Vorwort. Matthias Seitz. Speicherprogrammierbare Steuerungen für die Fabrik- und Prozessautomation

Transkript

1 Vorwort Matthias Seitz Speicherprogrammierbare Steuerungen für die Fabrik- und Prozessautomation Strukturierte und objektorientierte SPS-Programmierung, Motion Control, Sicherheit, vertikale Integration ISBN (Buch): ISBN (E-Book): Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München

2 Vorwort Der Begriff Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) mag dem einen oder anderen ein wenig kompliziert oder sogar antiquiert vorkommen. Er beschreibt aber ein immer noch modernes und in der Industrie vielfach eingesetztes Automatisierungsgerät. Das vorliegende Buch will dem Leser einen Leitfaden an die Hand geben, wie er typische Aufgaben der Fabrik- und Prozessautomatisierung mit speicherprogrammierbaren Steuerungen lösen kann. Dabei wird sowohl der Systemaufbau als auch die Programmierung speicherprogrammierbarer Steuerungen behandelt. Zunächst wird der prinzipielle Hardware-Aufbau von SPSen in Kapitel 2 erläutert. Im weiteren Verlauf des Buchs wird die Zusammenschaltung mehrerer SPSen mit PCbasierten Systemen betrachtet. Damit wird einerseits die Bedienung und Beobachtung des automatisierten Prozesses möglich. Andererseits können dadurch komplexe Fertigungs- bzw. Prozessleitsysteme entstehen, die die Planung, Steuerung und Überwachung ganzer Produktionsbetriebe automatisieren (s. Kapitel 9). Für die Automatisierung von Fertigungsstraßen, in denen schnelle synchrone Bewegungen von Robotern, Förderbändern und Bearbeitungsmaschinen ausgeführt werden müssen, wird in Kapitel 7 das Zusammenspiel von SPSen mit Robot-Control-, Machine-Vision- und Motion- Control-Systemen behandelt. Somit erhält der Leser einen umfassenden Überblick über die gängigen Systemstrukturen industrieller Automatisierungssysteme. Im Mittelpunkt des Buchs steht dann aber die SPS-Programmierung nach IEC Sie ist nicht nur Grundlage zur Programmierung von SPSen, sondern von fast allen industriellen Automatisierungssystemen, angefangen von Prozessleitsystemen für die Prozessautomation über Motion-Control-Systeme in der Fertigungsautomatisierung bis hin zu einigen Mikrocomputern. Das Buch versucht, den Stoff anwendungsorientiert zu vermitteln. Dabei wird nur am Rande auf die Programmiersysteme einzelner Hersteller und deren Programmiersyntax eingegangen, sondern im Vordergrund steht die Umsetzung einer verbalen Aufgabenstellung in SPS-Software. Hierfür wird eine Systematik vorgestellt, die eine objektorientierte Softwarestrukturierung vorschlägt (s. Kapitel 3), verschiedene Entwurfsverfahren zum Logikentwurf beschreibt (s. Kapitel 4-7) und die Programmierung strukturiert (s. Kapitel 4+5) oder objektorientiert vornimmt (s. Kapitel 6). Um die Software zuverlässig und nachvollziehbar entwickeln zu können, wurden folgende Entwurfsverfahren aus der Informatik für SPS-Programme angepasst: Automatenentwurf zur Programmierung von Verknüpfungssteuerungen (s. Kapitel 4), Petri-Netze zur Programmierung paralleler Ablaufsteuerungen (s. Kapitel 5), Structured Analysis and Design Technique (SADT) zur Programmierung flexibler Rezeptsteuerungen (s. Kapitel 6).

3 6 Vorwort Da der Ingenieur auch Verantwortung für die Sicherheit der automatisierten Anlagen trägt, werden in Kapitel 8 Methoden zur Risikoeinschätzung, Fehlervermeidung und Fehlerbeherrschung beschrieben. Die vorliegende dritte Auflage wurde komplett überarbeitet. Die Beispiel- und Übungsprogramme wurden auf die neue Version 3 des SPS-Programmiersystems CoDeSys umgestellt. Alle Programme sind aber systemneutral konzipiert, d. h. sie können prinzipiell in jedem Programmiersystem (CoDeSys, STEP7 o.a.) so wie im Text beschrieben umgesetzt werden. Neu aufgenommen wurde das Kapitel 6 zur objektorientierten SPS- Programmierung. Zahlreiche Beispiele, Übungen und Wiederholungsfragen unterstützen den Leser beim Erlernen der erläuterten Methoden und Werkzeuge. Da die Firma 3S das Programmiersystem CoDeSys zum kostenlosen Download zur Verfügung stellt, wurden sämtliche Beispiele und Übungsaufgaben damit erstellt. Sie stehen auf der Internetseite zum Download und zur Simulation mit CoDeSys zur Verfügung ebenso wie eine Bausteinbibliothek für den praktischen Einsatz. Die Internetseite soll dem Leser als SPS- Lern- und -Übungsseite dienen, um mit Hilfe von Frage-Antwortspielen, Flash-Filmen zur Bedienungsanleitung, Beispielprogrammen und Übungsaufgaben Erfahrung im System- und Programmentwurf für SPSen zu gewinnen. In diesem Zusammenhang bedanke ich mich bei der Firma 3S Smart Software Solutions GmbH für die Bereitstellung des SPS-Programmiersystems CoDeSys und bei den Firmen ABB, NetXautomation, Siemens, TheImagingScource und Wonderware für die Bereitstellung von Software und Bildmaterial. Insbesondere gilt mein Dank Herrn H.-P. Gahr von der Ausbildungsabteilung der BASF für Informationen zu der TeKa-Demonstrationsanlage und Herrn Dipl.-Ing. U. Jülly von der Firma HIMA Paul Hildebrand GmbH für Informationen über sicherheitsgerichtete SPSen. Herrn Dr. M. Feuchte und Frau Dipl.-Ing. F. Kaufmann vom Hanser Verlag danke ich herzlich für die Übernahme des Lektorats bzw. die Herstellung des Buchs. Besonderen Dank für viele fruchtbare Diskussionen und die Durchsicht von Teilen des Manuskripts verdienen mein Vater Dipl.-Ing. M. Seitz, Frau Prof. Dr. A. Weigl-Seitz und Herr Prof. Dr. K. Kleinmann von der Hochschule Darmstadt sowie meine Kollegen von der Hochschule Mannheim Prof. Dr. C. Hübner, Prof. Dr. M. Junker, Prof. Dr. G. Lipphardt, Prof. Dr. G. van de Logt und nicht zuletzt Herr Dipl.-Ing. H. Peter, Laborbetriebsleiter des Instituts für Automatisierungssysteme, mit dem mich eine enge Zusammenarbeit auf dem Gebiet der SPS-Technik verbindet. Schließlich gilt mein Dank meinen Studierenden für die Mitarbeit an den Programmierübungen und den vielen Lesern, die durch ihre Rückmeldungen zur Verbesserung der Darstellung und Korrektur von Fehlern beigetragen haben. Mannheim, Juni 2012 Matthias Seitz

4 Leseprobe Matthias Seitz Speicherprogrammierbare Steuerungen für die Fabrik- und Prozessautomation Strukturierte und objektorientierte SPS-Programmierung, Motion Control, Sicherheit, vertikale Integration ISBN (Buch): ISBN (E-Book): Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München

