÜbernehmenSieausBild5.5Netzwerk 4 den Titel und den Kommentar.

ÜberEinfügen → Program-melemente → Bitverknüp-fungen → SR-Element wird einSpeichergliedfür1Bitausgewählt und mit Doppelklick eingefügt. Dieses sogenannte FlipFlopwirdmitdemEingangS(Setzen)aufEINSgesetztundmitdemEingangR(Rückset-zen)mitNULLgelöscht.

FügenSievordenEingängenSundRjeeinenSchließer und am Ausgang eine Spule ein.

TragenSiediesymbolischenNamenein(siehe2.2).

SpeichernSiedenBausteinundschließenSiedasFenster.

Tabelle5.3:SchrittebeimEingebenderlogischenGrundfunktionenalsKOP-Elemente

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Ergänzung zu 5.4 Programmierung von Bausteinen in KOP

LogischeGrundverknüpfungen


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SieheauchBild5.5:LogischeGrundfunktionenmitKOP-ElementenimKapitel5.4ProgrammierungvonBausteineninKOP.

Quellenangabe: © Karl Armbruster22.5.2012


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5.5 Programmieren von Bausteinen in AWL

DerBausteinOB1wirdnunalsAnweisungsliste(AWL)programmiert.AmBeispielvondenbereitsbekanntenFunktionenUNDbzw.ODERundderSpeicherfunktionwerdendieAnweisungeninderfolgendenTabelle5.4erläutert1.EineÜbersichtüberdieAWL-OperationenerhaltenSieüberHilfe -> Hilfe zu AWL.

1 = erklärt


Bild5.6:LogischeGrundfunktionenmitAWL-Programmierung

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StartenSiedenAWL-Editor,indemSieimSIMATICMana-geraufdenOB1doppelklicken.ÜberAnsicht Anzeigen mit → symbolische Darstellung wird die symbolische Adressierung eingestellt.

UND-VerknüpfungErgänzenSiedenTitelentsprechendBild5.6und schreiben dann in die erste ProgrammzeileeinU(UND)undnacheinemLeerzeichendasSym-bol für den Schalter1 “S1“. In der 2.ZeilestehtderzweiteUND-EingangU “S2“.MitderZuwei-sung = “L1“wirddasErgebnis2 derVerknüpfungangegeben.ÜberdieSymboltabellewerdendie absoluten Adressen und die Kommentareautomatischergänzt.ODER-VerknüpfungFügen Sie ein neues Netzwerk 2 einundergänzenSiedanndiedreiZeilenausBild5.6.

SpeichergliedFügen Sie ein neues Netzwerk 3 einundergänzenSiedanndieAnweisungenausBild5.6.MitS(Bisetzen)wirdderWertEINSindasadressierteBitgeschrieben.MitR(Bitrücksetzenbzw.löschen)wirdderWertNULLindasadressierteBitgeschrieben.

Falls keine Syntaxfehler (rot markiert) angezeigt werden, ist die Programmierung des OB1 nun abgeschlossen. Der Baustein OB1 kann gespeichert werden.

Tabelle5.4:SchrittebeimEingebenderAWL-Elemente

2 = Resultat

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5.6 Programmierung von Bausteinen in FUPEinFUP-NetzwerkkannausmehrerenElementeninmehrerenZweigenbestehen.AlleElementeundZweigeeinessolchenNetzwerkesmüssenuntereinanderverbundensein.BeiderProgrammierunginFUPmüssenSieeinigeRegelnbeachten:

• JedesFUP-NetzwerkmusseinenAbschlussinFormeinerZuweisungodereinerBoxhaben.• FolgendeFUP-ElementedürfenSienichtalsAbschlusseinesNetzwerksverwenden: Vergleicherboxen(–=–),Konnektoren(–#–)undpositive(–P–)odernegative(–N–)Flanken.• AnBoxenmitbinärenVerknüpfungenkönnenStandard-Boxen(Flipflops,Zähler, Rechenoperationenusw.)angehängtwerden.• IneinemNetzwerkdürfenkeinevoneinandergetrenntenVerknüpfungenmitseparaten Ausgängen programmiert werden.

