Automatisierung & Elektrohandel. Automatisierungstechnik SPS Kompaktkurs Siemens Step 7 V5.x Teningen Steuer-Nr.

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1 Automatisierung & Elektrohandel Ronald Kleißler Industriemeister Elektrotechnik Alemannenstraße 6 Siemens Certified S7 Programmer 7933 Teningen Steuer-Nr.: 528/472 Tel.: Info@kleissler.eu Fax: ronald.kleissler@epost.de Mobil: Internet: Kleißler Ronald Seite von 42 Stand: Februar 24

2 INHALTSVERZEICHNISS:. Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS): (DIN 9239) 2. Prinzipieller Aufbau einer SPS 3. Speichertypen 4. Lade- und Arbeitsspeicher in der CPU 5. Arbeits- und Funktionsweise einer SPS 6. SIMATIC Manager Objekt-Hierarchie für Projekte 7. Elemente eines Anwenderprogramms 8. Organisationsbausteine 9. Lineare Programmbearbeitung. Strukturierte Programmbearbeitung. Zyklische Programmbearbeitung 2. Programmtrigger 3. Zyklus,- Reaktionszeit 4. Steuerungsanweisung 5. Operationsteil 6. Operandenteil 7. Programmieren von Öffnern und Schließern 8. Beispiele der Schaltalgebra 9. Sicherheitsbetrachtungen 2. Die Risikobewertung 2. Ganzzahl ( 6 Bit ) mit Vorzeichen 22. Ganzzahl ( 32 Bit ) mit Vorzeichen 23. Realzahl (IEEE-Gleitpunktzahlen, 32 Bit) 24. UND- Verknüpfung 25. ODER- Verknüpfung 26. XOR- Verknüpfung 27. Speicherbereiche und Komponenten einer Zeit 28. Zähloperationen Übersicht 29. Operationsübersicht der wichtigsten Operanden 3. Klammerfunktionen 3. VKE direkt beeinflussende Operationen 32. Speicherfunktionen 33. Übertragungsfunktionen 34. Zeitfunktionen 35. Zählfunktionen 36. Vergleichsfunktionen 37. Schiebefunktionen 38. Mathematische Funktionen 39. Arithmetische Funktionen 4. Umwandlungsfunktionen 4. Wortverknüpfung 42. Sprungfunktionen 43. Bausteinfunktionen Kleißler Ronald Seite 2 von 42 Stand: Februar 24

3 . Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS): (IEC 63) Übersicht und allgemeine Anforderungen SPS-Programmierung: Speicherprogrammierbare Steuerungen Für Speicherprogrammierbare Steuerungen gibt es weltweit eine einzig gültige Norm für Programmiersprachen, die EN 63. Sie basiert auf der internationalen Norm IEC 63 und wird deshalb synonym dazu verwendet. In der EN 63- (IEC 63-) wird der Begriff "Speicherprogrammierbare Steuerung" folgendermaßen definiert: Ein digital arbeitendes elektronisches System für den Einsatz in industriellen Umgebungen mit einem programmierbaren Speicher zur internen Speicherung der anwenderorientierten Steuerungsanweisungen zur Implementierung spezifischer Funktionen wie z.b. Verknüpfungssteuerung, Ablaufsteuerung, Zeit, Zähl-und arithmetische Funktionen, um durch digitale oder analoge Eingangs-und Ausgangssignale verschiedene Arten von Maschinen und Prozessen zu steuern. Die speicherprogrammierbare Steuerung und die zugehörigen Peripheriegeräte (SPS- System) sind so konzipiert, dass sie sich leicht in ein industrielles Steuerungssystem integrieren und in allen ihren beabsichtigten Funktionen einsetzen lassen. Standards für Funktionalität, Zuverlässigkeit und Sicherheit in der Norm für SPS-Steuerungen sind dabei wie folgt festgelegt: EN 63- Teil : Allgemeine Informationen EN 63-2 Teil 2: Betriebsmittelanforderungen und Prüfungen EN 63-3 Teil 3: Programmiersprachen Kleißler Ronald Seite 3 von 42 Stand: Februar 24

4 2. Prinzipieller HW Aufbau einer SPS egnägsua ossezor rm la aßezor mmar,-ti gor rm la A ez e M egnäg in E r eh ic eps mmar r - r. ekr B. P z P le häz tei n ez gor P AAP EAP ne ib er ebr n tei mmar nes le hcs egnägsua aeb gor P r egnäg in E P Kleißler Ronald Seite 4 von 42 Stand: Februar 24

5 3. Speichertypen: Heute sind ausschließlich MMC Karten relevant diese besitzen eine Sonderformatierung und können in Standard Kartenlesern nicht gelesen oder beschrieben werden. Bezeichnung Speichertyp Löschen Programmieren Speicherinhalt Spannungslos RAM ROM PROM EPROM REPROM EEPROM FLASH EPROM* EAPROM Random Access Memory Speicher mit wahlfreiem Zugriff Schreib-Lese-Speicher Read-Only-Memory Nur-Lese-Speicher Festwertspeicher Programmable ROM Programmierbarer Festwertspeicher Erasable PROM Löschbarer Festwertspeicher Reprogrammable ROM Neuprogrammierbarer Festwertspeicher Electrically Erasable ROM Elektrisch löschbarer Festwertspeicher Electrically Alterable ROM Elektrisch umprogrammierbarer Festwertspeicher elektrisch elektrisch flüchtig nicht möglich durch UV Licht elektrisch durch Masken beim Hersteller elektrisch MMC Micro Memory Card elektrisch elektrisch nicht flüchtig Kleißler Ronald Seite 5 von 42 Stand: Februar 24

