SPS Seminar

Steuerungstechnikmit SIMATIC S7-300 2006, Rolf Oeberst

Programmverwirklichung (1)

S t e u e r e i n r i c h t u n gSignaleingabe Eingabe Verarbeitung Ausgabe Stellglieder

S1

S2Programm

S1

S2E 0.0 E0.1

K1E0.2 E0.3

K2 2006, Rolf Oeberst

SteuerungA0.0 A0.1 A0.2 A0.3

K1

K1

Verbindungsprogrammierte Steuerung (VPS)

Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)

1


Verbindungsprogrammierte Steuerung Bei der Schtztechnik wird die Steuerlogik dadurch aufgebaut, dass die Schtzkontakte in Reihen- und/oder Parallelschaltung durch Leitungen verbunden sind.

2006, Rolf Oeberst

Hauptstromkreis

Steuerstromkreis


Speicherprogrammierbare Steuerung Bei der SPS wird die Steuerungslogik durch eine Software, dem SPS-Programm, realisiert. Das Softwareprogramm ist in der SPS gespeichert.

F2

S0

S1

S11

S12

S13

E 0.0

E0.1

E0.2

E0.3

E0.4

E0.5

SPSA0.0 A0.1 A0.2 A0.3 A0.4 A0.5

2006, Rolf Oeberst

K2 K1 K2

K1 H1 H2

Hauptstromkreis

Steuerstromkreis

2

Was ist eine SPS ?

Unter einer SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) bzw. PLC (programmable logic controller) versteht man nach DIN 61131-1 ein digital arbeitendes elektronisches System mit einem programmierbaren Speicher zur internen Speicherung der anwenderorientierten Steuerungsanweisungen zur Implementierung spezifischer Funktionen wie z.B. Verknpfungssteuerung, Ablaufsteuerung, Zeit-, Zhl- und arithmetische Funktionen, um durch digitale oder analoge Eingangs- und Ausgangssignale verschiedene Arten von Maschinen und Prozessen zu steuern.

SPS: S7-200 SPS-Ausgang Spannungsversorgung 2006, Rolf OeberstSF I0.0 Q0.0

Micro PLC 212

SIEMENS

RUN

I0.1

Q0.1

STOP

I0.2

Q0.2

I0.3

Q0.3

I0.4

Q0.4

I0.5

Q0.5

~SPS-Eingang

SIMATIC S7-200

I0.6

I0.7

SPSEingang

Aufbau einer SPS (1)Energieversorgung

Eingabe E I N G N G Ebinr / digital / analog

Verarbeitung

Ausgabe A U S G N G Ebinr / digital / analog

Umsetzung physikalisch logisch(Signalanpassung/ -umformung)

Mikrocomputer mit SPS-Firmware

Umsetzung logisch physikalisch(Signalumformung/ -verstrkung)

Kommunikation 2006, Rolf Oeberst

3

Aufbau einer SPS (2)

Speicher: Der Speicher enthlt u.a. das SPS-Programm. Steuerwerk: Das Steuerwerk bernimmt die Initialisierung (Nullsetzen aller Zhler, Zeitglieder und Merker sowie Akku). Die Hauptaufgabe besteht in der sequentiellen Abarbeitung der Anweisungen, die im ProgrammSpeicher abgelegt sind. Merker: Dienen zur Zwischenspeicherung von Signalzustnden (Hilfsschtz). Zeitglieder: Mit Hilfe von Zeitgliedern lassen sich Ereignisse zu bestimmten Zeitpunkten auslsen. Prozessabbild: Enthlt die Signalzustnde der Ein- und Ausgnge zu einem bestimmten Zeitpunkt. 2006, Rolf Oeberst

Zhler: Zhler ermglichen ein Zhlen von Ereignissen. Akku: Der Akku ist der Zwischenspeicher, in dem Berechnungen ausgefhrt werden.

Arbeitsweise einer SPS (1)

Eine SPS arbeitet nicht direkt mit den digitalen Ein- und Ausgngen, sondern mit dem so genannten Prozessabbild. Das Prozessabbild ist der konsistente Satz von Ein- und Ausgangsgren zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Am Anfang der Programmbearbeitung werden die Signalzustnde aller Eingnge gleichzeitig zum Prozessabbild der Eingnge (PAE) bertragen. Falls sich Eingangsgren whrend der Programmbearbeitung ndern, so hat dies keinen Einfluss auf das Berechnungsergebnis. Signalwechsel whrend der Programmbearbeitung werden erst im nchsten Zyklus bercksichtigt. Es wird also stets mit den Signalwerten gerechnet, die zu Beginn eines Berechnungszyklusses eingelesen wurden. Aus der Programmbearbeitung resultierende nderungen der Signalzustnde fr die jeweiligen Ausgnge werden im Prozessabbild der Ausgnge (PAA) zwischengespeichert. Am Ende der Programmbearbeitung wird das Prozessabbild der Ausgnge zu den Ausgngen transferiert.