5 2 Aufbau und Strukturen industrieller Steuerungen In einem Automatisierungsprojekt ist die Hardware des Steuerungssystems so auszuwählen, dass sie auf die Anforderungen der Aufgabe zugeschnitten ist. Hierfür ist es notwendig, den Aufbau der wichtigsten Komponenten und die Strukturen des Steuerungssystems zu kennen. Deshalb werden im Folgenden Aufbau und Strukturen verschiedener SPS-Arten und ihre grundsätzliche Informationsverarbeitung beschrieben. Im Anschluss daran werden Verdrahtungskonzepte vorgestellt, um Sensoren und Aktoren entweder über Gleichstromkreise oder mit Feldbustechnik an die Steuerung anzuschließen. Schließlich wird das Zusammenspiel zwischen Steuerungen und Prozessvisualisierungssystemen erläutert, damit der Bediener die Möglichkeit hat, den Prozess über die Steuerung zu bedienen und zu beobachten. 2.1 Aufbau einer SPS Eine klassische SPS besteht aus den in Bild 2.1 dargestellten Hardwaremodulen. Die Stromversorgungskarte PS (Power Supply) wandelt die Netzspannung in eine 24-V- Gleichspannung, mit der die Elektronik der SPS versorgt wird. SPS PS Zentralbaugruppe (CPU) μp RAM EEP- ROM RS ETH serielles Kabel PG alternativ: Ethernet Programmiergerät (PG) interner Daten- und Adressbus BE BA AE AA FB Feldbus, z.b. Profibus Öffner Schließer Ventil Motor Transmitter Regler M Bild 2.1: Hardwareaufbau einer SPS mit Stromversorgung (PS), μp, RAM, EEPROM, serieller (RS) bzw. Ethernet-Schnittstelle (ETH) auf einer Zentralbaugruppe und binären Ein- (BE) und Ausgangskarten (BA) sowie analogen Ein- (AE) und Ausgangskarten (AA) und Feldbusschnittstellen (FB) Das Kernstück ist die Zentralbaugruppe oder CPU (Central Processing Unit) mit einem Mikroprozessor (μp) zum Ausführen der Steuerungsprogramme. Die aktuell im μp abgearbeiteten Programme stehen online im Arbeitsspeicher (Random Access Memory, RAM) zur Verfügung. Außerdem werden im RAM die von den Programmen benötigten Variablenwerte gespeichert. Der Speicherinhalt des RAMs geht aber bei Spannungsausfall verloren. Anstatt einer Festplatte besitzt die SPS ein EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), in dem alle Anwender- und Betriebssystemprogram-

6 2.1 Aufbau einer SPS 25 me wie in einem Archiv offline gespeichert werden können. Der EEPROM ist häufig als steckbare Memory-Card, wie man sie von Digitalkameras kennt, realisiert. Bei Ausführung eines Programms wird es vom EEPROM in den RAM kopiert, wo die CPU schnellen Zugriff auf das Programm hat. Der Speicherinhalt des EEPROMs bleibt bei Spannungsausfall erhalten [91]. Eine weitere Besonderheit einer SPS sind die Ein-/Ausgangskarten zum Einlesen von Sensorinformationen und zum Ausgeben von Befehlen an die Aktoren. Dabei wird ein Sensor oder Aktor mit zwei Leitungen zum Aufbau eines Gleichstromkreises an eine binäre bzw. analoge Ein-/Ausgangskarte angeschlossen. Für die Ankopplung busfähiger Sensoren und Aktoren verfügt die SPS über Feldbusschnittstellenkarten (s. Abschnitte 2.4, 2.5). Der interne Daten- und Adressbus verbindet die Module der SPS und ermöglicht den Datenaustausch zwischen ihnen. Das Programmiergerät (PG) wird über eine serielle oder eine Ethernet-Schnittstelle an die SPS angekoppelt. Ethernet ermöglicht auch die Ankopplung an andere SPSen oder an ein Visualisierungssystem zum Bedienen und Beobachten des Prozesses (s. Abschnitt 2.6). Programmiergerät (PG) Das Programmiergerät ist ein PC oder Notebook. Es dient hauptsächlich zur Erstellung der Anwenderprogramme, also zur Programmierung des zu automatisierenden Prozesses etwa in Form des in Bild 1.9 dargestellten Programms. Hierfür befindet sich auf dem Programmiergerät eine spezielle Software, die sog. Programmierumgebung, die das Programmieren in festgelegten Programmiersprachen ermöglicht. Die damit vom Anwender erstellten Programme werden in SPS-spezifischen Code übersetzt und an die SPS übertragen. Dieses Laden der Programme in die SPS verursacht im Allgemeinen, dass die laufenden Programme gestoppt und die Variablen neu initialisiert werden. Deshalb ist entweder an der SPS ein Schlüsselschalter angebracht oder das Programmiersystem ist mit einem Password gesichert, damit der Zugriff auf die SPS nur für einen autorisierten Bediener möglich ist. Um zu verhindern, dass z. B. während einer Reparatur unerwünscht von der SPS ein Programm abgefahren wird, verfügen die meisten SPSen über einen RUN/STOP-Wahlschalter [76]. In der Betriebsart STOP werden alle laufenden Programme angehalten und die SPS-Ausgänge stromlos geschaltet. Einige SPSen erlauben wahlweise auch einen Online-Change, bei dem nur Änderungen übersetzt und ohne Anhalten der Steuerung oder Verlust der Variablenwerte geladen werden [1]. In jedem Fall sollten die Programme zunächst auf dem Programmiergerät simuliert und ggf. korrigiert werden, bevor sie in die SPS geladen werden und eine eventuell empfindliche Anlage steuern. Anzeige- und Bedienkomponente (ABK) Außerdem laufen auf dem PC bestimmte Programme als Daten-Server, die die SPS- Daten für andere Anwendungen zur Verfügung stellen. Anzeige- und Bedienkomponenten (ABKen) greifen auf die Daten aus der SPS zu, um Prozesszustände anzuzeigen und Bedieneingriffe wirksam zu machen. Aufbau und Funktionsweise solcher ABKen werden im Abschnitt 2.6 beschrieben. Der Aufbau einer SPS ist demnach von den Feldgeräten ebenso wenig zu trennen wie von Programmiergerät und Anzeige- und Bedienkomponenten.

7 26 2 Aufbau und Strukturen industrieller Steuerungen PG ABK ABK Anzeige- und Bediendatenbus, z.b. Ethernet TCP/IP SPS 1 Steuerdatenbus, z.b. ProfiNet μp RAM EEP- ROM E T H F B SPS 2 SPS 3 Feldbus, z.b. Profibus BE BA AE AA dezentrale Peripherie (Remote I/O) Feldbus, z.b. CAN M M M konventionelle Feldgeräte busfähige Feldgeräte Bild 2.2: Struktur eines modernen Steuerungssystems mit Feldbustechnik oder Remote I/O, mehreren SPSen sowie Anzeige- und Bedienkomponenten (ABK) Im Zuge immer komplexerer Anwendungen entstehen somit Systemstrukturen wie in Bild 2.2. Diese bestehen beispielsweise aus mehreren SPSen, die über einen Steuerdatenbus kommunizieren können. Das Programmiergerät kann anstatt über die serielle Schnittstelle auch über eine Busschnittstelle mit an den Anzeige- und Bediendatenbus angekoppelt werden und dadurch ebenso wie die Anzeige- und Bedienkomponenten mit den SPSen Daten austauschen. Die Feldgeräte können auf unterschiedliche Arten an die SPS angekoppelt werden: konventionell durch Kupferdrahtleitungen (s. Bild 2.2 links), über Feldbus, was jedoch busfähige Feldgeräte erfordert (s. Bild 2.2 rechts), über eine dezentrale Peripherie (Remote-I/O), die einerseits über Feldbus mit der SPS verbunden ist und andererseits nicht busfähige Feldgeräte über dezentrale E/A-Karten anbindet (s. Bild 2.2 Mitte). 2.2 SPS-Arten Man unterscheidet drei verschiedene Aufbauarten bei SPSen, nämlich als: Hardware-SPS, Slot-SPS und Soft-SPS. Der im vorigen Abschnitt beschriebene Aufbau einer SPS bezieht sich auf die klassische Aufbauform einer Hardware-SPS. Ihre Komponenten sind als Einsteckkarten in einem Schaltschrank oder Gehäuse angeordnet. Über einen Rückwandbus sind die Einsteckkarten miteinander verbunden. Im Allgemeinen gibt es eine gemeinsame Zentralbaugruppe mit μp, RAM und EEPROM. Außerdem gibt es Einsteckkarten zur Feldbusankopplung oder mit klassischen Eingangs- und Ausgangs-Kanälen zur Verdrahtung der

