SPS (Fragenkatalog - Dipl.-Ing. U. Held. Inhaltsverzeichnis

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1 Inhaltsverzeichnis 1. Die wichtigsten Anforderungen an eine SPS ist schnelle Signalverar-beitung. Erläutern Sie ausführlich, welche Signale eine SPS verarbeiten kann und wie diese Verarbeitung funktioniert! 2 2. Erklären Sie Sinn und Zweck der Sprung- und Bausteinfunktion und wie die Funktionen abgearbeitet wird Erklären Sie detailliert: Wie funktioniert die zeitgesteuerte Programmbe-arbeitung? Was ist der Unterschied zwischen Soft-SPS (PC) und Hard-SPS? Was sind Prozessabbilder und wozu dienen sie? Erläutern sie den Begriff zyklische Programmbearbeitung und deren Sinn und Zweck Erklären sie Sinn und Zweck der Bearbeitungsfunktion Nennen sie die Arten der Programmbearbeitung und je ein Beispiel Erläutern sie möglichst ausführlich, wie ein Programmierer bei der Er-stellung von SPS Programmen vorgehen soll Erläutern Sie, welche Arten von Signalen mit einer SPS verarbeitet werden können und beschreiben Sie den Ablauf in der SPS vom Signal bis zur Information Erläutern sie in Stichworten die wesentlichen Merkmale einer SPS. Welche wesentlichen Anforderungen werden an eine SPS gestellt und wie werden diese erfüllt Erklären sie Sinn und Zweck der Zyklusüberwachungszeit. Erläutern sie in diesem Zusammenhang auch, wann die Echtzeitfähigkeit einer Steuerung gegeben ist... 6 WS 2003/2004 Seite 1

2 1. Die wichtigsten Anforderungen an eine SPS ist schnelle Signalverar-beitung. Erläutern Sie ausführlich, welche Signale eine SPS verarbeiten kann und wie diese Verarbeitung funktioniert! zu Übertragen: analoge/digitale Signale (I/O) Digitale Signalverarbeitung: Signal digitale Eingangsbaugruppe Prozessabbild wird in RAM eingelesen (PAE) Abfrage des RAM während des Programmzyklus Prozessabbild wird geschrieben und am Ende des Zyklus auf die Ausgangsbaugruppen übertragen (PAA) dies gewährleistet einen sehr schnellen Datenzugriff bei einer Datenkonsistenz während jedes Zyklus Analoge Signalverarbeitung Signal (analog) über A/D Wandler in Analog-Eingangsbaugruppe Einlesen über Peripheriewörter Programmbearbeitung Digitale Speicherung auf Ausgangsperipherie Wort über D/A Wandler an Ausgangsbaugruppe (Analog) 2. Erklären Sie Sinn und Zweck der Sprung- und Bausteinfunktion und wie die Funktionen abgearbeitet wird. (Seite 18) Sprungfunktion: Die lineare Programmbearbeitung kann verlassen werden und an einer beliebigen anderen Stelle fortgesetzt werden. Absoluter Sprung: von Bedingung unabhängig wird immer ausgeführt bedingter Sprung: Sprung wird nur ausgeführt, wenn die Bedingung davor erfüllt ist, ansonsten wird die Bearbeitung im nächsten Netzwerk fortgesetzt Bausteinfunktion: Dient dem Aufruf der Codebausteine und zur Hantierung von Datenbau-steinen unterteilen in sinnvolle, strukturierte Abschnitte jede Bausteinfunktion sollte eigenen Einheit darstellen einfache Schnittstelle zueinander ändern bzw. wiederverwerten nicht möglich wiederverwerten von funktionellen Einheiten wird ermöglicht Programmänderungen werden vereinfacht Parametrierung einzelner Funktionen möglich man unterscheidet 3 Arten von Bausteinen: o Anwenderbausteine (Anwenderprogramm/-daten) OB Organisationsbaustein (werden vom Anwender programmiert aber vom Betriebssystem aufgerufen (Schnittstelle zwischen BS und Anwenderprogramm) FB Funktionsbausteine (sind programmierbar und werden mit Instanz Bausteinen aufgerufen) FC Funktionen (Sind parametrierbar und geben Funktionwert aus; Aufruf über CALL Befehl WS 2003/2004 Seite 2