2006, Rolf Oeberst

4


Schritt 1: Abfrage aller Eingnge auf ihren Signalzustand und im PAE ablegenEingangsbaugruppe PAE Register PAA Register Ausgangsbaugruppe

Programmliste

1. Anweisung 2. Anweisung 3. Anweisung 4. Anweisung 5. Anweisung Schritt 1 6. Anweisung 7. Anweisung

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Programmende


Schritt 2: sequentielle ProgrammbearbeitungEingangsbaugruppe PAE Register PAA Register Ausgangsbaugruppe

Programmliste

1. Anweisung 2. Anweisung 3. Anweisung Schritt 2 4. Anweisung 5. Anweisung 6. Anweisung 7. Anweisung

2006, Rolf Oeberst

Programmende

5


Schritt 3: Die Ergebnisse aus den Anweisungen werden nun in das PAA geschrieben.Eingangsbaugruppe PAE Register PAA Register Ausgangsbaugruppe

Programmliste

1. Anweisung 2. Anweisung 3. Anweisung 4. Anweisung 5. Anweisung 6. Anweisung 7. Anweisung Schritt 3

2006, Rolf Oeberst

Schritt 3

Programmende


Schritt 4: das PAA wird in die Ausgabebaugruppe geschrieben.Eingangsbaugruppe PAE Register PAA Register Ausgangsbaugruppe

Programmliste

1. Anweisung 2. Anweisung 3. Anweisung 4. Anweisung 5. Anweisung 6. Anweisung 7. Anweisung Schritt 4

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Programmende

6


Ein Zyklus umfasst das Lesen der Eingnge, die Bearbeitung des SPS-Programms vom ersten bis zum letzten Befehl und das Schreiben der Ausgnge. Dieser Vorgang wiederholt sich in der CPU stndig.

Eingnge lesen

Programmbearbeitung Ausgnge schreiben

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Meldungen bearbeiten Selbstdiagnose

Aufbau einer SPS

Unter den Herstellern von SPS-Steuerungen findet man in der Regel zwei Gertelinien:

Kompaktsteuerungen Das Gehuse beinhaltet alle wesentlichen Grundkomponenten durch zustzliche Baugruppenmodule erweiterbar fr den unteren bis mittleren Leistungsbereich in der Anlagenautomatisierung

Modularsteuerungen Bestehen aus verschiedenen Einzelkomponenten wie Baugruppentrger, Spannungsversorgung, CPU, Ein- und Ausgabebaugruppen Fr den mittleren bis oberen Leistungsbereich in der Anlagenautomatisierung

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S7-200

S7-300

7

Modularer Aufbau

Die S7-300 ist modular aufgebaut. Sie knnen sich aus dem umfassenden Baugruppenspektrum die S7-300 individuell zusammenstellen. Alle Baugruppen der S7-300 sind durch ein Gehuse in der Schutzart IP 20 geschtzt, d. h. sie sind gekapselt und lfterlos betreibbar.

Das Baugruppenspektrum umfasst: CPUs fr unterschiedliche Leistungsbereiche Signalbaugruppen fr digitale und analoge Ein-/Ausgabe Funktionsbaugruppen fr Technologiefunktionen CPs fr Kommunikationsaufgaben Laststromversorgungen zum Anschluss der S7-300 an eine Versorgungsspannung von AC 120/230V 2006, Rolf Oeberst

Anschaltungsbaugruppen zur Verbindung der Baugruppentrger bei einem Aufbau auf mehrere Baugruppentrger

Komponenten einer S7-300

Komponenten Profilschiene (Rack) Stromversorgung (PS)

Funktion ... ist der Baugruppentrger fr eine S7-300 ... setzt Netzspannung (AC 120/230V) in DC 24V Betriebsspannung um Versorgung der S7-300 sowie Laststromversorgung fr DC 24V-Laststromkreise; kurzschluss- und leerlauffest ... fhrt das Anwenderprogramm aus; versorgt den S7300 Rckwandbus mit 5V; kommuniziert ber die MPISchnittstelle mit anderen Teilnehmern eines MPINetzes. ... nehmen Feldsignale (Sensor-/ Aktorsignale) auf und passen sie an die Signalpegel der S7-300 an (digitale und analoge Ein-/Ausgabebaugruppen) ... fr zeitkritische und speicherintensive Prozesssignalverarbeitungsaufgaben, z.B. Positionieren oder Regeln ... entlasten die CPU von Kommunikationsaufgaben und ermglichen die Vernetzung z.B. PROFIBUS / Ethernet / Punkt-zu-Punkt-Kopplung ... verbindet die einzelnen Zeilen (Racks) miteinander.