8 2.2 SPS-Arten 27 Sensoren und Aktoren. Eine Hardware-SPS bedarf eines externen PCs als Programmiergerät (vgl. Bild 2.1). Eine Slot-SPS ist eine Einsteckkarte für den PC, die alle Module einer SPS enthält. Anstatt einer CPU besitzt sie einen Co-Prozessor, auf dem ein eigenes multitaskingfähiges Betriebssystem mit einem multi-ported RAM (für PC und SPS zugänglicher, gemeinsamer Speicher) läuft. Außerdem befindet sich auf der Slot-SPS eine Feldbuskopplung zur Anbindung der Sensoren und Aktoren. Im Grunde nutzt also die Slot-SPS lediglich die Stromversorgung des PCs. Durch den multi-ported RAM können die CPU des PCs und der Co-Prozessor der Slot-SPS aber gleichzeitig auf den RAM zugreifen, was den Datenaustausch zwischen beiden vereinfacht. Eine Soft-SPS ist dagegen reine Software, die komplett auf der CPU eines PCs läuft. Die Soft-SPS nutzt die Hardware des Host-PCs. Über die Internetseite 1 zu diesem Buch ist die Soft-SPS CoDeSys der Firma 3S-Smart Software Solutions verfügbar, mit der der Leser SPS-Programme erstellen und in Simulation testen kann. Zur Ankopplung realer Sensoren und Aktoren wäre eine Einsteckkarte zur Feldbuskopplung notwendig, die mit einem Prozessor zur Buskommunikation ausgestattet ist. Vor- und Nachteile PC-basierter SPSen Die Vorteile der SPS im PC ergeben sich hauptsächlich dadurch, dass die rasante Entwicklung der PC-Leistung für SPSen genutzt werden kann: PC-basierte Steuerungen erreichen höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten als Hardware-SPSen [12]. Ein PC kann zur Steuerung, Programmierung und Visualisierung verwendet werden. Somit ergeben sich preisgünstigere, einfachere und durchgängige Systemstrukturen, mit denen der Anwender gewohnt ist umzugehen. Es entstehen offenere Systeme, weil der Datenaustausch auf einer einheitlichen Plattform unter Windows standardisiert wird. Somit wird die Ankopplung von Bedien- und Beobachtungssystemen sowie von übergeordneten Planungssystemen an die SPS vereinfacht. Neben diesen Vorteilen muss der PC aber auch die industriellen Anforderungen erfüllen, wie z. B. Robustheit des Betriebssystems, Echtzeitfähigkeit, Kommunikationsstandards für E/A-Anbindung, Funktionssicherheit, EMV (elektromagnetische Verträglichkeit), Ex-Schutz (Explosionsschutz in Chemiebetrieben), Temperaturüberwachung und USV (unterbrechungsfreie Spannungsversorgung). Insbesondere bei der Soft-SPS besteht die Gefahr, dass die SPS-Programme von anderen im PC ablaufenden Programmen gestört werden, was im industriellen Einsatz nicht toleriert werden kann. Durch Einsatz von Industrie-PCs mit Echtzeit-Kernel-Betriebssystemen, die die Abarbeitung der Programme in Echtzeit gewährleisten, werden diese Anforderungen zunehmend erfüllt [84]. Dennoch ist die konventionelle SPS-Hardware für kleinere Steuerungsaufgaben, z. B. zur Gebäudeautomatisierung, häufig kostengünstiger, wenn kein Visualisierungssystem zusätzlich zur SPS gebraucht wird. 1 (Weitere Hinweise zur Installation von CoDeSys und zum Inhalt der Internetseite finden Sie auf der letzten Seite dieses Buchs.)

9 28 2 Aufbau und Strukturen industrieller Steuerungen 2.3 Informationsverarbeitung in der SPS Die Informationsverarbeitung in einer SPS verläuft zyklisch. Die Verarbeitungsschritte lassen sich vereinfacht wie in Bild 2.3 dargestellt mit dem EVA-Prinzip beschreiben: Einlesen der Sensordaten, Verarbeiten der Informationen im SPS-Programm und Ausgeben der Stellsignale an die Aktoren. Die Messsignale von den Sensoren werden zunächst in den Eingangskarten elektronisch angepasst. Die CPU fragt nacheinander alle Eingangskanäle ab und legt die Eingangsdaten zunächst im Arbeitsspeicher (RAM) ab. Dieser Speicherbereich wird auch Eingangsabbild genannt, weil die hier abgelegten Eingangsdaten nicht die aktuellen, sondern die zum Abtastzeitpunkt anliegenden Daten sind. Die Programme werden dann von der CPU jeweils Schritt für Schritt abgearbeitet. Dabei werden die im Arbeitsspeicher abgelegten Operationen, wie LD (LOAD), AND und ST (STORE) in Bild 2.3, einzeln adressiert, interpretiert und mit den angegebenen Operatoren ausgeführt. Die Operatoren können direkte Adressen des Ein- oder Ausgangsabbilds sein, sollten aber im Allgemeinen als Variablen (z. B. A, B, C in Bild 2.3) deklariert werden. Prinzipiell werden in einem Programm nicht nur Daten des Einund Ausgangsabbildes, sondern auch Parameter und Zwischenwerte, wie Zählerstände, Sollwerte, Zustände etc., verarbeitet und im RAM gespeichert. Wenn ein Programm Stellwerte für die Aktoren der Anlage berechnet, werden diese im Ausgangsabbild des Datenspeichers abgelegt. E/A- Karten. K. a. n. ä. l. e Prozessor (μp) Einlesen Verarbeiten 000 LD A 001 AND B 002 ST C 999 Ausgeben Arbeitsspeicher Datenspeicher (Ein-/Ausgangsabbild, Variablen) Programmspeicher (Anwenderrogramme) Systemspeicher (Systemprogramme aus Betriebssystem) Bild 2.3: Signalverarbeitung und Arbeitsweise einer SPS Erst nach Abarbeitung aller Programme werden die im Ausgangsabbild abgelegten Stellwerte nacheinander an die Ausgangskanäle übertragen. Dabei erfolgt wiederum eine elektronische Anpassung. Der Arbeitsspeicher lässt sich also wie in Bild 2.3 dargestellt in drei Teile gliedern: den Datenspeicher mit Ein- und Ausgangsabbild sowie den verwendeten Variablen,

10 2.4 Konventionelle Anbindung der Feldgeräte 29 den Programmspeicher mit den aktuell abzuarbeitenden Anwenderprogrammen und den Systemspeicher mit den benötigten SPS-internen Systemprogrammen. Wie Sensordaten eingelesen und Stellsignale ausgegeben werden, beschreiben die folgenden Abschnitte. 2.4 Konventionelle Anbindung der Feldgeräte Feldgeräte werden häufig durch zwei Kupferleitungen an Kanäle der Ein- und Ausgangskarten angeschlossen. Dadurch werden Stromkreise aufgebaut, in denen die Signale von den Sensoren bzw. zu den Aktoren als Gleichströme oder Gleichsspannungen übertragen werden Binäre Eingänge der SPS Eine binäre Eingangskarte (BE) kann zwischen einem hohen und einem niedrigen Pegel der anliegenden Eingangsspannung unterscheiden. Wie in Bild 2.4 skizziert wird die Eingangskarte von einer 24-V-Gleichspannung (DC) versorgt. Ist der Schalter geschlossen, liegt also innerhalb gewisser Toleranzen ein Spannungspegel von 24 V am Eingangskanal an. Bei geöffnetem Schalter liegt dagegen ein Spannungspegel von 0 V an. Die Spannung wird durch ein RC-Filter von überlagertem Rauschen entstört. Das Filter dient auch als Verzögerung des Eingangssignals, um Störungen durch Schalterprellen zu unterdrücken. Anschließend wird das Eingangssignal durch einen Optokoppler von der restlichen Verarbeitungselektronik galvanisch getrennt. Somit können keine Ausgleichsströme zwischen dem Sensor und dem Steuerkreis fließen. Schließlich wird das Eingangssignal durch einen Schwellwertschalter (Triggerstufe) einem High- (5 V) bzw. Low-Zustand (0 V) zugeordnet. Bei einem Spannungspegel von 5 V interpretiert die Elektronik die binäre Information als TRUE, bei einem Spannungspegel von 0 V dagegen als FALSE [7, 88]. Einige SPS arbeiten heutzutage zur Energieeinsparung nur noch mit einem Spannungspegel von 3, 3 V für den High-Zustand. Bei einem Zustandswechsel eines binären Sensors erzeugt also dessen Elektronik wie in Bild 2.4 ein Signal, das die binäre Eingangskarte einliest. binärer Sensor (z.b. Niveauschalter) binäre Eingangskarte RC- Filter galv. Trennung Triggerstufe 5V interner Bus 0V 24 V DC 24 V DC oder 230 V AC Schaltraum Bild 2.4: Ankopplung eines Sensors an eine binäre Eingangskarte