3 o o DB Datenbaustein (stellen große Datenspeicher dar; erweiterte Merkerfunktion) Systembausteine (Systemprogramm/-daten) Standardbausteine (fertig zu beziehende Bausteine) 3. Erklären Sie detailliert: Wie funktioniert die zeitgesteuerte Programmbe-arbeitung? zeitgesteuert entspricht Ablaufgesteuert nächster Programmteil wird erst abgearbeitet, wenn voriger bereits abgear-beitet arbeitet Zeitkonform es gibt 5 Formen: S_IMPULS, S_VIMP, S_EVEREZ, S_SEVEREZ, S_AVERZ eine Zeitantwort gibt die Dauer des Impulses bzw. der Verzögerung an Programm wird so lang unterbrochen 4. Was ist der Unterschied zwischen Soft-SPS (PC) und Hard-SPS? Soft-SPS: kann abstürzen langsamer Fehler werden akzeptiert langsames Startprogramm softwaremäßige Simulation einer SPS Hard-SPS: absolute Fehlerfreiheit gefordert in Informatik und Hardware erweiterbar unempfindlich (Wärme, Nässe, elektromagnetische Felder, Elektrik) schnell!! eigener Prozessor 5. Was sind Prozessabbilder und wozu dienen sie? (Seite 9) Es gibt 2 Prozessabbilder o PAE Prozess Abbild der Eingänge (Das PAE ist eine Kopie der digitalen Eingangsbaugruppen dort werden die Zustände (0 oder 1) der Eingänge vor der Bearbeitung des Programms gespeichert) o PAA Prozess Abbild der Ausgänge (Dort werden alle Informationen, die während der Programmbearbeitung an die Ausgänge geschrieben werden gespeichert. Am Zykluskontrollpunkt (z.b. bei der Anweisung BE) wird das PAA an die digitalen Ausgangsbaugruppen übertragen) digitale Operanden, die im Programm mit E und A bezeichnet werden alle Operanden werden eingelesen und dem Arbeitsspeicher übergeben dient zur Schnelligkeit (Kommunikation: Prozessor Speicher) am Ende des Programms werden sie wieder ausgegeben (PAA) beim Programmablauf wird nie auf die Ein- und Ausgänge direkt, sondern immer nur auf Ihr Prozessabbild zugegriffen. Eigener Speicherbereich, auf den während eines Zyklus zugegriffen wird der Zustand eines Eingangs bleibt während eines Zyklus konstant, auch wenn er sich physikalisch geändert hat. Prozessabbilder sind ein Abbild der Parameter im Speicher Vor und Nachteile siehe nächste Seite oben! WS 2003/2004 Seite 3

4 Vorteile von Prozessabbildern Eingänge können bitweise abgefragt werden Ausgänge könne bitweise zugewiesen werden sie dienen einem schnelleren Zugriff auf die Daten, Programmbearbeitung wird schneller Datenkonsistenz während eines Zyklus Eingänge können auch gesetzt werden Ausgänge können auch abgefragt werden Nachteile von Prozessabbildern: höhere Reaktionszeit Änderungen die kleiner als die Zykluszeit sind können nicht an die Aus-gänge übertragen werden 6. Erläutern sie den Begriff zyklische Programmbearbeitung und deren Sinn und Zweck. (Seite 17) Zyklische Programmbearbeitung: keine zeitliche Berücksichtigung des Prozesses kann quasi parallel parallel einlesen und auslesen paralleles überprüfen aller Sensoren und Aktoren Bearbeitung eines Programms in einer endlosen Schleife man muss sich keine Gedanken über Organisation und Adressen des Programmspeichers machen Reorganisation des BS PAE einlesen Programmbearbeitung PAA ausgeben Die zyklische Programmbearbeitung ist die normale Programmbearbeitung bei SPS. Dabei wird der zeitliche Ablauf des Prozesses nicht berücksichtigt. Die SPS prüft gestellte Bedingungen ab und setzt bei Erfüllung die zugehörigen Ausgänge. Ein ganzer Programmdurchlauf erfolgt innerhalb eines Sekunden Bruchteils. Das hat den Vorteil, dass die SPS viele Sensoren und Aktoren quasi parallel steuern kann. 7. Erklären sie Sinn und Zweck der Bearbeitungsfunktion Durch verschiedene Bearbeitungsfunktionen erlaubt die Steuerung nicht nur eine sture Abarbeitung des Anwenderprogramms, sondern lässt auch noch andere Arten der Programmbearbeitung zu. Die zyklische Pogrammbearbeitung des Anwenderprogramms ist die vorwiegend genutzte Art der Programmbearbeitung, weitere Arten sind als Ergänzung anzusehen. Über die Bearbeitungsfunktionen kann der Anwender auf weitere bzw. spezielle Funktionalitäten der Steuerung zugreifen. 8. Nennen sie die Arten der Programmbearbeitung und je ein Beispiel. Aktiviert werden alle durch OB s Zyklische Programmbearbeitung z.b. Abarbeitung des Anwenderprogramms alarmgesteuerte Programmbearbeitung wenn bei einem bestimmten Wert (z.b. zu hoher Druck) etwas geschehen soll zeitgesteuerte Programmbearbeitung einmal pro Tag Messwert aufnehmen Lüfter soll 2 min nachlaufen WS 2003/2004 Seite 4