Prozessorbaugruppe (CPU)

Signalbaugruppe (SM)

Funktionsbaugruppen (FM) Kommunikationsprozessor (CP) 2006, Rolf Oeberst

Anschaltungsbaugruppe (IM)

8

Anordnung der Baugruppen

Anordnung der Baugruppen auf einen Baugruppentrger

Rack

PS

CPU

SM/FM/CP

MPI 2006, Rolf Oeberst

Maximalausbau einer S7-300

Baugruppentrger 3

PS IM

SMs

Baugruppentrger 2

PS

IM

SMs

Baugruppentrger 1

PS

IM

SMs max. 10 m

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Baugruppentrger 0

PS

CPU

IM

SMs

Rack

9

Adressieren der S7-Baugruppen

Adressierung

Steckplatzorientierte AdressvergabeSTEP7 ordnet jeder Steckplatznummer eine festgelegte Baugruppen-Anfangsadresse (Defaultadresse) zu.

Freie AdressvergabeBei der freien Adressvergabe knnen Sie jeder Baugruppe eine beliebige Adresse innerhalb des von der CPU mglichen Adressbereiches zuordnen. Die freie Adressvergabe ist bei der S7-300 nur mglich mit der CPU 315-2 DP.

2006, Rolf Oeberst

Steckpltze bei S7-300

IM3 4 5 6 7 8 9 10 11

IM3 4 5 6 7 8 9 10 11

IM3 4 5 6 7 8 9 10 11

PS1 2006, Rolf Oeberst

CPU2

IM3

SM4

SM5

SM6

SM7

SM8

SM9

SM10

SM11

10

Baugruppenadressierung

Baugruppentrger

BaugruppenAnfangsadresse Digital Analog Digital Analog Digital Analog Digital Analog

Steckplatznummer 1 PS 2 CPU 3 IM 4 0 256 32 384 64 512 96 640 5 4 272 36 400 68 528 100 656 6 8 288 40 416 72 544 104 672 7 12 304 44 432 76 560 108 688 8 16 320 48 448 80 576 112 704 9 20 336 52 464 84 592 116 720 10 24 252 56 480 88 608 120 736 11 28 368 69 496 92 624 124 752

0

1

IM

2

IM

3

IM

2006, Rolf Oeberst

Nicht bei CPU 314 IFM Nicht bei CPU 312 IFM/313

Adressierung

7

6

5

4

3

2

1

0

Bitadresse .7 ....... .0

EB0 AB4

EB1 AB5

EB2 AB6

EB3 AB7

Byteadresse (8 Bit)

EW0 AW4

EW2 AW6

Wortadresse (16 Bit)

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ED0 AD4

Doppelwortadresse (32 Bit)

11

Automatisierungssystem S7-300: CPU 314

Status- und Fehleranzeigen:SF: BATF: DC5V: FRCE: RUN: STOP: Sammelfehler Batteriefehler interne 5V-Versorgung Forcen (Zwangssteuern) aktiv Betriebszustand RUN Betriebszustand STOPRUN-P RUN SF BATF DC5 FRCE RUN STOP CPU 314

Betriebsartenschalter:RUN-P: RUN: STOP: MRES: Programmbearbeitung und -korrektur Programmbearbeitung mit Schreibschutz CPU im Stop Urlschfunktion (Memory Reset)STOP MRES

Schacht fr Memory Card

M L+ M 2006, Rolf Oeberst

Fach fr Pufferbatterie

Anschlu fr Spannungsversorgung

Mehrpunktfhige MPI-Schnittstellle

Automatisierungssystem S7-300: CPU 314

Die CPU 314 zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus: 24 KByte Arbeitsspeicher (RAM) 40 KByte Ladespeicher (RAM); Geschwindigkeit ca. 0,3 ms pro 1000 Binranweisungen Digitalein-/ausgnge: Analogein-/ausgnge: Prozeabbild (PAE/PAA): Merker (M0.0 ... M255.7): Zhler (Z0 .... Z63): Zeiten (T0 ... T127): 1024 256 128 Byte (E0.0 bis E127.7 / A0.0 bis A127.7) 2048 64 128

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12

Programmbearbeitung (1)

Lineare Programmbearbeitung Bei der linearen Programmbearbeitung werden die Anweisungen von der SPS in der Reihenfolge bearbeitet, in der sie im Programmspeicher hinterlegt sind. Wenn das Programmende erreicht ist beginnt die Programmbearbeitung wieder von vorne. Man spricht von zyklischer Bearbeitung. Die lineare Programmbearbeitung wird meist fr einfache, nicht zu umfangreiche Steuerungen verwendet und kann im OB1 realisiert werden. OB11. Anweisung 2. Anweisung 3. Anweisung

...

2006, Rolf Oeberst

Programmende


Strukturierte Programmbearbeitung Das Programm unterteilt man bei umfangreichen Steuerungsaufgaben in kleine, berschaubare und nach Funktionen geordnete Programmbausteine. FB1 OB1Anweisung Aufruf FB1 Anweisung Anweisung Aufruf FC2 Anweisung Anweisung. . .

FC21 DB11 DB 10

Rcksprung

FC2Anweisung. . .