11 30 2 Aufbau und Strukturen industrieller Steuerungen Beispiel 2.1: Binäre Eingangskarte Wird der Niveauschalter in Bild 2.4 von Flüssigkeit bedeckt, zieht das Relais in seiner Elektronik an, und der Schalter im Messkreis der binären Eingangskarte wird geschlossen. Der Messkreis wird von der SPS mit 24 V Gleichspannung versorgt, die an den Eingangsklemmen der Karte anliegt. Durch Triggerstufe, Filter und galvanische Trennung wird das Signal in ein 5-V-Spannungssignal umgewandelt und in der SPS als Boole scher Datenwert TRUE interpretiert Binäre Ausgänge der SPS Binäre Ausgangskarten erzeugen aus den Boole schen Ausgangsvariablen mit TRUEoder FALSE-Werten ein Spannungssignal von 5 V bzw. 0 V. Wie in Bild 2.5 skizziert verfügen binäre Ausgangskarten ebenso wie die Eingangskarten über Optokoppler zur galvanischen Trennung. Darüber hinaus sorgen Signalverstärker zusammen mit einem Transistor für die Anpassung an den 24-V-Pegel, denn bei einem TRUE-Signal schließt der Transistor den Stromkreis und bei einem FALSE-Signal öffnet er ihn. Der Nachteil dieser reinen Transistorausgänge ist, dass sie nur einen Ausgangsstrom von bis zu 0, 5 A zur Ansteuerung von Lampen, kleinerer Schütze und Magnetventile ausgeben können. Dagegen können sog. Relaisausgangskarten einen Ausgangsstrom bis 2 A ausgeben und damit auch größere Antriebe ansteuern. Hierfür besitzen diese Relaisausgangskarten wie in Bild 2.5 dargestellt zusätzlich zu dem Transistor noch ein Relais, dessen Schalter im Ausgangsstromkreis auch mit höheren Schaltspannungen, wie z. B. mit 230 V und Wechselstrom (AC), betrieben werden kann [21, 7, 88]. L1 L2 L3 binäre Ausgangskarte A1 Verstärker Transistor galv. Trennung interner Bus Hauptschütz A2 M 24 V DC Schaltraum Bild 2.5: Motoransteuerung durch eine binäre Ausgangskarte Beispiel 2.2: Binäre Ausgangskarte Um den Dreiphasenmotor in Bild 2.5 zu aktivieren, steuert das Stellsignal der SPS in der binären Ausgangskarte eine Transistor an. Dadurch wird das Relais A1 mit Strom versorgt und der Relaiskontakt im externen Stromkreis geschlossen. Dies hat zur Folge, dass auch die Relais-Spule A2 mit Strom versorgt und der Hauptschütz umgelegt wird. Der Motor ist jetzt mit den drei Phasen der Drehstromversorgung verbunden und läuft an. Damit beim Ausschalten der Entladestrom des Relais den Transistor nicht zerstört, wird eine Diode in Sperrrichtung parallel zu ihm geschaltet.

12 2.4 Konventionelle Anbindung der Feldgeräte Analoge Eingänge der SPS Ein Messumformer wandelt die physikalische Messgröße (z. B. Füllstand, Druck, Durchfluss, Temperatur etc.) eines analogen Sensors in ein elektrisches Strom- oder Spannungssignal um, das im Allgemeinen über zwei Leitungen auf den entsprechenden Kanal einer Analogeingangsbaugruppe geführt wird. Stromsignale haben den Vorteil, dass sie von den Spannungsabfällen an den Leitungswiderständen unbeeinflusst bleiben. Grundsätzlich unterscheidet man aktive und passive Sensoren. Passive Sensoren werden von der SPS mit 24 V und Gleichstrom (DC) versorgt, aktive Sensoren besitzen eine eigene, autarke Spannungsversorgung. Beispiel 2.3: Analoge Eingangskarte Zur Temperaturmessung in einem Behälter wird ein Thermoelement eingesetzt. Ein Messumformer wandelt die relativ schwache Thermospannung in ein Stromsignal I E um. Die Versorgung des Sensors erfolgt gemäß Bild 2.6 über die Klemmen der SPS mit einer 24-V-Gleichspannung. Der Messumformer liefert in Abhängigkeit der Temperatur einen Strom I E, der zwischen 4 ma und 20 ma liegt [75]. Der Vorteil dieses mA-Signals liegt darin, dass ein Drahtbruch, der I E = 0 ma zur Folge hätte, eindeutig erkannt werden kann. Wenn die Temperatur dagegen nur etwas unter dem Messbereichsanfangswert oder über dem Messbereichsendwert liegt, äußert sich das dadurch, dass der Eingangsstrom etwas niedriger als 4 ma bzw. etwas höher als 20 ma liegt. analoger Sensor (z. B. Thermoelement) Messumformer U T I E analoge Eingangskarte A R E U E galv. Trennung x W interner Bus D I Schaltraum 24 V DC Bild 2.6: Zweileiterschaltung zwischen einem analogen Sensor und einer analogen Eingangskarte Bei der in Bild 2.6 dargestellten Zweileiterschaltung reichen also zwei Verbindungskabel aus, um sowohl die Energieversorgung des Sensors als auch die Information des Sensorsignals in die SPS zu übertragen. Einige Sensoren, wie z. B. Widerstandsthermometer, erfordern aufgrund von Genauigkeitsanforderungen eine getrennte Übertragung der Information und Energie mittels vier Verbindungsleitungen [78]. Bei einer Vierleiterschaltung (vgl. Bild 2.15b) dienen zwei der vier Leiter als Versorgungsleitung und die beiden anderen als Messleitung. Über die Messleitung fließt nun ein so geringer Strom, dass das Messergebnis infolge der Leitungswiderstände kaum verfälscht wird (vgl. Übung 2.1). Die analoge Eingangskarte führt für jeden Kanal eine Analog-/Digital-Umwandlung des Eingangsstroms I E durch. Der digitalisierte Messwert x W wird nach der galvanischen Trennung gemäß Tabelle 2.1 als 16-Bit-Datenwort im Eingangsabbild des Arbeitsspeichers abgelegt. Je nach Bedarf gibt es Karten mit 10-, 12- oder 16-Bit-Eingängen. Beispiel 2.4: Einlesen eines Analogwerts Das analoge Eingangsstromsignal I E (vgl. Bild 2.6) wird durch eine 16-Bit-Analog-/Digital-Wandlung als Datenwort x W im Eingangsabbild des SPS-Arbeitsspeichers abgelegt. Der Stromnennbereich liegt

