Vorwort Der Versuch Programmierung einer SPS (XSPS) basiert im Wesentlichen auf praxisorientierten Lerneinheiten. Darber hinaus erhalten die Teilnehmer Informationen ber den Aufbau und die Funktion einer SPS. Sie lernen die Programmierung anhand von kleinen bungsaufgaben, die mit dem Programmiergert (PC - Step 7) erstellt und mit der SPS getestet werden.

Programmierung einer SPSauf der Basis einer SIEMENS S7-314c

Die theoretischen Kenntnisse zum Aufbau, zur Programmierung und zur Handhabung der eingesetzten Programmentwicklungsumgebung sind aus den Handbchern und der angegebenen Literatur zu erarbeiten. Mit diesem Skript wird den Teilnehmern nun auch die Mglichkeit gegeben, sich auf die relativ kurze Laboreinheit vorzubereiten. Darber hinaus dient es hoffentlich auch als Nachschlagewerk (Quick Reference) fr sptere SPS-Projekte.

September 2005

Fachhochschule fr Technik und Wirtschaft Berlin, Fachbereich II Labor fr Mechatronik / Masterstudiengang

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Inhaltsverzeichnis1. Grundlagen der SPS-Technik1.1 1.2 1.3 1.4 Was ist eine speicherprogrammierbare Steuerung? Grundstzlicher Aufbau einer SPS Wie wird eine SPS programmiert? Beispiel einer Industrieanlage mit SPS-Steuerung 7 7 8 9 10 13 13 15 17 19 19 19 20 21 24 25 28 28 35 37 37 38 38 39 39 40

7. Operanden in STEP77.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 Eingangs- und Ausgangsoperanden Merkeroperanden Lokaloperanden Daten und Datenbausteine Timer Zhler Peripherieeingnge /-ausgnge

42 42 42 42 43 43 43 43 44 44 44 45 45 45 46 48 48 48 49 49 50 50 51 52 53 54 56 57 58 58 59 59 60

2. Der Labor- Arbeitsplatz (Hardware)2.1 Aufbau der SIEMENS S7-314 PtP bzw. DP 2.2 Baugruppen der S7-300 2.3 Vernetzung aller Gerte

8. Adressierung der Operanden8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 Bitoperanden Byteoperanden Wortoperanden Doppelwortoperanden Hinweise zur Adressierung

3. Die Projektierung eines S7-300-Aufbaus3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Vorbemerkungen Anforderungen an die SPS Auswahl der CPU Regeln fr den Aufbau einer Steuerung Adressierung der einzelnen Baugruppen Vernetzung einer S7-300

9. Symbolische Programmierung 10. Verknpfungsoperationen10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 10.10 UND-Verknpfung ODER-Verknpfung EXCLUSIV-ODER-Verknpfung NICHT-Verknpfung UND-NICHT-Verknpfung ODER-NICHT-Verknpfung Verknpfungsergebnis (VKE) Klammerbefehle ODER-Verknpfungen von UND-Verknpfungen Setz- und Rcksetzbefehle

4. Der Labor- Arbeitsplatz (Software)4.1 SIEMENS Programmentwicklungsumgebung STEP7 4.2 Prozess-Visualisierung und Simulation mit LabVIEW

5. Strukturierte Programmierung5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Der Organisationsbaustein (OB) Die Funktion (FC) Der Funktionsbaustein (FB) Der Datenbaustein (DB) Die Systembausteine (SFC, SFB, SDB)

11. Datentypen in STEP711.1 11.2 11.3 Elementare Datentypen Zusammengesetzte Datentypen Parametertypen

6. Darstellungsarten6.1 Anweisungsliste (AWL) 6.2 Funktionsplan (FUP) 6.3 Kontaktplan (KOP)

12. Lade- und Transferbefehle40 40 41 12.1 12.2 Laden von Bytes, Wrtern, Doppelwrtern Laden von Konstanten

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13. Funktionen13.1 13.2 13.3 13.4 Aufruf einer Funktion Deklaration der Variablen Formalparameter Beispiel zum Aufruf einer Funktion

62 62 62 63 63 65 65 65 66 67 69 69 70 70 70 72 72 72 73 74 75 76 77 78 79 79 79 80 80 81 81 81

19. Anhang19.1 STEP 7 Befehlsbersicht

83 83

14. Funktionsbausteine14.1 14.2 14.3 14.4 Aufruf eines Funktionsbausteins Deklaration der Variablen Anlegen eines Instanz-Datenbausteins Beispiel zum Aufruf eines Funktionsbausteins

Lesen Sie Bitte auch die Laboranleitung Programmierung einer SPS

15. Zhler15.1 15.2 15.3 15.4 Zhler setzen und rcksetzen Zhler abfragen Zhlwert laden Vorwrtszhler, Rckwrtszhler

16. Zeiten16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 Zeitfunktion mit Zeitwert laden Starten und Rcksetzen einer Zeit Abfragen einer Zeit Die Zeitart SI (Impuls) Die Zeitart SV (verlngerter Impuls) Die Zeitart SE (Einschaltverzgerung) Die Zeitart SS (Speichernde Einschaltverzgerung) Die Zeitart SA (Ausschaltverzgerung)

17. Die Register der CPU17.1 17.2 17.3 17.4 Akkumulatoren Adressregister DB-Register Das Statuswort

18. bersicht zur Programmabarbeitung18.1 18.2 Die Betriebszustnde der SIMATIC S7 Ablauf einer zyklischen Programmbearbeitung

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1. Grundlagen der SPS-Technik1.1 Was ist eine Speicherprogrammierbare Steuerung?Eine Speicherprogrammierbare Steuerung, kurz SPS genannt, ist ein Computer, der speziell fr Steuerungsaufgaben entwickelt wurde. Erst durch das Programm und die Beschaltung mit Ein- und Ausgabegerten wird die SPS zu einer ganz spezifischen Steuerung. Als Eingabegerte dienen passive, aber immer hufiger auch aktive Signalgeber. Passive Signalgeber sind z.B. Schalter oder Taster. Aktive Signalgeber liefern die Informationen ber z.B. Temperatur, Druck oder Geschwindigkeit in Form von analogen Spannungen, Strmen oder rein Digital. Ventile, Schtze und Lampen sind klassische Ausgabegerte. Aber auch hier verwendet man immer hufiger intelligente Gerte (Aktoren). Intelligente Sensoren/Aktoren enthalten meistens signalverarbeitende Komponenten (Sicherungsmechanismen), die die SPS entlasten. Darber hinaus sind Bus-Interfaces vorhanden, die eine rein digitale Anschaltung ermglichen (Feldbus). SPS-Steuerungen sind in folgenden Bereichen denkbar: Automatisierung von Wohnhusern Garagentrsteuerung Beleuchtungssteuerung Alarmanlage Fenster-Rolladen-Steuerung Fahrstuhlsteuerung Industrieanwendungen Getrnkeindustrie Automobilindustrie Pharmaindustrie Frderanlagen Werkzeugmaschine Roboter Nahrungsmittelherstellung Galvanisierungsanlagen Stahlindustrie

1.2 Grundstzlicher Aufbau einer SPSDieser Abschnitt beschreibt den grundstzlichen Aufbau einer SIEMENS SPS S7314. Diese Angaben gelten in der Regel auch fr Anlagen anderer Hersteller.PS 307 2A CPU 314C-2 PtPSF DC5V FRCE RUN VOLTAGE SELECTOR STOP PUSH DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

SIEMENS

DC24V

I 0

I RUN 0 STOP MRES

SIMATIC S7-300

MPI

RS485

SIMATIC S7-314 PtP Eine SPS besteht in der Regel aus verschiedenen Einzelkomponenten. Diese Komponenten werden auf ein so genanntes Busmodul oder einen Baugruppentrger montiert. In jedem Fall ist ein Netzteil erforderlich, das die SPS und alle weiteren Bausteine mit 24Volt Systemgleichspannung versorgt. Die Zentrale Baugruppe der SPS ist die CPU-Baugruppe (Central Processing Unit). Diese Baugruppe enthlt das SPS-Programm sowie den zur Abarbeitung erforderlichen Rechner. Der CPU-Typ bestimmt die Leistungsfhigkeit der gesamten SPS, Umfang des Befehlsvorrats Programmgre (Speicherausbau) Befehlsausfhrungszeiten (Geschwindigkeit)

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Eine SPS bentigt Eingangsbaugruppen, mit denen Prozesssignale erfasst werden knnen. Baugruppen fr digitale und analoge Signale werden eingesetzt. Ausgangsbaugruppen sind erforderlich um Gerte schalten bzw. steuern zu knnen. Auch hier gibt es konfektionierte digitale und analoge Baugruppen. Darber hinaus stehen noch eine Vielzahl von Sonderbaugruppen fr ganz spezielle Anwendungsflle zur Verfgung. Dies sind z.B. Zhlerbaugruppen Positionierbaugruppen Reglerbaugruppen Kommunikationsbaugruppen

die Verbindung zwischen PC und AG mit einem MPI-Adapter hergestellt. Dieser Adapter besitzt einen RS232 und einen MPI Anschluss. Fr diese Busankopplung sind auch PC-Karten erhltlich.

1 Netzteil 2 CPU 3 Ein-/Ausgang 4 PC-Adapter 5 PC mit Software 5 4RS232

1PS 307 2ASF DC24V DC5V FRCE RUN STOP

2CPU 314C-2 PtP

3DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

SIEMENS

VOLTAGE SELECTOR

PUSH

I 0

RUN 0 STOP MRES

I

SIMATIC S7-300

MPI

RS485

1.3 Wie wird eine SPS programmiert?Damit eine SPS einen Prozess steuern kann, sind folgende Schritte notwendig: 1. 2. 3. 4. 5. Aufbau und Einstellung (Hardwarekonfiguration) der einzelnen Baugruppen Anschluss des Netzteils Verbinden der Ein- und Ausgnge mit dem Prozess Erstellung des SPS-Programms bertragung des SPS-Programms ins Automatisierungsgert (AG)

MPI

Minimalkonfiguration einer SPS mit PC-Programmierung

Die Punkte 1 bis 3 sind je nach SPS-Typ unterschiedlich und mssen im jeweiligen Gertehandbuch nachgelesen werden. Die Punkte 4 und 5 hingegen sind weitestgehend gleich. Um ein Programm zu erstellen bzw. in eine SPS zu bertragen bentigt man ein Programmiergert. Dies kann ein speziell dafr vorgesehenes Programmiergert (PG) oder aber ein handelsblicher PC sein. Ein vom SPS-Hersteller angebotenes PG enthlt bereits alle erforderlichen Komponenten zur: Erstellung des Programms (Editor, Compiler,) MPI-Interface zur bertragung des Programms auf die CPU Steuerung der SPS (z.B. Start/Stop-Funktion) Ausdruck des Programms Fehlerdiagnose Inbetriebnahme

1.4 Beispiel einer Industrieanlage mit SPS-SteuerungEine Anlage in einem Hochregalsystem sortiert Raaco- Ksten anhand ihrer Gre. Dieses einfache Beispiel zeigt noch einmal alle erforderlichen Komponenten und Arbeitsgnge bis hin zur funktionstchtigen Steuerung. Prozessbeschreibung: In der Wahrenannahme eines Betriebes werden elektronische Kleinteile in RaacoKsten unterschiedlicher Gre einsortiert und diese auf ein Frderband gestellt. Eine SPS-Steuerung selektiert die Behlter nach ihrer Gre, bevor sie ein Roboter im Hochregal abstellt. Zur Lsung der Aufgabe wird eine SPS mit mehreren Ein- und Ausgnge bentigt. Zunchst werden alle erforderlichen Ein- und Ausgnge definiert und in einer Zuordnungstabelle (siehe Tab. 1) erfasst. Die erste Spalte der Tabelle beschreibt die Aktoren und Sensoren, die mit der SPS verbunden sind. In der zweiten Spalte wird festgehalten, ob es sich um einen Ein- oder Ausgang handelt. 10

Steht kein PG zur Verfgung, dann muss auf einem PC die jeweilige Programmiersoftware installiert werden. Die bertragung des Programmcodes erfolgt dann in der Regel ber die Serielle Schnittstelle. Bei der SIMATIC S7 wird 9

In der dritten Spalte wird die SPS-Belegung (Adresse) aufgefhrt. Ein E reprsentiert den Eingang, ein A entsprechend den Ausgang der SPS. Soll ein einzelnes Bit einer Adresse angesprochen werden, so muss dies durch die Angabe der Byte-Adresse sowie des zugehrigen Bits erfolgen. Die Angabe E 0.1 kennzeichnet somit das Bit 1 des Eingangsbytes 0. Tabelle 1: Aktor / Sensor Schieber (klein Schieber (mittel) Schieber (gro) Lichtschranke (klein) Lichtschranke (mittel) Lichtschranke (gro)

Damit die SPS richtig auf die Signale der Sensoren reagieren kann, muss man wissen, wann die Sensoren welche Signale liefern. Unsere Lichtschranke liefert z.B. einen Low-Pegel (0Volt) bei Unterbrechung des Lichtstrahls. Anderenfalls betrgt das Signal 24Volt. Die Schieber werden dagegen bettigt (ausgefahren), wenn der SPS-Ausgang einen High-Pegel (24Volt) liefert. Da die verwendeten Aktoren und Sensoren nur zwei Schaltzustnde kennen, werden auch nur digitale Ausgabe- bzw. Eingabebaugruppen bentigt. Das SPS-Programm fragt nun kontinuierlich die Signale der drei Lichtschranken ab und entscheidet daraus, welcher Schieber wann bettigt wird. Die folgende Tabelle zeigt die mglichen Zustnde. Lichtschranke L (klein) L (mittel) L (gro) L (klein) L (mittel) L (gro) L (klein) L (mittel) L (gro) Zustand 1 0 0 1 1 0 1 1 1 Schieber S (klein) S (mittel) S (gro) Zustand 1 nach ca. 3s 1 nach ca. 5s 1 nach ca. 7s

Eingang / Ausgang Ausgang Ausgang Ausgang Eingang Eingang Eingang

SPS-Belegung A 1.0 A 1.1 A 1.2 E 0.0 E 0.1 E 0.2

PS 307 2A

CPU 314C-2 PtPSF DC5V FRCE RUN STOP PUSH

SIEMENS

DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

DO16xDC24

DC24V

VOLTAGE SELECTOR

I 0

I

RUN 0 STOP MRES

SIMATIC S7-300

Programm

MPI

RS485

A1.0 A 1.1 E 0.2 Lichtschranke (klein) Lichtschranke (gro) E 0.0 zum Hochregal A 1.2

Da bei einem groen Behlter wegen der Anordnung alle drei Lichtschranken unterbrochen sind, muss das Programm stets alle drei Signale auswerten. Die Schieber sind in definiertem Abstand zum Sensor angebracht und mssen daher mit einer, von der Transportgeschwindigkeit abhngigen, Verzgerung eingeschaltet werden.

