SPS-Programmierung mit IEC

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1 \ Karl-Heinz John Michael Tiegelkamp SPS-Programmierung mit IEC Konzepte und Programmiersprachen Anforderungen an Programmiersysteme Entscheidungshilfen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo HongKong Barcelona Budapest

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Gegenstand des Buchs Die Norm IEC Ziele und Nutzen der Norm 12 Hersteller (SPS- Hardware und -Software) 13 Anwender Geschichte und Bestandteile Organisation PLCopen Ziele Gremien und Arbeitsgebiete Ergebnisse 18 Zertifizierung 18 Austauschformat für Anwenderprogramme 19 2 Bausteine der IEC Einstieg in die neue Norm Aufbau von Bausteinen 22 Deklarationen von Variablen 22 Anweisungsteil einer POE Einführungsbeispiel in AWL SPS-Zuordnung Die Programmorganisationseinheit (POE) Elemente einer POE Beispiel Deklarationsteil 34 Variablenarten in POE-Typen 35 Merkmale der POE-Schnittstelle 36 Formalparameter und Rückgabewerte einer POE 37 Externer und interner Zugriff auf POE- Variablen Anweisungsteil 40

3 2 Inhaltsverzeichnis 2.4 Der Funktionsbaustein Instanziierang von Funktionsbausteinen 42 Was ist eine Instanz? 42 Instanz bedeutet Struktur" 44 Instanz bedeutet Gedächtnis" Wiederverwendbarkeit und Objektorientierung von FB Variablenarten in FBs Die Funktion Variablenarten in Funktionen und ihr Funktionswert Ausführungssteuerung mitenundeno Das Programm PROGRAM Aufrufe von Funktionen und Funktionsbausteinen Gegenseitiger Aufruf zwischen POEs Rekursive Aufrufe sind unzulässig Aufruf mit Formalparametern Aufrufe mit fehlenden oder vertauschten Eingangsparametern FB-Instanzen als FB-Aktualparameter 62 Beispiel für indirekten FB-Aufruf 63 FB-Instanznamen als Aktualparameter von Funktionen 65 Funktionswerte als Aktualparameter POE-Merkmalsübersicht 66 3 Variablen, Datentypen und gemeinsame Elemente Einfache Sprachelemente Reservierte Schlüsselworte Literale und Bezeichner Literale Bezeichner Bedeutung von Datentypen und Variablen Von direkten SPS-Adressen über Symbole zu Variablen Der Datentyp bestimmt Eigenschaften der Variablen Typgerechte Verwendung von Variablen Automatische Abbildung von Variablen auf die SPS Datentypen Elementare Datentypen Abgeleitete Datentypen (Typdefinition) 79 Zusätzliche Eigenschaften für Elementare Datentypen 80 Felder 83 Datenstrukturen 84 Anfangswerte bei Typdefinition Allgemeine Datentypen Variable Eingänge, Ausgänge und Merker als besondere Variablen Multielement-Variable: Felder und Strukturen Zuweisung von Anfangswerten bei Programmstart Attribute der Variablenarten Grafische Darstellung von Variablen-Deklarationen 97