13 32 2 Aufbau und Strukturen industrieller Steuerungen Tabelle 2.1: Umwandlung eines analogen Stromsignals I E in die digitale Größe x W, die sowohl dezimal als auch in Form eines 16-Bit-Datenwortes angegeben ist I E x W Eingangsdatenwort x W [ma] dezimal VZ >22, , , , , , , , <1, zwischen 4 und 20 ma und ist proportional zum physikalischen Messbereich des Sensors. Aus dem Eingangsstrom I E ergibt sich ebenfalls ein proportionaler Wert des digitalen Datenworts x W = I E 4mA (2.1) 16 ma In Tabelle 2.1 sind die zugehörigen Bits des digitalen Datenwortes x W dargestellt. Ein Bit entspricht demnach einem Strom von I E = (20 4) ma/27648 = 0, 58 μa. Außerhalb des eingerahmten Nennbereichs wird eine gewisse Über- bzw. Untersteuerung linear verarbeitet. Ströme größer als 22, 81 ma oder kleiner als 1, 852 ma werden jedoch als Über- bzw. Unterlauf gekennzeichnet, indem der größte bzw. kleinste 16-Bit-Wert verarbeitet wird. Dadurch wird also ein Drahtbruch bei I E = 0 ma eindeutig durch den Wert x W = erkannt Analoge Ausgänge der SPS Zur Ansteuerung eines analogen Stellgliedes, wie z. B. des kontinuierlich verstellbaren Regelventils in Bild 2.7, gibt die SPS den berechneten analogen Stellwert über eine Analogausgangsbaugruppe aus. Auch hier führt die Karte eine galvanische Trennung und dann eine Digital-/Analog-Umwandlung durch, um ein Strom- oder Spannungssignal für den Aktor zu erzeugen. P I Zuluft I A analoge Ausgangskarte D galv. Trennung y W interner Bus Positioner A Regelventil (federkraftschließend) Schaltraum 24 V DC Bild 2.7: Ansteuerung eines Regelventils an eine analoge Ausgangskarte Beispiel 2.5: Analoge Ausgangskarte Es soll der Öffnungsgrad für das Regelventil in Bild 2.7 als analoger Stellwert von der SPS vorgegeben werden. Der Öffnungsgrad wird von einem elektropneumatischen Umsetzer, einem sog. P/I-Positioner, vorgegeben und kann zwischen 0 und 100 % variieren. Zunächst wird vom Programm der digitale Wert

14 2.5 Busankopplung der Feldgeräte 33 y W als Stellwert für das Regelventil ermittelt und wie in Tabelle 2.1 dargestellt als 16-Bit-Datenwort im Ausgangsabbild abgespeichert. Nach galvanischer Trennung wird das digitale Datenwort durch einen Digital-/Analog-Wandler, der von der 24-V-Versorgung der SPS gespeist wird, in ein analoges Stromsignal I A gewandelt. Normalerweise arbeiten Regelventile auch in einem Signalbereich von ma, denn der ausgegebene Strom wird häufig wieder zur Kontrolle in die SPS zurückgemeldet. Bei einem Strom von 4 ma führt der Positioner keine Bewegung aus, aber die Federkraft schließt das Ventil. Dagegen bewirkt ein Strom größer als 4 ma eine Bewegung des Positioners gegen die Federkraft, d. h. bei 20 ma öffnet der Positioner das Ventil vollständig. Der Ausgangsstrom 16 ma I A = y W +4mA (2.2) ergibt sich also aus dem Ausgangsdatenwort y W. Die in diesem Abschnitt beschriebenen Möglichkeiten, binäre und analoge Signale in die SPS einzulesen oder von der SPS auszugeben, sind jedoch mit einem großen Verkabelungsaufwand verbunden, denn für jedes Signal sind mindestens zwei, wenn nicht sogar vier Leitungen zu verlegen. Insbesondere bei komplexen Anlagen mit langen Leitungswegen (z. B. Chemieanlagen, Pipelines etc.) entsteht ein erheblicher Material- und Verdrahtungsaufwand, der durch die moderne Feldbustechnik reduziert werden kann. Trotzdem wird auch die klassische Zwei- und Vierleitertechnik nicht aussterben, da sie für kleinere kompakte Anlagen eine einfache und sehr zuverlässige Kopplungsmöglichkeit darstellt. 2.5 Busankopplung der Feldgeräte Ein großer Vorteil von Feldbussystemen besteht darin, elektrische Kabel und Leitungen einzusparen. Während bei der klassischen Zwei- und Vierleitertechnik für jedes Signal diverse Kabel aus der Anlage in den Schaltraum verlegt werden müssen, ist es mit dem Feldbus möglich, die Signale zahlreicher Feldgeräte über eine einzige Busleitung zu übertragen Feldbussysteme und -strukturen In der klassischen Verdrahtungstechnik muss eine Sortierung der Leitungen von den räumlich benachbarten Sensoren und Aktoren in der Anlage zu den funktional zusammenhängenden Ein- und Ausgangskanälen der SPS erfolgen. Wie in Bild 2.8a dargestellt werden räumlich benachbarte Einzelleitungen von den Feldgeräten in einem Feldverteiler zu einem Stammkabel zusammengefasst und in den Schaltraum verlegt. Dort werden die Einzelleitungen in einem Rangierverteiler erneut aufgelegt und geordnet. Diese Umverdrahtung ist notwendig, weil die in der Anlage räumlich benachbarten Leitungen nun im Schaltschrank funktional in der Reihenfolge zusammengefasst werden müssen, in der sie mit den E/A-Kanälen der SPS verbunden werden. Für Feldgeräte in explosionsgefährdeten Anlagenteilen sind Trennverstärker zwischen SPS und Rangierung erforderlich, die die Steuerkreise im Schaltraum von denen in explosionsgefährdeten Bereichen galvanisch trennen [95]. Mit der Feldbustechnik (s. Bild 2.8c) werden nun Feldgeräte und SPS an eine Busleitung angeschlossen. Auch hier muss ggf. eine Umsetzung zwischen zwei Bussystemen erfolgen, um den explosionsgefährdeten vom nicht explosionsgefährdeten Bereich galvanisch zu trennen. Voraussetzung für eine Feldbusankopplung ist aber, dass die Feldgeräte über einen Mikrocontroller mit busfähiger Schnittstelle verfügen. Dies ist bei den meisten älteren Feldgeräten nicht der Fall.

15 Stichwortverzeichnis Matthias Seitz Speicherprogrammierbare Steuerungen für die Fabrik- und Prozessautomation Strukturierte und objektorientierte SPS-Programmierung, Motion Control, Sicherheit, vertikale Integration ISBN (Buch): ISBN (E-Book): Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München

16 Stichwortverzeichnis 1oo2-Systeme, 208 2oo2-Systeme, 208 2oo3-Systeme, 208 2oo4-Systeme, 209 ABBRUCH, 133 Ablauf-Typical, 158 Ablaufsprache, 59, 62, 123 Ablaufsteuerung, 122, 128, 157 Abtastzeit, 112 Abtastzyklus, 112 Acknowledge, 209 ACTION, 123, 129, 164, 195 AdOculos, 195 Änderungsdatenbank, 219 Akzeptanzkriterium, 70 Alarmierung, 235 Alternativverzweigung, 125 Ampelanlage, 117, 144, 257 Analog-/Digital-Umwandlung, 31, 105 Analogwertverarbeitung, 104 Anlagenschema, 39, 211 Anlagenstruktur, 65 Ansteuerprogramm, 149 Anti-Reset-Windup-Maßnahme, 113 Antriebsregelung, 199 Anweisungsliste, 59, 60 Anwender-Datentypen, 63 Anwender-Funktion, 53, 72 Anwender-Funktionsbaustein, 55, 64 Anzeige- und Bedienkomponente, ABK, 25, 38, 45, 166, 224, 229, 235 Arbeitsspeicher, 28 Arbeitsstromprinzip, 100 Array, 63 ASI-Bus, 35 Asset, 239 Auf/Zu-Ventil, 40, 67 Aufenthaltsdauer, 202 Auftragsüberwachung, 242 Auftragsveranlassung, 242, 249 Aufwandsmaß, 78 Aufzählung, 62 Aufzugsteuerung, 143 Ausführungsplanung, 212 Ausgangsabbild, 28 Ausgangskarte analog, 32 binär, 30 Ausgangsschaltnetz, 80, 92, 93 Ausgangsvariable, 52, 56, 57 Ausschaltverzögerung, 85, 90 Authentifizierung, 234 Automatenentwurf, 86, 96, 117, 252 Automatik, AUT, 100 automation.lib, 257 automationoop.lib, 257 Automatisierungsprojekt, 18 Bahnlänge, 177 Bahnplanung, 172, 182 Bahnsteuerung, 189, 190 Basic Function, 158 Baumdiagramm, 201 Bedienen und Beobachten, 37, 235 Bedienphilosophie, 211 Behältersteuerung, 168 Beispielanlagen, 255 Beschleunigungszeit, 177 Bestimmungszeichen, 124 Betriebsart AUT, 100, 109, 112, 135 Einzelsteuerfunktion, 100, 148 EXT, 109 INT, 109 MAN, 100, 109, 112, 135 Regler, 108 Schrittkette, 135 TIPP, 135 VO, 100 Betriebsartenanwahl, 151 Betriebsartenhierarchie, 102 Betriebsartenumschaltung, 101 Betriebsdaten, 237 Betriebsdatenauswertung, 237, 249 Betriebsdatenerfassung, 236, 249 Betriebsdateninformationssystem, BDIS, 229, 236, 240, 242 Betriebskosten, 237 Betriebswirtschaft, 222 Bewegungsprofil, 177 Bewegungssteuerungen, 170 BF_CONVEY, 161 BF_DOS, 161, 164 BF_FILL, 161 BF_Fill, 163 BF_TEMP, 161 Bibliothek, 257 Bildaufbereitung, 193 Bildaufnahme, 193 Bildsegmentierung, 193 Bildverarbeitung, 191, 195, 198 Bimetallschalter, 99 Black-Box-Test, 217 BOOL, 56 Brennersteuerung, 202 Bridge, 224 Buskommunikation, 209 Bussegment, 223 BYTE, 56