EsgibtfolgendeMöglichkeitenFUP-Elementeeinzufügen:• SiekönnenUND-Blöcke, ODER-Blöcke, AUSGANGS-Blöcke, Eingang hinzufügen und Eingang negierenüberdieFunktionstastenF2,F3,F7,F8bzw.F9einfügen,oderSiekönnendie gewünschtenElementeausderFunktionsleisteauswählen.• SiekönnenFUP-ElementemitdemMenübefehlEinfügen→ FUPSprachelementeauswählen und einfügen.• ZudemkönnenSieProgrammelemente,z.B.einenTimer,auseinemKatalogauswählenund einfügen.ÖffnenSiedenKatalog„Programmelemente”mitdenTasten„Strg+K”oderüber das entsprechende Symbol in der Funktionsleiste.

Bild5.7:LogischeGrund-verknüpfungen mit FUP-Programmierung


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StartenSiedenFUP-Editor,indemSieimSIMATICManageraufdenOB1doppelklicken.ÜberAnsicht -> Anzeigen mit -> symbolische Darstellung wird die symbolische Adressierung eingestellt.ÜberHilfe -> Hilfe zu FUP erhalten SieeineÜbersichtzudenFUP-Ope-rationen.ÜberEinfügen -> FUP-SprachelementestehenUND-bzw.ODER-Box,ZuweisungundLeerboxzurVerfügung.Siekönnenauchinder Symbolleiste angeklickt werden (,,)

UND-VerknüpfungErgänzenSiedenTitelvonNetzwerk1entsprechendBild5.7.FügenSieeineUND-Box(&)undeineZuweisung(=)ein.

Klicken Sie auf ??.? und wählen den entsprechendensymbolischenNa-men aus der Symbolliste.Wenn keine Symbole rot markiert sind,kanndasNetzwerkgespeichertwerden.

ODER-VerknüpfungFügenSieeinneuesNetzwerk2ein.ErgänzenSiedieODER-Box(≥)miteinerZuweisung(=).

DienachfolgendeTabelle5.6zeigtIhnenschrittweise,wieSiedieFUP-Elementeeingeben.

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NunmüssennochdiesymbolischenAdressen-wiebeiderUND-Funkti-on-ergänztwerden.

SR-SpeichergliedFügenSieeinneuesNetzwerk3ein.ÜberEinfügen -> Programmelemente steht im Ordner BitverknüpfungdasSR-Speicher-gliedzurVerfügung.MitDoppel-klick wird es eingefügt.

NunmüssennochdiesymbolischenAdressen-wiebeiderUND-Funkti-on-ergänztwerden.

SpeichernSiedenBausteinundschließenSiedanndasFenster.



Tabelle5.6:SchrittebeimEingebenderFUP-Elemente

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5.7 Programmierbefehle mit Zeitfunktionen

5.7.1 Flankenoperationen

BisherwurdennurdielogischenVerknüpfungenvonstatischenSignalenbehandelt,diedenZustand„0“oder„1“haben.NunwerdendieZustandsübergängeergänzt,diebeieinerÄnderungdesbinä-renSignalsauftreten.InformationzuweiterenBefehlenfindenSieinderOnline-HilfeunterdemPunktSprachbeschreibungKOP,FUPbzw.AWL.

ÄndertsichdasSignalamEingangE0.2von“0“auf“1“(positiveodersteigendeFlanke),sowirdderAusgangA4.0füreinenZyklus(OB1-Zyklus)derSteuerungauf“1“gesetzt(sieheBild5.8).Die-serAusgangkannwiederumverwendetwerden,umz.B.einenMerkerM2.0zusetzen.

Bild5.8:ZeitdiagrammderSignale


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5.7.2 Zeitfunktionen

FürdieRealisierungvonSteuerungsaufgabenmüssensehrhäufigverschiedeneZeitfunktioneneingesetztwerden.InSTEP7sinddieZeitfunktionenalsStandard-FunktionsbausteineimBetriebs-systemderCPUintegriert.DieProgrammierungderZeitfunktionenkanninAWL,KOPoderFUPerfolgen,dabeisinddieEin-undAusgangsvariablenbeiallenZeitfunktionengleich(sieheBild5.9).

Bild5.9:ParameterderZeitfunktionen

WennderZustanddesZeitgliedsamStarteingangSgeändertwird,wirdgleichzeitigderZeitablaufgestartet.DerZeitablaufistdurchdenVorgabewertderZeitdauerTWdefiniert.VorderStartoperationmussdahermitdemLadebefehlLdieZeitdauergeladenwerden.InunserenBeispielenwirddieZeitdaueralsKonstantevorgegeben.ZumBeispielbedeutetdieEingabe:S5T#3M30SeineZeitdauervon3minund30s.DerAblaufderZeitkannüberdenAusgangQ(“0“oder“1“)abgefragtundfürweitereVerknüpfun-gen verwendet werden.EinSignalamRücksetzeingangRbeendetdieBearbeitungdesZeitglieds.DeraktuelleZeitwertwirdgelöschtundderAusgangQzurückgesetzt.

