SCRIPT PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLS (PLC) VOLUME I

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1 SCRIPT PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLS (PLC) VOLUME I HÄGELE

2 Inhlt 1. Einleitung Aufbu SPS Grundsätzlicher Aufbu Aufgben der Ein- und Ausgbebugruppen Modulre und Kompkt-ufgebute Steuergräte Arbeitsweise SPS Einleitung Wie rbeitet eine SPS ds Progrmm b? Einführung in die Progrmmierung SPS-Progrmmiersprchen Prinzipielles zur SPS-Progrmmierung Progrmmierung von Öffnern und Schließern Verwendung von Merkern Modulres Progrmmieren Verknüpfungssteuerungen Klssifizierung Verknüpfungssteuerungen Progrmmbeispiele Verknüpfungssteuerungen nch der ODER-Normlform Vereinfchung logischer Schltungen Vereinfchung mittels boolscher Schltlgebr Vereinfchung mittels KV-Digrmme Übungsbeispiele Einführung in die Zhlensysteme Merkmle eiens Zhlensystems Dezimlsystem Dulsystem Hexdezimlsystem Binärcodierte Dezimlzhl (BCD) Übungen Zhlensysteme Anhng Die wichtigsten Dtentypen

3 1. Einleitung Die Computer hben seit gerumer Zeit uch in der Automtisierungstechnik Einzug genommen. Im zunehmendem Mse setzen sich die n gegenüber der herkömmlichen Schütz- und Relissteuerungen, d.h. der sogennnten Verbindungsprogrmmierbre Steuerung durch. Vergleichen Sie die Vor- und Nchteile der SPS gegenüber der VPS! Bild 1: VPS - Relysteuerung Bild 2: SPS Welche SPS-Hersteller kennen Sie? Mcht es Sinn, die SPS bzw. deren Befehlsvort eines bestimmten Herstellers uswendig zu lernen? 2

4 2. Aufbu SPS 2.1 Grundsätzlicher Aufbu Grundsätzlich ist eine SPS ufgebut wie ein Computer einer Zentrleinheit CPU mit Ein- und Ausgbebugruppe. Sie werden in Serie gefertigt und ufgbenneutrl ufgebut: + 24 V Signlgeber _ 0 V I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 Eingbemodul Zwischenspeicher PAE (Prozessbbild der Eingänge) Systemspeicher EEPROM Zwischenspeicher PAA (Prozessbbild der Ausgänge) Ausgbemodul Systembus Progrmmspeicher RAM Dtenspeicher (z.b. für Merker) Steuerwerk, Rechenwerk Systembus O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 Aktoren CPU _ Bemerkung: ROM: Red Only Memory RAM: Rndom Access Memory EPROM: Electriclly Progrmble ROM EEPROM: Electriclly Ersble PROM 3

5 2.2 Aufgben der Ein- und Ausgbebugruppen Sensoren / Signle 24 V 5 V CPU Von der CPU 24 V Aktoren Optokoppler Optokoppler M 0 V 0 V Anpssung Anpssung K1 _ Eigene Notizen: 2.3 Modulre und Kompkt-ufgebute Steuergräte In diesem Zusmmenhng fllen die Begriffe `modulres` und kompkt ufgebutes Steuergerät: - Größere Steuergeräte werden in einzelnen Bugruppen sprich Module individuell zusmmengesetzt. Mit diesem modulren System lssen sich, von einer Grundusführung usgehend. SPS-Systeme zusmmenstellen. Dmit knn ds SPS-System dem entrechendem Anwendungsfll (vorllem die Anzhl de Ein- und Augänge) genu ngepsst werden können. - Für kleinere Steuerungsufgben werden kompkt ufgebute Steuergeräte ngeboten. Sie stellen eine in sich geschlossene Einheit mit einer fest vorgegeben Anzhl von Ein- und Ausgängen dr. Beispiel hierfür: LOGO S7 von Siemens 4

6 3. Arbeitsweise SPS 3.1 Einleitung In einer CPU lufen zwei verschiedene Progrmme b: - Ds Bestriebssystem - Ds Anwenderprogrmm Ds Betriebssystem ist in jeder CPU enthlten und orgnisiert lle Funktionen und Abläufe der CPU, die nicht mit einer spezifischen Steuerungsufgbe verbunden sind. Zu seinen Aufgben gehören: - ds Abwickeln von Neustrt und Wiedernluf - ds Aktulisieren des Prozeßbbildes der Eingänge und die Ausgbe des Prozeßbbildes der Ausgänge. - ds Aufrufe des Anwenderprogrmmes - ds Erfssen von Alrmen und Aufrufe des Alrm-Obs - ds Behndeln von Fehlern - ds Verwlten von Speicherbereichen - ds Kommunizieren von Progrmmiergeräten und nderen Kommuniktionsprtnern Betriebssystem Anwenderprogrmm Ds Anwenderprogrmm müssen Sie erstellen und in die CPU lden. Ihr Anwendungsprogrmm soll den Forderungen der speifischen Automtisierungsufgbe erfüllen. 5

7 3.2 Wie rbeitet eine SPS ds Progrmm b? Um die Arbeitsweise einer SPS zu klären, schreiben Sie bitte folgende Progrmme in den Orgnistionsbustein OB 1. Beobchten Sie, wie sich der Ausgng - der im Progrmm ngesprochen wird verhält, wenn beide Eingänge gleichzeitig betätigt werden. Netzwerk 1: U I S // Ausgng wird gesetzt Netzwerk 2: U I R // Ausgng wird zurückgesetzt Netzwerk 1: U I R // Ausgng wird zurückgeestzt Netzwerk 2: U I S // Ausgng wird gesetzt Beobchtung: Erklärung zur Arbeisweise einer SPS: PAE Prozessbbild der Eingänge PAA Prozessbbild der Ausgänge PAE Anweisung 1 Anweisung 2 Anweisung 3 Anweisung n PAA 6