17 272 Stichwortverzeichnis CALL, 51 CAM-Editor, 184 CamIn, 185 CAN-Bus, 35 Cause-and-Effect-Matrix, 69, 70, 73, 98, 203, 252 Change Management, 219 Change Order, 218 Charge, 240, 242, 243 Chargenprotokoll, 244 Client-Server-Verbindung, 41, 235 Cloud Computing, 231 CNC-Programmierung, 182, 190, 197 CoDeSys SoftMotion, 172 Computerized Numerical Control, CNC, 170 Continuous Function Chart, CFC, 122, 158 CPU, 24, 51, 206 CRC-Wert, 209 CSMA/CD-Verfahren, 225 CTD, 261 CTU, 261 CTUD, 83, 260 Cyclic Redundancy Checks, 209 D-Anteil, 111 DATE, 56 Datenaustausch programmübergreifend, 58, 59 programmintern, 57 Datenbaustein, 65, 131 Datenfeld, 62 Datenkollisionen, 225 Datenrate, 225 Datenspeicher, 28 Datentyp Anwender-, 63 Standard- nach IEC 61131, 56 Dauerschwingung, 108 DAY, 56 Deadlock, 128 Dekomposition, 159 Determiniertheit, 225 dezentrale Peripherie, 26, 34, 209 Differenzial 1. Ordnung, 111 Digital-Analog-Umwandlung, 32 DINT, 56 Disjunktion, 77 Disposition, 243, 249 Diversität, 205 DNF, 77 Drehmaschine, 181, 185 Drehzahlgeregelter Motor, 40 Drehzahlregler, 180 Dreipunktregler, 107, 156, 168 Dreitankanlage, 144, 168, 255 Dreiwegeventil, 97 Dual-Port-RAM, 209 Dualzahl, 78 DWORD, 56 E/A-Baugruppen, 207, 209 E/A-Kanäle, 207, 215 Adressierung, 47 E/A-Liste, 213 EEPROM, 24, 206 EIB/KNX, 35 Eigenschaften (Properties), 147, 161, 167 Ein/Aus-Motor, 40, 55, 67 Eingangsabbild, 28, 31 Eingangsdatenwort, 31, 105 Eingangskarte analog, 31, 105 binär, 29 Eingangskombination, 75 Eingangsschaltnetz, 80, 91 Eingangsstrom, 32, 105 Eingangsvariable, 52, 56, 57 Einschaltverzögerung, 85 Einstellregeln, 113 Eintrittswahrscheinlichkeit, 202 Einzelsteuerfunktion, 93, 95, 102, 108, 148, 149 Electronic Device Description, EDD, 37 Encoder, 187 Endlagenüberwachung, 119 Endschalter, 81, 150 Energieverbrauch, 237 Engineering, 210 Detail-, 212 Enterprise Ressource Planning, ERP, 241 Entwurfsmethoden, 87, 251 Ereignisbaumanalyse, 200, 201 ERP-System, 246 Erreichbarkeit, 126 Erreichbarkeitsgraf, 127, 141, 145 EtherCAT, 171 Ethernet Industrial, 224 TCP/IP, 227, 232 EVA-Zyklus, 28, 49, 51, 85, 91, 114, 122 Explosion, 33, 235 EXTENDS, 151 Förderband, 81, 149 Füllstandmessung, 105 Füllstandregelung, 106, 114, 220 F_TRIG, 260 Fabrikautomatisierung, 251 Faceplate, 39, 176 Fachbegriffe englische, 264 Fehlerbeherrschung, 203 Fehlerdiagnose, 240 Fehlervermeidung, 203 Feinplanung, 246 Feldbus, 33, 223 Feldgeräte, 65, 223, 239 Busankopplung, 33 busfähig, 26, 34 konventionelle Anbindung, 29 Feldgeräte-Liste, 213 Feldgeräteklassen, 161 Feldgerätetypen, 65 Fernbedienung, 231

18 Stichwortverzeichnis 273 Ferntest, 231 Fernwartung, 231, 233 Fertigungsablauf, 190 Firewall, 234 Flächenschwerpunkt, 195 Fliegende Säge, 173, 197 Fräsmaschine, 181 Framegrabber-Karte, 191 Funktion, 52, 57, 66 Anwender-, 53 Standard- nach IEC 61131, 52 funktionale Sicherheit, 203 Funktionsbaustein, 54, 57, 66, 149 Anwender-, 55, 64 Motion Control, 174 Standard- nach IEC61131, 54 Funktionsbausteinsprache, 59, 62 Funktionsplan, 61 Funktionsprüfung, 217 galvanische Trennung, 30 GAMP-Leitfaden, 210 GANTT-Diagramm, 87 GASE-Risikoparameter, 202 Gateway, 48, 224 Gebäudeheizung, 255 Gedächtnis, 52, 75, 80, 82, 112 gefährliche Fehler, 200 Gefahrenabwendung, 202 Gefahrenanalyse, 200 Gegenmaßnahmen, 203 Gepäckanlage, 87, 88, 90, 257 Gerätebaum, 48 Gerätebeschreibungsdatei, 48 Gerätefehler, 98 Gerätespezifikation, 211 Gerätestammdatei, GSD, 37 Gerätestatus, 223 Geschwindigkeitsprofil, 176, 177 Geschwindigkeitsregelung, 180 Gleichlaufsysteme, 173 Gleichstrommotoren, 187 GLOBAL, 56 Grafikbild, 38 Grobplanung, 246 Grundfunktion, 158, 160, 243, 252 anlagenneutral, 159 polymorph, 161, 165, 166 Grundfunktionstypical, 161 Grundoperation, 159, 160 Grundstellung, 129, 133 Halbduplexverfahren, 35 HALT, 133 Halteglied, 80, 91, 93 Handshake, 227, 231 Hardware-SPS, 26, 43 Hardwarestrukturplan, 212, 214, 217 Hauptantrieb, 181 HAZOP-Methode, 200 Hochregallager, 63, 83, 118, 139, 218, 220, 232, 257 horizontalen Integration, 226 HTML, 232 HTTP, 231 Hub, 224 Hysterese, 107 I-Anteil, 111 IEC 61131, 46, 170 Implementierung, 66 IMPLEMENTS, 156 Impulsdiagramm, 87 In-Prozess-Kontrolle, 240 Inbetriebnahme, 19, 66, 216 Individual Drive Function, IDF, 95 Industrial Ethernet, 171, 172, 223, 225 Industrieroboter, 186 Informationstechnik, 222 Initialwert, 57 Inkrementalweggeber, 179 Installationsprüfung, 216 Instandhaltung, 218, 239 Instanz, 57, 64, 147 Instanzvariable, 64, 131, 149 INT, 56 Integration, 222 Integrationstest, 66, 70, 217 Integrationswerkzeuge, 224 integrierte Betriebsführung, 235 Interface, 155 Internet, 231, 248 Interpolation, 172, 177 Interpolationstask, 178 Interpolationszeit, 179 Interpolator, 186 inverse perspektivische Transformation, 194 IO-Controller, 226 IO-Device, 226 IO-Supervisor, 226 IP-Adresse, 227, 234 IPSec-Protokoll, 234 irreversibel, 126 Isochrone Datenübertragung, 226 Istposition, 84 Istwert, 106, 110 Itemliste, 229 Java-Applet, Königswelle, 183 Kameramodell, 194 Kanaladresse, 57 Kennbuchstaben für Feldgeräte, 39 Klasse, 64, 147, 150, 159 abstrakt, 157 KNF, 78 Kochrezept, 158 Kommunikationseinstellungen, 48 Kommunikationsmodell, 57 kompakte Lösung, 141 Komplexität, 79 Komposition, 159 Konjunktion, 76