6 4. Lade- und Arbeitsspeicher in der CPU Nach Abschluss der Konfiguration, Parametrierung und Programmerstellung sowie Aufbau der Online-Verbindung können Sie komplette Anwenderprogramme oder einzelne Bausteine auf ein Zielsystem übertragen. Für den Test einzelner Bausteine müssen Sie zumindest einen OB sowie die darin aufgerufenen FBs und FCs und die benutzten DBs laden. Um die nach dem Konfigurieren der Hardware entstehenden Systemdaten auf das Zielsystem zu übertragen, laden Sie das Objekt "Systemdatenbausteine". Anwenderprogramme laden Sie mit Hilfe des SIMATIC Managers in das Zielsystem, Zusammenspiel von Lade- und Arbeitsspeicher der CPU Das gesamte Anwenderprogramm wird in den Ladespeicher geladen, die ablaufrelevanten Teile des Programms auch in den Arbeitsspeicher. Der Ladespeicher dient zur Aufnahme des Anwenderprogramms ohne Symboltabelle und Kommentare (diese bleiben im Speicherbereich des PG). Kleißler Ronald Seite 6 von 42 Stand: Februar 24

7 Beispiel Speicherausbau CPU Online Ansicht: Kleißler Ronald Seite 7 von 42 Stand: Februar 24

8 5. Arbeits- und Funktionsweise einer SPS PG Die Funktionsweise zwischen Programmiergerät und CPU Das Anwenderprogrammm wird innerhalb der SPS als eine Liste von Anweisungen abgelegt. Mit welcher Darstellungsart das Programm erstellt wurde, spielt keine Rolle. Das Programm kann z.b. in FUP, KOP, AWL, Graph oder SCL erstellt werden, auf dem Programmiergerät wird das Programm aber nicht in FUP oder KOP gespeichert. Diese "Programmiersprachen" sind eigentlich nur eine andere Darstellungsart die bei der Bearbeitung aus AWL erzeugt werden. Auf dem Programmiergerät liegt das Programm, die Symbole und die Kommentare. Beim Übertragen in die SPS wird aber nur das Programm in einem für die Maschine lesbaren Maschinencode MC7 aus der AWL, SCL oder Graph generiert und in die SPS übertragen. Diese Umwandlung wird durch einen Batch-Compiler realisiert. Dazu kommt die Hardwarekonfiguration, die in die Systemdaten der CPU übertragen wird. Wenn ein Programm aus der CPU ausgelesen wird, für das man keine Projektdateien hat, dann hat man auch keine Symbole oder Kommentare da man aus der SPS nur das Programm und die Systemdaten in das Programmiergerät übertragen kann. Programmiergerät PG/PC CPU SCL Lade Speicher KOP FUP AWL Batch compiler MC7 Maschinen code GRAPH HW Config System Daten System Daten Kommentare Arbeits- Speicher Symbole System- Speicher Kleißler Ronald Seite 8 von 42 Stand: Februar 24

9 6. SIMATIC Manager Objekt-Hierarchie für Projekte Kleißler Ronald Seite 9 von 42 Stand: Februar 24

10 7. Elemente eines Anwenderprogramms Ein S7-Anwenderprogramm besteht aus Bausteinen, Operationen und Operanden. Die folgende Tabelle erläutert die Elemente: Element Organisationsbausteine OB Systemfunktionsbaustein SFB Systemfunktionen SFC Funktionen FC Funktionsbausteine FB Datenbausteine Operationsumfang der S7-CPUs Operanden Funktion OBs legen die Struktur des Anwenderprogramms fest. Sie - bilden die Schnittstelle zwischen dem Betriebssystem und dem Anwenderprogramm. - steuern das Anlaufverhalten des Automatisierungs- Systems, die zyklische und alarmgesteuerte Programmbearbeitung und die Behandlung von Fehlern Vorgefertigte Bausteine, die Sie nicht selbst programmieren müssen. SFBs und SFCs sind in die S7- CPU integriert. Sie können aus dem Anwenderprogramm aufgerufen werden. Weil sie Teil des Betriebssystems sind, müssen sie nicht, wie andere Bausteine, als Teil des Programms geladen werden. Codebausteine, die Sie selbst programmieren müssen FB`s sind Bausteine mit der Möglichkeit zur Parameterübergabe mit Gedächtnis (= Speicher). FC s sind Bausteine mit der Möglichkeit zur Parameterübergabe ohne Gedächtnis. Datenbereiche, die Anwenderdaten enthalten. Es gibt - Instanz-Datenbausteine, die einem FB zugeordnet sind. - globale Datenbausteine, auf die alle Codebausteine zugreifen können. Die CPUs stellen die Operationen zur Verfügung, mit denen Sie die Bausteine in verschiedenen Programmiersprachen erstellen können Speicher- und Peripheriebereiche der S7-CPU`s Kleißler Ronald Seite von 42 Stand: Februar 24

11 8. Organisationsbausteine Die zyklische Programmabarbeitung wird von Organisationsbausteinen und deren Prioritäten bestimmt: Klasse Anzahl OB-Nr. Priorität Veränderbar in Freier Zyklus nein Uhrzeitalarme Verzögerungsalarme Weckalarme Prozess Alarme Kommunikationsalarme 2 5, Asynchrone Fehler Anlauf 2, - - Synchrone Fehler 2 2, Für die Organisationsbausteine (OBx) gibt es eine klare Priorität, die von bis 26 gestaffelt ist, wobei die niedrigste und 26 die höchste Priorität besitzt, nach der diese vom Betriebssystem bearbeitet werden (Tabelle oben). Organisationsbausteine gleicher Priorität in einem Programm werden in ihrer Erkennungsreihenfolge gestartet. Für die wesentlichen Prozeßalarme, die eine Unterbrechung des Arbeitsprogramms notwendig machen, gibt es die entsprechenden OB (Tabelle), die mit gestaffelter Priorität in ein Programm nach Bedarf eingebunden werden können. Vom Betriebssystem werden Organisationsbausteine aufgerufen. Beispielsweise wird im Bild der OB für den Neustart einmal aufgerufen, um die Startbedingungen im Prozeßablauf herzustellen. Für die zyklische Abarbeitung, in dem das eigentliche Steuerungsprogramm mit allen Unterbrechungsbedingungen hinterlegt ist, ist das OB zuständig. Kleißler Ronald Seite von 42 Stand: Februar 24