8 In diesem Zusmmenhng fllen zwei Begriffe, die die Geschwindigkeit der SPS beschreiben: Zykluszeit Die Zykluszeit ist die Zeit, welche die SPS für eine einmlige Abrbeitung des Steuerprogrmms PAE benötigt. Die Zykluszeit setzt sich zusmmen us Anweisung 1 o der Berbeitungszeit eines Befehls o der Anzhl der Steuernweisungen Rektionszeit Anweisung 2 Anweisung 3 Die Rektionszeit einer SPS ist üblicherweise Anweisung n mehrfch größer ls die Zykluszeit. Sie setzt sich PAA zusmmen us - Verzögerungszeit der Eingbebugruppen - Ein- und Auslesezeit der Prozessbblider - Zykluszeit Nchtrg zur Zykluszeit: Die Zykluszeit ist ein wesentliches Leistungsmerkml einer SPS und wird meist in 1 k = 1024 Steuernweisungen ngegeben. Beispiel: Bei moderner SPS beträgt die durchschnittliche Berbeitungszeit eines Befehls c 200 ns. Wie groß ist demnch die Zykluszeit? 7

9 4. Einführung in die Progrmmierung 4.1. SPS-Progrmmiersprchen Die klsische Progrmmiersprchen der SPS sind: Anweisungsliste (AWL) Kontktpln (KOP) Funktionsbustein (FBS) bzw. Funktionspln (FUP) In den letzten Jhren hinzugekommen sind: Ablufsprche (AS) Strukturierter Text (AS) engl.: structure control lnguge (SCL) Bild 1: Übersicht über die Progrmmiersprchen SPS-Progrmmiersprchen Textsprchen Grfische Sprchen AWL ST AS FBS/FUP KOP Die Merkmle dieser Progrmmiesprchen können Sie nchfolgender Seite ersehen! Bemerkung: Die Progrmmiersprchen de SPS sind interntionl in der IEC 1131 (Teil 3) bennnt. Sie wurden ls deutscher Norm DIN EN übernommen. 8

10 Überblick Progrmmiersprchen SPS-Progrmmiersprche Beispiel Merkml Funktionsbusteinssprche FBS bzw. Funktionspln FUP Kontktpln Anweisungsliste (AWL) Ablufsprche (AS) Interntionl LD % I X 0 OR % I X 0 AND % I X 0 = M1.0 INIT 1 2 S1 S2 START t 1 STOP M1.0 Step 7 O I 0.0 O I 0.1 AN I 0.3 = M1.0 S Spindelmotor n D Wrten t 1 = 2 s N Vorschub vor Enthält meist nicht den gesmten Befehlsstz der SPS Übersichtlich, leichte Fehlersuche Entwickelt in Anlehnung n die Digitltechnik Enthält meist nicht den gesmten Befehlsstz der SPS Übersichtlich, leichte Fehlersuche Wggerechte Pfde lehnen sich n Stromlufpläne n Im sitischen und US- Ameriknischen Rum verwendet enthält den gesmten Befehlsstz Einzelnweisung `mnemotechnisch`d.h. gut lesbr ufgebut wenig übersichtlich, Fehlersuche schwierig häufig verwendet Befehlsstz sehr beschränkt Benötigt viel Speicherpltz Übersichtlich, leichte Fehlersuche Anwendung in Ablufsteuerungen 3 Endlge N Vorschub zurück Strukturierter Text FUNCTION FC2: REAL VAR_INPUT X1: REAL X2: REAL VAR_OUTPUT X3: REAL END_VAR BEGIN X3 := X1 + X2; END FUNCTION Progrmmufbu übersichtlich Enthält den gesmten Befehlsstz Entwickelt in Anlehnung einer höheren Progrmmiersprche (wie Pscl oder C) 9

11 4.2. Prinzipielles zur SPS-Progrmmierung Progrmmierung von Öffnern und Schließern Bei der Erstellen eines Progrmms ist zu bechten, ob der Geber (Tste, Sensor,...) ls Schließer oder Öffnerkontkt usgeführt ist. Ds Automtisierungsgerät knn nicht feststellen, ob es sich z.b. um einer Öffner oder einen betätigten Schließer hndelt. Beides würde ls Signlzustnd 1 m Eingng der SPS erknnt werden. Bei der Progrmmierung der SPS muss lso beknnt sein, ob der verwendete Geber ein Schließer oder Öffner ist, um bei Betätigung des Gebers die gewünschte Aktion einzuleiten. Beispiel: Ihre Aufgbe ist es, den Signlzustnd m Eingng bzufrgen, dmit der Ausgng ktiv wird, wenn der Tster betätigt wird. Progrmmierung in FUP! Vergleich betätigt - nicht betätigt Drstellung in FUP Der Geber ist ein Schließer nicht betätigt betätigt I I I = Signl m SPS-Eingng: 0 Signl m SPS-Eingng: 1 Abfrge für Signlwechsel von 0 uf 1 Der Geber ist ein Öffner nicht betätigt betätigt I O = I I Signl m SPS-Eingng: 1 Signl m SPS-Eingng: 0 Abfrge für Signlwechsel von 1 uf 0 10