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Beispiel:ZeitfunktionSE–Einschaltverzögerung

DerAusgangQdesZeitgliedsSE führt 1nachdemStartenerstdanndenZustand1,wenndieprogrammierteZeitdauerTWabgelaufenistundderEingangSnochgesetztist.EinZustandswech-selvon“0“nach“1“amStarteingangSderZeitfunktionbewirkt2alsoeinumTWverzögertes3 SetzenvonAusgangQ.DerAusgangQwirdjedochnichtausgeschaltet,wennderEingangSausge-schaltetwird,solangedieEinschaltverzögerungnochläuftoderderEingangRgesetztwird(sieheZeitdiagramm).WenndieParameterR,DUALundDEZnichtbenötigtundderZeitoperanderstspäterabgefragtwerden,kanndieZeitfunktionvereinfachtprogrammiertwerden:

Bild5.10:ZeitdiagrammzurEinschaltverzögerungTW



1 =hat2 =hatzurFolge3 verzögern=späterpassieren=nichtgleichzeitigpassieren

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1 =registriert2 =betätigt,inAktiongesetzt


5.8 Übungen zur Programmierung mit einfachen Beispielen IndiesemAbschnittwirdzuerstalsBeispieldieProgrammierungeinesSchutzgittersaneinerPres-sedemonstriert.DanachkönnenSiedieProgrammedernachfolgendenBeispieleselbstentwerfen,implementieren und testen.SiesolleneinfacheAutomatisierungsaufgabenmitdemSIMATICManagerlösen.DazuwerdendieProgrammiersprachenKOP,FUPundAWLmitfolgendengrundlegendenFunktioneneingesetzt:• AbfragevonEingängen• UND-undODER-Verknüpfung• ZuweisungvonAusgängen• Zeitglieder• AufrufvonBausteinen5.8.1 Programmierung eines Schutzgitters an einer Presse (Demonstration)

EinePressefürKunststoffteilemiteinemSchutzgittersollnurdannmitdemSTART-TasterS1aus-gelöstwerden,wenndasSchutzgittergeschlossenist.DieserZustandwirdmitdemSensorB0amSchutzgittererfasst1.IstdiesderFall,wirdeinVentilY0fürdenPressenzylindergenau10Sekun-den angesteuert 2,damiteineKunststoffformgepresstwerdenkann. Aus Sicherheitsgründen soll die Presseauchwiederhochfahren, wennderStart-TasterS1losge lassenwirdoderderSensorB0 nicht mehr anspricht. ZurSteuerungderPresse solleineSPSvonSIEMENSmit derCPU315-2DPunddem SIMATICManagereingesetzt werden.

Bild5.11: PressemitSchutzgitter

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Tabelle5.7:Zuordnungsliste

Lösungsvorschlag für die Programmierung als Anweisungsliste (AWL)

DerOrganisationsbausteinOB1wirdautomatischangelegtundbeimProgrammablaufvomBe-triebssystemaufgerufen.JederweitereBausteinaufrufmussvomAnwenderprogrammiertwerden. DerProgrammablaufbzw.dieAktivierungder BausteinewerdenvomAnwenderdurchent sprechendeAufruf-BefehleimOB1festgelegt. Das gesamte Anwender-Programm wird vom Betriebssystemzyklischineinerendlosen Schleife 3 abgearbeitet. Dabei wird die Funktion FC1vomAnwenderalsCALLFC1indenOB1 eingetragenundsomitbeijedemDurchlaufdes OB1aufgerufen.

Bild5.12:SchematischeDarstellungeinesSTEP7-Programmablaufes

Aufgabenstellung:

a. Erstellen Sie das STEP 7-Programm zur Steuerung der Presse. Verwenden Sie dazu die Programmiersprache KOP und die separate Funktion FC1. b. Überprüfen Sie die Funktion mit dem Simulationsprogramm S7-PLCSIM. Öffnen Sie die erstellte Funktion FC1 in der Online-Ansicht und beobachten Sie die Statusbits VKE und STA.