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. . .Anweisung

Rcksprung

OB = Organisationsbaustein FB = Funktionsbaustein FC = Funktion DB = Datenbaustein

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Anwenderbausteine Organisationsbaustein (OB): Funktionsbaustein (FB): Funktion (FC): Datenbaustein (DB): Anwender-Schnittstelle zum Betriebssystem OB1 zyklische Programmbearbeitung Baustein mit Speicher und Mglichkeit zur Parameterbergabe Baustein ohne Speicher, Mglichkeit zur Parameterbergabe Baustein zur Ablage von Anwenderdaten

Systembausteine Systemdatenbaustein (SDB): 2006, Rolf Oeberst

Datenbaustein zur Ablage von systeminternen Daten vom Anwender aufrufbarer Systembaustein vorprogrammierte Funktion, im Betriebssystem integriert

System-Funktionsbaustein (SFB): Systemfunktion (SFC):

Phasen der Softwareentwicklung einer SPS

Spezifikation der Steuerungsaufgabe

Aufgaben der SPS Funktionsbeschreibung Auswahl der Steuerungshardware Programmstrukturierung Wiederverwendung Entwurf der Programmmodule Anweisungsliste (AWL) Kontaktplan (KOP) Funktionsplan (FUP) Manuelle Programmanalyse Debugging Simulation Programmdokumentation Erweiterungen Korrekturen

Programmentwurf

Programmierung

Programmtest 2006, Rolf Oeberst

Wartung und Pflege

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Spezifikation der Steuerungsaufgabe

Was soll gesteuert werden?

Welche Teilaufgaben sind zu erfllen?

Welche Sicherheitsanforderungen gibt es?

Welche sonstigen Anforderungen gibt es?

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Welche Operanden werden bentigt?

Beschreibungsformen logischer Funktionen

Die Funktion einer logische Schaltung lsst sich auf fnf verschiedene Arten eindeutig beschreiben und zwar durch: 1. eine Beschreibung in Worten (verbale Beschreibung) 2. ein Schaltzeichen 3. eine Wahrheitstabelle (Wertetabelle, Funktionstabelle) 4. eine Funktionsgleichung oder 5. einen Signal-Zeit-Plan (Zeitablaufdiagramm)

Y = A & /B

B0 0 1 Y 1

A0 1 0 1

Y0 1 0 0

A B Y

1 0 1 0 1 0

2006, Rolf Oeberst

A B

&

15

Rechenregeln der booleschen Algebra

x 0=x x 1=1 x 0=0 x 1=xGeorge Boole (02.11.1815 - 08.12.1864)englischer Mathematiker und Philosoph

x x=x x x=x x x=1 x x=0 x=x

2006, Rolf Oeberst

Der Englnder George Boole fhrte 1853 als erster logische Verknpfungen in algebraischen Gleichungen ein. Er geht vom dualen Zahlensystem aus, wie es Gottfried Wilhelm Leibniz entwickelt und am 15.03.1679 als dyadisches Zahlensystem verffentlich hatte. Boole deutet die 1 im Dualsystem als Ja oder richtig, die 0 als Nein oder falsch und fhrt die logischen Operationen AND, OR und NOT ein. Variablen mit den Zustnden 0 und 1 bezeichnet man als boolesche Variable.

Rechenregeln der booleschen Algebra

Augustus de Morgan (27.06.1806 - 18.03.1871)englischer Mathematiker

(a b) = a b 2006, Rolf Oeberst

oder

(a b) = a b (a b) = a b

(a b) = a b

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Wahrheitstabelle (1)

Die vollstndige Wahrheitstabelle (Wertetabelle, Funktionstabelle) enthlt alle Kombinationen der Eingangsvariablen und die dazugehrigen Ausgangsvariablen. Die Wahrheitstabelle beschreibt vollstndig eine kombinatorische logische Schaltung.

x 0 0 0 0 1 1 1 2006, Rolf Oeberst

y 0 0 1 1 0 0 1 1

z 0 1 0 1 0 1 0 1

f 0 1 1 0 1 0 0 1

g 0 0 0 1 0 1 1 1

1


Zur Ermittlung der Schaltung stellt man bei unbersichtlichen Schaltbedingungen zunchst die vollstndige Wahrheitstabelle auf und bildet dann entweder die ODERNormalform (Disjunktive Normalform DNF) oder die UND-Normalform (Konjunktive Normalform KNF). Bei der DNF werden alle Minterme miteinander ODER und bei der KNF alle Maxterme mit UND verknpft.

b 0 0 1 1

a 0 1 0 1

x 0 1 1 0

Maxterm1 Minterm1 Minterm2 Maxterm2

x = Minterm1 Minterm2 oder x = Maxterm1 Maxterm2 bzw. x = Maxterm1 Maxterm2

2006, Rolf Oeberst

DNF:

x = (a b) (a b)

KNF:

x = (a b) (a b) x = (a b) (a b)