12 Verwendung von Merkern Wollen Sie Zwischenergebnisse ihres Progrmmes, die Sie nicht n die Ausgänge führen wollen, bilden? Dnn ist eine Möglichkeit hierfür sogennnte Merker zu verwenden. Wie Merker in `Step 7` eingesetzt werden können, sehen Sie nchfolgend: Bild 1: Auszug us einem Step 7 - Progrmm S1 S2 > 1 & M1.0 O S1 O S2 UN STOP STOP = M1.0 M1.0 enble & START U M1.0 U enble = START Mit Merker greifen Sie uf Zellen des Arbeitsspeichers zu. Bei einer SPS unterscheidet mn zwischen remnenten und nicht-remnenten Mekern: Nicht-remnente Merker verlieren bei Ausfll der Betriebsspnnung ihren logischen Zustnd. Remnente Merker hingegen behlten durch Pufferung des RAM-Speichers ihren Wert. Ds Verwenden von remnenten Merkern mcht dnn Sinn, wenn wichtige Prozessdten wie Füllstände, Stückzhlen, Positionen, etc. nch Rückkehr der Betriebsspnnung wieder zur Verfügung stehen sollen. Welcher Speicherbereich remnent bzw. nicht-remnent ist, ist bhängig von der CPU. Dies entnehmen Sie dem Hndbuch der entsprechenden CPU. Interntionl LD % I X 0 OR % I X 0 AND % I X 0 = M1.0 Step 7 O I 0.0 O I 0.1 AN I 0.3 = M1.0 11

13 Modulres Progrmmieren Ds Progrmm wird buchseitendick. Wie knn ich ds Progrmm übersichtlich gestlten? Abb. Ppierflzmschine der F MBO uelle: MBO.de Teilen Sie Ihr Progrmm sinnvoll in einzelne Module uf. Sinnvoll ist z.b., wenn jedes Progrmmmodul seine eigene Funktion erfüllt z.b. Modul 1 die Logik, Modul 2 die Anlogverrbeitung, Modul 3 die Befehlsusgbe, etc. DB Betriebssystem OB 1 FC FB SFC DB FB Bild 2: mögliche Aufrufhierrchie eines Step 7-Progrmms Die Reihenfolge und Schchtelung der Busteinufrufe wird Aufrufhierrchie gennnt. Die zulässige Schtelungstiefe ist CPU bhängig. Step 7 unterscheidet folgende Progrmmbusteine: OB Orgnistionsbusteine Obs bilden die Schnittstelle zwischen dem Betriebssystem und dem Anwendungsprogrmm fest. Sie steuern ds Anluferverhlten der SPS, den zyklischen und den lrmgesteuerten Progrmmufruf, ds Berbeiten und Behndeln von Fehlern. FC Funktionen FCs progrmmieren Sie selbst. Dies sind Busteine mit der Möglichkeit der Prmeterübergbe ohne Gedächtnis FB Funktionsbusteine FBs progrmmieren Sie selbst. Sie konnen diesem Bustein Prmeter übergeben. Zudem hben FBs ein Gedchtnis. DB Dtenbusteine Dtenbusteine können Anwenderdten speichern. Step 7 unterscheidet: - Instnz-Dtenbusteine, die einem FB zugeordnet sind - Globle Dtenbusteine, uf die lle Codebusteine zugreifen können SFB, SFC, interne FBs Vorgefertigte Busteine, die Sie ls Anwender nur noch Werte übergeben (d.h. prmetrieren) müssen. Werden von Step 7 bereitgestellt. 12

14 Arbeitsuftrg: Ein Antrieb einer Anlge soll speichernd über die Tste S1 eingeschltet werden und über Tste S2 wieder usgeschltet werden können. Forderung: Aus Sicherheitsgründen soll ds Ausschlten dominnt sein. Für welches Speicherglied RS- bzw. SR-Glied entscheiden Sie sich? Die Anlge wird erweitert: Dr Motor soll durch Betätigen der Tster S2 oder S3 speichernd eingschltet werden. Der Motor wird bgeschltet durch Betätigen des Tsters S1 oder des Überstromuslösers F1 (beide Öffner). Weiterhin soll die Ausschltdominnz Gültigkeit hben. Progrmmieren Sie zunächst lles in den OB 1. Steuern Sie den Ausgng direkt n ohne Verwendung von Merkern. Ds Ergebnis ihrer Logik soll nicht direkt uf den Ausgng führen, sondern ls Zwischenergebnis in ein Merker bgelegt werden. Weiterhin soll de OB 1 ihr einziges Progrmm-Modul sein. Nun wollen Sie modulr progrmmieren. Die Logik progrmmieren Sie in FC 1, die Befehls-usgbe soll in FC 2 progrmmiert werden. Testen Sie Ihr Progmm. 13

15 5. Verknüpfungssteuerungen Bemerkung: Verknüpfungssteuerungen werden uch ls kombintorischen bezeichnet 5.1. Klssifizierung Verknüpfungssteuerungen Bevor Sie drn gehen, einfche Verknüpfungssteuerungen zu progrmmieren, soll Ihnen folgender Überblick helfen, dieses Them in stofflich einzuordnen: Unterscheidung Steuerung Verknüpfungssteuerung bzw. kombintorischen Ablufsteuerung Hier werden die Eingngssignle über logische Verknüpfungen (UND, ODER, NICHT, Zeitglieder, Speicher) zusmmengeschltet, so dss ein oder mehrere Ausgngssignle zustndekommen. Verknüpfungssteuerungen sind meist einfche Sind mit einem zwngsweisen Abluf Die logischen Grundfunktionen UND`, ODER`, `NICHT` sowie Speicher sind Ihnen us der Digitltechnik beknnt. Ein wesentlicher Unterschied zur SPS ist dieser: Hier hben Sie keine IC s zu verlöten hier progrmmieren Sie Ihre logischen Funktionen. Gehen Sie jetzt drn, Ihr Wissen bei den folgenden Grundübungen nzuwenden. 14