Schieber (klein)

Schieber (mittel)

Schieber (gro)

SPS-Konfiguration fr einen einfachen Industrieprozess

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2. Der Labor- Arbeitsplatz (Hardware)2.1 Aufbau der SIMATIC S7-314c PtP bzw. DPJeder Arbeitsplatz in unserem Labor ist mit einer SIEMENS SPS des Typs S7-314c ausgerstet. Diese SPS ist eine Kompakt-SPS. Sie unterscheidet sich von den blichen Steuerungen durch bereits implementierte digitale und analoge Baugruppen. Leistungsmig ist diese SPS eher im unteren bis mittleren Marktsegment einzuordnen. Es besteht jedoch die Mglichkeit die Anzahl der Einund Ausgnge durch Anschaltung weiterer Baugruppen zu erhhen. Aufbau der S7-314Status und Fehleranzeige Schacht fr MMC Betriebsartenschalter PtP oder DP Schnittstelle Mehrpunktfhige MPI-Schnittstelle Anschluss fr Spannungsversorgung Eingabemodul Ausgabemodul integriertCPU 314C-2 PtPSF DC5V FRCE RUN STOP PUSH DI8xDC24 AI5/A02x12Bit DO16xDC24

Einige Daten der S7-314c PtP auf einen Blick: Integrierter Arbeitsspeicher Ladespeicher Bearbeitungszeiten Anzahl S7-Zhler S7-Zeiten Merker Datenbausteine Funktionsbausteine Funktionen Adressbereich gesamt Digitale Kanle Analoge Kanle Baugruppentrger Digitale Eingnge Digitale Ausgnge Analoge Eingnge Analoge Ausgnge Technologiefunktionen 48 Kbyte steckbar (MMC) > 64 Kbyte Bit-/Wortoperation 0.1 / 0.2 s. Festpunkt-/Gleitpunktarithmetik 2 / 20 s 256, Bereich 0..999 256, 10ms..9990s 256 Byte max. 127, Gre max. 16 KByte max. 128, Gre max. 16 KByte max. 128, Gre max. 16 KByte max. 1024 Byte (frei adressierbar) max. 1016 max. 253 max. 4 24 16 4 + 1 (12Bit) 2 (12Bit) 4 Zhler 1 Positionieren

SIEMENS

I RUN 0 STOP MRES

SIMATIC S7-300

MPI

RS485

Die digitalen Eingnge der Schulungsgerte sind zu Testzwecken mit Schaltern/Tastern verbunden. Die Ausgnge sind auf Steckbuchsen herausgefhrt. Das folgende Bild zeigt ein AG (Automatisierungsgert) des Laboraufbaus.

CPU S7-314C-2 PtP Zur Aufnahme und Speicherung des Programms besitzt die obige CPU eine so genannte Micro-Memory-Card. Diese Karte muss im Betrieb der CPU gesteckt sein. Alle CPUs besitzen eine MPI-Schnittstelle (MPI := Multi Point Interface) zum Anschluss an ein Programmiergert oder zur Vernetzung mit einer zweiten SPS. Das Krzel PtP (Point to Point) weist auf eine weitere Schnittstelle (RS485) zum Anschluss von Ausgabegerten (Plotter). Beim Krzel DP ist eine ProfibusSchnittstelle vorhanden. Neben der CPU befinden sich hinter je einer Klappe die Anschlussklemmen der Einund Ausgnge. Zur Verbindung mit den Sensoren bzw. Aktoren ist je ein 40 pol. Adapter mit Schraubklemmen erforderlich. 13 14

2.2 Baugruppen der S7-300Das vorgestellte Schulungsgert ist, wie schon erwhnt, die Minimalkonfiguration einer SPS. In groen Industrieanlagen werden nicht selten mehrere 100 Sensoren und Aktoren bentigt, die alle von einer oder gar mehreren Steuerungen bedient werden mssen. Darber hinaus soll die SPS heutzutage nicht nur Steuerungsaufgaben bernehmen, sondern z.B. auch berwachungseinrichtungen mit aktuellen Prozessdaten versorgen (Monitoring) oder mit anderen Steuerungen kommunizieren knnen. Zur Erweiterung einer vorhandenen SPS bietet SIEMENS, wie wahrscheinlich auch andere Hersteller (Bosch, Klckner-Mller, usw.) Zusatzbaugruppen an, um die Funktionalitt der Anlage zu erweitern. Die folgenden Baugruppen sind fr den Ausbau der S7-3xx erhltlich. Stromversorgungsbaugruppen (PS 307, Typ) Der Typ kennzeichnet den Ausgangsstrom (2, 5 oder 10A) Digital-Eingabebaugruppen (SM 321, Typ) Digital-Ausgabebaugruppen (SM 322, Typ) Analog-Eingabebaugruppen (SM 331, Typ) Analog-Ausgabebaugruppen (SM 332, Typ) Der Typ fr die Signalbaugruppen kennzeichnet u.a. - Die Anzahl der Ein-/Ausgnge - Die Hhe der Ein-/Ausgangsspannung (24V-DC, 120V-AC) POS-Eingabebaugruppen (SM 338) Die POS-Eingabebaugruppe ist eine Schnittstelle zur Anschaltung von SSIWeggebern) Funktionsbaugruppen (FM 3xx) Diese Baugruppen sind fr zeitkritische Prozesssignalverarbeitung, zum Beispiel fr 15 CNC-Steuerungen Nockensteuerungen und speicherintensive

-

Positionieraufgaben Regelungen

Kommunikationsprozessor-Baugruppe (CP 34x) Diese Baugruppen entlasten die CPU von Kommunikationsaufgaben und sind mit unterschiedlichen Schnittstellen ausgestattet: Profibus DP RS232/485 Point to Point Ethernet

Anschaltungsbaugruppen (IM 36x) Diese Baugruppen dienen zur Verbindung mehrerer Baugruppentrger und liefern die Versorgungsspannung fr weitere Signalbaugruppen. RS-485 Repeater Ein RS 485-Repeater verstrkt Datensignale auf Busleitungen und koppelt Bussegmente.

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2.3 Vernetzung aller GerteWie bereits angesprochen, enthalten unsere AGs Schnittstellen zur Vernetzung. Vier der Gerte besitzen neben einer MPI-Schnittstelle auch ein Profibus-Interface. Da die Steckverbindungen bzw. bertragungsleitungen fr beide Interfaces die gleichen sind, lst sich die Hardware unterschiedlich konfigurieren. 1. Fr die Kommunikation via MPI-Bus knnen alle 8 AGs zu einem Subnetz bzw. Segment verbunden werden. 2. Fr die Kommunikation via Profibus DP knnen 4 Gerte ein MPI-Subnetz und 4 weitere ein Profibus-Subnetz bilden. Eine DP-Station bernimmt dabei die Routing- Funktion. Darber hinaus verfgen wir im Labor ber einen SIMATIC NETKommunikationsprozessor (S7-343-1 IT). Dieses Gert besitzt ein LAN-Interface (RJ-45) und ermglicht den Zugang zum Internet. Der Kommunikationsprozessor verfgt ber einen WEB-Server und untersttzt diverse Mail-Funktionen. Er wird ber den S7-Rckwandbus mit einer unserer Stationen verbunden und ist somit auch Teilnehmer im MPI-Subnetz. Ein weiterer Kommunikationsprozessor (CP343-2) ermglicht den Netzbergang zum ASI-Bus. Zur Prozessvisualisierung bzw. Steuerung mittels eines PCs verwenden wir in unserem Labor zwei Profibus-Interfaces in Form einer PCI-Steckkarte der Firma Hilscher. Eine der beiden Karten lst sich als Master/Slave, die andere als Slave konfigurieren. Ein PC in unserem Netz verfgt ber einen OPC-Server der Fa. Deltalogic. Dieser kann ber den PC-Adapter, die Hilscher Profibus DP- Karte und ber den PC-LANAnschluss auf unsere Automatisierungsgerte zugreifen und deren Daten weiteren Anwendungen bereitstellen. Zur Prozessvisualisierung verwenden wir die Software iFIX von Intellusion. Ihr Client bernimmt die Prozessdaten vom OPC-Server. Darber hinaus knnen wir auch aus eigenen Anwendungen mit Hilfe den AG-LINKFunktionen auf Prozessdaten zugreifen und diese verndern. Wir ben diese Mglichkeit im Programmierkurs (Graphische Programmierung mit LabVIEW). Schlielich steuern wir in unserem Automatisierungsnetz einen SIEMENS Positioniermotor mit Profibusinterface. Das folgende Bild zeigt den gesamten Laboraufbau. 17 18

3. Die Projektierung eines S7-300 Aufbaus3.1 VorbemerkungenDer Markt fr Automatisierungsgerte bietet eine groe Anzahl von Gerten, mit denen ganz unterschiedliche Steuerungsaufgaben erfllt werden knnen. Nicht nur der Preis, sondern auch die Ausstattung der Gerte variiert in hohem Mae. Neben einer Reihe von namhaften Herstellern wie z.B. SIEMENS, MOELLER, KUHNKE, und MITSUBISHI gibt es viele so genannte Low-Cost- Gerte mittlerer und kleinerer Unternehmen. Hat man sich erst einmal fr einen Hersteller entschieden, so folgt die Qual der Wahl. Beinahe fr jede Steuerungsaufgabe gibt es eine passende SPS. Die Suche nach der preiswerten, akzeptablen Lsung kann hier zu einer langwierigen Recherche fhren. Wir haben uns bei der Anschaffung unserer S7-300-Schulungsgerte aus folgenden Grnden fr den deutschen Hersteller SIEMENS entschieden: Vorhandene Erfahrungen auf der Basis von S5-Steuerungen Gute Dokumentation Schneller Support (Ansprechpartner vor Ort) Flexibles System mit groem Erweiterungsangebot Hervorragendes Entwicklungssystem Gute Integrationseigenschaften (Anbindung anderer Systeme) Hoher Marktanteil (Bekanntheitsgrad)

6. 7. 8. 9.

Welche Sonderfunktionen werden bentigt (Regler, Zhler, usw.)? - Jede Sonderfunktion entlastet die CPU Sind neben der Steuerung Kommunikationsaufgaben zu erledigen? - z.B. Monitoring, Netzwerkbetrieb (Profibus, Ethernet) Welche Stromversorgung ist erforderlich? Soll die SPS in einem Netzwerk betrieben werden? - welche Schnittstellen sind erforderlich? - gibt es groe Leitungslngen zu berbrcken

10. Ist ein mehrzeiliger Aufbau erforderlich? - wie viele Anschaltungsbaugruppen werden bentigt? - Wird der Einsatz mehrerer CPUs erforderlich? 11. Wie umfangreich ist die Steuerungsaufgabe (Speichergre)? - Der RAM-Speicher einer CPU ist in der Regel nicht erweiterbar 12. Wie Zeitkritisch ist die Steuerung (Zykluszeit)? 13. Welche Umweltbedingungen gelten fr den Betrieb der SPS? - Einsatz spezieller Outdoor-Baugruppen

3.2 Anforderungen an die SPSZu Beginn der Projektierung einer neuen Anlage ist es in jedem Fall erforderlich die Steuerungsaufgabe so exakt wie mglich zu beschreiben. Hieraus knnen dann die Anforderungen an die SPS formuliert werden. Die Abarbeitung der folgenden Checkliste erleichtert das Aufstellen eines Anforderungsprofils. 1. 2. 3. 4. 5. Anzahl der digitalen Eingnge? - welche Schnittstellen besitzen die Sensoren (U, I, Spannungshhe)? Anzahl der digitalen Ausgnge? - welche Schnittstellen besitzen die Aktoren (U, I, Spannungshhe) Anzahl der analogen Eingnge (U, I, Auflsung, Abtastrate)? Anzahl der analogen Ausgnge (U, I, Auflsung, Abtastrate)? Werden Laststromversorgungen zum Anschluss der Aktoren bentigt? - Ein digitaler Ausgang liefert in der Regel nur 20mA Strom

3.3 Auswahl der CPUDie CPU ist das Herzstck einer SPS-Anlage. Sie bestimmt im Wesentlichen die Leistungsfhigkeit bezglich der max. Anzahl der Ein-/Ausgnge der Programmgre der Verarbeitungsgeschwindigkeit

Im Kapitel 2.1 wurde bereits ein kleiner Auszug der technischen Daten unserer CPU S7-314 angegeben. Fr eine ausfhrlichere Beschreibung der CPU-Daten verweise ich auf das jeweilige Handbuch in unserem Labor oder online im Internet. Um dennoch einen Eindruck ber die Leistungsfhigkeit unterschiedlicher CPUs zu verschaffen habe ich die wichtigsten Daten von zwei weiteren S7-CPUs in der folgenden Tabelle gegenbergestellt.