17


x 0 0 0 0 1 1 1 1

y 0 0 1 1 0 0 1 1

z 0 1 0 1 0 1 0 1

f 0 1 1 0 1 0 0 1

g 0 0 0 1 0 1 1 1

Zeile 2 Zeile 3 Zeile 4 Zeile 5 Zeile 6 Zeile 7 Zeile 8

Zeile 8

f = Zeile2 Zeile3 Zeile5 Zeile8 2006, Rolf Oeberst

f = (x y z) (x y z) (x y z) (x y z)

g = (x y z) (x y z) (x y z) (x y z)

Elementare Gatter

Inverter (Negation)

Konjunktion (AND) a b &

Disjunktion (OR) a b 1

a

1

x

x

x

x=a

x=ab

x=ab

a 0 1 2006, Rolf Oeberst

x 1 0

b 0 0 1 1

a 0 1 0 1

x 0 0 0 1

b 0 0 1 1

a 0 1 0 1

x 0 1 1 1

18

Elementare Gatter

NAND a b & a b

NOR

x

1

x

x=abb 0 0 2006, Rolf Oeberst

x=abb 0 0 1 1 a 0 1 0 1 x 1 0 0 0

a 0 1 0 1

x 1 1 1 0

1 1

Elementare Gatter

Antivalenz (EXOR, XOR, exklusives Oder) a b =1 x

quivalenz (EXNOR, XNOR, Gleichheit) a b =1 x

x = a b = (a b) (a b)

x = a b = (a b) (a b) x=abb 0 0 1 1 a 0 1 0 1 x 1 0 0 1

b 0 0 2006, Rolf Oeberst

a 0 1 0 1

x 0 1 1 0

1 1

19

bung: Aufstellen einer Wahrheitstabelle

Geben Sie folgende Schaltung als Wahrheitstabelle an.

a b c 1 e

&

d

1

x

&

g d=ab

a b 2006, Rolf Oeberst

1

f

e=c f=a g=bef= abc x=dg

x = (a b) (a b c)

bung: Aufstellen einer Wahrheitstabelle

c0 0 0 0 1 1 1 1

b0 0 1 1 0 0 1 1

a0 1 0 1 0 1 0 1

d ab0 0 0 1 0 0 0 1

e /c1 1 1 1 0 0 0 0

f /a1 0 1 0 1 0 1 0

g bef0 0 1 0 0 0 0 0

x dg0 0 1 1 0 0 0 1

2006, Rolf Oeberst

x = (a b c) (a b c) (a b c)

20

Vereinfachen der Schaltfunktionen (Minimierung)

Bei der direkten Umsetzung einer Wahrheitstabelle in ein SPS-Programm muss unter Umstnden ein erheblicher Programmieraufwand betrieben werden. Mit Hilfe von algebraischer, tabellarischer und grafischer Minimierung knnen die Schaltfunktionen umgewandelt und vereinfacht werden.

1. Rechenregeln und Gesetze der Schaltalgebra (Algebraisches Verfahren) Kommutativgesetz (Vertauschungsgesetz) Assoziativgesetz (Verbindungsgesetz / Zuordnungsgesetz) Distributivgesetz (Verteilungsgesetz) De Morgansches Theorem (Negationsgesetz / Inversionsgesetz) Absorptionsgesetz (Verschmelzungsgesetz)

2006, Rolf Oeberst

2. Verfahren nach Quine und McCluskey (tabellarisches Verfahren)

3. Karnaugh-Veitch-Diagramm / Karnaugh-Tafel (grafisches Verfahren)

Gesetze der Booleschen Algebra (1)

Involutionsgesetz: Kommutativgesetze: Assoziativgesetze: Idempotenzgesetze: Absorbtionsgesetze: Distributivgesetze: De Morgan'sche Gesetze: 2006, Rolf Oeberst

a=a ab=ba ab=ba (a b) c = a (b c) = a b c (a b) c = a (b c) = a b c aa=a aa=a a (a b) = a a (a b) = a a (b c) = (a b) (a c) a (b c) = (a b) (a c) (a b) = ( a) ( b) (a b) = ( a) ( b) a (b b) = a a (b b) = a

Neutralittsgesetze:

21

Gesetze der Booleschen Algebra (2)

Beispiel: x = (a b c) (a b c) ( a b c) ( a b c) erweitern mit

( a b c)

(a b c) ( a b c) (a b c) ( a b c) ( a b c) ( a b c)

(a b) ( c c)

(a c) ( b b)

(b c) ( a a)

2006, Rolf Oeberst

x=

(a b)

(a c)

(b c)

Quine/McCluskey-Verfahren

Dieses tabellarisches Verfahren zur Minimierung erhlt als Eingabe alle Minterme der entsprechenden DNF und berechnet daraus die optimale Normalform. Es wird nach Mintermen gesucht, die bis auf eine Variable bereinstimmen. Diese beiden werden abgehakt und der um diese Variable gekrzte Ausdruck als neuer Minterm eingetragen. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis sich keine Mglichkeiten zur Zusammenfassung und Streichung ergeben.