12 FC FB FB OB B syssb iert met e CFS DB FB FC Automatisierungstechnik SPS Kompaktkurs 9. Lineare Programmbearbeitung Hier besteht das Programm aus einem einzigen Baustein (z. B. OB), der alle Anweisungen des Programms enthält. Diese Art der Programmbearbeitung wird meist für einfache, nicht zu umfangreiche Steuerungen verwendet.. Strukturierte Programmbearbeitung Besteht das Anwenderprogramm aus mehreren Bausteinen z. B. aus Funktionsbausteinen, die anlagenspezifische Programmteile enthalten, spricht man von strukturierter Programmbearbeitung. Die Reihenfolge der Bausteinbearbeitung wird im Organisationsbaustein OB festgelegt. Anwendung findet diese Art der Programmbearbeitung bei umfangreichen Steuerungen. Beispiel für die Aufrufhierarchie eines Anwenderprogramms Das Bild unten zeigt den Ablauf eines Baustein- Aufrufs innerhalb eines Anwenderprogramms: Das Programm ruft den zweiten Baustein auf, dessen Operationen dann vollständig bearbeitet werden. Ist die Bearbeitung des aufgerufenen Bausteins beendet, wird die Bearbeitung des aufrufenden Bausteins mit der dem Baustein- Aufruf folgenden Operation wieder aufgenommen. ne in e te suabner ep O gn tui aeb CFSr e fg ua te suabr edn fe urf ua ) in edne in - ebr mmar te suab aeb gor P edo BFS, te suabr ur fe en CF, BF( - in in ie d, ebr gn tui mmar gor ) n iot P CF, tf ar BF, ua urf edna B (O Kleißler Ronald Seite 2 von 42 Stand: Februar 24

13 . Zyklische Programmbearbeitung Der Prozessor des Automatisierungsgerätes bearbeitet das in den Programmspeicher geschriebene Steuerungsprogramm in einer ständig ablaufenden Wiederholungsschleife. Dieser Vorgang wird zyklische Programmbearbeitung genannt. Der OB ist hier von besonderem Interesse, da er die Schnittstelle zum Betriebssystem (BESY) darstellt und zyklisch bearbeitet wird. Im OB kann das Anwenderprogramm linear oder strukturiert aufgebaut werden. Kleißler Ronald Seite 3 von 42 Stand: Februar 24

14 Das Programm bildet innerhalb der CPU einen Befehlsstapel (Stack). Sie wird von der CPU sequentiell (Zeile für Zeile) und zyklisch (wiederholend) abgearbeitet. Ein Programmzyklus erfolgt in folgenden Schritten:. Schritt : Die Zustände der Eingangsbaugruppen werden abgefragt und in den Prozessabbild der Eingänge PAE geschrieben. Während der Programmbearbeitung bleiben sie für je ein Zyklus erhalten, werden quasi eingefroren. 2. Schritt 2: Zeile für Zeile wird der Befehlsstapel abgearbeitet. Das VKE kann dabei entweder oder sein und sich auch Zeile für Zeile ändern. Entscheidend ist, ob am Ende des Programms das VKE auf oder steht. 3. Schritt 3: Je nach VKE der einzelnen Netzwerke werden die Ergebnisse in den Prozessabbild der Ausgänge PAA geschrieben und aktualisiert. 4. Schritt 4: Über das Prozessabbild der Ausgänge werden die Ausgangsbaugruppen aktualisiert. Achtung dieser Prozess hat sich mit einer Firmware Umstellung neuerer CPU s in der Reihenfolge geändert. ältere CPU aktuelle CPU PAE Betriebssystem (BESY) Die gestrichelt umrandeten Teile bilden eine Einheit, in der kein Anwenderprogramm bearbeitet wird Betriebssystem (BESY) Anwenderprogramm Anwenderprogramm PAA PAA PAE Kleißler Ronald Seite 4 von 42 Stand: Februar 24

15 2. Programmtrigger Triggereinstellung original: Triggereinstellung neue CPU: Triggereinstellung ältere CPU: Kleißler Ronald Seite 5 von 42 Stand: Februar 24

16 3. Zyklus,- Reaktionszeiten Zykluszeit Die Zykluszeit ist die Zeit, die während eines Programmzyklus vergeht. Der Zyklus setzt sich dabei zusammen aus: Abfragen des Status der Eingabebaugruppen und Aktualisieren des Prozessabbildes der Eingänge Bearbeiten des Programms Übertragen der Werte aus dem Prozessabbild der Ausgänge in die Ausgabebaugruppen Betriebssystemlaufzeit Reaktionszeit Die Reaktionszeit ist die Zeit vom Erkennen eines Eingangssignals bis zur Änderung eines damit verknüpften Ausgangssignals. Die Reaktionszeit setzt sich zusammen aus: Warten auf Zyklusbeginn Verzögerung der Eingänge Prozessabbild- Transferzeit Betriebssystemlaufzeit Anwenderprogrammbearbeitungszeit Kommunikation über die mehrpunktfähige Schnittstelle (MPI) Kleißler Ronald Seite 6 von 42 Stand: Februar 24

17 ) mmar gor pr mo isti O ep edne wna is gnu wnar e eh in E te s imti S te eu in le k( Automatisierungstechnik SPS Kompaktkurs 4. Steuerungsanweisung Für die Bearbeitung durch eine Speicherprogrammierte Steuerung wird die Steuerungsaufgabe in einzelne Steuerungsanweisungen aufgelöst. Die Steueranweisung ist die kleinste Einheit eines Anwenderprogramms. Sie besteht in der Anweisungsliste und auch im Programmspeicher aus dem Operationsteil und den Operandenteil. Eine Steuerungsanweisung ist wie folgt aufgebaut: neh ic eznnek.?n tu te nednar U ar ep O. esser da-ti B r. te e mar ) li daesser ap uz set te yb - nednar (W E E E ep O ) li uzt?n tu iot sn te is U sa (W Kleißler Ronald Seite 7 von 42 Stand: Februar 24