16 5.2. Progrmmbeispiele Progrmmbeispiel 1: von der VPS zur SPS Verbindungsprogrmmierbre Steuerunge VPS, wie die bgebildete Relissteuerung werden immer mehr durch speicherprogrmmierbre SPS us Ihnen beknnten Gründen - ersetzt. Dies soll hier uch Ihre Aufgbe sein. Schreiben Sie hierfür ds entsprechende SPS-Progrmm für die bgebildete elektrische Steuerung. S1 S2 1S2 K1 Buteil E/A Kommentr S1 I124.0 Tster Ein - Schließer K2 K1 K2 1Y1 S2 I124.1 Tster Ein - Schließer 1S2 I124.2 Tste Aus - Öffner 1Y Mgnetventil Abb.: Elektrischer Steuerkreis Abb.: Symboltbelle Progrmmbeispiel 2: Drehrichtungumschltung - indirekt Mit nchfolgendem Leistungsteil einer sogennnten H-Brücke können Sie die Drehrichtung einer Gleichstrommotors umkehren. Funktionsbeschreibung Der Motor knn mit dem Tster S1 im Rechtsluf (d.h. K1 ngezogen) und mit dem Tster S2 (d.h. K2 ngezogen) gestrtet werden. Vorussetzung: Der AUS-Tster S0 ist nicht betätigt. Ds Umschlten der Drehrichtung knn erst erfolgen, nchdem de AUS-Tster S0 gedrückt wurde. Abb.: H-Brücke zur Steuerung eines DC-Motors 15

17 Progrmmstruktur Linksluf Ein S1 Ein S2 Rechtsluf AUS S0 Motor Hlt AUS S0 Progrmmbeispiel 3: Drehrichtungumschltung - direkt Funktionsbeschreibung Der Motor knn mit dem Tster S1 im Rechtsluf (d.h. K1 ngezogen) und mit dem Tster S2 (d.h. K2 ngezogen) gestrtet werden. Vorussetzung: Der AUS-Tster S0 ist nicht betätigt. Ds Umschlten der Drehrichtung knn direkt vom Rechtsluf in den Linksluf und vom Linksluf in den Rechtsluf erfolgen. Progrmmstruktur Lstkreis H-Brücke Ein S1 Ein S2 Linksluf Ein S1 Ein S2 Rechtsluf AUS S0 Motor Hlt AUS S0 16

18 5.3. Verknüpfungssteuerungen nch der ODER-Normlform Oft hben Sie mehrere Einschltmöglichkeit für einen Ausgng, Anlge, etc. Jede dieser Einschltmöglichkeit ist n eine Bedingung gebunden. Ist dies der Fll, dnn gelngen Sie zu einer schltlgebrischen Gleichung, die ufgrund ihres Aufbus uch ls Oder-Normlform bzw. Disjunktive Normlform bezeichnet wird. Entwickeln einer Verküpfungssteuerung nhnd einer Auftrgsbeschreibung Sie bekommen von Ihrem Kunden eine Anlgenbeschreibung und müssen für die Steuerung ds Progrmm entwickeln. Welche Arbeitsschritte sind hierfür notwendig? Dies soll nhnd einem einfchen Beispiel gezeigt werden. Bsp: Ein Motor M1 soll von zwei Bedienstellen mit den Rstschltern S1 und S2 geschltet werden können. Der Motor wird eingeschltet, wenn entweder nur S1 oder nur S2 eingeschltet ist. Welche Arbeitsschritte bis zum fertigen Progrmm sind hierfür notwendig? Schritt 1: Erstellen einer Whrheitstbelle S2 S1 M Schritt 2: Funktionsgleichung us der Whrheitstbelle erstellen Interessnt sind hierbei nur die Fälle, in denen der Ausgng den logischen Zustnd `1` ht! Schritt 3: Funktionsgleichung in eine logische Schltung übersetzen S2 S1 17

19 Übungsbeispiel: 2 us 3-Schltung Eine Kunststoffspritznlge drf den Produktionsvorgng nur dnn strten bzw. fortsetzen, wenn die erfordferliche Betriebstempertur erreicht bzw. gehlten wird. D ein Abbruch der Anlge während des lufenden Betriebes mit hohen Kosten verbunden sind, wird die Tempertur mit 3 Sensoren erfsst. Die Abschltung soll nur dnn erfolgen, wenn mindestens zwei der drei Temperturfühler den Zustnd 1 melden. Auf diese Weise verhindert mn ein unnötiges Abschlten, ds hohe Kosten verurschen würde. Entwerfen Sie für diese Anlge die notwendige logische Schltung! 18

20 5.4. Vereinfchung logischer Schltungen Erscheint Ihnen so mnche Schltung nicht zu komplex? Wenn doch, dnn können Sie diese vereinfchen Vereinfchung mittels boolscher Schltlgebr Folgende Rechenregeln gelten für Vriblen, die mit logischen Funktionen verknüpft sind. Die Anlogie zum elektrischen Steuerstromkreis soll Ihnen helfen, sich diese Regeln selbst zu errbeiten: Verknüpfung mit einer Konstnten: entspricht entspricht 0 Sie folgern: 1 Sie folgern: (1) _ (2) 0 entspricht 1 entspricht Sie folgern: (3) Sie folgern: (4) Verknüpfung einer Vriblen mit sich selbst: entspricht Sie folgern: (5) entspricht Sie folgern: (6) entspricht entspricht Sie folgern: Sie folgern: (7) (8) 19