19 274 Stichwortverzeichnis Kontaktplan, 59 Kontextdiagramm, 160 Koordinatentransformation, 173, 187 Koordination paralleler Prozesse, 139, 142 Koordinationsentwurf, 145 Koordinationsprogramm, 141 Kosinussatz, 188 Kurvenscheibe, 174, 184 elektronisch, 185 KV-Diagramm, 78, 252 Labordateninformationssystemen, LDIS, 240 Lageregelung, 173, 179, 181, 187, 197 Lagerplatzzuweisung, 247 Lagerverwaltungssystem, 246 Lagesollwert, 179 Langzeitarchivierung, 237 Lastenheft, 18, 211 Laufmeldung, 100, 151 Laufzeitüberwachung, 100 Laufzeitfehler, 100 Leistungselektronikeinheit, 171 Leitungswiderstand, 31 Lichtschranke, 88 Lichtwellenleiter, 36 LIMIT, 54, 262 Linearachse, 175, 256 Linearinterpolation, 178 Logistic Execution Systems, LES, 241 logistische Kette, 248 Loop-Check, 217 Luft-/Gas-Gemisch, 202 Majoritätsprinzip, 208 Manipulated Value, MV, 108 Manuell, MAN, 54, 100 Manufacturing Execution Systems, MES, 241, 242, 246 Mapping-Variablen, 215 Markierung, 137 Maschinenlaufzeiten, 238 Master, 224 Master-CPU, 205 Master-Slave-Verfahren, 36, 223, 226 Masterachse, 173, 185 Materialbedarfsplanung, 241 Materialbedarfsrechnung, 247 Materialdatenverwaltung, 247 Materialverbrauch, 237 Matlab/Simulink, 254 Maximalgeschwindigkeit, 178 Maxterm, 76 MC_CamIn, 175 MC_MoveAbsolute, 174, 185, 189 MC_Power, 175 Memory-Card, 25 Mengenplanung, 241 Merkmalsextraktion, 193 Messbereichsgrenze, 105 Messsignal, 15, 59 Messumformer, 31 Methoden, 147, 151, 161, 167 Mikrocontroller, 33, 171 Mikroprozessor, 24, 206 Minterm, 76, 78 Mischanlage, 67 mobiler Roboter, 199 MODES, 102, 135 modulare Lösung, 141 Modularisierung, 65 Modultest, 66, 70, 217 Moore-Automat, 80, 86, 93 Motion Control, 170 Motion-Control-System, 170, 226 Hardwareplattformen, 171 Motor, 55, 81, 150, Drehrichtungen, 84 2 Geschwindigkeitsstufen, 95 drehzahlveränderbar, 96, 171 Pulsweitenmodulation, 157 Motorbausteine, 95 Motordrehzahl, 180 Motorstrom, 180 Multi-Master-Betrieb, 223 Multitasking, 50 Näherungsschalter, 83 Nachstellzeit, 113 Netzmatrix, 137 Niveauschalter, 40, 67 Nocken, 185 Normalform disjunktiv, 77 konjunktiv, 77 Not-Aus-Schaltungen, 204 Objekt, 64, 147, 150 objektorientierte Programmierung, 147 Vorteile, 167 objektorientierte Softwarestrukturierung, 65, 214 Objektorientiertheit, 65 OPC, 195, 249 OPC-Client, 41, 229, 230 OPC-Explorer, 249 OPC-Kopplung, 229, 230, 235 OPC-Server, 41, OPC-Standard, 41 OPC-Testclient, 231 Optik, 194 Optokoppler, 29 P-Anteil, 111 P-Regler, 115 P/I-Positioner, 32 Parallele Werkstückhandhabung, 137 Parallelverzweigung, 125 Parallelzusammenführung, 126 Parametrierung, 218, 239 PCE-Kategorien, 39 PCE-Kennzeichnung, 65 PCE-Verarbeitungsfunktionen, 39 Performance Level, PL, 202 Peripherie, 48 perspektivische Transformation, 194

20 Stichwortverzeichnis 275 Petri-Netz, 127, 136, 139, 145, 252 Pflichtenheft, 18, 212 PI-Regler, 115 Pick-and-Place, 187 PID-Regler, 110, 156 Plant Asset Management, PAM, 218, 222, 229, 239 Planung, 210 Platzhaltersystem, 215 PLCopen, 170, 189 Point-to-Point, PTP, 189 Polling-Betrieb, 37, 223 polymorph, 157 Portalfräsmaschine, 182, 256 Positioniersysteme, 172 Positionsermittlung, 193 Probability of Failure on Demand, PFD, 204 Probability of Failure per Hour, PFH, 204 Process Value, PV, 105, 112 Produktionsplanung, 241 Produktionsplanung und -steuerung, PPS, 222, 229, 241 Produktionsprüfung, 218 Produktionsprogrammplanung, 241 Produktionsprozesse, 241 Produktionssteuerung, 241 Profibus, 35 DP, 35 PA, 35 Profibuskarte, 48 Profinet, 35, 226 IO, 171, 226 IRT, 226 RT, 226 ProfiSafe, 209 Programm, 57, 58, 66, 150 Programmable Automation Controller, 22 Programmiergerät, 25, 229 Programmiermodell, 59 Programmiersprachen, 59, 72 Programmiersystem, 233 Programmorganisationseinheiten, POU, 52 Programmspeicher, 29 Programmstrukturierung, 167 Projektierung, 210 Properties, 147, 151 Proportionalbeiwert, 113 Protokollierung, 66, 218, 235 Proxy-Server, 234 Prozessanalyse, 159 Prozessautomatisierung, 251 Prozessfehler, 98 Prozessinformation, 222 Prozessleitsysteme, 235 Prozessnahe Komponente, PNK, 235 Prozessspezifikation, 211 Prozessverstärkung, 113 Prozessvisualisierung, 38, 235 Prozesszerlegung, 160 PTP-Bewegung, 190 Pulstimer, 85 Pulsweitenmodulation, 96, 118 Pumpe, 67 Punkt-zu-Punkt-Bewegung, 189 Punkt-zu-Punkt-Verbindung, 225 Qualifier, 124 Qualität, 222 Qualitätsanforderungen, 216 Qualitätskontrolle, 240 Qualitätsmanagement, QM, 222 Qualitätsmanagementsystem, QMS, 229, 240 R+I-Schema, 39 Rückmeldung, 100 Rückwärtstransformation, 188, 198 Rührkesselreaktor, 255 R_TRIG, 259 RAM, 24, 28, 206 Randbedingung, 139, 145 Rangierverteiler, 33 Raumbeleuchtung in Gebäuden, 169 RC-Filter, 29 REAL, 56 Realisierung, 214 Receive, 227 Redundanz, 205 aktiv, 205 passiv, 205 Referenz, 62 Regeldifferenz, 106 Regelkreis, 23 Regelung, 15, 16 Regelventil, 32, 40, 97, 113, 114 Regler, 153, 165 kontinuierlich, 110 schaltend, 107 Reglerbaustein, 180 Reglerbetriebsarten, 108 Reglereinstellung, 113 Reglerparameter, 113, 114, 121, 180 Relaisausgang, 30 Remote-I/O, 26, 34, 48, 69, 209 Reparaturschalter, 99 Repeater, 36, 44, 223, 224 Resolver, 187 Ressourcen, 47, 51 Review, 213, 214 Rezept, 159, 163, 166 Rezeptfahrweise, 158, 168 Rezeptparameter, 166, 243 Rezeptprogramm, 164 Rezeptsteuerung, 158, 167, 243, 246 Rezeptsynthese, 163, 166 Risiko, 201 Risikoanalyse, 201, 203, 220 Risikograf, 202, 220 Roboter, 17, 139, 195 Roboterarm, 173, 187, 256 Router, 224 RS Flip-Flop, 260 RS-232, 36 RS-485, 36 RS-Flip-Flop, 54, 55, 81, 88, 91