18 5. Operationsteil Der Operationsteil bestimmt, welche Funktion bei der Bearbeitung einer Steueranweisung ausgeführt werden muss ( Was ist zu tun? ), z. B.: UND-Verknüpfung bilden, ODER- Verknüpfung, = einem Operanden den Zustand oder zuweisen, S einem Operanden den Zustand zuweisen, R einem Operanden den Zustand zuweisen. 6. Operandenteil Der Operandenteil enthält die für die Bearbeitung einer Steueranweisung notwendigen zusätzlichen Angaben ( Womit ist es zu tun? ). Er besteht aus dem Operanden-Kennzeichen und dem Parameter. Der Parameter ist die Adresse des Operanden (z. B..). Die Adresse der meisten Operanden besteht aus zwei Teilen, die durch einen Punkt getrennt sind. Links vom Punkt steht die Byte-Adresse, rechts die Bit-Adresse. Regeln. Es muss Netzwerkweise programmiert werden. 2. Nicht beschaltete Ein- und Ausgänge von Funktionen (z.b. Speicher) müssen mit der Nulloperation NOP gekennzeichnet werden. Kleißler Ronald Seite 8 von 42 Stand: Februar 24

19 7. Programmieren von Öffnern und Schließern Bei der Erstellung des Programms, unabhängig davon, ob es als Funktionsplan, Anweisungsliste oder Kontaktplan dargestellt wird, ist die Ausführung der Geber zu beachten. Es muss vor der Programmerstellung bekannt sein, ob der verwendete Geber ein Öffner oder ein Schließer ist. Ist ein an einem Eingang angeschlossener Geber ein Schließer, führt der Eingang Signalzustand bei Betätigung des Gebers. Ist der Geber ein Öffner, führt der Eingang Signalzustand bei Betätigung des Gebers. Das Automatisierungsgerät hat keine Möglichkeit festzustellen, ob ein Eingang mit einem Schließer oder einem Öffner belegt ist. Es kann nur Signalzustand oder Signalzustand erkennen. In allen Darstellungsarten FUP, AWL, KOP ist die Tatsache, dass in Abhängigkeit von den Signalzuständen an den Eingängen programmiert werden muss: Der Geber Der Geber Signalzustand Darstellung in ist ein ist am Eingang FUP AWL KOP Schließer betätigt U O Schließer nicht betätigt UN ON Öffner betätigt UN ON Öffner nicht betätigt U O Kleißler Ronald Seite 9 von 42 Stand: Februar 24

20 Kleißler Ronald Seite 2 von 42 Stand: Februar Beispiele der Schaltalgebra Funktion Funktionstabelle Gleichung A B Q Q B A & A B = Q A B Q Q B A > = A B = Q A Q Q A A = Q A B C D Q B > = C D > = A & Q (A B) (C D) = Q A B Q Q ROX B A (A B) (A B) = Q

21 9. Sicherheitsbetrachtungen Sicherheit erfordert Schutz vor Gefahren für Mensch, Maschine und Umwelt. Gefahren, die durch Funktionsfehler entstehen, müssen verhindert werden, bevor sie auftreten. EN 624-:26 Sicherheit von Maschinen z.b.: Stopp Originaltext. Absatz IEC-Norm: Bedienstationen müssen ein eigenes und eindeutig erkennbares Mittel enthalten, um die Stopp-Funktion der Maschine oder all der Bewegungen, die eine gefahrbringende Situation verursachen können, einzuleiten. Das Bedienteil, das diese Stopp-Funktion einleitet, darf nicht als NOT-HALT markiert oder beschriftet sein, selbst wenn die auf der Maschine eingeleitete Stopp-Funktion eine NOT-HALT-Funktion ausführen kann Stopp-Funktionen Es gibt folgende drei Kategorien von Stopp-Funktionen: - Stopp-Kategorie : Stillsetzen durch sofortiges Unterbrechen der Energiezufuhr zu den Maschinen- Antriebselementen (d. h. ein ungesteuertes Stillsetzen) - Stopp-Kategorie : ein gesteuertes Stillsetzen (siehe 3.), wobei die Energiezufuhr zu den Maschinen-Antriebselementen beibehalten wird, um das Stillsetzen zu erzielen. Die Energiezufuhr wird erst dann unterbrochen, wenn der Stillstand erreicht ist; - Stopp-Kategorie 2: ein gesteuertes Stillsetzen, bei dem die Energiezufuhr zu den Maschinen Antriebselementen beibehalten wird. Das Stillsetzen einer Maschine muss durch Abschalten der Spannung eingeleitet werden. Diese Art des Stillsetzens ist sicher, weil sie auch bei Erdschluss, Drahtbruch oder Spannungsausfall im Geberstromkreis funktioniert. Die aus diesem Grund bei AUS-Tastern und Grenztastern üblichen Öffner sollten daher keinesfalls durch Schließer mit Abfrage auf den Signalzustand ersetzt werden. Kleißler Ronald Seite 2 von 42 Stand: Februar 24

22 Durch Leiterbruch, Erdschluss oder Fehler in den Geberstromkreisen darf das Abschalten nicht blockiert werden. Verriegelungen (z.b. Schützverriegelung) sind zu verdrahten, so dass im Falle des "Klebens" eines Schützes das andere Schütz nicht aktiviert wird, obwohl ein entsprechendes Signal am Ausgang der SPS ansteht. Das folgende Bild soll ein vereinfachtes Beispiel dieser Sicherheitsforderung verdeutlichen: *Anmerkung: Wenn es erforderlich ist, müssen Hilfskontakte (Öffner) von Bimetallrelais und von Grenztastern in Reihe zu NOT-AUS und Austastern geschaltet werden! Für Sicherheits- Stromkreise werden heute ausschließlich durch die BG zugelassene Relais mit so genannten Zwangsgeführten Kontakten eingesetzt. Z.B. Not-Aus, Zweihand oder Schutztürrelais. Sicherheitsgerichtete SPSen so genannte F-Steuerungen lösen den Hardwareaufbau immer mehr ab. Gerade bei größeren Anwendungen ermöglicht die Integration der Sicherheitstechnik nach EN ISO bzw. EN / IEC 626 in die Standartautomatisierung deutliche Vorteile. Darüber hinaus ist ein sicherer Bus Aufbau über ASIsave, PROFIsave, oder über IWLAN als SafetyNET möglich. Kleißler Ronald Seite 22 von 42 Stand: Februar 24