3 =ohneUnterbrechung=ohneAnfangundEnde

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Durchführung der Aufgabe als KOP

FürdieseeinfacheAnwendungbrauchenSiefolgendeKOP-Befehle,dieauchinderHilfe-Funktionnäherbeschriebenwerden.ZumBeispielfindenSiedieZeitfunktionImpuls SI im Editor unter → Zeiten → S_Impuls.

• UND-Verknüpfung(U)• ZeitfunktionImpuls(SI)• Laden(L)• Zuweisung(=)• Bausteinaufruf(CALL)

DerLösungsvorschlagwirdnachfolgendschrittweisemitScreenshotsalsKOP-Programmdarge-stellt,diemitdemSIMATICManagerimplementiertwerdenkönnen.1. ErstellenSiemitdemAssistenten des SIMATIC ManagerseinneuesProjektmitfolgendenEingaben: CPU315-2DP BausteinOB1 mit der Programmiersprache KOP ProjektnameSchutzgitter ErgänzenSiedenFunktionsbausteinFC1.

2. MitDoppelklickaufstartenSiedenSymboleditor,mitdemSiediefolgendeSymboltabelleerstellenundspeichernkönnen.

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3.AlsersterBausteinwirddieFunktionFC1durchDoppelklickgeöffnetunddasNetzwerk1bear-beitet.DieZeitfunktionImpulsSIfindenSieinderListeunter → Zeiten → S_Impuls

4.DerSetzeingangSwirdübereineUND-VerknüpfungderbeidenEingangssignaleE0.0(B0Sen-sorSchutzgitter)undE0.1(S1Start-Taster)verknüpftunddieEingängemitHilfederSymboltabel-leentsprechendbezeichnet.DieImpulsdauervon10swirddurchdieEingabe S5T#10samEingangTWerreicht.ÜberdieHilfefunktionerhaltenSieeinedetaillierteBeschreibungderFunktion.

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5.DasNetzwerk2bestehtnurauseinerZuweisungvonT1andenAusgangA4.0.

6.DerFunktionsbausteinFC1wirdgespeichert.7.ImOB1,denmandurcheinenDoppelklickerhält,wirddannderAufrufvonFC1eingetragen.

8.DerBausteinOB1wirddanngespeichert.DamitistdasProjektfertiggestelltundkannmitdemSimulationsprogrammPLCSIMgetestetwerden (siehe Abschnitt 4.7).

Zusätzliche Übungsaufgabe:

Erstellen Sie dieses Programm für die Pressensteuerung in der Programmier-sprache AWL.

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5.8.2 Programmierung eines Blinkers mit einem ZeitbausteinInderAutomatisierungstechnikwerdenBlinkerhäufigverwendet,umWarnungenoderStörungenanzuzeigen.DasBlinkersignalB(AusgangA0.1)mitderZeitdauervonTs=1ssollimIntervallvonT=2serzeugtwerden(Tastverhältnis1:1).MitdemSchalterS1(EingangssignalE0.0)kannderBlinkerein-undausgeschaltetwerden.ProgrammierenSiedenBlinkermitdemSIMATICManagerundzweiStandard-Funktionsbaustei-nenS-VIMP(ZeitalsverlängerterImpulsparametrierenundstarten)inderProgrammierspracheFUP(vgl.Abschnitt5.6.2)undrealisierenSiediesenBlinkermitderSPSCPU315-2DP.DerAusgangA0.1kanndannspäteroptisch(Signallampe,LED)oderakustisch(Signalton,Hupe)angezeigtwerden.Hinweis:SiebrauchenzweiZeitbausteineT1undT2,wobeiT1mitderpositivenFlankevonS1be-ginntunddasBlinkersignal1bzw.denMerkerM0.0liefert,solangeS1aktivoder„EINS“ist.DerzweiteBausteinT2solldanndasBlinkersignal0bzw.M0.1liefern,dasmitseinernegativenFlankedenT1ansteuert.