21 276 Stichwortverzeichnis Ruhestromprinzip, 68, 99 SADT-Methode, 159, 252 Safety Integrity Level, SIL, 202 SCARA-Roboter, 187, 190 Schütz, 30 Schadensausmaß, 202 Schaltfunktion, 76, 78, 91 Schaltnetz, 75 Schaltungsentwurf, 78 Schaltwerk, 80, 81, 86, 88 Schnittstelle, 155, 161, 167 Schrittkette, 122, 154, 157, 195 anlagenneutral, 161 Schrittmotor, 86, 157 Schrittvektor, 137 Schutzmaßnahmen, 98 Schutzschalter, 99 SEL, 54, 262 Send, 227 Sensoren aktiv, 31 passiv, 31 Sequential Function Chart, SFC, 122, 158 Sequenznummer, 209 SERCOS, 35 Sercos, 171 Setpoint, SP, 108 Sicherheit, 200, 205 Sicherheitsanforderungen, 211 sicherheitsgerichtete Steuerungen, SSPS, 200, 204, 206 Sicherheitstechnik, 253 Signalmodell, 58, 128, 151 Simulation, 48, 51, 69, 180, 214, 215, 220 Drehzahl, 216 Druck, 216 Durchfluss, 216 Füllstand, 216 ph, 216 Temperatur, 216 Weg, 216 Winkel, 216 SINT, 56 Slave-CPU, 205 Slaveachse, 173, 183 Slot-SPS, 26 Smart-Camera, 192 SMC_ControlAxisByPos, 175 SMC_Interpolator, 175, 190 Socket Library, 227 Socketnummer, 234 Soft-SPS, 26, 48, 230, 233 Softwaremodell, 47 Softwarestrukturierung, 66 Softwarestrukturplan, 212, 214, 217 Sollposition, 84 Sollsignal, 15 Sollwert, 129 Speicherkomparator, 206 Spezifikationsdatenbank, 219 spezifikationskonform, 216 Sprünge, 126 Sprungantwort, 113, 114 SPS, 19, 20, 223 Aufbau, 24 Informationsverarbeitung, 28 mehrere, 223 PC-basiert, 27 Schrank-SPS, 43 Soft-SPS, 44 SPS-Programmcode, 257 SPS-Programmiersystem, 40, 230 SPS-Software, 251 SR Flip-Flop, 260 SR-Flip-Flop, 81 SRIO, 209 SSPS einkanalig, 206 zweikanalig, 206, 208 Stammkabel, 33 Standard-Datentypen, 57 Standard-Funktionen, 52 Standard-Funktionsbausteine, 259 Standardisierung, 155 Starttermin, 243 Statussignal, 59, 151 Stellsignal, 15, 59 Stellwertbegrenzung, 113 Step 7, 74 Steuerkreis, 15, 23 Steuerrezept, 243, 249 Steuersignal, 59, 129, 131, 151 Steuerung, 15 speicherprogrammiert, 20 verbindungsprogrammiert, 20 Steuerungskonfiguration, 47 Steuerungstechnik, 15 STOP-Signal, 135 STRING, 56 Stromregler, 180 Struktur, 62 Strukturierte Programmierung, 65, 72 Strukturierter Text, 59, 61 Strukturierung, 65 Supply Chain Management, 248 Swinging-Door-Algorithmus, 236 Switch, Systemarchitektur, 251 Systementwurf, 253 Systemspeicher, 29 Taktgenerator, 86 Tankbefüllung, 255 Tanklager, 104, 255 Target-Visualisierung, 40, 232 Task, 49 Taskkonfiguration, 51, 69 Taster, 55, 81 TCP/IP-Protokoll, 41, 226, 227, 231 TeKa-Anlage, 161, 246, 256 Temperaturregelung, 120 Termin- und Kapazitätsplanung, 242, 246 Test, 66

22 Stichwortverzeichnis 277 Testfahrt, 218 Thermoelement, 31 TIME, 56 Timer, 85, 91, 179 TOF, 85 Token, 223 Token-Passing-Verfahren, 224 TON, 85 TP, 85 Transistorausgang, 30 Transition, 122, 123, 136 Transitionsvektor, 137 Transportauftrag, 246, 247 Transportband, 147, 173, 256 Transportfahrzeug, 119 Trennanlage, 129, 255 Triggerstufe, 30 TYP_AIN, 105, 108, 110, 150, 152 TYP_AOUT, 110, 114 TYP_BF, 161 TYP_BIN, 67, 150 TYP_IDF1, 55, 67, 147, 150 TYP_IDF2, 81, 151 TYP_LEV2, 107 TYP_PID, 110, 112, 153 TYP_PULSE, 83, 84, 86 TYP_SMOT, 86 Typical-Tabelle, 213 Typicalprinzip, 252 UDINT, 56 Übergangsaktion, 90, 91, 93 Übergangsbedingung, 91 Übertragungsmedien, 36 Überwachen, 17 Überwachungskamera, 86, 257 Überwachungszeit, 209 UINT, 56 Ultraschallsensor, 150, 152, 196 UML, 253 Umrichter, 96, 171, 180 Umschaltzeitpunkte, 178 unsicheren Kette, 126 Unterbereiche, 62 URL, 232 USINT, 56 V-Modell, 18, 210, 216 VAR, 56 VAR_IN_OUT, 56 VAR_INPUT, 56 VAR_OUTPUT, 56 VAR_PERSISTENT, 56 VAR_RETAIN, 56 Variable, 56 direkt, 58 global, 56, 58 Ventil, 67 Ventilbausteine, 97 Ventiltypen, 97 Vererbung, 151, 167 Verfügbarkeit, 205 Verfügbarkeitsanforderungen, 212 Verifizierung, 70, 216 Verknüpfungssteuerung, 75, 128 Verriegelung, 98, 149, 203, 218 Versagenswahrscheinlichkeit, 209 Vertikal-Knickarm-Roboter, 187 vertikale Integration, 21, 226 Vierleiterschaltung, 31, 43 Vierwegeventil, 97, 118 Virtual Private Network, VPN, 234 Visualisierungssystem, 40, 230 vor Ort, 100 vor-ort-bedientableau, 37 Vorhaltzeit, 113 Vorschubachsen, 185 Vorschubantrieb, 181 Vorwärtstransformation, 188 VPN/IPSec-Tunnel, 234 VPS, 20 Wahlschalter RUN/STOP, 25 Wahrheitstabelle, 70, 76, 78, 91 Warenbestand, 63 Wartung, 218, 222, 239 Wasserfahrt, 218 Watchdogschaltung, 206 Web-Browser, 232 Web-Client, 233 Web-Server, 232, 233 Webvisualisierung, 40, 232 Weiterschaltbedingung, 122, 123 Wendetangente, 113 Werkstück, 181 Werkzeug, 181 Werkzeugmaschine, 116, 119, 181 White-Box-Test, 214, 217 WORD, 56 Zähler, 82 zeitdeterministisch, 235 zeitoptimale Bahn, 178 Zentrifuge, 145, 256 Zielstellung, 188 Zirkularbewegung, 182 Zusatz-Netzmatrix, 140 Zusatzlogik, 66, 70, 218 Zusatzzustände, 140 Zustand, 55, 80 Zustandsübergangstabelle, 90, 91, 93 Zustandserkennung, 240 Zustandsgleichungen, 80, 81, 83, 85, 140 Zustandsgraf, 81, 89, 90, 101, 141 Zustandskodierung, 88, 93 Zustandssignale, 88 Zustandstabelle, 89 Zustandsvariable, 91 Zwei- und Vierleitertechnik, 33, 43 Zweileiterschaltung, 31, 43 Zweipunktregler, 107, 108 Zweiwegeventil, 97 Zykluszeit, 44, 49, 72, 111, 113, 170