23 Siemens Beispiel F-Steuerung Bus Systeme: Kleißler Ronald Seite 23 von 42 Stand: Februar 24

24 2. Die Risikobewertung Nach EN 626 wird ein geforderter Sicherheitsintegritäts- Level (SIL) bestimmt, nach EN ISO ein Performance Level (PL). Beispiel Bestimmung des erforderlichen PL (durch Risikograf) Die Einschätzung des Risikos erfolgt anhand der gleichen Risikoparameter: Risikoparameter S = Schwere der Verletzung S = leichte (üblicherweise reversible) Verletzung S2 = schwere (üblicherweise irreversible) Verletzung, einschließlich Tod F =Häufi gkeit und/oder Aufenthaltsdauer der Gefährdungsaussetzung F = selten bis öfter und/oder Zeit der Gefährdungsaussetzung ist kurz F2 = haufi g bis dauernd und/oder Zeit der Gefährdungsaussetzung ist lang P = Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung oder Begrenzung des Schadens P = möglich unter bestimmten Bedingungen P2 = kaum möglich a, b, c, d, e = Ziele des sicherheitsgerichteten Performance Levels Der geforderte Performance Level ist somit PL d. Kleißler Ronald Seite 24 von 42 Stand: Februar 24

25 Zahlensysteme 2. Ganzzahl ( 6 Bit ) mit Vorzeichen V te y B tr o W 7 8 te y B T IN pyt net 5 a D INT (mit Vorzeichen) Eine Variable mit dem Datentyp INT stellt eine 6Bit Zahl dar, die als Ganzzahl (6 Bit Festpunktzahl) ein Wort belegt. Die Signalzustände der Bits -4 stellen den Zahlenwert dar. Das 5. Bit stellt das Vorzeichen dar. Signalzustand : Signalzustand : Die Zahl ist positiv Die Zahl ist negativ Zahlenbereich: bis Eingabe- Beispiel für eine INT Variable: L 2 WORD (ohne Vorzeichen) Eine Variable mit dem Datentyp WORD stellt eine 6Bit Zahl dar, die als Ganzzahl (6 Bit Festpunktzahl) ein Wort belegt. Die Signalzustände der Bits -5 stellen den Zahlenwert dar. Zahlenbereich: bis Eingabe- Beispiel für eine WORD Variable: L W#6# Kleißler Ronald Seite 25 von 42 Stand: Februar 24

26 te y B te y B T IN D pyt net a D Automatisierungstechnik SPS Kompaktkurs 22. Ganzzahl ( 32 Bit ) mit Vorzeichen rw ehöh e o Wse igtr te y B tr te y B V 3 rwed ie n e o Wse igtr tr 7 8 niederwertiges Wort höherwertiges Wort DINT (mit Vorzeichen) Eine Variable mit dem Datentyp DINT stellt eine 32Bit Zahl dar, die als Ganzzahl (32 Bit Festpunktzahl) ein Doppelwort belegt. Die Signalzustände der Bits -3 stellen den Zahlenwert dar. Das 3. Bit stellt das Vorzeichen dar. Signalzustand : Signalzustand : Die Zahl ist positiv Die Zahl ist negativ Zahlenbereich: bis Eingabe- Beispiel für eine DINT Variable: L #2 WORD (ohne Vorzeichen) Eine Variable mit dem Datentyp DWORD stellt eine 32Bit Zahl dar, die als Ganzzahl (32 Bit Festpunktzahl) ein Doppelwort belegt. Die Signalzustände der Bits -3 stellen den Zahlenwert dar. Das 3. Bit wird für das Vorzeichen benötigt. Zahlenbereich: bis Eingabe- Beispiel für eine WORD Variable: L W#32#7FFFFFFF Dies entspricht der maximalen Zahl von: BIN: 2# Kleißler Ronald Seite 26 von 42 Stand: Februar 24

27 23. Realzahl (IEEE-Gleitpunktzahlen, 32 Bit) Datentyp REAL V Exponent + VZ Mantisse Eine Variable mit dem Datentyp REAL stellt eine Zahl dar, die als Gleitpunktzahl (32 Bit Festpunktzahl) ein Doppelwort belegt. Achtung der Exponent benötigt 6 Stellen sowie das Vorzeichen eine Stelle somit bleibt für den Zahlenwert ausschließlich 24 Bit übr ig. Das REAL Zahlensystem ist das einzige Zahlensystem in der Steuerung welches Kommastellen zulässt. Zahlenbereich 2^24: e+7 bis e+7 Eingabe- Beispiel für die größte REAL Variable: L Dies entspricht der maximalen Zahl von: e+7 Beispiel: Kleißler Ronald Seite 27 von 42 Stand: Februar 24

28 24. UND- Verknüpfung Vorlage Programmdarstellung FUP KOP AWL. 8A E. E. 8A &.2..3 E.2. E E E.3. 8A E E E U E. U E.2 U E.3 = A8. Funktionsbeschreibung: Die UND- Verknüpfung entspricht der Reihenschaltung von Kontakten. Am Ausgang A 8. erscheint Signalzustand, wenn alle Eingänge gleichzeitig den Signalzustand aufweisen. Wenn mindestens einer der Eingänge den Signalzustand aufweist erscheint am Ausgang Signalzustand. Die Anzahl der Abfragen und die Reihenfolge der Programmierung ist beliebig. Wahrheitstabelle: E. E.2 E.3 A8. Kleißler Ronald Seite 28 von 42 Stand: Februar 24