Lösen Sie folgende Teilaufgaben:

1. Erstellen Sie eine Symboltabelle für die Ein- und Ausgangsvariable und die beiden Merker M0.0 und M0.1 für das Blinkersignal 0 bzw. 1. 2. Beschreiben Sie in einem Zeitdiagramm untereinander den Schalter S1, das Blinkersignal 1, das Blinkersignal 0 und das Blinkersignal B am Ausgang A 0.1 ! (vgl. Kapitel 3)3. Beschreiben Sie den Ablauf mit einem Flussdiagramm und als Grafcet (vgl. Kapitel 3).4. Programmieren Sie mit FUP die beiden Netzwerke für das Signal “Merker Blinker Signal 1“ und “Merker Blinker Signal 0“, sowie das Netzwerk für den Ausgang des Blinkers und entsprechend für das Signal “0“.5. Testen Sie Ihr Programm mit PLCSIM.

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6.1 Lasten- und PflichtenheftDer Auftraggeber 1 erstellt 2 das Lastenheft(Kundenspezifikationoderrequirementsspecification)möglichstinformalisierterForm(Ausschreibung3stext,Anforderungen4,Skizzen).Darin beschreibt der Auftraggeber alle Anforderungen mit den entsprechenden Randbedingungen5andieLieferungenundLeistungeneinesAuftragnehmer6s.DasLastenheftdient so als Grundlage 7füreineAusschreibung,mitderAngebotevonpotentiellenAuftragneh-merneingeholtwerden.EsbeschreibtsomitinderRegel,was und wofür etwas gemacht werden soll.UmeinLastenheftübersichtlichzugestalten,wirddieAufgabekurzinTextformbeschriebenunddieEinzelheitenintabellarischerFormangegeben,mitZeichnungenoderGrafikenergänzt.DieAnforderungenineinemLastenheftsolltendurchihreFormulierungsoallgemeinwiemöglichund so einschränkend 8wienötigformuliertwerden.DadurchhatderAuftragnehmerdieMöglich-keit,optimaleLösungenzuerarbeiten,ohnedurchzukonkreteAnforderungeninseinerLösungs-kompetenzeingeschränktzusein.

Der AuftragnehmernimmtBezug9 auf alle Anforderungen des Auftraggebers und erstellt daraus sein Pflichtenheft(Angebot).Diesesbeschreibt,wie und womit dasProjektrealisiertwerdensoll.ImGegensatzzumLastenheftsinddieInhaltepräzise,vollständig,nachvollziehbarsowiemitdertechnischenRealisierungverknüpft.BeimEinsatzvonAutomatisierungssystemenwirdhierinsbesondere 10dieHard-undSoftwarebeschrieben,mitderdieAnforderungen(requirements) erfüllt werden sollen.NachderBestellungdurchdenAuftraggeberwirddasPflichtenheftdievertraglicheVereinbarung11 fürdieRealisierungundfristgerecht12e Abwicklung 13desProjektesdurchdenAuftragnehmer.

1 =Besteller 2 =hier:schreibt,produziert 3 =callfortenders 4 =Konditionen;requirements 5 =Voraussetzung=Rahmenbedingung=Vorbedingung 6 =Lieferant;hier:Programmierer 7 =Basis 8 =begrenzend,hier:reduziert;limiting 9 =toreferto 10 =inparticular 11 =agreement 12 =induetime 13 =processing

SPS – Kapitel 6: Planung und Realisierung eines Automatisierungssystems

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Im Folgenden wird entsprechend den VDI/VDE- Richtlinien 14 3694 Lastenheft/Pflichtenheft für den Einsatz von Automatisierungssystemen 15/systemrequirement/specificationforplanninganddesignofautomationsystemszunächstdiegrob16eGliederungeinesLasten-undPflichtenheftesfür eine einfache Aufgabe aus der Automatisierungstechnik (Ampelsteuerung) in Stichwort 17 en beschrieben. DaranschließtsichdasLastenheftfüreineeinfacheAmpelsteuerungan,dieimADOK-ProjektmitvorgegebenenSIMATIC-Komponentenrealisiertwerdensoll.6.2 Stichworte für das Lastenhefta) EinführungindasProjekt VorstellungdesAuftraggebers:Branche,Produkte,Ansprechpartner18 HintergrundfürdasgeplanteProjekt:AuflagenderStadtverwaltung19,Verbesserungder Verkehrssicherheit Kostenrahmen 20,Budget Termineb)BeschreibungderAusgangssituation(Ist-Zustand) Randbedingungen(Spannungsversorgung,Verkabelung) Umgebungsbedingungen(Niederschlag21,Temperatur)c)Aufgabenstellung(Soll-Zustand) BlockdiagrammderAnlagemitSchnittstellen derGesamtaufgabeninTeilaufgaben BeschreibungderTeilaufgabenalsTabelle,GrafikoderZeitdiagrammd) Hardware bevorzugteKomponenten MöglichkeitenzurErweiterung elektromagnetischeVerträglichkeit22(EMV)e) Software WerkzeugezurProgrammierung,Lizenzfragen Anwendersoftware,Programmiersprachef) Dokumentation Anforderungen an die Unterlagen 23:Sprache,Richtlinien,Firmenstandards, BeschreibungdesAblaufsbzw.hierderLichtsignaleimungestörtenundgestörtenBetrieb