Beispiel:

x = (a b c) (a b c) ( a b c) ( a b c)

Minterme abc abc abc 2006, Rolf Oeberst

Krzungen X X X X X X

neuer Minterm ab ac bc

abc

x = (a b) (a c) ( b c)

22

KV-Diagramme (1)

Dieses Verfahren ist nach dessen Entwicklern (Karnaugh / Veitch) benannt und dient der Vereinfachung (Minimierung) von Schaltnetzen.d 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2006, Rolf Oeberst 1 1 1 1 c 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 b 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 a 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Zeile 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 13 14 15

Das KV-Diagramm fr 2,3 und 4 Variable hat 22 = 4 , 23 = 9 bzw. 24 = 16 Felder. Jedes Feld des KV-Diagramms entspricht einer Zeile der Wahrheits- bzw. Wertetabelle.

2 Variable /a a /b b 0 2 1 3 /a 3 Variable /a /b b 0 2 /c a 1 3 /c a 5 7 c /a 4 6 c /b b b /b 0 2 10 8 /c 4 Variable a 1 3 11 9 /c a 5 7 15 13 c /a 4 6 14 12 c /d /d d d

KV-Diagramme (2)

Zur Vereinfachung von logischen Schaltnetzen mit KV-Diagramm wird folgende Vorgehensweise empfohlen: 1. 2. 3. Wahrheitstabelle mit n Variablen oder Gleichungen in Normalform (DNF/ KNF) erstellen In die einzelnen Felder des KV-Diagramms wird eine 1 eingetragen, wenn ein Minterm der Funktion vorliegt, andernfalls eine 0. Man versucht, mglichst viele horizontal und vertikal benachbarte Felder, die eine 1 enthalten (Minterme) zu zusammenhngenden 2er-, 4er, 8er oder 16erBlcken (Pckchen) zusammenzufassen. Dabei drfen sich die Gruppierungen berschneiden Mglichst alle 1-Felder in Blcken zusammenfassen Gegenstzliche Variable, die von den Blcken berhrt werden, werden gekrzt Felder innerhalb der Blcke sind UND-verknpft Blcke untereinander sind ODER-verknpft

4. 5. 2006, Rolf Oeberst

6. 7.

23

KV-Diagramme (3)

/a /b b b /b /c 1 1

a 1

a 1

/a /d 1 1 /d d d c x = (a b) ( a b)

1 /c

1 c

/a /b b b 2006, Rolf Oeberst

a 1 1

a 1

/a 1 /d /d d x = ( b c) (b c)

1 1 /c

/b /c

1 c

1 c

d

KV-Diagramme (4)

/a /b b b /b 1 1 /c

a

a 1 1

/a 1 1 /d /d d d x = (c d) ( c d)

1 1 /c c c

/a /b b b 2006, Rolf Oeberst

a

a

/a /d /d

1 1 /c

1 1 /c

1 1 c

1 1 c

d d

x=d

/b

24

KV-Diagramme (5)

Beispiel: x = (a b c) (a b c) ( a b c) ( a b c)

/a /b b /c

a 1 /c

a 1 1 c

/a 1 c

/a /b 2006, Rolf Oeberst

a 1

a 1 1 c

/a x = (a c) (a b) (b c) 1 c

b /c

/c

STEP7 - SIMATIC Manager (1)

Der SIMATIC Manager ist eine grafische Benutzeroberflche fr alle STEP7-Anwendungen:

Einrichten und Verwalten von Projekten Konfigurieren und Parametrieren der Hardware Konfigurieren von Netzwerken und Verbindungen (MPI/ Profibus) Programmierung der Anwenderprogramme (AWL, FUP, KOP) Laden von Programmen auf Zielsysteme Test und Diagnose

2006, Rolf Oeberst

25


Titelleiste

Menleiste

Schaltflchen

Funktionsleiste

Arbeitsbereich 2006, Rolf Oeberst

Statusleiste


Die Dateiverwaltung erfolgt mit dem SIMATIC Manager. Im STEP 7 wird jedes Projekt in einer fest vorgegebenen Struktur angelegt. Die Programme sind in den folgenden Verzeichnissen abgespeichert:Projekt: Dieses Verzeichnis enthlt die Hardware (z.B. SIMATIC 300 Stationen) und die Subnetze (z.B. MPI und PROFIBUS). SIMATIC 300 Stationen: Hier werden die entsprechenden Hardwarekonfigurations- und CPU-Daten abgespeichert. Quellen: Hier werden Quellen (z.B. STEP5Quellen) abgelegt, die durch bersetzen in ablauffhige Programme umgewandelt werden knnen. Bausteine: Hier werden die Programmbausteine ( OB, FB, FC, SFB, SFC, DB etc. ) abgespeichert. 2006, Rolf Oeberst

CPU: Hier wird das S7- Programm und die vernetzten Verbindungspartner eingetragen.

S7-Programm: Hier werden die Anwenderprogramme (Bausteine), Symboltabellen (Symbole) und Quellen (Quellen) verwaltet.