21 Ds Kommuniktivgesetz (Vertuschungsgesetz): Ds Kommuniktivgesetz besgt, dss mn Glieder, die untereinnder durch UND bzw. ODER verknüpft sind, beliebig vertuscht werden dürfen. Δ b b Sie folgern: (9) b Δ b Sie folgern: (10) Ds Asszitivgesetz (Verbindungsgesetz): Ds Assozitivgesetz gibt Auskunft drüber, wie mn einzelne Glieder, die untereinnder durch UND bzw. ODER miteinnder verknüpft sind, zusmmenfssen knn. Ds Zusmmenfssen wird durch Klmmern gekennzeichnet. b c b c b c Sie folgern: (11) 20

22 Ds Distributivgesetz (Verteilungsgesetz): Ds Distributivgesetz gibt Auskunft über ds Ausklmmern von gleichnmigen Vriblen. Sie folgern: Δ (12) b c b c Δ Sie folgern: (13) b b Δ Sie folgern: (14) 21

23 Die De Morgn sche Regeln Die De Morgn sche Regeln dienen zum Umformen von Verknüpfungsschltungen. K1 b b Δ Sie folgern: (15) b K1 Δ b Sie folgern: (16) 22

24 Vereinfchung mittels KV-Digrmme KV-Digrmme werden nch ihren Entdecker Krnugh und Veigh uch ls Krnugh-Veigh-Digrmme bezeichnet. Sie entstmmen der Mengenlehre. Die KV-Digrmme lssen sich nwenden uf Gleichungen, die der Disjunktiven Normlform entsprechen! Wie die KV-Digrmme ufgebut sind und wie Sie diese nwenden, entnehmen Sie bitte dem Tbellenbuch Übungsbeispiele Aufgbe 1: Vereinfchen Sie die `2 us 3 Schltung` us obigen Beispiel! Aufgbe 2: Um die zuverlässige elektrische Leistungsufnhme einer Gießerei nicht zu überschreiten, soll ein Melder eine Wrnung bgeben, wenn durch Einschlten der drei Brennöfen die Leistung 22 kw überschritten wird. Die Nennleistung der drei Brennöfen beträgt: P1 = 16 kw, P2 = 12 kw und P3 = 8 kw. Arbeitsschritte, die Sie einhlten sollen: Brennofen 16 kw Brennofen 12 kw H1 Mx. Leistung überschritten Brennofen 8 kw 1. Erstellen Sie eine Whrheitstbelle. 2. Bilden Sie us dieser Whrheitstbelle die boolsche Gleichung. S1 S2 S3 3. Vereinfchen Sie gegebenenflls diese Gleichung mit Hilfe der KV-Digrmme. Erstellen Sie eine Schltung us logischen Gliedern. Aufgbe 3: Tnkentleerung Ein Tnk soll über drei n verschiedenen Orten ngebrchte Schlter entleert werden können. Ds Ventil zum entleeren soll ein- und usgeschltet werden können (die Funktionsweise soll wie bei einer Kreuzschltung in der Elektrik sein, Kreuzschltung = Wechselschltung mit drei Schltern). 1. Bestimmen des Zusmmenhnges zwischen den Eingängen S1, S2, S3 und dem Ausgng Y mit einer Funktionstbelle. S2 S1 S3 tnk 1Y1 2. Bestimmen der Schltfunktion. 3. Erstellen eines Funktionsplnes. 23

25 Übungsufgben Zeitglieder und Zähler Aufgbe 1 - Tempertursensor Wird von einem Tempertursensor eine erhöhte Tempertur gemeldet (1-Signl), dnn wird nch 5s die Kontrolllmpe P1 dies nzeigen, ber nur wenn die Tempertur nch dieser Zeit noch erhöht ist. Eine weitere Lmpe P2 zeigt die Erhöhung der Tempertur ebenflls nch 5s n, ber im Unterschied zur Lmpe P1 uch dnn, wenn die Temperturerhöhung innerhlb der 5s wieder bgeklungen ist. Eine uittiertste S1 schltet die Lmpe P2 us. Wählen Sie die erforderlichen Kontkte (Öffner/Schließer) us! Progrmmieren Sie einen frei prmetrierbren Bustein. Zuordnungsliste: Vrible Adresse Dtentyp Kommentr B1 I124.0 Bool Tp.-Sensor S2 I124.1 Bool uittieren P Bool Lmpe 1 P Bool Lmpe 2 Aufgbe 2 - Zweihndverriegelung Eine Presse soll Zweihndgesteuert nch unten fhren. Aus Sicherheitsgründen sollen Sie einen zeitgesteuerten Zweihnd progrmmieren. Bemerkung: Linke-Hnd-Tste und Rechte-Hnd-Tste werden immer mit einer gewissen Rektionszeit betätigt. Allerdings drf diese rektionszeit einen bestimmten Wert nicht überschreiten, d sonst eine Mnipultion vermutet werden knn. S0 V S1 S0 & S1 t Vrible Adresse Dtentyp S1 I124.0 Bool S2 I124.1 Bool P Bool Rektionszeit < 0,5 s 24