5 Anlaufverhalten Programmbearbeitung wenn vor in Betriebnahme einer Maschine z.b. alle Zylinder einfahren sollen oder zuerst Referenz angefahren werden soll Programmbearbeitung im Fehlerfall Notprogramm z.b. Stromversorgungsfehler in einer Baugruppe Ablaufgesteuerte Programmbearbeitung z.b. bei CNC Programmen ein zwingend zeitlicher Ablauf (warten bis Schritt beendet dann weiter) 9. Erläutern sie möglichst ausführlich, wie ein Programmierer bei der Er-stellung von SPS Programmen vorgehen soll. Eventuell Struktogramm erstellen Übersicht Ein- und Ausgänge definieren Symboltabelle erstellen Problem bzw. Aufgabe in Sinnvolle Bausteine gliedern nach der sich das Programm orientiert Programmorganisation festlegen, in der durch bedingte oder absolute Aufrufe eine geschachtelte Struktur entsteht (diese soll der technologischen Struktur des zu steuernden Befehls so nahe wie möglich kommen) Mögliche Fehler programmiertechnisch abfangen FMEA durchführen Objektorientierte Struktur möglichst keine zeitliche Abfolge (zyklisches Programm sinnvoll) 10. Erläutern Sie, welche Arten von Signalen mit einer SPS verarbeitet werden können und beschreiben Sie den Ablauf in der SPS vom Signal bis zur Information. digitale Signale: Spannung: 0 Volt logisch 0 24 Volt logisch 1 analoge Signale: 0 20 ma Kanltyp U (unipolar) 4 20 ma Kanaltyp LZ (life zero) 0 10 V Kanltyp U ma Kanaltyp B (bipolar) V Kanaltyp B (Signale von Bussystemen MPI, Profibus, LAN, Interbus und ASI) Ablauf: Reorganisation des BS PAE einlesen Programmbearbeitung PAA ausgeben Signalzustände der Eingänge E übernehmen Prozessabbild der Eingänge wird erneuert. Anwenderprogramm abarbeite das Anwenderprogramm wird Anweisung für Anweisung abgearbeitet. Bei Abfrage der Signalzustände der Eingänge wird auf Prozessabbild zugegriffen Signalzustände an Ausgänge A ausgeben das Prozessabbild der Ausgänge wird zu den Ausgängen übertragen (aktueller Zustand) WS 2003/2004 Seite 5

6 11. Erläutern sie in Stichworten die wesentlichen Merkmale einer SPS. Welche wesentlichen Anforderungen werden an eine SPS gestellt und wie werden diese erfüllt. Zyklische Programmbearbeitung Betriebssicherheit Echtzeitfähig Unabhängiges System SPS besitzt Notprogramm/Fehlerbearbeitung Einfaches schlankes Betriebssystem Einfachheit in der Programmierung Intelligente Baugruppen Objektorientierte Programmierung (Hochsprache) Mehrprozessorsteuerung Erweiterungsfähig S7 hat modularen Aufbau Kompatibel zu Bussystemen Resistenz gegen mech./elekt. Schwankungen (Schmutz, Felder, Vibration, Temperatur) 12. Erklären sie Sinn und Zweck der Zyklusüberwachungszeit. Erläutern sie in diesem Zusammenhang auch, wann die Echtzeitfähigkeit einer Steuerung gegeben ist. Steuerung schneller als der Prozess [= Echtzeitfähigkeit] Zyklusüberwachungszeit: Fehlererkennung SPS misst wie lange wird für die Durcharbeitung eines Programms benötigt Durchlaufzeit variiert, fast nicht theoretisch berechenbar CPU misst längste Zykluszeit WS 2003/2004 Seite 6