14 =dieRichtlinie=dieVorschrift=dieRegel15 =systemrequirement/specificationforplanninganddesignof=automationsystems16 =keineDetails,ungefähr;rough17 =catchword18 =Kontaktperson19 =AnforderungenderStadtverwaltung(citycouncil)20=GrenzendesBudgets21=SchneeoderRegen22 =Kompatibilität23 =Papiere,Dokumente


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g) Inbetriebnahme RandbedingungenfürdieMontage Montage Probebetrieb und Abnahmeverfahren 24 h) Instandhaltung HilfsmittelzurFehlerdiagnose Wartungi) Anhang ZusammenstellungderverwendetenBegriffe25,Abkürzungen26,Normen27undRichtlinien28

6.3 Stichworte für das Pflichtenheft

ImPflichtenheftwerdendieAnforderungenausdemLastenheftübernommenunddurchdiesystemtechnischeLösungergänzt.

a) KurzbeschreibungderLösungfüralleBetriebsarten(Neustart,Normalbetrieb29, Störung,Notbetrieb)b)ErläuterungderEingangs-undAusgangsgrößenundderVerarbeitungsfunktionenc)Beschreibungdereingesetzten30 Hardware-Komponenten: Energieversorgung,Zentraleinheit(Hersteller,Typ),Ein-undAusgabebaugruppe, Prozessperipherie,Verkabelung,Schaltschrankd)BeschreibungderverwendetenSoftware: Betriebssystem,Programmiersprachen,Anwendungssoftwareevtl.31 mit Dokumentatione)TechnischeDatenzumGesamtsystem Leistungsdaten,Verbrauchsangaben32 f)Lieferangaben,Preis,Zahlungsmodalitäten


24 =Überprüfung,Test;acceptanceprocedure25 =BeispielefürBegriffe:Lichtsignal,Anforderungstaster,…26 =BeispielefürAbkürzungen:FUP,KOP,AWL27 =BeispielefürNormen:ISO9000,DINVDE0832-100,EN50556:2011,…28 =BeispielefürRichtlinien:VDI/VDE-Richtlinien3694,RichtlinienfürLichtsignalanlagen (kurzRiLSA)29 =normalmode30 =benutzt31 =evtl.=Abkürzungfüreventuell32 =Beispiel:230V,1,5kW

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6.4 Lastenheft für eine einfache Ampelsteuerung

Üblicherweise33 hateinAuftraggeberbereitsErfahrungenmitHard-undSoftwareausderAu-tomatisierungstechnik.AuchimADOK-ProjektwurdenbereitseinigeRandbedingungenfürdiebeidenAmpelsteuerungenvorgegeben,diemitdenverfügbarenSIMATIC-KomponentenimLaborrealisiertwerdensollen.DamitsindbereitsfolgendePunkteausdenRichtlinienVDI/VDE3694festvorgegeben:a)EinführungindasProjekt • Auftraggeber:ADOK-TeammitbestimmtenTeilnehmern • HintergrundfürdasgeplanteProjekt:ErlernenvondeutschenFachausdrückenbeider PlanungundAbwicklungeinesAutomatisierungsprojektes • Kostenrahmen:ImProjektstehenkeinezusätzlichenFinanzmittelbereit. • Termine:Test-undInbetriebnahmeamEndedesKursesb)BeschreibungderAusgangssituation(Ist-Zustand) Randbedingungen:DieSPS-SteuerungSTEP7-300mitderProzessperipherie(Lampenfürzwei FahrzeugampelnundzweiFußgängerampeln)undBedienungsperipherie(zweiDrucktasterfür dieFußgänger)istbereitsfüreineFußgänger-undeineVerkehrsampelfunktionsfähigverdrahtet undstehtimLaborzurVerfügung. FürdieEntwicklungunddenTestdesProgrammssollderverfügbareSIMATICManager eingesetztwerden.c)Hardware(imTAMK-Labor)Komponenten Bezeichnung KenndatenStromversorgungsbaugruppe PS307 Eingangsspannung122–230V Ausgangsspannung24V=2A Ausgangsstrom 2 A