4 Inhaltsverzeichnis 3 4 Die neuen Programmiersprachen der IEC Anweisungsliste AWL Anweisung in AWL Der universelle Akkumulator Anweisungsteil: Operatoren 106 Negierung des Operanden 106 Schachtelungsebenen durch Klammerung 106 Bedingte Ausführung von Operatoren Verwendung von Funktionen und Funktionsbausteinen 110 Aufruf von Funktionen 110 Aufruf von Funktionsbausteinen Beispiel AWL: Bergbahn Strukturierter Text ST Anweisung in ST Ausdruck als Teilanweisung in ST 118 Operanden 118 Operatoren 119 Funktionen als Operatoren Anweisung: Zuweisung Anweisung: Aufruf von Funktionsbausteinen Anweisung: Rücksprung (RETURN) Anweisung: Verzweigung, Multiauswahl 124 Alternativ-Verzweigung 124 Multiauswahl Anweisung: Wiederholung 127 WHILE- und REPEAT-Anweisungen 127 FOR-Anweisung 128 EXIT- Anweisung Beispiel Stereo-Rekorder Funktionsbausteinsprache FBS Netzwerke, grafische Elemente mit Verbindungen (KOP, FBS) 133 Netzwerkmarke 134 Netzwerkkommentar 134 Netzwerkgrafik Netzwerkaufbau in FBS Grafische Objekte in FBS 138 Verbindungen 139 Ausführungssteuerung (Sprünge) 139 Aufruf von Funktionen und Funktionsbausteinen Programmiertechnik in FBS 141 Werteberechnung 141 Rückkopplungsvariable Beispiel Stereo-Rekorder in FBS 143 Kommentierung der Netzwerke der Bsp und Bsp Kontaktplan KOP Netzwerke, grafische Elemente mit Verbindungen (KOP) Netzwerkaufbau in KOP 147

5 4 Inhaltsverzeichnis Grafische Objekte in KOP 148 Verbindungen 148 Kontakte und Spulen 149 Ausführungssteuerung 153 Aufruf von Funktionen und Funktionsbausteinen Programmiertechnik in KOP 155 Werteberechnung 155 Rückkopplungsvariable Beispiel KOP: Bergbahn 159 Kommentierung der Bergbahn- Netzwerke Ablaufsprache AS Aufbau durch Schritte und Transitionen Ablaufketten Detail-Beschreibung Schritte und Transitionen 173 Schritt 173 Transition Schrittbearbeitung durch Aktionsblöcke und Aktionen Detailbeschreibung Aktionen und Aktionsblöcke 182 Aktionen 182 Aktionsblock Zusammenhang von Schritt, Transition, Aktion und Aktionsblock Bestimmungszeichen und Ablaufsteuerung 190 Bestimmungszeichen 190 Ablaufsteuerung Beispiel Dino-Park 198 Kommentierung des Vergnügungspark-Netzwerks Standardisierte SPS-Funktionalität Standard-Funktionen Überladen und Erweitern 208 Überladen von Funktionen 208 Erweiterbarkeit von Funktionen Beispiele 211 Funktionen zur Typumwandlung 213 Numerische Funktionen 213 Arithmetische Funktionen 214 Schiebe-Funktionen 214 Bitfolge-Funktionen 215 Funktionen für Auswahl 216 Funktionen für Vergleich 217 Funktionen für Zeichenfolgen 218 Funktionen für Datentyp Zeit 219 Funktionen für Auf Zählungstypen Standard-Funktionsbausteine Beispiele 223 Bistabile Elemente (Flip-Flop und Semaphore) 225 Hankenerkennung 227 Vorwärts/Rückwärts-Zähler 229 Zeitgeber (Zeiten) 230

6 Inhaltsverzeichnis 5 6 Moderne SPS-Konfiguration Projekt-Strukturierung durch Konfigurationselemente Elemente einer realen SPS-Konfiguration Die Konfigurationselemente Aufgaben Die CONFIGURATION Die RESOURCE Die TASK mit Laufzeitprogramm Die ACCESS-Deklaration Konfigurations-Beispiel Kommunikation bei Konfigurationen und POEs Innovative SPS-Programmiersysteme Anforderungen an innovative Programmierwerkzeuge Technologischer Wandel Prozessorleistung Vollgrafische Bildschirm- und Druckausgaben Betriebssysteme Einheitliche Mensch-/Maschinen- Schnittstelle Rückübersetzung (Rückdokumentation) Keine Rückübersetzung Rückübersetzung mit Symbolik und Kommentaren Rückübersetzung inkl. Grafik- Information Quellcode in der SPS Sprachverträglichkeit Querübersetzbarkeit 256 Motivation für Querübersetzbarkeit 256 Unterschiedlicher Ansatz der grafischen und textuellen Sprachen 257 Unterschiede in den Sprachen beeinflussen die Querübersetzbarkeit 258 Einschränkungen bei KOP / FBS 259 Einschränkungen bei AWL /ST 259 Querübersetzbarkeit AWL / ST 260 Volle Querübersetzbarkeit nur durch Zusatzinformation erreichbar 260 Gütekriterien für die Querübersetzbarkeit Sprachunabhängigkeit aufgerufener POEs Dokumentation Querverweisliste Zuordnungsliste (Verdrahtungsliste) Kommentierbarkeit Projektverwaltung Test&Inbetriebnahme-Funktionen Programmtransfer Online-Änderung des Programms Fernbedienung Variablen- und Programm- Status Forcing 277