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Eigenschaften Integrierter Arbeitsspeicher Ladespeicher Bearbeitungszeiten - Bitoperation - Gleitpunktarithmetik S7-Zhler S7-Zeiten Digitale Kanle Analoge Kanle

CPU-312 IFM 6 KByte 20 KByte RAM nicht erweiterbar 0,6 s 60 s 32 64 256+10integriert 64

CPU-318-2 256 KByte 64 KByte bis 2 MB erweiterbar 0,1 s 0,6 s 512 512 65536 4096

-

Platz zum Verlegen von Leitungen

Bei der Anordnung der Baugruppen auf einem Baugruppentrger gelten folgende Regeln: Maximal 8 Baugruppen (SM, FM, CP) drfen rechts neben der CPU stecken. Die Anzahl steckbarer Baugruppen (SM, FM, CP) ist begrenzt durch deren Stromaufnahme aus dem Rckwandbus.PS 307 2A CPU 314C-2 PtPSF DC24V DC5V FRCE RUN VOLTAGE SELECTOR STOP PUSH DI8xDC24 AI5/A02x12Bit DI8xDC24 AI5/A02x12Bit DI8xDC24 AI5/A02x12Bit DI8xDC24 AI5/A02x12Bit DI8xDC24 AI5/A02x12Bit DI8xDC24 AI5/A02x12Bit DI8xDC24 AI5/A02x12Bit DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

SIEMENS

Darber hinaus bietet das Produktspektrum der Firma SIEMENS natrlich weitere CPUs sowohl unterhalb (S7-2xx), als auch oberhalb (S7-4xx) der im Beispiel aufgefhrten Gerte. Die richtige CPU sollte in jedem Fall dem aufgestellten Anforderungsprofil gengen. Weiterhin sollte bei der Projektierung eine Ausbaureserve vorgesehen werden, d.h. der Auslastungsgrad der CPU sollte zwischen 60 und 80% liegen. So schafft man sich einen kleinen Spielraum fr sptere Erweiterungen des Systems.

I 0

I

RUN 0 STOP MRES

SIMATIC S7-300

MPI

RS485

PS

CPU

SM/FM/CP

Fr die Anordnung der Baugruppen auf mehreren Baugruppentrgern bentigt man so genannte Anschaltungsbaugruppen. Es gelten folgende Regeln: die Anschaltungsbaugruppe belegt immer den Steckplatz 3 und befindet sich immer links neben der ersten Signalbaugruppe. Es drfen je Baugruppentrger maximal 8 Baugruppen (SM, FM, CP) gesteckt werden. Die Anzahl der gesteckten Baugruppen (SM, FM, CP) ist begrenzt durch die zulssige Stromentnahme. Der Abstand zwischen zwei Anschaltungsbaugruppen darf maximal 10m betragen. Die maximale Anzahl an Baugruppentrgern ist von der verwendeten CPU abhngig.

3.4 Regeln fr der Aufbau einer SteuerungBeim Projektieren des mechanischen und elektrischen Aufbaus der Anlage sind je nach Hersteller verschieden Regeln zu beachten. Diese Regeln haben durchaus auch wieder Einfluss auf die Anzahl der zu beschaffenden Komponenten. Daher werden einige dieser Regeln in diesem Kapitel angefhrt. Die Baugruppen einer S7-300 sind offene Betriebsmittel, d.h. Sie drfen die Anlage nur in Gehusen, Schrnken oder elektrischen Betriebsrumen aufbauen. Die Baugruppentrger der S7-300 knnen waagerecht oder senkrecht aufgebaut werden. Die zulssige Umgebungstemperatur betrgt: waagerechter Einbau 0 bis 60C senkrechter Einbau 0 bis 40C

Das folgende Bild zeigt als Beispiel den Maximalausbau fr die im Labor verwendete SPS. Der Baugruppentrger besteht aus einer speziellen Profilschiene, auf die alle S7-300 Komponenten aufgesteckt und arretiert werden. Die Stromversorgung erfolgt fr alle Baugruppen rechts der CPU ber ein Busmodul an der Rckwand. Bei den Baugruppentrgern 1 bis 3 enthlt die Anschaltungsbaugruppe (IM) eine eigene Stromversorgung.

Die Mindestabstandsmae fr Baugruppentrger mssen den Angaben des Herstellers entsprechen. Zulssige Erwrmung der Baugruppen Platz zum Ein- und Ausbau der Baugruppen 22

21

DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

3.5 Adressierung der einzelnen BaugruppenSteckplatzorientierte Adressvergabe

3 IM Steckplatznummer 3 4DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

5DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

6DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

7DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

8DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

9DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

10DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

11DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

2 Baugruppentrger

Die steckplatzorientierte Adressvergabe entspricht der Defaultadressierung, d.h. STEP7 ordnet jeder Steckplatznummer eine festgelegte BaugruppenAnfangsadresse zu. Als Beispiel sei hier der im obigen Bild dargestellte Maximalausbau einer S7-300 angefhrt. Der Steckplatz 0 des ersten Baugruppentrgers ist immer fr ein Programmiergert reserviert und taucht daher in der Zeichnung nicht auf. Daneben erhlt die Stromversorgung die Nummer 1, die CPU die Nummer 2 und die Anschaltungsbaugruppe immer die Steckplatznummer 3. Die brigen Baugruppen stecken wie angegeben auf den Pltzen 4 bis 11. Die den Steckpltzen zugeordneten Anfangsadressen knnen der folgenden Tabelle entnommen werden.Trger 0 1 2 3 Baugruppe digital analog digital analog digital analog digital analog 1 PS 2 CPU 3 IM IM IM IM 4 0 256 32 384 64 512 96 640 Steckplatznummer 5 6 7 4 8 12 272 288 304 36 40 44 400 416 432 68 72 76 528 544 560 100 104 108 656 672 688 8 16 320 48 448 80 576 112 704 9 20 336 52 464 84 592 116 720 10 24 352 56 480 88 608 120 736 11 28 368 60 496 92 624 124 752

IM Steckplatznummer 3 4DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

5DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

6DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

7DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

8DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

9DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

10DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

11DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

1 IM SteckplatznummerPS 307 2A CPU 314C-2 PtPSF DC5V FRCE RUN VOLTAGE SELECTOR STOP PUSH

3SIEMENS

4DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

5DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

6DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

7DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

8DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

9DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

10DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

11DI8xDC24 AI5/A02x12Bit

Beispiel zur Adressierung: Der Steckplatz Nr. 4 des Baugruppentrgers 0 enthlt eine digitale Eingabebaugruppe der Lnge 2 Byte. Die einzelnen Bits der Baugruppe sind somit durch die Operanden

DC24V

I 0

I RUN 0 STOP MRES

0

SIMATIC S7-300

MPI

RS485

IM 3 4 5 6SM/FM

E 0.0 - E 0.77 8 9 10 11

oder

E 1.0 - E 1.7

Steckplatz- 1 nummer PS

2CPU

adressierbar. Da der nchste Steckplatz mit der Adresse 4 beginnt, sind in diesem Beispiel zwei Byte nicht adressierbar. Dies liegt daran, dass der max. Ausbau pro Steckplatz 4 Byte betrgt. Dieses Problem lst sich jedoch durch die freie Adressvergabe umgehen. Die analogen Baugruppen belegen pro Steckplatz max. 16 Byte, z.B. 8 Kanle mit 12 Bit Auflsung (8 x 2Byte)

Aufbau einer SPS mit 4 Baugruppentrgern

23

24

Freie Adressvergabe Freie Adressvergabe heit, Sie knnen jeder Baugruppe (SM, FM, CP) eine Adresse Ihrer Wahl zuordnen. Diese Zuordnung nehmen Sie in STEP7 vor. Sie legen dabei die Baugruppenanfangsadresse fest, auf der dann alle weiteren Adressen der Baugruppe basieren. Man kann so die verfgbaren Adressrume optimal nutzen. Auerdem kann man bei der Erstellung von Standardsoftware Adressen angeben, die unabhngig von der jeweiligen Konfiguration der S7-300 sind.

Vor der Vergabe von MPI- oder PROFIBUS-Adressen sind folgende Regeln zu beachten: Alle MPI-/PROFIBUS-Adressen in einem Subnetz mssen unterschiedlich sein Die hchste MPI-/PROFIBUS-Adresse muss der grten tatschlichen Adresse sein und bei allen Teilnehmern gleich eingestellt sein.

Regeln fr den Aufbau eines Subnetzes

3.6 Vernetzung einer S7-300Die S7-300 besitzt im Gegensatz zum Vorgngermodell (S5) einen MPI-BUS. Dieses neue Interface (Mehrpunktfhige Schnittstelle) ermglicht die Verbindung mehrerer S7-CPUs zu einem lokalen Steuerungsnetzwerk (Subnetz). Zum einen kann man ber diesen Bus von jeder Anschlussstelle aus auf alle angeschlossenen CPUs zugreifen, zum anderen knnen CPUs untereinander kommunizieren. Der Aufbau eines MPI-Subnetzes gleicht prinzipiell dem eines Profibus-Subnetzes. Fr den Aufbau gelten die gleichen Regeln, werden die gleichen Komponenten bentigt. Voraussetzungen fr den Aufbau eines Subnetzes Damit alle Teilnehmer miteinander kommunizieren knnen, muss ihnen eine eindeutige Adresse zugewiesen werden. im MPI-Subnetz eine MPI-Adresse sowie eine Hchste MPIAdresse. im PROFIBUS-Subnetz eine PROFIBUS-Adresse sowie eine Hchste PROFIBUS-Adresse.

Ein Subnetz kann aus mehreren Einheiten, so genannten Segmenten bestehen. Ein Segment: Ist eine Busleitung zwischen zwei Abschlusswiderstnden Kann bis zu 32 Teilnehmer enthalten (CPU-Typ) Wird begrenzt durch die zulssige Leitungslnge in Abhngigkeit von der Baudrate.

Wenn Sie mehr als 32 Teilnehmer in einem Subnetz betreiben, dann mssen Sie die Bussegmente ber RS 485-Repeater koppeln. In einem PROFIBUS-Subnetz mssen alle Bussegmente zusammen mindesten einen DP-Master und einen DP-Slave haben. Erdgebundene und Erdfreie Bussegmente mssen ber einen RS 485-Repeater gekoppelt werden. Der erste und letzte Teilnehmer eines Segmentes muss einen Abschlusswiderstand (Leitungs-Wellenwiderstand) besitzen. Dieser befindet sich im BusAnschlussstecker. Zur Verbindung der Teilnehmer wird ein Bus-Anschlussstecker sowie ein Profibuskabel bentigt. Die folgenden Bilder zeigen den Aufbau eines MPI-Subnetzes und die Verbindung eines MPI- und PROFIBUS-Subnetzes. Die mit einer 1 versehenen Kreissymbole kennzeichnen die Aktivierung der Abschlusswiderstnde.

Die Teilnehmer eines Netzes erhalten die Adressen durch das Programmiergert. Die folgende Tabelle zeigt zulssige MPI- und PROFIBUS-Adressen. MPI-Adressen 0 bis 126 davon reserviert: 0 fr PG (Programmiergert) 1 fr OP (Bediengert) 2 fr CPU PROFIBUS-Adressen 0 bis 125 davon reserviert: 0 fr PG

25

26

4. Der Labor- Arbeitsplatz (Software)4.1 SIEMENS Programmentwicklungsumgebung STEP 7Fr die Programmierung der SPS verwenden wir in unserem Labor das STEP 7 prof. Trainer Package. Diese Software vereint alle erforderlichen Tools unter dem Dach eines Projektmanagers. Ein eingebauter Simulator ermglicht das sofortige Testen des STEP7 Programms. Die Bedienung der Software bedarf keiner groen Einarbeitungszeit und ist daher fr Schulungszwecke ideal. Hinweis: Das Trainer Package enthlt zeitlich limitierte Studentenversionen, die wir zu Beginn eines Semesters an unsere Studenten ausgeben. So kann bei Bedarf auch zu Hause programmiert und experimentiert werden. Im Folgenden werden die Schritte der Programmerstellung kurz erlutert. Wir werden uns dabei allerdings nur auf das Wesentliche konzentrieren. Eine detaillierte Beschreibung der Tools liefert in hervorragender Weise die Hilfe des Programms. Beispiel fr ein MPI-Subnetz

4.1.1 Der ProjektmanagerBevor Sie mit dem Editieren des Steuerungsprogramms beginnen knnen, muss ein Projekt definiert werden. Dies erfolgt entweder mit dem sehr hilfreichen Assistenten oder manuell. Nach dem Aufruf des SIMATIC Manager sollten Sie das Angebot des Assistenten nicht ausschlagen und ein Projekt definieren. Hierzu sind die folgenden Angaben ntig: CPU-Typ (Liste) MPI-Adresse (2) Einsprung-OB (OB1) Darstellung (AWL,FUP,KOP) Projektnamen.

Ist das Projekt angelegt, so erscheint im Projektmanager das folgende Fenster.

Beispiel fr den bergang zwischen MPI- und PROFIBUS-Subnetz 27 28

Unter dem Projektnamen Manfred wurde vom Assistenten ein Ordner SIMATICStation 300(1) eingerichtet. Hinter dem Eintrag MPI(1) verbirgt sich des Tool NetPro. Dieses Programm ermglicht die Konfiguration eines MPI-Subnetzes.

4.1.2 Der HardwarekonfiguratorDas folgende Bild zeigt einen Ausschnitt des Hardware-Konfigurators. Dieser erstellt ein Abbild der vorhandene SPS. Die bentigten Hardwarekomponenten werden einem Katalog entnommen und auf einen Baugruppentrger platziert. Dabei wird die Adressvergabe zunchst automatisch (steckplatzorientiert) vorgenommen. Mchte man die Adressen frei vergeben, dann kann das in diesem Modul geschehen.

Der Ordner SIMATIC 300(1) enthlt einen weiteren Ordner mit dem Namen der gewhlten CPU. In diesem Fall handelt es sich um unsere Labor-CPU. Der Eintrag Hardware weist auf ein weiteres Tool HW Konfig. Dies ist ein sehr hilfreiches und notwendiges Konfigurationstool um die Hardware (Baugruppen der SPS) und deren Adressierung festzulegen. Eine im Programm verwendete Eingabeadresse wird vom Compiler erst dann akzeptiert, wenn die zugehrige Baugruppe im Hardwarekonfigurator eingebunden wurde.