Symbole: Hier werden die Symbollisten zur Symbolischen Adressierung gespeichert.

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Hardwarekonfiguration

Anordnen der Baugruppen in der Konfigurationstabelle

Parametrierung der Baugruppen

Speichern der Konfiguration

bertragen der Konfiguration zur CPU 2006, Rolf Oeberst

Programmdarstellung

Bei der SPS wird die Steuerlogik durch eine Software, dem SPS-Programm, realisiert. Das Softwareprogramm wird mit einer Programmiersprache erstellt, die das Programm grafisch oder als Liste darstellt. Man unterscheidet hierbei drei unterschiedliche Darstellungsarten: 1. 2. 3. KOP FUP Kontaktplan Funktionsplan Grafische Darstellung Grafische Darstellung Mnemotechnische Darstellung (Text)

AWL Anweisungsliste

Diese drei Programmdarstellungen untersttzen nur den Programmierer bei der Erstellung des Programms. In der SPS-Steuerung liegt das kompilierte Programm im Maschinencode vor. 2006, Rolf Oeberst

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Kompatibilittsprobleme

zu viele Hersteller, jeder hat eigene Standards, die Vor- und Nachteile bieten Ein Anwender muss auf SPS-Systemen verschiedener Hersteller gleichzeitig arbeiten knnen Kommunikation verschiedener SPS-Systeme untereinander nur bedingt mglich immer grer werdende Automatisierungsaufgaben

LSUNG des PROBLEMS

herstellerunabhngige Programmierung 2006, Rolf Oeberst

Programmierung von Steuerungen nach IEC 1131-3

Um eine herstellerunabhngige Programmierung zu ermglichen, wurde von der PLCopen Group, eine Zusammenschluss von SPS-Herstellern, der Standard IEC 1131-3 (IEC = International Electrotechnical Commission) ins Leben gerufen. Folgende Programmiersprachen bzw. grafische Entwurfswerkzeuge sieht die IEC vor:

SPS-Programmiersprachen (DIN EN 61131-3 bzw. IEC 1131-3)

Anweisungsliste (AWL) Instruction List (IL)

Kontaktplan (KOP) Ladder Diagram (LD)

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Strukturierter Text (ST) Structured Text (ST)

Funktionsbausteinsprache (FBS) Function Block Diagram (FBD)

Ablaufsprache (AS) Sequentiell Function Chart (SFC)

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Programmierung einer SPS

Anweisungsliste (AWL) Diese Programmiersprache ist eine maschinennahe textuelle Sprache. Die einzelnen Anweisungen entsprechen den Arbeitsschritten, mit denen die CPU die sequentielle Abarbeitung des Programms durchfhrt. Mehrere Anweisungen knnen zu Netzwerken zusammengefgt werden.START: U( O( U UN ) O ON ) UN = BE Kennzeichen Parameter E 0.1 E 0.2 E 0.3 E 0.4 E 0.0 A 4.0

2006, Rolf Oeberst

Marke

Operation

Operand


Funktionsplan (FUP) Die logischen Funktionen werden grafisch mit DIN 40900-Symbolen dargestellt. Auerdem knnen komplexe Funktionen, wie z.B. mathematische Funktionen, direkt in Verbindung mit den logischen Boxen dargestellt werden. Diese Art von Programmierung erscheint sehr einfach. Bei komplexen Steuerungen wird die grafische Darstellung jedoch sehr unbersichtlich.

E0.1 E0.2

& >=1E0.3 E0.4

2006, Rolf Oeberst

&E0.0 A4.0

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Kontaktplan (KOP) Die Darstellung ist Stromlaufplnen nachempfunden und eignet sich besonders fr Personen, die bereits Erfahrung mit Schtzsteuerungen haben. Die Elemente eines Stromlaufplanes, wie z.B. ffner oder Schlieer, werden zu Netzwerken zusammengefgt. Ein oder mehrere Netzwerke ergeben den gesamten Anweisungsteil eines Codebausteins.E0.1 E0.2 E0.0 A4.0

E0.3

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E0.4

Grundschaltungen (1)

unbettigter Schlieer

bettigter Schlieer

S1

K1

K2

unbettigter ffner

S1

K2

S1

H1

K3

2006, Rolf Oeberst

S1

&

K1

S1

&

H1

S1

&

K3

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bettigter ffner

Reihenschaltung

S2

K4

H2

K5

2006, Rolf Oeberst

S1

&

H2

S1 S2

&

Parallelschaltung

S1

K4

S1

S1

S2

K6

K5

S1 S2

1 K6


S1

S2

S1

S2

S3 S3 K7 K8

S4

S1 2006, Rolf Oeberst

1 & 1 K8

S1 S2

1 & S3 K7

S2 S3 S4

31


S1 S1 S2 S5 S2 S3 S4

1 & 1 S5 1 K9

S3

S4

K9

H3

K9

&

H3

2006, Rolf Oeberst


S1

S2

K10

S1 S2

1 & S3 K10

S3

K10

H4

K10

&

H4

2006, Rolf Oeberst

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S1Wechselschaltung

S1

Kreuzschaltung

S2 S3 H6

S2 H5

S1 2006, Rolf Oeberst

& 1 & H5 H6 = (S1S2S3) (S1S2S3) (S1S2S3) (S1S2S3)

S2 S1 S2

Merker

Fr Verknpfungen innerhalb der Steuerung, bei denen keine Signalabgabe auerhalb der Steuerung erforderlich ist, werden Merker eingesetzt. Merker sind elektronische Speicherelemente (R-S-Speicherglieder), mit denen die beiden Signalzustnde 0 und 1 abgespeichert werden knnen. Merker werden wie Ausgnge programmiert.

Remanente Merker behalten beim Ausschalten der Betriebsspannung den letzten Zustand behalten beim Wechsel der Betriebsart RUN Stop ihren letzten Zustand knnen auer durch das Anwenderprogramm mit URLSCHEN rckgesetzt werden

Nichtremanente Merker bei Ausfall der Betriebsspannung geht der gespeicherte Inhalt verloren werden beim Wechsel der Betriebsart RUN STOP zurckgesetzt.

2006, Rolf Oeberst

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Speicher (1)

Bei logischen Schaltnetzen sind die Ausgnge eine logische Funktion aller Eingnge. Bei komplexen Steuerungen hngt der Ausgang nicht nur von den Eingngen ab, sondern auch von den so genannten internen Zustnden (Automat).

Selbsthaltung S1 S1 K1 S2 S2 2006, Rolf Oeberst

Flip-Flop S R Q K1

K1

Speicher (2)

S1SF I0.0

S2 0Q0.0

1Micro PLC 212Q0.1 Q0.2

S1 S2

S R Q K1

SIEMENS

RUN

I0.1

STOP

I0.2

I0.3

Q0.3

I0.4

Q0.4

I0.5

Q0.5

SIMATIC

I0.6

S7-200

I0.7

K1

S1 K1

1 & S2 K1

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Achtung: Programmtechnisch erfolgt nicht die Abfrage nach dem angeschlossenem Betriebsmittel, sondern nach den Signalzustnden am Eingang der SPS.

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Zeitfunktionen (1)

Fr die Realisierung von Steuerungsaufgaben mssen sehr hufig verschiedene Zeitfunktionen eingesetzt werden. Diese Zeitfunktionen sind in der Zentralbaugruppe der SPS integriert. Die Einstellung der gewnschten Laufzeit (10ms bis 9990s) und das Starten der Zeitfunktion muss ber das Anwenderprogramm erfolgen. Sie knnen unter fnf verschiedenen auswhlen:

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Impuls Verlngerter Impuls Einschaltverzgerung Speichernde Einschaltverzgerung Ausschaltverzgerung

Zeitfunktionen (2)

Bei Signalwechsel am Starteingang (positive Flanke) wird das Zeitglied gestartet. Ein Zeitglied soll immer eine bestimmte Zeit ablaufen. Die Zeitdauer TW kann entweder als vordefinierte Konstante im Programm fest vergeben werden oder als 16BIT-WORT (u.a als Eingangswort EW, als Ausgangswort AW oder als Merkerwort MW) vorgegeben werden. Ein Signal am Rcksetzeingang beendet die Bearbeitung des Zeitgliedes. Der aktuelle Zeitwert wird gelscht, der Ausgang Q der Zeitzelle zurckgesetzt. Der aktuelle Zeitwert kann an den Ausgngen DUAL und DEZ abgefragt werden.Der Zeitwert an Ausgang DUAL ist binr-kodiert, der Zeitwert am Ausgang DEZ ist BCDkodiert. Eine Zeit kann am Ausgang Q auf ihren Signalzustand (0 oder 1) abgefragt und fr weitere Verknpfungen verwandt werden.

2006, Rolf Oeberst

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Zeitwert

Mit der folgenden Syntax knnen Sie einen vordefinierten Zeitwert laden:

S5T# aH_bbM_ccS_dddMSStunden Minuten Sekunden Millisekunden

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

x

x

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

1

2006, Rolf Oeberst

Zeitbasis 00 01 10 11 10ms 100ms 1s 10s

Zeitwert im BCD-Format (1 bis 999)

Impuls

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Verlngerter Impuls

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Einschaltverzgerung

2006, Rolf Oeberst

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Speichernde Einschaltverzgerung

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Ausschaltverzgerung

2006, Rolf Oeberst

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Taktgeber

T1 T2 S5T#250ms S_IMPULS TW DUAL DEZ R Q S5T#250ms T2 S_IMPULS TW DUAL DEZ R QT1 = T2 Frequenz 1 Hz 2 Hz 5 Hz 10 Hz

T 2006, Rolf Oeberst1

500 ms 250 ms

T1 T2

0 1 0

f=

1 T1 + T2

100 ms 50 ms

2006, Rolf Oeberst

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SPS Seminar

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