Zentralbaugruppe(CPU) CPU314C-2DP Arbeitsspeicher:48KByte 2048Merker(MB0–MB255) 128Timer(T0–T127) 128Zähler(Z0–Z127) 24digitaleEingänge 16 digitale Ausgänge 5analogeEingänge 2 analoge Ausgänge Schnittstelle MPI (Multi Point Interface)

Signalbaugruppen(SM) SM322 16digitaleEingängemit24V=-digitaleEin-undAusgabe 16digitaleAusgängemit24V=/0,5A

Bediengerätbzw. TouchPanel mitMPI-SchnittstelleProgrammiergerät(PG) TP170A

PersonalComputer(PC) Notebook mitseriellerSchnittstelleCOM

33 = normalerweise

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Prozessperipherie, die mit der Signalbaugruppe verbunden ist:

DamitdasBeispielprogrammAMPELmitdervorhandenenS7-300eineAmpelsteuerungsimulierenkann,sindfolgendeEin-undAusgängefestgelegt:• 2Eingänge(E),zurAnforderungvonGrünfürdieFußgängeraufbeidenStraßenseiten• 5Ausgänge(A)zurSteuerungderSignalanzeigenbeiderAmpeln• 5Zeiten(T),umdieDauerderjeweiligenAmpelphasenzubestimmenDiesenEin-undAusgängenkönnenSieaucheinensymbolischenNamengeben.

Adresse Beschreibung Beispiel für symbolischen NameA124.0 RotfürAutos Auto_RotA124.1 GelbfürAutos Auto_GelbA124.2 GrünfürAutos Auto_GrünA124.3 GrünfürFußgänger Fußg_GrünA124.4 RotfürFußgänger Fußg_RotE124.0 TasteraufrechterStraßenseite Taster_rechts E124.1 TasterauflinkerStraßenseite Taster_linksT2 DauerderGelbphasefürAutos Auto_Gelb_PhaseT3 DauerderGrünphasefürFußgänger Fußg_Grün_PhaseT4 RotphasefürAutosverzögern Auto_Verz_RotT5 DauerderRot-/GelbphasefürAutos Auto_Rot_Gelb_PhaseT6 NächsteGrünanforderungfür Fußgängerverzögern Fußg_Verz_GrünM0.0 Merker nach einer Grünanforderung durchFußgänger Ampel_Merker

Bild 6.1: Festgelegte Ein- und Ausgänge mit den Ampelanzeigen

Tabelle 6.1: Festlegung der Adressen und Operanden für die Ampelsteuerung

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Fußgängerampel Verkehrsampel


e) Software

STEP7-Software SIMATIC Manager STEP 7 Professional: STEP7V5.4mitSP5 S7-PLCSIMV5,4mitSP3

AlsProgrammiersprachesollenKOPoderFUPeingesetztwerden.

f) Dokumentation Die Dokumentation der Programme mit erklärenden Kommentaren sowie die BedienungsanleitungmüssenindeutscherSprachegeliefertwerden.h) Inbetriebnahme DieAbnahmederAmpelsteuerungerfolgtimLaboranhandderBedienungsanleitung,inderdas Ein-undAusschaltenderAmpelanlagebeschriebenwird.i) Instandhaltung HilfsmittelzurFehlerdiagnose Wartung 34 j) Anhang ZusammenstellungderverwendetenBegriffe,Abkürzungen,NormenundRichtlinien

Quellenangaben:

VDI/VDE-Richtlinien 3694: Lastenheft/Pflichtenheft für den Einsatz von Automatisierungssystemen, Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin.

Dieses Projekt wurde mit Unterstützung der Europäischen Kommission finanziert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung (Mitteilung) trägt allein der Verfasser; die Kommission haftet nicht für die weitere Verwendung der darin enthaltenen Angaben.Projektnummer: 502625-LLP-1-2009-1-FI-ERASMUS-ECDSP Finanzhilfevereinbarung: 2009-3527 / 001 - 001

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34 = Kontrolle, Sevice, Revision, Überprüfung, maintenance

Automatisierung und Deutsch im O nline-Kurs · • GRAFCET, • Zeitdiagramm. 9 die Umsetzung, -en...

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