Der Ordner CPU 314-2 PtP enthlt mindestens einen Ordner fr die eigentlichen Programmdaten S7-Programm(1). Der Ordner Bausteine enthlt alle programmierten S7-Bausteine (OBs, Fcs, FBs, DBs). Die Symboldatei enthlt Daten zur Beschreibung der verwendeten Operanden. Aus den obigen Fenstern heraus kann jede, zur Bearbeitung des Projektes erforderliche Funktion aufgerufen werden. Zum Beispiel 29 das Einfgen neuer Bausteine das Anlegen einer Symboldatei der Aufruf des STEP 7-Editors das bertragen der Bausteine ins AG der Aufruf des SPS-Simulators 30

4.1.3 Der STEP 7 ProgrammeditorDer Programmeditor ist das am hufigsten verwendete Tool der Software. Durch Doppelklicken auf einen Baustein (OB, FC, FB, DB) im Bausteinverzeichnis des Projektmanagers wird der Editor gestartet und erscheint wie im folgenden Bild dargestellt.

angezeigt. Ist das Programm fertig, so kann man es direkt ins Zielsystem bertragen.

4.1.4 Der S7 SymboleditorDer Symboleditor dient zum Erstellen einer Symboldatei (Kap.9). Er wird durch Doppelklicken auf das File Symbole im SIMATIC-Manager aufgerufen.

Nach dem Aufruf erscheint der Editor wie folgt in einem eigenen Fenster.

In dem obigen Beispiel wurde dem Ausgangsbit 0 der Byteadresse 1 das Symbol Motor zugeordnet. Darber hinaus wird der Datentyp und optional ein Kommentar angegeben. Die Symboldatei wird in der Regel zu Beginn des Projektes aufgestellt, kann aber jederzeit gendert oder erweitert werden. Im oberen Teil des Fensters werden die Variablen des Bausteins definiert. Darunter beginnt der Eingabebereich fr den Programmcode. Neben den Dokumentationsmglichkeiten wie Titel und Kommentare folgt fr jedes definierte Netzwerk (kleinster Programmteil eines Bausteins) der Programmcode (AWL, FUP, KOP). Fehler bei der Programmerstellung werden unmittelbar nach der Eingabe 31 Whrend des Programmierens lsst sich die Symbolliste durch Anklicken der rechten Maustaste aufrufen und das richtige Symbol kann eingefgt werden. Ein uerst hilfreiches, bersichtliches Instrument.

32

4.1.5 Der Netzwerkkonfigurator NetProWerden mehrere AGs vernetzt, so ist darauf zu achten, dass alle Gerte unterschiedliche Adressen erhalten. Es gibt grundstzlich zwei Mglichkeiten ein Netzwerk zu konfigurieren. 1. Sie erstellen ein Projekt mit der erforderlichen Anzahl von Stationen. Die Netzwerkkonfiguration (Busanschluss und Adressvergabe) jeder einzelnen Station erfolgt im Hardware-Manager. Hier wird zunchst der Aufbau konfiguriert. In den Objekteigenschaften der projektierten CPU kann dann der Schnittstelle eine Adresse zugewiesen und die Vernetzung aktiviert werden. Die Netzwerkkonfiguration erfolgt mit dem graphischen Tool NetPro. Dieses Tool wird beim Doppelklick auf das Netzwerksymbol MPI(1) bzw. PROFIBUS(1) im Projektmanager gestartet.

2.

Anschluss einer S7-314c2 DP an ein MPI- u. Profibus- Subnet

4.1.6 Der S7 SimulatorDer eingebaute S7-Simulator ermglicht den Programmtest ohne angeschlossenes Automatisierungsgert. Dies ist zu Testzwecken, oder wenn man nur die Sprache trainieren will, ganz hilfreich. Damit das Programm auf diese Weise getestet werden kann, muss zuvor der Simulator wie folgt aus dem Projektmanager gestartet werden.

Wurden (wie unter 1.) bereits Stationen konfiguriert, so knnen diese unmittelbar ins Arbeitsfeld eingefgt und verbunden werden. Das Einfgen einer leeren Station, fhrt Sie automatisch in den Hardwarekonfigurator. Erst nach der Konfiguration ist eine Verbindung mglich. nderungen der Netzwerkkonfiguration werden in beiden Programmen angezeigt. Werden viele Stationen miteinander vernetzt, so ist die Arbeit mit NetPro wegen der grafischen Darstellung aller Gerte bersichtlicher (siehe Bild). Die Bedienung von NetPro ist sehr einfach und soll hier nicht weiter beschrieben werden. 33

Der Simulator S7-PLCSIM erscheint danach in einem eigenen Fenster. Die bereits vorhandene CPU kann nun um die gewnschten Ein-/Ausgabe-Baugruppen, Zhler und Zeitgeber erweitert werden. 34

Zur Simulation solcher Prozessmodelle verwenden wir seit dem WS 2004 das LabVIEW- Programm ProMod der Firma Deltalogic. Es enthlt viele interessante Prozessmodelle aus unterschiedlichen Bereichen der Industrie. Das Programm kommuniziert ber einen Treiber (AG-LINK, Fa. Deltalogic) via RS232 mit unseren AGs. Darber hinaus ist eine Steuerung von ProMod auch mit dem SIEMENS SPS-Simulator PLCSim mglich.

Der Simulator kann auf diese Weise an die Bedrfnisse des Programms angepasst werden. Zusammenfassend sind die folgenden Arbeitsschritte zu tun, damit ein Programm im Simulator getestet werden kann: 1. 2. 3. 4. 5. 6. SIMATIC-Manager starten und Projekt definieren. Bausteine definieren und mit dem Editor programmieren. Organisationsbaustein OB1 mit Programmeinsprung anlegen. Simulator starten und konfigurieren Bausteine aus dem Manager ins Zielsystem bertragen. Simulator starten (CPU auf RUN setzen)

4.2 Prozessvisualisierung und Simulation mit LabVIEWDer oben beschriebene Simulator ist zum Testen kleiner Programme oder Programmmodule sehr hilfreich. Mit ihm kann ein Programm jedoch nur statisch getestet werden, d.h. der Anwender muss die Eingangs-Bits/Bytes von Hand setzen/rcksetzen. Ein dynamischer Vorgang mit vielen Ein-/Ausgngen ist fr den Anwender nicht oder nur sehr schwer berschaubar. In unserem Labor haben wir die Mglichkeit geschaffen, dass die SPS whrend des Betriebes mit dem PC Daten austauschen kann. Diese Kommunikation erfolgt seriell mit einer bertragungsrate von 38.4 KBaud. Auf diese Weise wird es mglich, komplexe Prozesse auf dem PC zu simulieren/visualisieren und diese mit der SPS zu steuern. Wir sparen durch diese Mglichkeit die Bereitstellung teurer Prozessmodelle. 35 36

ProMod Prozessbeispiel (Steuerung einer Behlterentleerung)

5. Strukturierte ProgrammierungEine Grundregel fr jeden Programmierer ist die Strukturierte Programmierung. Sie sorgt dafr, dass ein Programm jederzeit bersichtlich und auch fr Dritte berschaubar und nachvollziehbar ist. Auf hchster Ebene bietet STEP 7 zur Strukturierung des Programms Bausteine an. Ein Baustein kann man sich als eine Ansammlung von Befehlen vorstellen, welche ein bestimmtes Teilproblem lsen. Jeder Baustein ist damit im Prinzip ein Unterprogramm.

Baustein OB1 OB10-OB17 OB20-OB23 OB30-OB38 OB40-OB47 OB50-OB51 OB60 OB80-OB87 OB100-OB101 OB121-OB122

Prioritt

Ereignis

1 zyklische Programmbearbeitung 2 Uhrzeitalarm 36 Verzgerungsalarm 7 15 Weckalarm, Zyklustrigger 16 23 Prozessalarm 24 Kommunikationsalarm 25 Mehrprozessoralarm 26 Asynchrone Fehler 27 Anlauf Gleiche Prioritt Synchronfehler wie aufrufender Fehler S7-Organisationsbausteine mit Voreingestellter Prioritt

5.2 Die Funktion (FC)Eine Funktion stellt ein Unterprogramm dar. Eine Funktion kann Formalparameter besitzen, die beim Aufruf der Funktion mit Aktualparametern zu versorgen sind. Formalparameter sind Werte oder Operanden, die innerhalb des SPS-Programms der Funktion verarbeitet werden. Bei einer Funktion mssen alle Formalparameter mit Aktualparameter versorgt werden. Eine Funktion kann einen Funktionswert zurckliefern, kann allerdings darber hinaus, weitere sog. Ausgabeparameter besitzen. Funktionen werden immer dann verwendet, wenn keine statischen Daten zur Ausfhrung bentigt werden (siehe Kap.5.3).

5.1 Der Organisationsbaustein (OB)Organisationsbausteine enthalten in der Regel Befehle, deren Ausfhrung abhngig von bestimmten Ereignissen des Systems ist. So wird zum Beispiel der OB1 regelmig vom Betriebssystem der CPU aufgerufen (freier Zyklus). Der OB1 stellt damit den Startpunkt eines SPS-Programms dar. Von dort aus wird in die einzelnen Bausteine des Programms verzweigt. Sind alle Befehle des OB1 abgearbeitet, beginnt die CPU nach einer Betriebssystemroutine wieder beim ersten Befehl dieses Bausteins. Wichtig: Jedes STEP 7-Programm bentigt einen OB1.

5.3 Der Funktionsbaustein (FB)Im Gegensatz zu Funktionen haben Funktionsbausteine die Mglichkeit, Daten zu speichern. Diese Fhigkeit wird durch einen Datenbaustein erreicht, welcher dem Aufruf (der Instanz) eines FBs zugeordnet ist. Ein solcher Datenbaustein wird Instanz-Datenbaustein genannt. Ein Instanz-DB besitzt die gleiche Datenstruktur wie der ihm zugeordnete FB. Hier werden die Daten bis zum nchsten Aufruf des FB abgelegt. Die Daten des Instanz-DB knnen auch aus anderen Bausteinen gelesen und geschrieben werden.

Neben dem OB1 gibt es weitere OBs. Jeder dieser Bausteine ist einer Priorittsklasse zugeordnet, von denen es 28 gibt. Durch die Priorittsklasse wird die Reihenfolge der vom Betriebssystem aufgerufenen OBs festgelegt. Die Priorittsklassen knnen mit Ausnahme der OB1, 121 und 122 vom Anwender vorgegeben werden. Die nachfolgende Tabelle enthlt die S7-OBs und deren Default-Prioritten. 37

38

5.4 Der Datenbaustein (DB)In einem Datenbaustein werden Daten abgelegt. Der Datenbaustein enthlt somit keine STEP-7 Befehle. STEP 7 unterscheidet zwei Datenbausteine. Es sind dies der normale Globaldatenbaustein, mit einer vom Programmierer festgelegten Datenstruktur und der Instanz-DB, welcher die Datenstruktur des Funktionsbausteins besitzt, dem er zugeordnet ist. In STEP 7 sind Datenbausteine byteorientiert. Dies bedeutet, die einzelnen Datenwrter berschneiden sich. Beispiel: Beim Zugriff auf die Datenwrter 0 und 1 bzw. 1 und 2 berschneiden sich die Daten. Man sollte daher bei Wortoperationen nur geradzahlige Adressen verwenden. Datenbaustein / Adresse Byte 0 Byte 1 Byte 2 Byte 3 Datenwort / Adresse 0 2 HiByte LoByte HiByte LoByte Datenwort / Adresse

6. DarstellungsartenSTEP 7 stellt drei unterschiedliche Darstellungsarten fr den Programmcode zur Verfgung. Die Darstellungsarten (AWL, FUP, KOP) knnen im Editor whrend der Programmentwicklung beliebig umgeschaltet werden.

6.1 Anweisungsliste (AWL)Die Anweisungsliste (AWL) ist die klassische Darstellungsart fr STEP 7-Code. Sie ist zeilenorientiert und hnelt eher einer maschinennahen Prozessorsprache bei der die einzelnen Befehlszeilen nahezu den Bearbeitungsschritten der CPU entsprechen. Die AWL ist die einzige Darstellungsart, in der alle Befehle von STEP7 dargestellt werden knnen. Aufbau einer AWL-Zeile

Operand

1

HiByte LoByte

U

E

0.0Bit-Adresse Byte-Adresse Operandentyp Operation

Beim Zugriff auf ein Datenwort befindet sich das HiByte auf der niederwertigen Byte-Adresse.

5.5 Der Systemdatenbaustein (SDB, SFC, SFB)Systemdatenbausteine knnen vom Anwender weder erstellt, noch gendert werden. Diese Bausteine werden von der Programmiersoftware erzeugt, um z.B. die Konfigurationsdaten einer Baugruppe darin abzulegen. Neben den SDBs gibt es auch System- Funktionen und -Funktionsbausteine. Diese enthalten systemspezifische Unterprogramme.

Zum Verstndnis kann man sich folgenden Sachverhalt merken: Die Operation gibt an, was getan werden soll Der Operand gibt an, worauf die Operation angewendet wird

Eine Ausnahme hinsichtlich der angegebenen Bit-Adresse bilden die Zhler und Zeiten. Dort werden keine Bit-Adressen angegeben. Auerdem gibt es Befehle, bei denen kein Operand anzugeben ist, z.B. die arithmetischen Funktionen (>=I, +I, usw.).

6.2 Funktionsplan (FUP)Der Funktionsplan ist eine Art graphischer Programmcode-Darstellung. Die Operationen werden dabei durch Blockstrukturen dargestellt. Die Ein- und Ausgnge der Blcke sind konfigurierbar und enthalten wie auch bei der AWL die 39 40

Operanden. Der Funktionsplan hnelt der bekannten Darstellung von logischen Gattern und ist wegen seiner graphischen Komponente ausgesprochen bersichtlich. Zur Programmierung in FUP-Darstellung steht eine umfangreiche Funktionsblockbibliothek zur Verfgung. Das folgende Bild zeigt einen Ausschnitt aus dem Programmeditor in FUP-Darstellung. Das Ausgangsbit A3.0 ist dann auf Hi-Pegel, wenn entweder die Eingnge E0.0 und E0.1 oder der Ausgang A1.0 einen Hi-Pegel liefern.