29 25. ODER- Verknüpfung Vorlage Programmdarstellung FUP KOP AWL. 8A. 8A 2.. E E. 8A >.3 E.3 E.2 E 3. E.2. E E. E O E. O E.2 O E.3 = A8. Funktionsbeschreibung Die ODER- Verknüpfung entspricht der Parallelschaltung einzelner Kontakte(Vorlage). Am Ausgang A 8. erscheint Signalzustand wenn mindestens einer der Eingänge den Signalzustand aufweist. Am Ausgang erscheint Signalzustand, wenn alle Eingänge gleichzeitig den Signalzustand aufweisen. Die Anzahl der Abfragen und die Reihenfolge der Programmierung ist beliebig. Wahrheitstabelle: E. E.2 E.3 A8. Kleißler Ronald Seite 29 von 42 Stand: Februar 24

30 26. XOR- Verknüpfung Vorlage Programmdarstellung FUP KOP AWL. 8A. 8A.. E E.. E E. 8A. E R E. OX. E. E X E. X E. = A 8. Funktionsbeschreibung Die XOR- Verknüpfung liefert am Ausgang A 8. Signalzustand, wenn nur einer der Eingänge den Signalzustand aufweist. Am Ausgang A8. erscheint Signalzustand, wenn alle Eingänge gleichzeitig den Signalzustand oder aufweisen. Bei XOR- Verknüpfungen können nur 2 Eingänge angelegt werden. Wahrheitstabelle: E. E. A8. Kleißler Ronald Seite 3 von 42 Stand: Februar 24

31 Anwendungsbeispiel XOR Funktion: Bei einem typischen Pneumatik Zylinder gibt es zwei Zustände. Zylinder eingefahren: Zylinder ausgefahren: Die jeweilige Endlage wird über Zylinder Schalter (Reed Kontakt) auf ausgefahren oder eingefahren abgefragt. Ein zustand zwischen ein,- und ausgefahren ist normalerweise Verfahrenstechnisch irrelevant. XOR Zustand Zylinderschalter Zylinder ausgefahren Zylinderschalter Zylinder eingefahren Verknüpfung Zylinder fährt Zylinder eingefahren Zylinder ausgefahren Nicht möglich Kleißler Ronald Seite 3 von 42 Stand: Februar 24

32 27. Speicherbereiche und Komponenten einer Zeit Speicherbereich Zeiten haben einen eigenen reservierten Speicherbereich in Ihrer CPU. Dieser Speicherbereich reserviert ein 6-Bit-Wort für jeden Zeitoperanden. Zeitwert Die Bits bis 9 des Timerworts enthalten den Zeitwert binär-codiert. Der Zeitwert gibt eine Anzahl von Einheiten an. Das Aktualisieren der Zeit vermindert den Zeitwert um jeweils eine Einheit in einem Intervall, der von der Zeitbasis festgelegt wurde. Datentyp S5TIME Datentyp Länge (Bit) Format Beispiele für das Format 6 Min. Max. S5T#ms S5T#2h46m3s Sie können somit einen Zeitwert von max Sekunden bzw. 2H_46M_3S eingeben. Beispiele: S5TIME#4S s5t#2h_5m S5T#H_2M_8S = 4 Sekunden = 2 Stunden und 5 Minuten = Stunde, 2 Minuten und 8 Sekunden Kleißler Ronald Seite 32 von 42 Stand: Februar 24

33 Zeitbasis Die Bits 2 und 3 des Timerworts enthalten die Zeitbasis binär-codiert. Die Zeitbasis definiert das Intervall, in dem der Zeitwert um eine Einheit vermindert wird. Die kleinste Zeitbasis beträgt ms, die größte s. Zeitbasis ms ms s s Auflösung Binärcode für Zeitbasis Bereich, s ms - 9 s 99 ms, s ms - m 39 s 9 ms s s - 6 m 39 s s s - 2 h 46 m 3 s Lesen der Zeit und der Zeitbasis Jede Timerbox liefert zwei Ausgänge, DUAL und DEZ, für die Sie eine Wortadresse angeben können. Am Ausgang DUAL ist der Zeitwert binär-codiert, die Zeitbasis wird nicht angezeigt. Am Ausgang DEZ sind Zeitbasis und Zeitwort BCD-codiert. Folgende Timer stehen zur Verfügung: S_IMPULS: S_VIMP: S_EVERZ: S_SEVERZ : S_AVERZ: Zeit als Impuls Die maximale Zeit, in der das Ausgangssignal auf "" bleibt, ist gleich dem programmierten Zeitwert t. Das Ausgangssignal bleibt für eine kürzere Zeit auf "", wenn das Eingangssignal auf "" wechselt. Zeit als verlängerter Impuls Das Ausgangssignal bleibt für die programmierte Zeit auf "", unabhängig davon, wie lange das Eingangssignal auf "" bleibt. Zeit als Einschaltverzögerung Das Ausgangssignal ist nur "", wenn die programmierte Zeit abgelaufen ist und das Eingangssignal noch immer "" beträgt. Zeit als speichernde Einschaltverzögerung Das Ausgangssignal wechselt nur von "" auf "", wenn die programmierte Zeit abgelaufen ist, unabhängig davon, wie lange das Eingangssignal auf "" bleibt. Zeit als Ausschaltverzögerung Das Ausgangssignal ist "", wenn das Eingangssignal "" ist oder die Zeit läuft. Die Zeit wird gestartet wenn das Eingangssignal von "" auf "" wechselt. Kleißler Ronald Seite 33 von 42 Stand: Februar 24