26 Aufgbe 3: Luflicht mit 3 LED s Der erste Timer (dessen Ausgng die erste Lmpe setzt) strtet, wenn der Strt -Tster gedrückt wird oder wenn die letzte Lmpe ngeht. Rückgesetzt wird ntürlich mit AUS oder der nächsten Lmpe. Alle weiteren Lmpen werden über einen seprten Timer gesetzt, der von der jeweils vorigen Lmpe ktiviert wird. Tipp: Verwende dzu Einschltverzögerungen, m einfchsten geht es mit 3 verschiedenen Timern. 1 0 START STOP LED1 LED2 LED3 Aufgbe 4: Bndsteuerung Es soll eine Bndnlge für den Trnsport von Schüttgut gesteuert werden. Die Anlge bestehend usdrei einzelnen Bändern. Strten der Bndnlge: Über den Tster S1 wird die Anlge gestrtet. Es sollen lle Bänder gleichzeitig nlufen. Beenden des Bndlufes: Um Mterilnlgerungen zu vermeiden, sollen lle Bänder geleert werden. Die Bänder sollen mit einerzeitverzögerung von 3 Sekunden ncheinnder bgestellt werden. Ein NOT- AUS- Tster soll lle Bänder sofort stoppen. Mteril Belt 1 Belt 2 Belt 3 Continer Direction Bild: Technologieschem: Gesucht: Zuordnungsliste, Funktionspln 25

27 Aufgbe 4: Mgzinkontrolle UP S4 Mgzin voll Zählerstnd 4 DOWN B1 1A B2 10 Werkstücke werden jedes Ml eingefüllt RESET B4 2A1 B7 FULL B3 Der Füllstnd des Mgzins wird durch eine Lichtschrnke überwcht. Vor jedem neuen Arbeitsbeginn werden 10 Werkstücke ins Mgzin eingelegt. Sobld der Zylinder 1A usfährt, wird der Zählerstnd dekrementiert. Wenn sich usreichend viele Werkstücke in Mgzinschcht befinden, soll dies der Leuchtmelder Mgzin us sein. Sinkt der Stnd zu weit b (zwischen 1 und 3 Werkstücke im Mgzin), soll dies durch Duerlicht des Leuchtmelders signlisiert werden, dß nchgefüllt werden muß. Nch dem Nchfüllen soll durch Betätigen des Tsters Mgzin quittiert werden, wonch der Arbeitsblufsbluf utomtisch fortgesetzt wird. Ist ds Mgzin leer, soll dies durch Blinken des Leuchtmelders ngezeigt werden. Die Kontrolle des Mgzins und ds Nchfüllen bzw. uittieren sollen von der Betriebsrt unbhängig sein.. Erstellen Sie einen neuen Funktionsbustein (FB 1) und ändern Sie ds bisherige Progrmm so, dß lle geforderten Funktionen erfüllt werden. b. Übertrgen Sie ds Progrmm uf die SPS und testen Sie die Funktion. Hier soll zunächst ein Progrmm erstellt werden, dß folgende Zähl- und Vergleichs-funktionen relisiert: Erhöhen des Zählerstnds um 1 mit Tster UP Senken des Zählerstnds um 1 mit Tster DOWN Setzen des Zählers uf 0 mit Tster RESET Setzen des Zählers uf 10 mit Tster FULL 26

28 Lösung: Bemerkung: SE = Einschltverzögert Zu Aufgbe 1: B1 T1 SE T1 S M1.0 S5T#5s T1 TW P1 = S1 R P2 = Zu Aufgbe 2: Li_Hnd >1 Re_Hnd T1 SE Re_Hn Li_Hnd d3 3 T1 & Freigbe S S5T#500ms s TW Li_Hnd 3 Re_Hnd >1 R Zu Aufgbe 3: LED3 S5T#1s T1 SE TW START LED2 >1 >1 LED1 S LED1 S5T#1s T2 SE EN TW LED3 >1 STOP LED2 S R STOP R LED2 S5T#1s T1 SE EN TW LED1 >1 STOP LED3 S R 27

29 Zu Aufgbe 4: S1 T1 SA S1 T2 SA S1 T3 SA S5T#3s TW S5T#6s TW S5T#9s TW T1 M1 = T2 M2 = T3 M3 = 28

30 6. Einführung in die Zhlensysteme Beispiel: Ein Zähler soll Kugeln zählen. Der ktuelle Zählerstnd beträgt `1` Wieviel Kugeln sind ds? ) b) 1 0 c) Wir sind gewohnt, Zhlenwerte im Deziml- bzw. Zehnersystem drzustellen. Ds Dezimlsystem ist ber - gerde in der Automtisierungstechnik - nur eines von nderen gleichbereichtigten Zhlensystemen Merkmle eiens Zhlensystems Alle heute verwendeten Zhlensysteme hben grundlegende Gemeinsmkeiten: - Die Ziffern ( z.b , 0...f, etc) - Eine Grundzhl, uch Bsis gennnt - Den Stellenwert einer Ziffer, d.h. n welcher Position inerhlb der Zhl befindet sich die Ziffer? Jede Stelle ht eine bestimmte Wertigkeit, bzw. Stellenwert. Wie der Zhlenwert gebildet wird, ist im Prinzip bei llen Zhlensystemen gleich. Dies wollen Sie nhnd von verschiedenen Zhlensystemen kennenlernen: 6.2. Dezimlsystem Ds Dezimlsystem oder Zehnersystem ht folgende Merkmle: - Zehn Ziffern: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 - Grundzhl: 10 - Die Stellenwerte: Potenzen zur Grundzhl 10: , 1000, etc. Beispiel: * 10 0 = 5 0 * 10 1 = 0 2 * 10 2 = 200 Summe = 205 Die Drstellung der Zhl 205 ist in Wirklichkeit eine bgekürzte Schreibweise der Summe = 205! 29