7. Operanden in STEP 7In jedem SPS-Programm wird mit Operanden gearbeitet. Will man beispielsweise den Status eines Tasters, welcher an einer Eingangsbaugruppe der SPS angeschlossen ist, im SPS-Programm abfragen, so verwendet man einen Operanden des Typs E (Eingnge).

7.1 Eingangs- AusgangsoperandenDie Operanden des Typs E und A sind so genannte Bit-Operanden, d.h. diese haben entweder den Zustand 1 oder 0. Eingnge und Ausgnge knnen als Bit-, Byte-, Wort und Doppelwort angesprochen werden. E 0.0 EB 1 EW 0 ED 0 Bit 0 des Eingangsbytes 0 Eingangsbyte 1 Eingangswort 0 (Byte 0 = Hi-Byte, Byte 1 = LoByte Eingangsdoppelwort 0 (Byte 0, 1, 2 und 3)

Nicht alle STEP7-Funktionen knnen in der Darstellung FUP eingefgt werden. Ausnahmen sind z.B. die Lade und Transferbefehle. Auch die indizierte Programmierung ist nur in der Darstellung AWL mglich.

7.2 MerkeroperandenDie Operanden des Typs M (Merker) dienen zum Verarbeiten und merken interner Zwischenergebnisse. Merkzustnde werden in einem bestimmten Speicherbereich der CPU abgelegt. Merker sind im Gegensatz zu Ein- oder Ausgngen nur interne Zustnde. M 12.1 MB 2 MW 5 MD 7 Bit des Merkerbyte 12 Byte des Merker 2 Merkerwort 5 (2Byte) Merkerdoppelwort (4Byte)

6.3 Kontaktplan (KOP)Die Darstellungsart Kontaktplan (KOP) spricht im Wesentlichen den Programmierer an, der sich hufig mit Stromlaufplnen beschftigt. Dies sind in der Regel Handwerker/Meister aus den elektrotechnischen/mechanischen Berufen. Das nachfolgende Bild zeigt unser Beispiel in der Darstellung KOP. Ein Stromfluss durch das Relais A3.0 kommt erst dann zustande, wenn entweder A1.0 oder aber E 0.0 und E 0.1 Strom fhren.

7.3 LokaloperandenLokaloperanden sind im Prinzip temporre Variablen. Zur Laufzeit des Programms wird jedem Baustein ein bestimmter Speicherbereich zugewiesen, in dem die temporren Variablen ablegt werden. Diese Variablen sind nach dem Verlassen des Bausteins nicht mehr gltig. Sie dienen lediglich als Zwischenspeicher. L 10.2 LB 1 LW 2 LD 3 Bit 2 des Lokaldatenbyte 10 Lokaldatenbyte 1 Lokaldatenwort 2 (2Byte) Lokaldatendoppelwort (4Byte)

Wir werden in unseren bungen die Darstellung im Kontaktplan nicht verwenden.

41

42

7.4 Daten eines DatenbausteinsEin besonderer Operandenbereich, stellt der Bereich Daten (D) dar. Dieser kann erst verwendet werden, wenn ein Datenbaustein aktiv ist. Mit diesen Operanden ist es mglich, Inhalte von Datenwrtern zu verarbeiten. DBX 0.0 Bit 0 des Byte 0 aus Datenbaustein DBB1 Byte 1 aus Datenbaustein DBW1 Wort 1 aus Datenbaustein (2Byte)

8. Adressierung der OperandenDieses Kapitel beschreibt die verschiedenen Adressierungsmglichkeiten von Operanden. Bei der Verwendung von Operanden muss immer die Adresse mit angegeben werden. In STEP 7 sind folgende Operanden mglich: Operandenart BIT BYTE WORD DWORD Datenbreite In Bit 1 8 16 32 Beispiel E 4.4, M4.4, DBX 3.3 EB4, MB4, DBB10 EW4, MW4, DBW10 ED4, MD4, DBD10

7.5 TimerOperanden vom Typ T ermglichen es, Zeitverhalten innerhalb eines SPSProgramms zu realisieren. Dazu stehen verschiedene Zeittypen zur Verfgung. Nheres ber Zeiten in einem spteren Kapitel. T1 Zeitgeberbaustein 1

8.1 BitoperandenBei Bit-Operanden muss immer die Byte- und Bitadresse angegeben werden. Byteund Bitadresse werden immer durch einen Punkt getrennt:

7.6 ZhlerOperanden des Typs Z bieten eine Zhlfunktion. Es kann dabei ein Vorwrts- und Rckwrtszhler realisiert werden. Auch fr die Zhler gibt es ein eigenes Kapitel. Z1 Zhlerbaustein 1

E 8.5Bit-Adresse Byte-Adresse

7.7 Peripherieeingnge / AusgngeMit den Operanden PE / PA knnen die physikalischen Ein- / Ausgnge direkt ein/ausgelesen werden. Im Gegensatz zum Operandentyp E / A, wo auf die Daten im Prozessabbild der Ein- /Ausgnge zugegriffen wird. Mit Operanden dieses Typs kann ein einzelnes Bit nicht gelesen bzw. ausgegeben werden. PEB 10 PEW12 PAB 0 PAD 12 Byte 10 der Eingangsperipherie Wort 12 der Eingangsperipherie (2Byte) Byte 0 der Ausgangsperipherie Doppelwort 12 der Ausgangsperipherie (4Byte) Die Bitadresse muss hierbei immer zwischen 0 und 7 liegen. Die max. Byteadresse ist vom CPU-Typ abhngig.

8.2 ByteoperandenBei Byteoperanden fehlt die Angabe der Bits. Der Operand sieht wie folgt aus:

EB 8Byte-Adresse

Das gesamte Byte 8 wird gelesen, geschrieben oder gespeichert.

43

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8.3 WortoperandenMit Wortoperanden, wie EW 8, kann ein Eingangswort ab der Byteadresse 8 in den AKKU (Akkumulator) geladen werden.

9. Symbolische ProgrammierungBisher haben wir gelernt, dass Operanden in einem SPS-Programm Eingnge, Ausgnge, Merker usw. beschreiben. In der Regel verbirgt sich jedoch hinter jedem Eingang ein Signalgeber und hinter jedem Ausgang ein Signalempfnger. Werden in einem Programm viele Ein-/Ausgnge benutzt, so wird es fr den Programmierer zunehmend schwieriger, die Zuordnung vorzunehmen. Aus diesem Grund kann man jedem Operanden ein Symbol (kurzer Text, z.B. Motor, Lampe) zuordnen. Dieser Text wird dann an Stelle des Operanden im Quelltext angegeben. In Kapitel 4.1.4 wurde bereits auf den STEP 7-Symboleditor eingegangen. Jeder Symboleintrag in der Symboldatei besteht demnach insgesamt aus 4 Informationen: 1. 2. 3. 4. Das Symbol (maximal 24 Zeichen) Absolutoperand (E, A, M usw.) Der Datentyp (BOOL, usw.) Ein Kommentar (maximal 80 Zeichen)

EW 8Byte-AdresseDabei liest die CPU EB 8 (Hi-Byte des Wortes) und EB 9 (Lo-Byte des Wortes).

8.4 DoppelwortoperandenMit Doppelwortoperanden knnen hnlich wie unter 8.3 insgesamt 4 Byte gelesen, ausgegeben oder gespeichert werden.

ED 8Byte-Adresse

8.5 Hinweise zur AdressierungAn dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass es beim Zugriff auf Datenwrtern und -Doppelwrtern zu berschneidungen kommen kann. In STEP 7 werden Daten byteorientiert gespeichert !!! Das Ausgangswort AW32 besteht aus AB32 und AB33. Das Ausgangswort AW33 besteht aus AB33 und AB34. Dies bedeutet, dass AB33 in AW32 und in AW33 enthalten ist. Um diese berschneidung zu vermeiden, sollten immer geradzahlige Adressen verwendet werden. (AW32, AW34, AW36).

Damit der Programmeditor die symbolische Anzeige und Eingabe untersttzt, muss diese Eigenschaft unter Ansicht - Anzeige mit symbolische Darstellung eingeschaltet werden. Symbole knnen entweder direkt oder ber eine angezeigte Liste eingetragen werden. Bei der direkten Eingabe wird der Operand (das Symbol) wie unten dargestellt in Hochkommata eingegeben. Klickt man an Stelle des Operanden auf die rechte Maustaste, whlt Symbol einfgen, dann ffnet sich ein Pull-Down-Men mit allen definierten Symbolen. Der Eintrag erfolgt durch Anklicken, ganz ohne Schreibarbeit.

Es drfen keine Symbole mehrfach verwendet werden. Ist dies dennoch der Fall, wird die Datei vom Editor nicht abgespeichert (Fehlermeldung).

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Anmerkung: Datenwrter knnen nicht durch ein Symbol ersetzt werden. Um ein Datenwort eindeutig bestimmen zu knnen, ist die Angabe des Datenbausteins notwendig. Die kombinierte Angabe DBW100.DBW10 ist im Symboleditor nicht vorgesehen. Dies hat folgenden Grund: Wenn in S7 ein Datenbaustein erstellt wird, sind Variablen im Kopf des Datenbausteins zu deklarieren. Diese Variablen knnen einen beliebigen Namen haben. Datenwrter knnen ber diese Variablen angesprochen werden. Beispiel: Die Variable DB100.Betriebsstunden reprsentiert je nach Datentyp (BYTE, WORD, ) einen bestimmten Datenbereich im Datenbaustein. Datenbausteine knnen demnach auch ohne Zuordnungsliste symbolisch programmiert werden. Folgende Operanden knnen durch ein Symbol ersetzt werden: Operand E EB EW ED A AB AW AD M MB MW MD PEB PEW PED PAB PAW PAD T Z FB FC OB DB SFB SFC 47 Beschreibung Eingang Eingangsbyte Eingangswort Eingangsdoppelwort Ausgang Ausgangsbyte Ausgangswort Ausgangsdoppelwort Merker Merkerbyte Merkerwort Merkerdoppelwort Periferie-Eingangs-Byte Periferie-Eingangs-Wort Periferie-Eingangs-Doppelwort Periferie-Ausgangs-Byte Periferie-Ausgangs-Wort Periferie-Ausgangs-Doppelwort Timer Zhler Funktionsbaustein Funktion Organisationsbaustein Datenbaustein System-Funktionsbaustein System-Funktion Beispiel E30.2 EB 2 EW 10 ED 20 A 10.1 AB 2 AW 6 AD 8 M 2.1 MB 3 MW 10 MD 18 PEB 20 PEW 40 PED 26 PAB 20 PAW 40 PAD 26 T1 Z2 FB 3 FC 5 OB 10 BD 1 SFB 10 SFC 20

10. VerknpfungsoperationenVerknpfungsoperationen dienen dazu, bestimmte wenndann-Befehle zu definieren.

10.1 UND-VerknpfungDie UND-Verknpfung zwischen zwei Eingngen ergibt als Ergebnis 1, wenn alle Eingnge den Signalzustand 1 haben. AWL-Beispiel: U U = FUP-Beispiel: E 0.0 E 0.1 A 0.0 Wenn E0.0 und E0.1 1 ist, dann Ausgang A0.0 auf 1 schalten

10.2 ODER-VerknpfungDie ODER-Verknpfung zwischen zwei Eingngen ergibt als Ergebnis 1, wenn mindestens 1 Eingang den Signalzustand 1 hat. AWL-Beispiel: O O = FUP-Beispiel: E 0.0 E 0.1 A 0.0 Wenn E0.0 oder E0.1 1 ist, dann Ausgang A0.0 auf 1 schalten

48

10.3 EXKLUSIV-ODER-VerknpfungDie EXKLUSIV-ODER-Verknpfung zwischen zwei Eingngen ergibt als Ergebnis 1, wenn nur einer der beiden Eingang den Signalzustand 1 hat. AWL-Beispiel: X X = FUP-Beispiel: E 0.0 E 0.1 A 0.0 Wenn nur der Eingang E0.0 oder nur der Eingang E0.1 1 ist, dann Ausgang A0.0 auf 1 schalten

10.5 UND-NICHT-VerknpfungDie UND-NICHT-Verknpfung negiert das Ergebnis der UND-Verknpfung. AWL-Beispiel: U U NOT = FUP-Beispiel: E 0.0 E 0.1 A 0.0 Wenn der Eingang E0.0 = 1 ist und der Eingang E0.1 = 1 ist, dann ist das Verknpfungsergebnis (VKE) = 1 negiert das VKE Ausgang A0.0 = 0 schalten

10.4 NICHT-VerknpfungDie NICHT-Verknpfung gibt es in STEP 7 nur in Verbindung mit einer UND/ODERVerknpfung. Bei der NICHT-Verknpfung wird immer der invertierte Zustand des Operanden betrachtet. Daraus ergibt sich, dass die NICHT-Verknpfung den Signalzustand 0 abfragt. AWL-Beispiel: UN UN = FUP-Beispiel: E 0.0 E 0.1 A 0.0 Wenn der Eingang E0.0 = 0 ist und der Eingang E0.1 = 0 ist, dann Ausgang A0.0 auf 1 schalten

10.6 ODER-NICHT-VerknpfungDie ODER-NICHT-Verknpfung negiert das Ergebnis der ODER-Verknpfung. AWL-Beispiel: U( O O ) NOT = FUP-Beispiel: E 0.0 E 0.1 A 0.0 Klammerregeln, siehe Kap. 10.1) Wenn der Eingang E0.0 = 1 ist oder der Eingang E0.1 = 1 ist, dann ist das Verknpfungsergebnis (VKE) = 1 negiert das VKE Ausgang A0.0 = 0 schalten

49

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10.7 Verknpfungsergebnis (VKE)Bei einer Verknpfung zweier Operanden wird das Ergebnis der Verknpfung als VKE (Verknpfungsergebnis) bezeichnet. Programmbeispiel: Zeile 0001 0002 0003 0004 AWL O O O = E 0.0 E 0.1 E 0.2 A 0.0 Status des Operanden 0 1 0 1 VKE 0 1 1 1

10.8 KlammerbefehleMit Klammerbefehlen kann man die gewnschte Reihenfolge von Verknpfungen festlegen. Fr die Anwendung von Klammern gelten die folgenden Regeln: Es mssen genauso viele Klammern geschlossen werden, wie geffnet wurden. Eine Verknpfung mit Klammern darf nicht ber Netzwerkgrenzen hinausgehen. Innerhalb einer Klammer sollte man keine Sprungmarken platzieren, da sonst das Ergebnis nicht nachvollziehbar ist. Klammern drfen auch verschachtelt sein. Die maximale Klammerverschachtelung muss im Gertehandbuch des jeweiligen AGs nachgelesen werden. Ein Klammer-Auf-Befehl ist immer VKE-begrenzend, d.h. es fngt eine neue Verknpfung an. Ein Klammer-Zu-Befehl ist nicht VKE-begenzend, da die Klammer-ZuOperation als Zwischenspeicher verwendet wird.