34 28. Zähloperationen Übersicht Speicherbereich Zähler haben einen eigenen reservierten Speicherbereich in Ihrer CPU. Dieser Speicherbereich reserviert ein Wort von 6 Bit für jeden Zähler. Zählwert Die Bits bis 9 des Zählerworts enthalten den Zählwert binär-codiert. Wenn der Zähler gesetzt wird, wird der von Ihnen festgelegte Wert vom Akkumulator in den Zähler übertragen. Der Bereich des Zählwerts liegt zwischen und 999. Sie können den Zählwert innerhalb dieses Bereichs mit folgenden Zähloperationen verändern: ZAEHLER Parametrieren und vorwärts-/rückwärtszählen Z_VORW Parametrieren und vorwärtszählen Z_RUECK Parametrieren und rückwärtszählen SZ Zähleranfangswert setzen ZV Vorwärtszählen ZR Rückwärtszählen Bit-Konfiguration Ein Zähler wird auf einen bestimmten Wert gesetzt, indem Sie eine Zahl zwischen und 999 im BCD-Format als Zählwert laden, z. B. C# 27. Die Bits bis des Zählers enthalten den Zählwert im BCD-Format, d. h. jede Gruppe von 4 Bits enthält jeweils den Binärcode für einen Dezimalwert. Das folgende Bild zeigt den Inhalt des Zählers, nachdem Sie den Zählwert 27 geladen haben, und den Inhalt des Zählerworts nach dem Setzen des Zählers. Kleißler Ronald Seite 34 von 42 Stand: Februar 24

35 29. Operationsübersicht der wichtigsten Operanden Operation Operand Beschreibung U -- Abfrage auf Signalzustand "" und Verknüpfung nach UND UN -- Abfrage auf Signalzustand "" und Verknüpfung nach UND O -- Abfrage auf Signalzustand "" und Verknüpfung nach ODER ON -- Abfrage auf Signalzustand "" und Verknüpfung nach ODER X -- Abfrage auf Signalzustand "" und Verknüpfung nach XOR XN -- Abfrage auf Signalzustand "" und Verknüpfung nach XOR -- E eines Eingangs -- A eines Ausgangs -- M eines Merkers -- L eines Lokaldatenbits -- T einer Zeitfunktion -- Z einer Zählfunktion -- DBX eines Globaldatenbits -- DIX eines Instanzdatenbits -- == Ergebnis gleich Null -- <> Ergebnis ungleich Null -- > Ergebnis größer Null -- >= Ergebnis größer- gleich Null -- < Ergebnis kleiner Null -- <= Ergebnis kleiner- gleich Null -- UO Ergebnis ungültig -- OV Überlauf -- OS speichernder Überlauf -- BIE Binärergebnis Kleißler Ronald Seite 35 von 42 Stand: Februar 24

36 3. Klammerfunktionen Operation Operand Beschreibung U( UND Klammer auf UN( UND NICHT Klammer auf O( ODER Klammer auf ON( ODER NICHT Klammer auf X( Exklusiv- ODER Klammer auf XN( Exklusiv- ODER NICHT Klammer auf ) Klammer zu O ODER- Verknüpfung von UND-Funktionen 3. VKE direkt beeinflussende Operationen Operation Operand Beschreibung NOT VKE negieren SET setze VKE auf CLR setze VKE auf SAVE VKE ins BIE retten 32. Speicherfunktionen Operation Operand Beschreibung = -- Zuweisung S -- Setzen R -- Rücksetzen FP -- Flanke Positiv FN -- Flanke Negativ -- E eines Eingangs -- A eines Ausgangs -- M eines Merkers -- L eines Lokaldatenbits -- DBX eines Globaldatenbits -- DIX eines Instanzdatenbits Kleißler Ronald Seite 36 von 42 Stand: Februar 24

37 33. Übertragungsfunktionen Operation Operand Beschreibung L -- Laden T -- Transferieren -- EB eines Eingangsbytes -- EW eines Eingangsworts -- ED eines Eingangsdoppelwortes -- AB eines Ausgangsbytes -- AW eines Ausgangswortes -- AD eines Ausgangsdoppelwortes -- MB eines Merkerbytes -- MW eines Merkerwortes -- MD eines Merkerdoppelwortes -- LB eines Lokaldatenbytes -- LW eines Lokaldatenwortes -- LD eines Lokaldatendoppelwortes -- DBB eines Globaldatenbytes -- DBW eines Globaldatenwortes -- DBD eines Globaldatendoppelwortes -- DIB eines Instanzdatenbytes -- DIW eines Instanzdatenwortes -- DID eines Instanzdatendoppelwortes -- STW des Statuswortes L PEB Laden Peripherie-Eingangsbyte L PEW Laden Peripherie-Eingangswort L PED Laden Peripherie-Eingangsdoppelwort T PAB Transferieren Peripherie-Ausgangsbyte T PAW Transferieren Peripherie-Ausgangswort T PAD Transferieren Peripherie-Ausgangsdoppelwort L T Direktes Laden eines Zeitwerts LC T Lade Zeitwert BCD- codiert L Z Direktes Laden eines Zählwerts LC Z Lade Zählwert BCD- codiert L D#Datum Lade IEC- Datum (BCD- codiert) Bsp.: L D# L S5T#Zeitw. Lade S5-Zeitkonstante (6-Bit) Bsp.: L S5T#5S L TOD#Zeitw. Lade 32-Bit-Zeitkonstante IEC- Tageszeit Bsp.: L TOD#4:33:2. L T#Zeitwert Lade 6-Bit-Zeitkonstante z.b.: L T#S L C#Zählwert Lade 6-Bit Zählerkonstante z.b.: L C# L B#(b, b2) Lade Konstante als Byte (b, b2) z.b.: L B#(, 5) L B#(b, b2, b3, b4) Lade Konstante als 4 Byte (b, b2, b3, b4) z.b.: L B#(, 5, 7, 3) L xx Lade 2 Zeichen z.b.: L 'xx' L L# Integer Lade 32-Bit-Ganzzahl-Konstante z.b.: L L# L Integer Lade 6-Bit-Ganzzahl-Konstante z.b.: L Kleißler Ronald Seite 37 von 42 Stand: Februar 24