7 6 Inhaltsverzeichnis Programmtest Programmtest in Ablaufsprache Datenbausteine und Rezepturen FB-Verteilung in einem SPS-Netzwerk Diagnose, Fehlererkennung und - Reaktion 286 Allgemeines Fehlerkonzept der IEC Erweitertes Fehlermodell (nicht IEC) Hardware-Abhängigkeiten Offenheit für neue Funktionalität Austausch von Programmen und Daten Ergänzung durch weitere Softwarepakete Stärken der IEC Komfort und Sicherheit durch Variablen und Datentypen Bausteine mit erweiterten Möglichkeiten SPS-Konfiguration mit Laufzeitverhalten Einheitliche Sprachen Strukturierte SPS-Programme Trend zu offeneren SPS-Programmiersystemen Fazit Einkaufsberater für SPS-Programmiersysteme: Checklisten Checklisten zur Bewertung von SPS-Programmiersystemen Benutzung der Checklisten 300 Auswahl aller wichtigen Tabellen 301 Gewichtung der einzelnen Tabellen 301 Bewertung der Wichtigkeit einzelner Tabelleneinträge 301 Erfüllungsgrad dieser Einträge für das einzelne Programmiersystem 301 Korrellierung von Wichtigkeit und Erfüllung; Normierung 302 Berechnung der Eignungszahl für das jeweilige Programmiersystem Checklisten für SPS-Programmiersysteme Konformität zur IEC Sprachumfang, Rück- und Querübersetzbarkeit Werkzeuge Arbeitsumgebung, Offenheit und Dokumentation Allgemeines, Kosten Disketten-Inhalt 317 Demo-Version SUCOsoft S AWL- Beispiele 318 Einkaufsberater IEC Programmiersysteme Glossar Literaturverzeichnis 325

8 Inhaltsverzeichnis 7 A Standard-Funktionen 329 A.l Funktionen zur Typwandlung 330 A.2 Numerische Funktionen 331 A.3 Arithmetische Funktionen 332 A.4 Bitschiebe-Funktionen 333 A.5 Bitweise Boolesche Funktionen 334 A.6 Auswahl-Funktionen für Max., Min. und Grenzwert 335 A.7 Auswahl-Funktionen für Binäre Auswahl und Multiplexer 336 A.8 Vergleichs-Funktionen 338 A.9 Funktionen für Zeichenfolgen 339 АЛО Funktionen für Datentypen der Zeit 341 A.ll Funktionen für Datentypen der Aufzählung 342 В Standard-Funktionsbausteine 343 B.l Bistabile Elemente (Flip-Flops) und Semaphore 344 В.2 Flankenerkennung 346 B.3 Zähler 347 B.4 Zeitgeber (Zeiten) 349 С AWL-Beispiele 353 C.l Beispiel für FUNCTION 353 C.2 Beispiel für FUNCTION_BLOCK 355 C.3 Beispiel für PROGRAM 357 D Standard-Datentypen 363 E Fehlerursachen 363 F Implementierungsabhängige Parameter 365 G Beispiel einer AWL-Syntax 369 G.l Syntaxgraphen für AWL 370 G.2 AWL-Beispiel zu Syntaxgraphen 378 H Reservierte Schlüsselworte und Begrenzungszeichen 381 H.l Reservierte Schlüsselworte 381 H.2 Begrenzungszeichen 385