Das VKE ist demnach ein Zwischenspeicher, der entweder 1 oder 0 ist. Wird eine Verknpfung neu begonnen (Zeile 1), wird das VKE auf den Wert des Operanden (0 oder 1) gesetzt. Bei den nachfolgenden Verknpfungen (Zeile 2 und Zeile 3) wird der Operand mit dem VKE verknpft. Dies wird so lange durchgefhrt, bis das VKE einem Operanden zugewiesen wird (Zeile 4) oder exakter ausgedrckt, bis ein VKE-begrenzender Befehl bearbeitet wird. VKE-Begrenzung Nachdem das VKE zugewiesen worden ist, wird das VKE begrenzt und es kann eine neue Verknpfung begonnen werden. VKE begrenzende Operationen VKE- begrenzende Operation Zuweisung Klammerauf-Befehle Setz- und Rcksetzbefehle Zeitoperationen Zhloperationen Sprungbefehle Rcksprungbefehle Beispiel = M0.0, = A2.1 U(, O(, S M0.0, S A2.0 SE T1, SA T10, ZV Z1, ZR Z1, SPA M001, SPN M002, BE, BEB, BEA

Folgende Befehle stehen fr die Klammersetzung zur Verfgung: Operation U( O( X( UN( ON( XN( ) Erklrung UND-Klammer aufmachen ODER-Klammer aufmachen EXCLUSIV-ODER-Klammer aufmachen UND-NICHT-Klammer aufmachen ODER-NICHT-Klammer aufmachen EXCLUSIV-ODER-NICHT-Klammer aufmachen Klammer schlieen

Beispiel: Die folgende Schaltung soll in AWL umgesetzt werden:

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Lsung: U( O E 0.0 O E 0.1 ) U E 0.3 U( O E 0.4 O E 0.5 ) = A 0.0 | |--- Block 1 | ---- Block 2 A0.0 = Block 1 UND Block 2 UND Block 3 | |--- Block 3 |

Lsung: Variante 1 U U O U U = E 0.1 E 0.2 E 0.3 E 0.4 A 0.0 Variante 2 O( U E 0.1 U E 0.2 ) O( U E 0.3 U E 0.4 ) = A 0.0

Die Klammerung der ODER-Verknpfung bewirkt, dass die ODER-Verknpfung vor der UND-Verknpfung bearbeitet wird. Innerhalb der Klammer fngt eine neue Verknpfung an, da der Klammer-AufBefehl VKE-begrenzend ist. Der Klammer-Zu-Befehl ist nicht VKE-begrenzend. Deshalb kann nach einem Klammer-Zu-Befehl das Ergebnis der Klammer weiter verknpft werden.

Beide Varianten werden von STEP 7 akzeptiert. Der Oder-Befehl ist ein separater STEP 7-Befehl. Er wird wie ein ODER-KlammerAuf-Befehl gesehen. Durch den begrenzenden Befehl = A0.0 wird die gedachte Klammer wieder geschlossen.

10.9 ODER-Verknpfung von UND-VerknpfungenMchte man einen Block aus UND-Verknpfungen mit ODER verknpfen, dann kann man den Befehl O verwenden. Eine Klammerung ist nicht notwendig, da eine UND-Verknpfung vor einer ODERVerknpfung bearbeitet wird. Beispiel:

10.10 Setz- RcksetzbefehleMit einem Setzbefehl kann man Binroperanden auf 1 setzen. Dieser bleibt dann solange auf 1, bis er wieder zurckgesetzt wird. Mit einem Rcksetzbefehl kann man Binroperanden auf 0 setzen. Dieser bleibt dann solange auf 0, bis er wieder gesetzt wird. Diese Befehle werden auch Speicher genannt, da diese den Zustand des Operanden speichern. Beispiel: U S U R E 0.1 A 0.1 E 0.2 A 0.1 Ausgang A 0.1 auf 1 setzen Ausgang A 0.1 auf 0 setzen

Setz- und Rcksetzdominanz In obigem Beispiel ist es denkbar, dass beide Eingnge den Wert 1 haben. Dann wird der Ausgang zunchst gesetzt und kurz danach wieder rckgesetzt. Man spricht in diesem Fall von Rcksetzdominanz.

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Wird der Rcksetz-Befehl vor dem Setz-Befehl programmiert, dann spricht man von Setzdominanz.

11. DatentypenDatentypen kennzeichnen in STEP 7 den Aufbau und die Lnge von Variablen und Operanden. Der Eingang E 5.0 bezeichnet ein einzelnes Bit des Eingangsbytes 5. Dieses Bit kann zwei Zustnde (1 oder 0) annehmen. Sein Datentyp ist daher der Typ BOOL. Zum Verstndnis der unterschiedlichen Datentypen sind nachfolgend noch einmal die unterschiedlichen Datenlngen in STEP 7 angegeben. Bit: Ein Bit ist die kleinste darstellbare Informationseinheit. Byte:

Bei einem setzdominanten Speicher steht der Setzeingang unterhalb des Rcksetzeinganges (obere Darstellung FUP). Wort: Bei einem rcksetzdominanten Speicher steht der Rcksetzeingang unterhalb des Setzeinganges (untere Darstellung FUP). 7 6

7

6

Eingangsbyte EB 1.x 5 4 3 2

1

0

Eingangswort EW0 Eingangsbyte EB0.x Eingangsbyte EB1.x 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2

1

0

Doppelwort: Eingangsbyte 0.x 7 0 Eingangsdoppelwort ED0 Eingangsbyte 1.x Eingangsbyte 2.x 7 0 7 0 Eingangsbyte 3.x 7 0

Die Programmiersprache STEP 7 kennt drei Arten von Datentypen. Dies sind: Elementare Datentypen Zusammengesetzte Datentypen Parametertypen

Nachfolgend werden die Datentypen dargestellt.

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11.1 Elementare DatentypenElementare Datentypen haben eine maximale Lnge von 32 Bit (Doppelwort). Diese Datentypen knnen als ganzes mit einem STEP 7-Befehl angesprochen (z.B. geladen) werden. Die nachfolgende Tabelle zeigt die elementaren Datentypen mit deren Konstantenschreibweise. Datentyp BOOL BYTE CHAR WORD Beschreibung Einzelnes Bit Hex-Zahl Einzelnes ASCII-Zeichen Vorzeichenlose Zahl, darstellbar in Hex, binr, als Zhler-Wert 2 x 8Bit Integer oder Festpunktzahl Zeitwert im S5-Zeitformat Datumsangabe Vorzeichenlose Zahl Darstellbar in Hex, binr 4 x 8 Bit Integer 32-Bit Gleitpunkt IEC-Zeitformat Tageszeit Breite In Bit 1 8 8 16 Konstantenbeispiel FALSE (0), TRUE (1) B#16#A1 T W#16#ABCD 2#00110011_11110000 C#128 B#(81, 54) -12123 -32768 bis 32767 S5T#1h10m20s D#1998-04-14 DW#16#1234_5678 2#10001000_10011001_ 11110000_11110000 B#(12, 13, 14, 15) L#35434 -2147483648 bis 2147483647 12.3 oder 1.230000e+01 T#14d20h45m23s123ms TOD#17:53:17:333

11.2 Zusammengesetzte DatentypenZusammengesetzte Datentypen haben eine Lnge, die 32 Bit berschreitet. Aus diesem Grund kann ein einzelner STEP 7-Befehl nur einen Teil dieses Datentyps verarbeiten. Zur vollstndigen Bearbeitung sind mehrere Befehle ntig. Diese Datentypen sind in der nachfolgenden Tabelle aufgefhrt. Datentyp DT STRING ARRAY STRUCT Beschreibung Uhrzeit und Datumsangabe 64-Bit Angabe einer ASCII- Zeichenkette mit der max. Lnge 254 Zusammenfassung von Elementen (Feldern) gleichen Typs, mit max. 6 Dimensionen. Strukturen werden benutzt, um mehrere Komponenten in einem einzigen berbegriff zusammenzufassen. Dabei knnen die Komponenten unterschiedlichen Datentypen angehren. Konstantenbeispiel Dies ist ein String -

INT S5TIME DATE DWORD

16 16 16 32

11.3 ParametertypenParametertypen sind nur in Verbindung mit Bausteinparametern verwendbar, d.h. Operanden dieses Typs knnen als Aktualparameter verwendet werden. In der folgenden Tabelle werden diese benannt. Parametertyp BLOCK_FC BLOCK_FB BLOCK_DB BLOCK_SDB TIMER COUNTER POINTER ANY Beschreibung Funktion Funktionsbaustein Datenbaustein Systemdatenbaustein Zeitfunktion Zhlfunktion DB-Zeiger ANY-Zeiger Beispiel FC20 FB 3 DB10 SDB104 T12 Z3 P#E12.3 P#M10.0 BYTE 10

DINT REAL TIME TOD

32 32 32 32

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12. Lade- und TransferbefehleLade- und Transferbefehle kommen immer dann zum Einsatz, wenn man mit ByteWort- oder Doppelwortoperanden arbeitet.

12.2 Laden von KonstantenIm Folgenden wird je an einem Beispiel gezeigt, wie Konstanten der elementaren Datentypen geladen und transferiert werden.

12.1 Laden von Bytes, Wrtern und DoppelwrternSoll zum Beispiel der Inhalt eines Eingangsbytes in einem Merkerbyte zwischengespeichert werden, so entspricht dies einer Verschiebeoperation. Hierzu ist es unumgnglich, das Eingangsbyte zunchst in den AKKU (Akkumulator) zu laden. Der anzuwendende Befehl lautet:

Byte L T B#16#AA MB 12// Laden einer Byte-Konstante // Transferieren nach MB12

Es wird eine Hex-Zahl AA geladen und in das Merkerbyte MB12 bertragen. Die Angabe B#16 kennzeichnet eine Hex-Zahl mit 2 Stellen.

L

EB

1

//Lade Eingangsbyte 1 in AKKU 1

CHAR L T A AB 0// Laden eines einzelnen Zeichens // Transfer in ein Ausgangsbyte

CPUs der S7-Reihe besitzen insgesamt 2 AKKUs. Jeder AKKU hat eine Lnge von 4-Byte, also einem Doppelwort. AKKU 1 High-Wort High-Byte Low-Byte High-Byte Low-Wort Low-Byte

Es wird der ASCII-Code fr das Zeichen A ins Ausgangsbyte bertragen. Maximal 4 Zeichen knnen mit einem Befehl geladen und transferiert werden.

INT L T 2230 MW 10// Laden der Zahl 2230 // Transferieren nach MW10

Der obige Lade-Befehl schiebt den Inhalt von EB1 ins Low-Byte des Low-Wort von AKKU 1. Der vorherige Inhalt von AKKU 1 wird automatisch in den AKKU 2 bertragen. Der vorherige Inhalt aus AKKU 2 geht dabei verloren. Mit dem Transferbefehl wird im zweiten Schritt der Inhalt von AKKU 1 (Low-Byte) ins Merker-Byte bertragen.

Der bertragbare Zahlenbereich betrgt -32768 bis 32767.

WORD L T W#16#AB12 // Laden der Hex-Zahl AB12 AW 18 // Transferieren nach AW 18

T

MB 1

//Transferiert den AKKU 1 ins Merkerbyte

Die nachstehende Tabelle zeigt die Operanden, die in Verbindung mit dem Ladeund Transferbefehl verwendet werden. Die Tabelle gilt gleichermaen fr Bytes (B), Wrter (W) und auch Doppelwrter (D).

Es wird eine 16-Bit breite Hex-Zahl ins Ausgangswort 18 bertragen. Die Angabe W#16 kennzeichnet eine Hex-Zahl mit 4 Stellen.

DINT L T L#3453600 MD 10// Laden einer DINT-Konstanten // Transferieren nach MD10

Operand E A M D PE

Lade-Befehl L EB 0 L AB 0 L MB 0 L DBB 0 L PEB 0

Beschreibung Laden eines Eingangsbytes Laden eines Ausgangsbytes Laden eines Merkerbytes Laden eines Bytes aus einem DB Laden eines Bytes direkt aus der Peripherie

bertragen einer 32-Bit breiten Integerkonstanten ins Merker-Doppelwort 10. Der Zahlenbereich betrgt -2147483648 bis 2147483647.

DWORD L T

DW#16#AAAABBBB AD 10

// Laden der DWORD-Konst. // Transferieren nach AD 10 60

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Es wird eine 32-Bit breite Hex-Zahl ins Ausgangsdoppelwort 10 bertragen. Die Angabe DW#16 kennzeichnet eine Hex-Zahl mit 8 Stellen.

13. FunktionenIn Kapitel 5.2 wurde die Funktion bereits kurz angesprochen. Dieses Kapitel zeigt anhand von Beispielprogrammen den Aufbau, den Aufruf und die Parameterbergabe von Funktionen.

REAL L T 1.245600e+01 MD 20// Laden einer Zahl 12.456 // Transferieren nach MD 20

13.1 Aufruf von FunktionenIn STEP 7 gibt es drei Befehle zum Aufruf einer Funktion: CALL FCn: Unbedingter Aufruf einer Funktion mit der Nummer n Dieser Aufruf ermglicht die bergabe von Parametern. (Unconditional Call) Unbedingter Aufruf einer Funktion mit der Nummer n. Die Funktion darf keine Bausteinparameter besitzen. (Conditional Call) Bedingter Aufruf einer Funktion mit der Nummer n. Die Funktion darf keine Bausteinparameter besitzen. Der Aufruf der Funktion erfolgt nur, wenn das VKE = 1 ist.

Es handelt sich beim Datentyp REAL um eine Gleitpunktzahl, die 32-Bit breit ist. Eine Konstante dieses Typs kann als eine Dezimalzahl mit Kommastelle oder in exponentieller Darstellung eingegeben werden. Die Eingabe wird aber immer in die exponentielle Darstellung gewandelt.

S5TIME L T

UC FCn:

S5T#3M20S // Laden der Zeit 3 Minuten 20 Sekunden MW 10 // Transferieren ins Merkerwort 10 CC FCn:

Der Datentyp S5TIME definiert einen Zeitwert im S5-Format. Der Datentyp ist 16-Bit breit und besteht aus der Kennung S5T# oder S5TIME#. Eine Eingabe kann mit der Angabe von Stunden (H), Minuten (M), Sekunden (S) oder Millisekunden (MS) erfolgen. Die maximale Zeitangabe betrgt 2 Stunden 46 Minuten und 30 Sekunden.

TIME L T T#2D3M20S // Laden der Time- Konstanten MD 12 // Transferieren nach MD 12

13.2 Deklaration der VariablenIm Kopf einer Funktion stehen in der Regel die deklarierten Variablen mit ihrem Namen und dem Datentyp. Der Editor von STEP 7 sieht hierfr einen eigenen Eingabebereich im oberen Teil des Fensters vor.

Der Datentyp TIME stellt einen Zeitwert im IEC-Format dar. Der Datentyp ist 32-Bit breit. Die Eingabe erfolgt durch Angabe von Tagen (T), Stunden (S), Minuten (M), Sekunden (S) und Millisekunden (MS). Dabei mssen nicht alle Angaben erfolgen, es ist beispielsweise mglich, nur die Tage und Minuten anzugeben.

TIME OF DAY L TOD#12:23:45.0 T AD 20

// Laden einer Tageszeit // Transferieren nach AD 20 Eine Funktion kann Eingangs- (in), Ausgangs- (out), Ein- und Ausgangs- (in_out) und temporre (temp) Variablen deklarieren. Die Deklaration kennzeichnet die Datenflussrichtung. Temporre Variablen sind nur innerhalb der Funktion gltig. Die Adressierung der Variablen wird automatisch vorgenommen.

Der Datentyp TIME OF DAY ist die Angabe der Tageszeit. Der Datentyp ist 32-Bit breit. Die Eingabe erfolgt durch eine Uhrzeitangabe, wobei die Stunden, Minuten, Sekunden jeweils durch das Zeichen : getrennt sind. Die Angabe der Millisekunden erfolgt hinter der Sekundenangabe, getrennt durch einen Punkt. Diese Angabe ist nicht zwingend. Intern enthlt das Doppelwort die Anzahl der Millisekunden seit dem Zeitpunkt 0:00 Uhr. 61

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13.3 FormalparameterAlle Variablen, die Daten in die Funktion hinein oder herausgeben, nennt man Formalparameter. Im obigen Beispiel sind das die ersten drei Variablen. Werden Formalparameter deklariert, dann muss die Funktion mittels eines CALL-Befehls aufgerufen werden.

Die AWL der Funktion FC1 zeigt das folgende Bild.

13.4 Beispiel zum Aufruf einer FunktionEin kleines Beispielprogramm soll zeigen, wie eine Funktion mit Formalparametern aufgerufen wird. Fr das Beispiel wurde der Funktionsaufruf im OB1 programmiert. Das folgende Bild zeigt die AWL des OB1.

Die Funktion enthlt im Kopf die Deklaration der Formalparameter und der temporren Variablen. Die Kommentarzeilen im Netzwerk 1 erklren den Befehlsablauf. Im unteren Teil der AWL wird der Inhalt von AKKU1 und AKKU2 addiert und das Ergebnis nach FPInOut transferiert. Im Kopf des OB1 wurde eine neue temporre Variable FC_ZURUECK deklariert. Diese Variable wird im Netzwerk 1 zunchst auf 0 gesetzt. Dem Aufruf CALL FC1 folgen drei Formalparameter. Diese mssen zuvor in der FC1 deklariert worden sein. Die Zahl 500 (FPIn) wird an die Funktion bergeben. Der Rckgabewert (FPOut) wird hier dem Merkerbyte 0 zugewiesen. Mit FPInOut wird die Variable FC_Zurueck an die Funktion bergeben. Eine Variable wird durch das #-Zeichen angezeigt. Die Funktion kann FPInOut ndern und zurckliefern. Letztlich wird FC_Zurueck noch nach MW 10 transferiert. 63 64 Hat eine Funktion keine Formalparameter, dann sieht der Aufruf in OB1 wie folgt aus: UC FC 1 //sofortiger Sprung nach FC1 oder U E 0.0 //wenn E 0.0 = 1, dann CC FC 1 //springe nach FC1 (bedingter Sprung)

14. FunktionsbausteineIn Kapitel 5.3 wurde der Funktionsbaustein bereits kurz angesprochen. In Bezug auf den Aufruf, die Variablendeklaration und die Formalparameter gilt fr den Funktionsbaustein das gleiche wie fr die oben angesprochene Funktion. Das Beispiel aus Kap. 13 ist genauso mit einem Funktionsbaustein realisierbar. Dieses Kapitel zeigt daher im Wesentlichen nur die Ergnzungen zur Funktion.

Im Gegensatz zur Funktion kann ein Funktionsbaustein Daten speichern. Hierfr stehen so genannte Statische Variablen zur Verfgung. Neu ist auch, dass bis auf die temporren Variablen alle brigen mit einem Anfangswert versehen werden. Dies ist nur mglich, weil der FB seine Daten in einem so genannten InstanzDatenbaustein DB1 (siehe Bild) ablegt.

14.3 Anlegen eines Instanz-DatenbausteinsBesitzt ein Funktionsbaustein Formalparameter und/oder statische Variablen, so muss im SIMATIC-Manager ein Datenbaustein erstellt werden. Hierbei ist anzugeben, dass es sich dabei um einen Instanz-Datenbaustein (DBn) fr den Funktionsbaustein FBn handelt (Bild unten).

14.1 Aufruf von FunktionsbausteinenIn STEP 7 gibt es drei Befehle zum Aufruf eines Funktionsbausteins: CALL FBn,DBn: Unbedingter Aufruf eines Funktionsbausteins mit der Nummer n und des zugehrigen Instanz-Datenbausteins DBn. Dieser Aufruf ermglicht die bergabe von Parametern. UC FBn: Unbedingter Aufruf eines Funktionsbausteins mit der Nummer n. Die Funktion darf keine Bausteinparameter besitzen. Bedingter Aufruf eines Funktionsbausteins mit der Nummer n. Der FB darf keine Bausteinparameter besitzen. Der Aufruf des FB erfolgt nur, wenn das VKE = 1 ist.

CC FBn:

14.2 Deklaration der VariablenIm Kopf eines Funktionsbausteins stehen in der Regel die deklarierten Variablen mit ihrem Namen und den Datentyp.

Wie man sieht, ist die Struktur des DB1 (Bild unten) bis auf die temporren Variablen gleich der Variablendeklaration im FB1. Im DB1 knnen die Variablen auerdem mit einem Anfangswert versehen werden.

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14.4 Beispiel zum Aufruf eines FunktionsbausteinsDie folgende Bild zeigt das vollstndige Beispielprogramm des Funktionsbausteins. Zwei Eingangsgren des FB1 werden verglichen. Das Ergebnis (grer-gleich oder kleiner) wird in der statischen Variablen Statisch zwischengespeichert. Abhngig vom Zustand der statischen Variablen wird die Ausgangsgre auf den Wert 16 oder 8 gesetzt. SPB ist ein bedingter, und SPA ein absoluter Sprung. BE ist der Befehl Baustein-Ende.

Der zugehrige Aufruf des Funktionsbausteins erfolgt in unserem Beispiel wieder aus dem OB1. Das folgende Bild zeigt die AWL des OB1.

Die schon im letzen Beispiel deklarierte Variable FBInOut wird mit dem Wert A0 (Dez 160) vorbesetzt. Dann erfolgt der Aufruf des FB1 mit dem zugehrigen Instanz-DB1. Es ist zu beachten, dass der FB1 und der DB1 vor dem Aufruf erstellt werden mssen. An den FB1 werden das Eingangswort EW0 und die Variable FBInOut bergeben. Der Rckgabewert FPOut wird im Merkerwort 0 abgelegt. Der Zugriff auf einen Instanz-DB1 ist auch auerhalb des FB1 mglich. Hierzu muss dieser zunchst mit dem Befehl AUF DI aufgeschlagen werden. Dann kann das Instanz-Datenbyte (DIB) 6 gelesen werden. Dieses Byte enthlt die statische Variable Statisch.

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15. ZhlerZum Beispiel drfen die Besucher einer Veranstaltung das Gebude aus Sicherheitsgrnden erst dann betreten, wenn die maximale Anzahl von Besuchern nicht berschritten wurde. Diese Aufgabe ist eine klassische Zhlaufgabe, fr die in STEP 7 fertige Zhlfunktionen vorhanden sind. Es ist bei dieser Funktion zu beachten, dass nur die ansteigende Flanke eines Impulses gezhlt wird, also nur der Signalwechsel von 0 nach 1.

15.2 Zhler abfragenDer Zhlerstand kann entweder absolut oder binr abgefragt werden. Mchte man den aktuellen Zhlerstand im Programm auswerten, so ist dies mit den Befehlen LC (Lade codiert, BCD) oder L (Lade, dualcodiert) mglich. AWL-Beispiel: L T LC T Z1 MW 10 Z1 MW 12 // dualcodiert laden // Transfer ins Merkerwort 10 // BCD-codiert laden // Transfer ins Merkerwort 12

15.1 Zhler setzen und RcksetzenEin Zhler wird gesetzt, sobald das VKE am Setzeingang von 0 nach 1 wechselt. Durch das Setzen ist es mglich, einen Zhler mit einem Wert vorzubelegen. Dabei wird zuerst der Zhlwert C#010 in den AKKU geladen und danach wird der Setzbefehl ausgefhrt. AWL-Beispiel: U L S FUP-Beispiel: E 0.0 C#010 Z1 // wenn E 0.0 von 0 auf 1, dann //Lade konstanten Zhlwert 10 //Setze Zhler 1 auf Anfangswert 10

Bei einer binren Abfrage liefert das Ergebnis einer UND-Verknpfung den Wert 1, solange der Zhlerstand grer NULL ist. AWL-Beispiel: U = Z1 M 0.0 // wenn Zhlerstand von Z 1 ungleich 0, dann //Merkerbit 0.0 = 1

15.3 Zhlwert ladenEin Zhler kann mit einem Zhlwert vorbelegt werden. Den zu ladenden Wert bernimmt der Zhler nur bei einer positiven Flanke am Setzeingang. AWL-Beispiel: L C# 100 DBW 10 EW 0 AW 2 MW 4 LW 6 // Laden eines konstanten Zhlwertes (0 999) // Laden eines Datenwortes (BCD-codiert) // Laden eines Eingangswortes (BCD-codiert) // Laden eines Ausgangswortes (BCD-codiert) // Laden eines Merkerwortes (BCD-codiert) // Laden eines Lokaldatenwortes (BCD-codiert)

Ein Zhler wird rckgesetzt, wenn das VKE am Rcksetzeingang des Zhlers den Zustand 1 hat. Zum Rcksetzen ist kein Flankenwechsel am Rcksetzeingang notwendig. AWL-Beispiel: U R E 0.1 Z1 // wenn E 0.1 = 1, dann //Rcksetzen Zhler 1

L L L L L

15.4 Vorwrtszhler / RckwrtszhlerBei einem Vorwrtszhler wird der Wert des Zhlers mit jeder positiven Flanke des VKE am Eingang ZV um eins erhht. Ist der maximale Zhlerstand von 999 erreicht, so wird er nicht weiter erhht. Eine binre Abfrage des Zhlers liefert den Wert 1, sobald der Zhlerstand von Null verschieden ist.

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AWL-Beispiel: U ZV U ZR U S U R L T LC T U = FUP-Beispiel: E 0.0 Z1 E 0.1 Z1 E 0.2 Z1 E 0.3 Z1 Z1 MW 0 Z1 MW 2 Z1 M 10.0 // wechselt E 0.0 von 0 auf 1, dann // Zhlerstand + 1 // wechselt E 0.1 von 0 auf 1, dann // Zhlerstand 1 // wenn E 0.2 = 1, dann // Zhler mit Zhlwert 25 vorbesetzen // wenn E 0.3 = 1, dann // Zhler rcksetzen // Zhlerstand laden // Transfer nach MW 0 // Zhlerstand laden (BCD-codiert) // Transfer nach MW 2 // binre Abfrage Zhler 1 // M 10.0 = 1 wenn Z1 != 0

16. ZeitenBei vielen Steuerungsaufgaben mssen zeitgesteuerte Vorgnge irgendwelcher Art eingebaut werden. Die Programmiersprache STEP 7 stellt fnf verschiedene Zeittypen zur Verfgung: 1. 2. 3. 4. 5. Der Impuls SI Der verlngerte Impuls SV Die Einschaltverzgerung SE Die speichernde Verzgerung SS Die Ausschaltverzgerung SA

16.1 Zeitfunktion mit Zeitwert ladenDie Zeitfunktion wird durch einen Lade-Befehl mit einem Anfangswert belegt. Das Betriebssystem zhlt diesen Anfangswert in einem bestimmten Zeitintervall bis auf Null zurck. Damit ist die Zeit abgelaufen. Dieser Anfangszeitwert muss beim Start der Zeit im AKKU1 vorhanden sein. Der Zeitwert wird wie folgt in den AKKU 1 geladen: AWL-Beispiel: L L L L L L S5T#5S DBW 10 EW 0 AW 2 MW 4 LW 6 // Laden eines konstanten Zeitwertes (5Sek.) // Laden eines Zeitwertes in Form: // eines Datenwortes (BCD-codiert) // eines Eingangswortes (BCD-codiert) // eines Ausgangswortes (BCD-codiert) // eines Merkerwortes (BCD-codiert) // eines Lokaldatenwortes (BCD-codiert)

Das obige Beispiel zeigt noch einmal alle Funktionen, die in Verbindung mit einem Zhler mglich sind. In der Darstellung FUP sind auch Teilfunktionen (wie in Kap.15.1) mglich.

Die Struktur des konstanten Zeitwertes wurde in Kap.12.2 ausfhrlich angegeben.

16.2 Starten und Rcksetzen einer ZeitZum Rcksetzen einer Zeit muss das VKE am Rcksetzeingang den Zustand 1 haben. Ist dies der Fall, so wird der programmierte Zeitwert auf 0 gesetzt. Solange das VKE am Rcksetzeingang den Zustand 1 behlt, liefert eine binre Abfrage des Zeitgliedes den Zustand 0. Anders als beim Starteingang, ist beim Rcksetzeingang kein Flankenwechsel des VKEs notwendig, damit die Aktion ausgefhrt wird. 71 72

16.3 Abfragen einer ZeitEine Zeit kann ber binre Operationen auf ihren Zustand abgefragt werden. Es ist somit mglich, eine Zeit abzufragen und das Ergebnis in andere binre Verknpfungen mit einzubinden. Der absolute Zeitwert des Zeitgliedes kann ber die Operationen LC (Lade codiert) und L (Lade dualcodiert) in den AKKU1 geladen werden. Damit ist es mglich, den Wert im SPS-Programm weiter zu verarbeiten. AWL-Beispiel: U L SE U R L T LC T U = FUP-Beispiel: E 0.0 S5T#10S T1 E 0.1 T1 T1 MW 0 T1 MW 2 T1 A 0.0 // wechselt E 0.0 von 0 auf 1, dann // erst Zeitwert 10s in AKKU 1 // Timer 1 starten als Einschaltverzgerung // wenn E 0.1 = 1, dann // Timer rcksetzen // Zeitwert dualcodiert laden //Transfer nach Merkerwort 0 // Zeitwert BCD-codiert laden // Transfer nach Merkerwort 2 // Ist die Zeit abgelaufen und E0.0 = 1, dann // setze A0.0 auf 1

16.4 Die Zeitart SI (Impuls)Mit der Zeitart SI kann ein Impuls definierter Lnge erzeugt werden. Wechselt der Starteingang seinen Zustand von 0 nach 1, dann liefert die binre Abfrage der Zeit den Zustand 1. Wechselt der Starteingang vor Ablauf der Zeit nach 0, dann liefert jedoch auch die Abfrage des Ausgangs 0. Zeitdiagramm:

SI1 0 1 0 Ausgang Starteingang

TAWL-Beispiel: U L SI U = FUP-Beispiel: E 0.0 S5T#5S T1 T1 A 0.0 // Starteingang // Zeitwert T = 5s // SI-Zeit starten //Ausgang

Im Folgenden werden nun die unterschiedlichen Zeitarten vorgestellt und anhand von Beispielen erlutert.

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16.5 Die Zeitart SV (verlngerter Impuls)Die Zeitart SV funktioniert im Prinzip wie SI. Der Ausgang bleibt jedoch auf 1 auch wenn der Zustand des Starteingangs vor Ablauf der Zeit auf 0 wechselt. Zeitdiagramm:

16.6 Die Zeitart SE (Einschaltverzgerung)Mit SE kann eine Einschaltverzgerung realisiert werden. Mit dem Wechsel am Starteingang von 0 auf 1 luft die geladene Zeit ab. Erst nach Ablauf (verzgert) liefert die binre Abfrage des Ausgangs den Zustand 1. Zeitdiagramm:

SV

SE1

10 1 Starteingang

0 10 Ausgang t T// Starteingang // Zeitwert T = 5s // SV-Zeit starten //Ausgang

Starteingang

0

Ausgang

TAWL-Beispiel: U L SV U = FUP-Beispiel: E 0.0 S5T#5S T1 T1 A 0.0

t T Aus dem Zeitdiagramm ist zu ersehen, dass der Ausgang nicht auf 1 geht, wenn der Starteingang vorzeitig auf 0 gesetzt wird.AWL-Beispiel: U L SE U = FUP-Beispiel: E 0.0 S5T#5S T1 T1 A 0.0 // Starteingang // Zeitwert T = 5s // SE-Zeit starten //Ausgang

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16.7 Die Zeitart SS (Speichernde Einschaltverzgerung)Die Zeitart SS funktioniert im Prinzip wie SE. Der Ausgang geht jedoch auch dann fr die Dauer der geladenen Zeit auf 1, wenn der Zustand des Starteingangs vor Beginn bzw. Ablauf der Zeit auf 0 wechselt. Diese Zeitart muss somit explizit rckgesetzt werden (Zeitdiagramm).

16.8 Die Zeitart SA (Ausschaltverzgerung)Mit der Zeitart SA wird eine Ausschaltverzgerung realisiert. Wechselt dar Zustand am Starteingang von 1 auf 0 (ausschalten) dann wird die Zeit gestartet. Nach Ablauf der Zeit, wechselt auch der Ausgang seinen Zustand nach 0. Eine binre Abfrage der Zeit liefert den Zustand 1, solange das VKE am Starteingang den Zustand 1 hat oder die Zeit luft. Zeitdiagramm:

SS1 Starteingang 0 1 Rcksetzeingang 0 1 Ausgang 0

SA1 0 1 0 Ausgang t Starteingang

T

TAWL-Beispiel: U L SS U R U = FUP-Beispiel: E 0.0 S5T#5S T1 E 0.1 T1 T1 A 0.0 // Starteingang // Zeitwert T = 5s // SS-Zeit starten // Zeit rcksetzen //Ausgang

T

tAWL-Beispiel: U L SA U = FUP-Beispiel: E 0.0 S5T#5S T1 T1 A 0.0 // Starteingang // Zeitwert T = 5s // SA-Zeit starten //Ausgang

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17. Die Register der CPUDie Register einer CPU sind interne Speicher, die zur Abarbeitung des SPSProgramms bentigt werden. Das folgende Bild zeigt die Registerstruktur einer SIMATIC S7.

17.3 DB-RegisterIn den DB-Registern wird der geffnete Global-Datenbaustein (z.B. DB1) bzw. der geffnete Instanzdatenbaustein (z.B. DB2) gespeichert werden (es knnen max. 2 Datenbausteine geffnet sein).

Akkumulatoren 0 31 AKKU 1 AKKU 2 AKKU 3 AKKU 4 DB-Register DB1 (DB) DB2 (DI)

Adreregister AR 1 AR 2 BIE BIE BIEnur bei S7-400

Klammerstack OR OR OR . . . BIE OR VKE FK* VKE FK* VKE FK* VKE FK*

17.4 Das StatuswortDas Statuswort besteht aus einem Word, wobei nur die Bits 0 bis 8 verwendet werden. Die einzelnen Bits haben folgende Bedeutung: BitNr. 0 1 2 3 Bedeutung /ER VKE STA OR Beschreibung Erstverknpfung (0 bedeutet, nchste Verknpfung ist Erstverknpfung Verknpfungsergebnis In diesem Bit wird das Ergebnis einer Verknpfungsoperation gespeichert Status-Bit In diesem Bit wird der Zustand des zuletzt verwendeten Bitoperanden in einer Verknpfungsoperation gespeichert. ODER-Flag Dieses Bit wird verwendet, wenn UND-Blcke mit dem Befehl O verknpft werden. Es wird das Ergebnis der UND-Verknpfung gespeichert. Overflow-Speichernd Dieses Bit wird mit dem Bit OV gesetzt. Es wird bei der nchsten Operation nicht auf 0 gesetzt ist also speichernd. Das OD-Bit wird nur durch den Sprungbefehl SPS zurckgesetzt. Overflow (berlauf) Dieses Bit zeigt einen Fehler bei einer arithmetischen Operation an. Die Anzeige-Bits A0 und A1 informieren ber folgende Ergebnisse: Ergebnis einer Vergleichsoperation Ergebnis einer Wortverknpfung Ergebnisse von Schiebeoperationen Ergebnisse bei arithmetischen Operationen Binrergebnis Mit Hilfe des Bits BIE kann das VKE zwischengespeichert und restauriert werden.

Nr. des geffneten DBs Nr. des geffneten DIs

FK* Funktionskennung der Klammer

KLSP

Klammerstackpointer

Statuswort (16Bit) Bit 0 bis 8 werden verwendet 8 BIE 7 A1 6 A0 5 OV 4 OS 3 OR 2 1 0 Bit-Nummer STA VKE /ER

4

OS

17.1 AkkumulatorenDie Akkumulatoren werden von nahezu allen Befehlen des Programms verwendet. Lade-, Transfer-, Vergleichs- und Rechenoperationen nutzen alle diese Register. Unsere S7-300 besitzt 2 Akkumulatoren.

5 6 7

OV A0 A1

17.2 AdressregisterDie Adressregister werden bei der indirekten Adressierung (Pointer) verwendet. 8 BIE

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18. bersicht zur Programmabarbeitung18.1 Die Betriebszustnde der SIMATIC-S7Eine S7-SPS kennt folgende Betriebszustnde: 1. RUN-Betrieb Die SPU bearbeitet das Anwenderprogramm. 2. STOP-Betrieb Die CPU bearbeitet kein Anwenderprogramm 3. ANLAUF-Betrieb Bevor die CPU nach dem Einschalten mit der Bearbeitung des Anwenderprogramms beginnt, wird ein Anlaufprogramm bearbeitet. Im Anlaufprogramm knnen Sie durch entsprechende Programmierung von Anlauf-OBs bestimmte Voreinstellungen fr Ihr zyklisches Programm festlegen. - Neustart (Warmstart, OB100) z.B. beim Einschalten der Netzspannung - Wiederanlauf (OB101) z.B. nach einer Unterbrechung der Netzspannung im laufenden Betrieb - Kaltstart (OB102) 4. HALT-Betrieb Testbetrieb, wenn die CPU den Programmfluss aufgrund eines Breakpoints unterbricht.

STOPAnforderung eines Kaltstartes AnwenderdatenLschen PAE/PAA, remanente und nichtremanente Merker, Zeiten, und Zhler Initialisieren mit Ladewerten aller DBs

ANLAUFKaltstart OB102

RUN

Sind in den sicheren Zustand geschaltet

Peripheriedaten

Anforderung eines Neustarts

Lschen PAE/PAA, nichtremanente Merker, Zeiten, und Zhler Erhalten bleiben remanente Merker, Zeiten, Zhler, und DBs.

Anwenderdaten

Neustart OB100

PAA an Peripheriebaugruppen bertragen Peripherieausgnge auerhalb des Prozeabbildes Freigabe der Ausgnge

Sind in den sicheren Zustand geschaltet

Peripheriedaten

Anforderung eines Wiederanlaufs

Erhalten bleiben PAE/PAA, remanente und nichtremanente Merker, Zeiten, Zhler und DBs

Anwenderdaten

Wiederanlauf OB 101 RestzyklusProzessabbild der Ausgnge und Peripherieausgnge zurcksetzen.

Prozeabbild der Eingnge (PAE) einlesen

Anwenderprogramm bearbeiten

18.2 Ablauf einer zyklischen ProgrammbearbeitungDer OB1 wird vom Betriebssystem zyklisch aufgerufen. Neben der Abarbeitung des Anwenderprogramms erledigt die SPS weitere Aufgaben wie. z.B. das Schreiben und Lesen der Peripherie, das Reagieren auf Ereignisse und das Laden und Lschen von Bausteinen. Die Zyklusdauer kann daher unterschiedlich lang sein. Das folgende Bild zeigt zusammenfassend die Aktivitten der SPS.STOP

Sind in den sicheren Zustand geschaltet

Peripheriedaten

Prozeabbild der Ausgnge (PAA) ausgeben

j

Unterbrechungszeit berschritten?

n

Ttigkeiten der CPU in den Betriebszustnden ANLAUF und RUN.

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19. STEP 7 BefehlsbersichtDie nachfolgend angegebene Befehlsbersicht ist keine vollstndige Abhandlung des Befehlscodes, sondern lediglich eine bersicht der STEP 7 Befehle. Informationen ber die Auswirkung auf das Statuswort und die anzuwendenden Operanden mssen in der vollstndigen Befehlsfibel oder der Online-Hilfe nachgeschlagen werden. Verknpfungsoperationen Beschreibung UND / UND-NICHT ODER / ODER-NICHT EXKLUSIV-ODER / (EXKLUSIV-ODER-NICHT) Klammeroperationen UND-Klammer-Auf UND-NICHT-Klammer-Auf ODER-Klammer-Auf ODER-NICHT-Klammer-Auf EXKLUSIV-ODER-Klammer-Aus EXKLUSIV-ODER-NICHT-Klammer-Aus Klammer-Zu ODER-Verknpfung von UND-Funktionen nach UND-vor-ODER (ohne Operand) Bitoperationen mit Timern und Zhlern UND / UND-NICHT ODER / ODER-NICHT EXKLUSIV-ODER / (EXKLUSIV-ODER-NICHT) Wort- und Doppelwortverknpfungen UND AKKU2-L bzw. 16Bit-Konstante ODER AKKU2-L bzw. 16Bit-Konstante EXKLUSIV-ODER AKKU2-L bzw. 16Bit-Konstante UND AKKU2 bzw. 32Bit-Konstante ODER AKKU2 bzw. 32Bit-Konstante EXKLUSIV-ODER AKKU2 bzw. 32Bit-Konstante Flankenoperation Anzeigen der steigenden / fallenden Flanke mit VKE=1. Flankenhilfsmerker ist der in der Operation adressierte Bitoperand Speicheroperationen Setze adressier