38 34. Zeitfunktionen Operation Operand Beschreibung SI T Starten als Impuls SV T Starten als verlängerter Impuls SE T Starten als Einschaltverzögerung SS T Starten als speichernde Einschaltverzögerung SA T Starten als Ausschaltverzögerung R T Rücksetzen einer Zeit FR T Freigabe eines Timers 35. Zählfunktionen Operation Operand Beschreibung S Z Zählfunktion setzen R Z Zählfunktion rücksetzen ZV Z Zählfunktion Vorwärtszählen ZR Z Zählfunktion Rückwärtszählen FR Z Zählfunktion freigeben 36. Vergleichsfunktionen Operation Operand Beschreibung ==I INT- Vergleich auf gleich <>I INT- Vergleich auf ungleich >I INT- Vergleich auf größer >=I INT- Vergleich auf größer- gleich <I INT- Vergleich auf kleiner <=I INT- Vergleich auf kleiner- gleich ==D DINT- Vergleich auf gleich <>D DINT- Vergleich auf ungleich >D DINT- Vergleich auf größer >=D DINT- Vergleich auf größer- gleich <D DINT- Vergleich auf kleiner <=D DINT- Vergleich auf kleiner- gleich ==R REAL- Vergleich auf gleich <>R REAL- Vergleich auf ungleich >R REAL- Vergleich auf größer >=R REAL- Vergleich auf größer- gleich <R REAL- Vergleich auf kleiner <=R REAL- Vergleich auf kleiner- gleich Kleißler Ronald Seite 38 von 42 Stand: Februar 24

39 37. Schiebefunktionen Operation Operand Beschreibung SLW -- Schieben links wortweise SLD -- Schieben links doppelwortweise SRW -- Schieben rechts wortweise SRD -- Schieben rechts doppelwortweise SSI -- Schieben rechts mit Vorzeichen wortweise SSD -- Schieben rechts mit Vorzeichen doppelwortweise RLD -- Rotieren links doppelwortweise RRD -- Rotieren rechts Doppelwortweise -- n um n Stellen 38. Mathematische Funktionen Operation Operand Beschreibung SIN Sinus COS TAN ASIN ACOS ATAN SQR SQRT EXP LN Cosinus Tangens Arcussinus Arcuscosinus Arcustangens Quadrieren Radizieren (Wurzel) Exponent zu Basis e Natürlicher Logarithmus Kleißler Ronald Seite 39 von 42 Stand: Februar 24

40 39. Arithmetische Funktionen: Operation Operand Beschreibung +I INT- Addition -I INT- Subtraktion *I INT- Multiplikation /I INT- Division +D DINT- Addition -D DINT- Subtraktion *D DINT- Multiplikation /D DINT- Division (Ganzzahl) MOD DINT- Division (Rest) +R REAL- Addition -R REAL- Subtraktion *R REAL- Multiplikation /R REAL- Division + konst Addieren einer Konstante + P#.. Addieren eines Zeigers DEC n Dekrementieren INC n Inkrementieren 4. Umwandlungsfunktionen Operation Operand Beschreibung ITD Wandlung INT nach DINT ITB DTB DTR BTI BTD RND+ RND- RND TRUNC INVI INVD NEGI NEGD NEGR ABS Wandlung INT nach BCD Wandlung DINT nach BCD Wandlung DINT nach REAL Wandlung BCD nach INT Wandlung BCD nach DINT Rundung zur nächstgrößeren Zahl Rundung zur nächstkleineren Zahl Rundung zur nächsten ganzen Zahl ohne Rundung INT- Einerkomplement DINT- Einerkomplement INT 2er-Komplement DINT 2er-Komplement REAL- Negation REAL- Betragsbildung Kleißler Ronald Seite 4 von 42 Stand: Februar 24

41 4. Wortverknüpfung Operation Operand Beschreibung UW -- UND Wortweise UD -- UND Doppelwortweise OW -- ODER Wortweise OD -- ODER Doppelwortweise XOW -- Exklusiv- ODER Wortweise XOD -- Exklusiv- Oder Doppelwortweise 42. Sprungfunktionen Programmflusssteuerung Operation Operand Beschreibung SPA Marke Sprung absolut SPB Marke VKE="" SPBB Marke VKE="" mit VKE speichern SPBN Marke VKE="" SPBNB Marke VKE="" mit VKE speichern SPBI Marke BIE="" SPBIN Marke BIE="" SPZ Marke Null SPN Marke nicht Null SPP Marke größer Null SPPZ Marke größer oder gleich Null SPM Marke kleiner Null SPMZ Marke kleiner oder gleich Null SPU Marke unzulässiger Operation SPO Marke Sprung bei Überlauf SPS Marke Sprung bei speicherndem Überlauf SPL Marke Sprungverteiler LOOP Marke Schleifensprung Kleißler Ronald Seite 4 von 42 Stand: Februar 24

42 43. Bausteinfunktionen Operation Operand Beschreibung CALL FB Funktionsbaustein aufrufen CALL FC Funktion aufrufen CALL SFB Systemfunktionsbaustein aufrufen CALL SFC Systemfunktion aufrufen UC FB Funktionsbaustein absolut aufrufen CC FB Funktionsbaustein bedingt aufrufen UC FC Funktion absolut aufrufen CC FC Funktion bedingt aufrufen BEA Bausteinende absolut BEB Bausteinende bedingt bei VKE= BE Bausteinende AUF DB Global-Datenbaustein aufrufen AUF DI Instanz-Datenbaustein aufrufen L DBNO Global-Datenbausteinnummer laden L DINO Instanz-Datenbausteinnummer laden L DBLG Global-Datenbausteinlänge laden L DILG Instanz-Datenbausteinlänge laden NOP Nulloperation NOP Nulloperation BLD n Bildaufbauanweisung Kleißler Ronald Seite 42 von 42 Stand: Februar 24