31 6.3. Dulsystem Die Funktionsweise jedes Computers bsiert uf dem Dulsystem. Ds Dulsystem beruht uf der Bsis 2. Die Bsis bestimmt uch die Anzhl der Ziffern bzw. des Zeichenvorrtes im Zhlensystem, hier die Ziffern 0 und 1. Ziffern: 0, 1 Bsis: 2 Stellenwerte: Potenzen der Bsis 2 Beispiel: * 2 0 = 1 Ds Beispiel zeigt, dss eine Dulzhl eine größere Anzhl von Stellen ht ls die entsprechende Dezimlzhl. Mit 8 Stellen können Dulzhlen bis zum Wert 255, mit 16 Stellen bis zum Wert drgestellt werden Hexdezimlsystem 0 * 2 1 = 0 1 * 2 2 = 4 1 * 2 3 = 8 0 * 2 4 = 0 0 * 2 5 = 0 1 * 2 6 = 64 1 * 2 7 = 128 Summe = 205 Ds Hexdezimlsystem beruht uf der Bsis 16. Wie schon gesgt bestimmt die Bsis die Anzhl der einstelligen Ziffern bzw. des Zeichenvorrtes, hier sind es die Ziffern 0 bis 9 und die Buchstben A bis F. Die Potenzen zur Bsis bilden die Stellenwerte. Die erste Stelle links neben dem Komm ht immer den Stellenwert 16 0 = 1, die zweite Stelle links vom Komm ht den Stellenwert 16 1 = 16, die dritte Stelle links vom Komm ht den Stellenwert 16 2 = 256 usw. Ds Hexdezimlsystem wird benutzt um mit möglichst wenig Ziffern und Zeichen große Zhlen drzustellen. Ziffern und Zeichen: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Bsis: 16 Stellenwerte: Potenzen der Bsis 16 Beispiel: C D 13 * 16 0 = * 16 1 = 192 Summe =

32 Zusmmenhng Dulcode und Hexdezimlcode: (2) Vergleichen wir die Dulzhl mit der Zhl CD, so stellen wir fest, dss immer 4 Dulzhlen eine Hex-Zhl ergeben. Ds liegt drn, C dss immer 4 Dulzhlen genu 16 Zhlenwerte (von 0 bis 15) D drgestellt werden können. Wie uch bei Deziml- unddezimlzhlen erhlten wir uch den Zhlenwert einer Hex-Zhl, indem wir die einzelnen Ziffern mit ihrem Stellenwert multiplizieren und nschließend lle Zhlenwerte ddieren: Bsp.: Dul in Hex? 6.5. Binärcodierte Dezimlzhl (BCD) Bei dem BCD-Zhlen hndelt es sich nicht um ein weiteres Zhlensystem, sondern um Dezimlzhlenbei denen jede einzelne Ziffer in eine Dulzhl umgewndelt wird, so dss sie ds vom Automtisierungsgerät verrbeitet werden knn. E 0.7 E 0.0 E 1.7 E 1.0 SPS EW Signl Diese Drstellung heißt Binätcodierte Dezimlzhl oder BCD-Code. Die einzelnen Ziffern werden mit 4 Binärstellen (Bit) verschlüsselt. Die Drstellung mit 4 Bits ergibt sich us der Ttsche, dss die höchstwertige Dezimlziffer 9 in der binären Drstellung mindestenz 4 Stellen erfordert (1001). 31

33 Für die Drstellung der zehn Dezimlzhlen 0 bis 9 wird im BCD-Code dieselbe Drstellung verwendet wie für Dulzhlen von Von den 16 möglichen Kombintionen der 4 Binärstellen bleiben 6 ungenutzt. Mn bezeichnet diese verbotenen Kombintionen ls sogennnte Pseudotetrden. Deziml Dul Hex. BCD-Code A B C D E F Dezimlziffer BCD-Zhl Pseudotetrden 32

34 6.6. Übungen Zhlensysteme Hier werden noch Übungen zum Ausdrucken hinterlegt. Ein gutes Hilfsmittel zum Überprüfen der Zhlenumwndlungen zwischen den Zhlensystemen stellt der im Betriebssystem Windows integrierte Tschenrechner dr. Mn sollte ihn unter 'Ansicht' uf 'Wissenschftlich' einstellen. Allerdings knn mn mit diesem Rechner keine negtiven Gnzzhlen und uch keine Gleitpunktzhlen direkt umrechnen. 1. Wndle die Zhl 5710 nch dul um. 2. Wndle die Zhl 810 nch dul um. 3. Wndle die Zhl nch deziml um. 4. Wndle die Zhl nch deziml um. 5. Wndle die Zhl nch hexdeziml um. 6. Wndle die Zhl nch hexdeziml um. 7. Wndle die Zhl nch hexdeziml um. 8. Wndle die Zhl 810 nch hexdeziml um. 9. Wndle die Zhl A16 nch dul um. 10. Wndle die Zhl B16 nch dul um. 11. Wndle die Zhl A16 nch deziml um. 33

