Inhaltsverzeichnis. Inhaltsverzeichnis 1.1

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1 Inhaltsverzeichnis 1.1 Inhaltsverzeichnis 1 Vorwort Webseite zum Buch: Workbook.de Vorbereitung Grundlagen der SPS Technik Was ist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)? Was ändert sich bei Verwendung einer SPS? Aufbau einer speicherprogrammierbaren Steuerung Auswahlkriterien für die Hardwarezusammenstellung einer SPS Auswahl einer SPS Familie Auswahl der CPU Auswahl der Signalmodule Auswahl der Sondermodule Wie wird eine SPS programmiert und gesteuert? Schritt 1: Hardwareaufbau des SPS Systems Schritt 2: Hardwarekonfiguration Schritt 3: Erstellung des SPS Programms und übertragen des SPS Programms Schritt 4: Test des SPS Programms Übungen und Wiederholungsfragen Beispiel einer Anlage mit SPS Steuerung Wiederholungsfragen Operandenbereiche sowie Adressierung von Operanden in einer SPS Eingangs und Ausgangsoperanden Merkeroperanden Lokaloperanden Daten eines Datenbausteins Timer Zähler Peripherieeingänge Peripherieausgänge Operandenübersicht Bit, Byte, Wort und Doppelwort Bit Byte Wort Doppelwort Adressierung der Operanden Schreibweise von Bitoperanden Schreibweise von Byteoperanden Schreibweisen von Wortoperanden Schreibweisen von Doppelwortoperanden Hinweis zur Adressierung: Überschneidung von Operanden Hinweis zur Adressierung: Anordnung von Hi Byte und Lo Byte Wie erhalten Merker Ihre Adressen? Wie bekommen Eingänge und Ausgänge ihre Adressen? Steckplatzorientierte Adressvergabe STEP7 Workbook 3

2 1 Inhaltsverzeichnis 4.14 Adressierung von Zeiten und Zählern Remanenz Einstellung der Remanenz für Merker, Zeiten und Zähler Einstellung der Remanenz von Datenbausteinen Begrenzung der Operanden je nach CPU Typ Wiederholungsfragen Symbolische Programmierung Die Symbolik bzw. Variablentabelle Welche Schritte sind notwendig, um symbolisch programmieren zu können? Definition Symbol und Variable Beispiel einer Symbolik bzw. Variablentabelle Regeln bei der Definition in der Symbol bzw. Variablentabelle Welche Operanden können in der Symbol bzw. Variablentabelle angegeben werden? Übungen und Wiederholungsfragen Binäre Grundverknüpfungen Darstellungsarten in STEP Beispiel zu AWL, FUP und KOP Weitere Darstellungsarten in S Vorstellung der Grundverknüpfungen Verknüpfungsergebnis VKE VKE Begrenzung VKE begrenzende Operationen Gemischte UND/ODER Funktionen ohne Klammerbefehle Klammerbefehle Wichtige Hinweise zu den Klammerbefehlen Vorhandene Klammerbefehle Beispiel 1 zu Klammerbefehlen Beispiel 2 zu Klammerbefehlen Anmerkung zu Klammerbefehlen Übungen Übungsaufgabe "Alarmanlage" Übungsaufgabe "Steuerung einer automatischen Markise" Übungsaufgabe 1.23: "Steuerung einer Kamera" Übungsaufgabe 1.24: "Motor mit Überlastschutz" CPU Funktionen bei S Bausteinstatus Bausteinstatus in den Grund Darstellungsarten Symbol für den Beobachten Modus in den S7 Programmiersystemen Irrtümer beim Bausteinstatus Variablentabelle bzw. Beobachtungstabelle Status in der Symbolik bzw. PLC Variablentabelle Diagnose und Infofunktionen einer CPU Weitere CPU Funktionen Übungen Speicherfunktionen (SR und RS Glieder) Erstes Beispiel zu den Speicheroperationen Setz und Rücksetzdominanz STEP7 Workbook

3 Inhaltsverzeichnis Speicher in den Grund Darstellungsarten Beispiel 2 zu Speicheroperationen Erzeugen der Symboliktabelle bzw. den PLC Variablen Schreiben des SPS Programms im OB Test des SPS Programms an der virtuellen Anlage Der Ausgang Q" des Speichers Wie funktioniert eine Speicheroperation? Beispiel 3 zu Speicheroperationen Erzeugen der Symboliktabelle bzw. den PLC Variablen Schreiben des SPS Programms im OB Test des SPS Programms an der virtuellen Anlage Fazit zu Speicher Übungen und Wiederholungsfragen Übung Gartentor Übung Montageplatz Programmstrukturen und Programmbearbeitung Lineare Programmierung Erstellen des linearen SPS Programms Analyse des linearen SPS Programmes Strukturierte Programmierung Organisationsbausteine (OBs) Die Funktion (FC) Der Funktionsbaustein (FB) Der Datenbaustein (DB) Systemfunktionen (SFC) und Systemfunktionsbausteine (SFB) Der Systemdatenbaustein (SDB) Maximale Anzahl der Anwenderbausteine Aufruf einer FC Beispiel zur UC Operation Beispiel zur CC Operation Die CALL Operation Aufruf eines FBs Operationen, um einen Baustein zu beenden Erstellen des strukturierten SPS Programms Analyse des strukturierten SPS Programmes Fazit der linearen und strukturierten Programmierung Bearbeitung eines SPS Programms in der CPU Prozessabbilder Betriebszustände einer S7 CPU Beispiel zur Programmbearbeitung in der CPU Reaktionszeit Reaktionszeit im günstigsten Fall Die Reaktionszeit im ungünstigsten Fall Vorteile bei der Arbeit mit dem Prozessabbild Alarmgesteuerte Programmbearbeitung Beispiel für die alarmgesteuerte Programmbearbeitung Übungen und Wiederholungsfragen Übungsaufgabe Pumpen Übungsaufgabe Wagen verschieben STEP7 Workbook 5

4 1 Inhaltsverzeichnis 10 Flankenauswertung Erstes Beispiel zur Flankenauswertung Erzeugen der Symboliktabelle bzw. den PLC Variablen Schreiben des SPS Programms im OB Wie funktioniert die Flankenerkennung? Darstellung der Flankenbefehle in den verschiedenen Darstellungsarten Übungen und Wiederholungsfragen Übungsaufgabe Flankenauswertung Bausteinparameter Beispiel zu Bausteinparametern Erstellen der Symbole bzw. Variablennamen Erzeugen der FC Bedeutung der Deklarationsbereiche Zuordnung der Parameter zu den Deklarationsbereichen Erstellung des SPS Programms in der FC Aufruf der FC1 im OB Test des SPS Programms Erläuterung des Ablaufs Erweiterung des Beispiels zu Bausteinparametern Erweiterung der Symbol bzw. Variablentabelle Implementierung des neuen Anlagenteils in das SPS Programm Test des SPS Programms Erläuterung des Ablaufs Fazit des Beispiels Bibliotheksfähige Bausteine Übungen und Wiederholungsfragen Zeitarten in S Zeitfunktion mit einem Zeitwert laden Laden einer Zeit über einen konstanten Zeitwert Weitere Möglichkeiten eine Zeitkonstante zu laden Starten und Rücksetzen einer Zeit Binäre Abfrage einer Zeit Die Zeitart SI (Impuls) Beispiel zur Zeitart SI Die Zeitart SV (verlängerter Impuls) Beispiel zur Zeitart SV Die Zeitart SE (Einschaltverzögerung) Beispiel zur Zeitart SE Die Zeitart SS (Speichernde Einschaltverzögerung) Beispiel zur Zeitart SS Die Zeitart SA (Ausschaltverzögerung) Beispiel zur Zeitart SA Beispiel 1 zu Zeiten: Bandsteuerung Erstellen der Symbolik bzw. Variablentabelle Programmierung der FC Programmierung des OB Test des SPS Programms Beispiel 2 zu Zeiten: Lötstation STEP7 Workbook

5 Inhaltsverzeichnis Erstellen der Symbolik bzw. Variablentabelle Programmierung der FC Programmierung des OB Test des SPS Programms Blinktakt Beispiel 1: Blinktakt mit Timern Das Taktmerkerbyte Beispiel 2: Blinktakt mit Taktmerker Übungen und Wiederholungsfragen Programmierübung Schwimmer Schalter Programmierübung Automatische WC Spülung" Programmierübung Dichtigkeitstest in einem Behälter" Zähler in S Zähler setzen und rücksetzen Abfragen eines Zählers Binäre Abfrage eines Zählers Aktuellen Zählerstand eines Zählers auslesen Zähler mit einem Zählwert vorbelegen Laden eines konstanten Zählwertes Laden eines variablen Zählwertes Der Vorwärtszähler Der Rückwärtszähler Beispiel zu einem Rückwärtszähler Die verschiedenen Darstellungsarten des Simatic Zählers Übungen und Wiederholungsfragen Programmieraufgabe Verkehr" Programmieraufgabe Parkhaus" LB4 S Programmieraufgabe Labyrinth" Programmieraufgabe Flaschenspiel" Programmieraufgabe Pruefvorrichtung" Programmieraufgabe Bad1" Die Bausteinart DB Aussehen der DB Editoren Was ist eine Struktur? Beispiel zur Erläuterung von Globaldatenbausteinen Beispiel zum Erstellen eines Globaldatenbausteins in den einzelnen S7 Programmiersystemen Zugriff auf Daten im DB Zugriff auf DB Daten über absolute Adressierung Nachteile des absoluten Zugriffs auf DB Variablen Erklärung der Begriffe Anfangswert, Aktualwert, Startwert Beobachten eines DBs Die CPU Funktion RAM nach ROM kopieren Handhabung von DBs in den einzelnen Programmiersystemen Übungsaufgaben Lade und Transferoperationen Laden von Bytes Beispiel STEP7 Workbook 7

6 1 Inhaltsverzeichnis 15.2 Laden von Wörtern Beispiel Laden von Doppelwörtern Beispiel Elementare Datentypen Zusammengesetzte Datentypen Laden von Konstanten Bedingtes Laden und Transferieren Übungsaufgaben Register der CPU Akkumulatoren Adressregister DB Register Das Statuswort Fazit Die Bausteinart FB Eigenschaften eines Funktionsbausteins Beispiel zu Funktionsbausteinen Erstellen der Symbolik bzw. Variablentabelle Programmierung des Funktionsbausteins Programmierung der Funktion Erster Aufruf des FBs mit dem Instanz DB Zweiter Aufruf des FBs mit dem Instanz DB Dritter Aufruf des FBs mit dem Instanz DB Angabe der Grenzwerte in den Instanz DBs Programmierung des OB Test des SPS Programms Fazit des Beispiels Aufruf eines Funktionsbausteines ohne die Angabe von Aktualparametern Unterschied Instanzdatenbaustein und Globaldatenbaustein Der Parameterbereich statische Lokaldaten Übung und Wiederholungsfragen Übungsaufgabe Treppenhausschaltung einer großen Wohnanlage Schrittkettenprogrammierung Beispiel zur Schrittkettenprogrammierung Zerlegung des Gesamtablaufs in Einzelschritte Erstellen der Symbolik bzw. Variablentabelle Planung des SPS Programms Warum die Schrittkette in einem FB programmieren? FB erzeugen und die Parameter festlegen Schritt Schritt Schritt Schritt Schritt Schritt Schritt Schritt STEP7 Workbook

7 Inhaltsverzeichnis Schritt Schritt Verhindern eines erneuten Starts der Schrittkette Programmierung der FC mit den Zuweisungen an die Ausgänge Programmierung des OB Rücksetzen der Schrittkette beim Anlauf der CPU Test des SPS Programms Regeln bei der Schrittkettenprogrammierung GRAFCET Erklärung einiger GRAFCET Elemente Erstellen des GRAFCET Plans für die Lackieranlage Fazit der Beschreibung des Ablaufs mit GRAFCET Übungen und Wiederholungsfragen Übung Torfbefüllungsanlage Zahlensysteme Das Dezimalsystem Das duale Zahlensystem Hexadezimalsystem Umwandlung einer Dualzahl in eine Hexzahl Das BCD (binary coded decimal) Zahlensystem Übungsaufgaben Vergleicher Auswertung der Vergleichsfunktionen Beispiel zu Vergleicher Erstellen der Symbolik bzw. Variablentabelle Programmierung des OB Test des SPS Programms Fazit Übung Absaugvorrichtung Arithmetische Operationen Übungen und Wiederholungsfragen Sprungoperationen Beispiel zu Sprungoperationen Erstellen der Symbolik bzw. Variablentabelle Programmierung der FC Programmierung des OB Test und Analyse des SPS Programms Syntax der Sprungoperationen Verwendung von Sprüngen in FUP/KOP Probleme beim Überspringen von Operationen Vorsicht beim Überspringen von Timern Vorsicht bei Flankenoperationen Fazit Übungen und Wiederholungsfragen Praktische Programmiertipps Verwaltungsfunktionen für das SPS Programm Der Belegungsplan STEP7 Workbook 9

8 1 Inhaltsverzeichnis Die Querverweisliste Programm oder Aufrufstruktur Inkonsistentes SPS Programm Fehlersuche im SPS Programm Der Diagnosepuffer Der Baustein Stack (B Stack) Der Unterbrechungs Stack (U Stack) Aufrufumgebung Beispiel zur Aufrufumgebung Auffinden von sporadischen Fehlern im SPS Programm Fazit Übungen und Wiederholungsfragen Analogwertverarbeitung Erstes Beispiel zur Analogwertverarbeitung Erstellen der Symbolik bzw. Variablentabelle Programmierung des OB Test des SPS Programms Fazit des Beispiels Zweites Beispiel zur Analogwertverarbeitung Erstellen der Symbolik bzw. Variablentabelle Programmierung der FC Programmierung des OB Test des SPS Programms Fazit Übungen und Wiederholungsfragen Zweipunktregler Beispiel zu Zweipunktregler Erstellen der Symbolik bzw. Variablentabelle Erstellen der FC Test des SPS Programms Fazit Bussysteme Kommunikationsebenen Bus Topologien Baum Linie Stern Ring PROFIBUS DP Gerätedefinitionen Gerätestammdatei (GSD) Netz Aufbau Adressierung der Busteilnehmer Beispiel einer PROFIBUS DP Konfiguration PROFINET Gerätedefinitionen Gerätestammdatei (GSD) Netz Aufbau STEP7 Workbook

9 Inhaltsverzeichnis Adressierung Beispiel einer PROFINET Konfiguration AS Interface Gerätedefinitionen Netz Aufbau Adressierung der Busteilnehmer Verwendung von AS Interface Geräten im S7 Umfeld Fazit Wiederholungsfragen Anhang A. Einführungsbeispiel TIA Portal A.1 Begriffserklärung A.2 Aufgabenstellung A.3 Start des TIA Portals von Siemens A.4 Gerät konfigurieren A.4.1 Hinzufügen der CPU A.5 IP Adresse in der CPU einstellen A.5.1 Auf welche IP Adresse ist die CPU einzustellen um mit SPS VISU zusammenzuarbeiten? 347 A.5.2 IP Adresse der CPU in der Hardwarekonfiguration einstellen A.6 Übersetzen der CPU Konfiguration A.7 Erstellen der Variablentabelle (Symbolik) A.8 Erzeugen eines Bausteins und Einstellen der Darstellungsart A.9 Erstellen des SPS Programms A.10 Bausteine übersetzen A.11 Prozess Simulation SPS VISU starten und Anlagenprojekt laden bzw. erzeugen A.12 SPS Programm in SPS übertragen A.13 Baustein beobachten über den Bausteinstatus A.14 Test des SPS Programms mit SPS VISU B. Einführungsbeispiel Simatic Manager B.1 Aufgabenstellung B.2 Start des Simatic Managers von Siemens und erzeugen eines Projektes B.3 Neue Station 300 einfügen B.4 Hardwarekonfiguration der S7 CPU B.4.1 Profilschiene einfügen B.4.2 Auf welche IP Adresse ist die CPU einzustellen um mit SPS VISU zusammenzuarbeiten 365 B.4.3 Einfügen der CPU und Einstellen der IP Adresse B.5 Erzeugen eines Bausteins und Einstellen der Darstellungsart B.6 Erstellen der Symboliktabelle B.7 Erstellen des SPS Programms B.8 Einstellen der PG/PC Schnittstelle des Simatic Managers B.9 Prozess Simulation SPS VISU starten und Anlagen Projekt laden bzw. erzeugen B.10 Übertragen der Bausteine in die CPU B.11 Baustein beobachten über den Bausteinstatus STEP7 Workbook 11

10 1 Inhaltsverzeichnis B.11.1 Betriebszustand der CPU in RUN schalten B.12 Test des SPS Programms mit SPS VISU C. Einführungsbeispiel WinSPS S7 V C.1 Aufgabenstellung C.2 Start von WinSPS S7 und öffnen der Standard Projektmappe C.3 Erstellen der Symboliktabelle C.4 Öffnen des Bausteins OB C.5 Erstellen des SPS Programms C.6 Einstellen des Ziels in WinSPS S7 V C.7 Prozess Simulation SPS VISU starten und Anlagen Projekt laden bzw. erzeugen C.8 Übertragen der Bausteine in die CPU C.9 Baustein beobachten über den Bausteinstatus C.9.1 Betriebszustand der CPU in RUN schalten C.10 Test des SPS Programms mit SPS VISU C.11 Ansprechen einer externen CPU mit WinSPS S7 V D. Die Beobachtungstabelle (Status Variable) im TIA Portal E. Die Variablentabelle (Status Variable) in WinSPS S7 V F. Die Variablentabelle (Status Variable) des Simatic Managers G. Erstellen eines Globaldatenbausteins mit dem TIA Portal G.1 Erzeugen eines neuen Globaldatenbausteins G.2 Der DB Editor G.2.1 Erläuterung der Spalten innerhalb des DB Editors G.2.2 Eingabe der DB Variablen G.3 Zugriff auf den DB H. Erstellen eines Globaldatenbausteins mit dem Simatic Manager H.1 Erzeugen eines neuen Globaldatenbausteins H.2 Der DB Editor H.2.1 Eingabe der DB Variablen H.3 Zugriff auf den DB I. Erstellen eines Globaldatenbausteins mit WinSPS S7 V I.1 Erzeugen eines neuen Globaldatenbausteins I.2 Der DB Editor I.2.1 Erläuterung der Spalten innerhalb der Tabellen des DB Editors I.2.2 Eingabe der DB Variablen I.3 Zugriff auf den DB STEP7 Workbook