35 7. Anhng 7.1. Die wichtigsten Dtentypen Zum Progrmmieren mit Step 7 existieren vordefinierte elementre Dtentypen, die in jedem Busteintyp (OB, FC, FB) verwendet werden können: 1. Bool Der Dtentyp BOOL stellt ein Bitwert dr. Der Wert dieses Dtentyps ist entweder TRUE oder FALSE (0 oder 1). 8 BOOL-Vriblen belegen ein Byte n Speicherpltz. Die folgenden Opertionen greifen uf ein einzelnes Bit zu. Dbei wird entweder der ktuelle Zustnd usgelesen und weiter verrbeitet oder schreibend druf zugegriffen. Beispiel: U I Und-Verknüpfung mit Eingng S M Setzen Merker M Byte Word - DWORD Diese Dten stellen Bitfolgen von 8, 16 bzw. 32 Bit dr und benötigen somit 1, 2 bzw. 4 Bytes. An Speicherpltz. BYTE-Formt Byte n WORD-Formt Byte n Byte n DWORD-Formt Byte n Byte n + 1 Byte n + 2 Byte n Beispiel: L IB 124 Lde Eingngsbyte 124 T B 124 Trnsferiere in ds Ausgngsbyte 124 L IW 124 Lde Eingngswort 124 T MW 100 Trnsferiere in Merkerwort L W#16#ABBA Die Konstnte mit dem Wert ABBAhex wird in Akku gelden T DB1.DBD 0 Trnsferiere in DB 1 in Dtendoppelword 0 34

36 3. INT - DINT Integerzhlen (INT) bzw. Doppelinteger (DINT) stellen gnze Zhlen mit Vorzeichen dr. Sie benötigen 2 bzw. 4 Bytes n Speicherpltz. Der Wertebereich ist wie folgt: INT von / 8000 hex bis (7FFF hex) DINT von / hex bis / 7FFF FFFF hex Der Aufbu von Integerzhlen, d.h. die Anordnung und Wertigkeit der einzelnen Bits und des Vorzeichens im Speicher entnehmen Sie der folgenden Grfik: INT-Formt Byte n Byte n Ds niedrige Byte beinhltet die höherwertigen Exponenten! DINT-Formt Byte n Byte n + 1 Byte n + 2 Byte n VZ Ds niedrige Byte beinhltet die höherwertigen Exponenten!! Speicherbelegung und Wertigkeit einer Integerzhl verhlten sich entgegengesetzt. Beispiele: L 1999 lde Integerzhl 1999 in Akku 1 T MW 6 trnsferiere die Integerzhl us Akku 1 in Merkerwort 6 L L# lde die D-Integerzhl in Akku 1 T MD 100 trnsferiere in Merkerwort 35

37 4. Rel-Zhlen Eine Relzhl stellt eine Fließpunktzhl dr, die 32 Bit bzw. 4 Bytes n Speicherpltz benötigt. Ds höchste Bit (31) ist dbei für ds Vorzeichen reserviert. Dnch folgen Exponent und Bsis. REAL-Formt Byte n Byte n + 1 Byte n + 2 Byte n VZ VZ Exponent Bsis Der Wertebereich einer Rel-Zhl ist in der Tbelle ufgeführt: negtiv von 3, * bis 1, * positiv von 1, * bis 3, * Dmit der Editor erkennt, dss Sie eine REAL-Zhl eingeben, müssen Sie eine Nchkommstelle eingeben (uch wenn diese 0 sein sollte) oder ltertiv die exponetielle Schreibweise benutzen: Beispiele: L 1.0 wird zu L e+000 L 0.1 wird zu L e-001 L 2e2 wird zu L e CHAR Eine Vrible des Dtentyps CHAR belegt ein Byte Speicher. Sie beinhltet ein Zeichen im ASCII- Formt. Beispiele: L ' A ' lädt ds Zeichen A rechtsbündig in den Akku 1 L ' AB ' lädt die Zeichen A und B rechtsbündig in den Akku 1 L ' ABCD ' lädt die Zeichen A, B, C und D in den Akku S5TIME Der Dtentyp S5TIME wird bei S5-Timern benutz und stellt einen BCD-codierten Zeitwert dr. Die oberste Dekde bestimmt ds Zeitrster. S5TIME-Formt Byte n Byte n Zeitrster * 100 Zeitrster = 0 * 1 Zeitrster = 1 * 10 Zeitrster = 2 * 100 Zeitrster = 3 * 1000 * 10 * 1 Bsiswert für die Zeit sind 10 ms: 0001 hex = 10 ms 3999hex = 2h26min30s 36

38 Übersicht Dtentypen Dtentyp Beschreibung Anzhl Formt, Wertebereich der Bits BOOL einzelnes Bit 1 true / flse BYTE nächst größere Informtionseinheit 8 B#16#00 B#16#FF WORD 2 Bytes Δ 1 WORD 16 2#0000_0000_0000_0000 bis 2#1111_1111_1111_1111 DWORD sprich: Doppelword 32 DW#16# DW#16#FFFFFFFF 2 WORD Δ 1 DWORD INT Gnzzhl (intgeger) DINT Gnzzhl (Long integer) 32 L# L#0 L# REAL Gleitpunktzhl 32 S5TIME Zeitwert Simtic 16 S5T#1h33m22s, S5 T#11ms Zählwert Zählwert Simtic 16 C#0, C#999 TIME Zeitwert IEC 32 T#-24d20h31m23s647ms TIME# -24d20h31m23s647ms T# d TIME# d DATE Dtum 16 D# DATE# CHAR ASCII-Zeichen 8 U H STRING ASCII-Zeichenkette vribel brsil ARRAY Dtenfeld vribel bhängig von Anzhl und Def. der Komponenten STRUCT Dtenstruktur vribel bhängig von Anzhl und Def. der Komponenten TIME_OF_DAY Tgeszeit 32 TOD# :59: DATE_AND_TIME# :59: DATE Dtum 16 D# DATE# DATE_AND_TIME Dtum und Uhrzeit 64 DT# :33: DATE_AND_TIME# :33: