4. Speicherprogrammierbare Steuerungen

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1 4. Speicherprogrammierbare Steuerungen 4.1. Grundlagen SPS Speicherprogrammierbare Steuerungen Die erste Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) wurde 1968 von der Firma General Motors entwickelt, als die Firma nach einem Ersatz für aufwendige Relaissteuerungen suchte. An das neue Steuerungssstem wurden folgende Anforderungen gestellt: Einfache Programmierung Änderungen des Programms ohne Eingriff in das Sstem ( kein internes um verdrahten ) Kleiner, billiger und sicherer als entsprechende Relaissteuerungen einfache und kostengünstige Wartung Die ersten Ssteme, die daraufhin entwickelt wurden, konnten ausschließlich Signale miteinander verknüpfen. Die Vorschrift, wie diese Signale verknüpft wurden, ist im Steuerprogramm festgelegt. Diese konnten durch die neuen Ssteme erstmalig am Bildschirm definiert und in elektronischen Speichern abgelegt werden. Seitdem sind 3 Jahrzehnte vergangen und die enorme Entwicklung der Mikroelektronik hat auch vor Speicherprogrammierbaren Steuerungen nicht haltgemacht. Stand beispielsweise anfänglich für den Programmierer noch die Optimierung von Programmen und damit die Verringerung von benötigter Speicherkapazität als eine wichtige Aufgabe im Vordergrund, so spielt diese heute kaum noch eine Rolle. Auch die Anwendungsfälle haben sich wesentlich erweitert. Prozessvisualisierung, Analogwertverarbeitung und der Einsatz der SPS als Regler waren vor 15 Jahren noch nicht möglich. Heute kann die SPS sehr vielseitig eingesetzt werden. Auch das Leistungsspektrum der SPS ist sinnvoll abgestuft. Es sind Steuerrelais mit 8 Eingängen und 4 Ausgängen auf dem Markt, die einfache Steuerungsaufgabe übernehmen können. Deren Einsatzgebiete liegen im Haus und Installationsbereich, Licht, Fenster, Tor, Markisen und Rollladensteuerungen. Auch Lüfter, Drehtüren, Wintergärten, Außenlicht anlagen, Steuerungen zur Temperatur, Luft und Helligkeitsregelung können mit einem Steuerrelais sinnvoll realisiert werden. Die nächste Leistungsstufe bildet die Kompakt SPS mit einer festen Anzahl von Ein und Ausgängen. Die Kompakt SPS wird sinnvoll zur Maschinen und Anlagensteuerung, Pressen, Förderbänder, Schwingförderer, Sortieranlagen und Pumpensteuerungen eingesetzt.

2 Für umfangreiche Steuer und Regelaufgaben stehen modular aufgebaute Automatisierungsssteme zur Verfügung, die auch untereinander vernetzt werden können. Meistens sind bei diesen weitvermaschten Anlagen auch die Sensoren und Aktoren über einen Sensor Aktorbus zu dem Automatisier ungsgerät geführt. Bei jeder Automatisierungslösung sind die bestehenden Vorschriften und Normen einzuhalten. Gefährliche Zustände für Mensch und Maschine dürfen nicht entstehen. Dabei müssen spezielle Programmier und Verdrahtungstechniken eingesetzt werden. Die SPS übernimmt heute in der Automatisierungstechnik komplexe Aufgaben, die früher nur Rechnersstemen vorbehalten waren. Die Norm IEC 1131 ( DIN EN ) schafft eine Basis für leistungsfähige SPS Ssteme, die unabhängig vom Hersteller bestimmten Standards genügen sollen. Zum Beispiel werden dadurch viele Fachbegriffe der SPS Technik genau definiert. Weiterhin existiert jetzt ein einheitliches Hardwaremodell, dessen elektrische, mechanische und funktionelle Merkmale in der neuen Norm nachlesen lassen. Ein wesentlicher Bestandteil ist die Schaffung einheitlicher Sprachregeln ( Sntax ), dazugehören: AWL ( Anweisungsliste ) KOP ( Kontaktplan ) FUP ( Smbole nach DIN ) FBS ( Funktionsbausteinsprache ) ST ( strukturierter Text ) AS ( Ablaufsprache ) Trotz dieser Normung wird es aber auch in Zukunft nicht möglich sein, mit einem Programmierwerkzeug ( Software ) alle am Markt befindlichen SPS Geräte programmieren zu können. Speicherprogrammierbare Steuerungen? Was ist denn das? Sie kennen die Schützsteuerung. Prima; denn das ist schon eine programmierte Steuerung. Und zwar eine verbindungsprogrammierte. Nach welchem Programm diese Steuerung arbeitet, wird durch die Verdrahtung zwischen den einzelnen Eingabe und Ausgabeelementen ( wie z. B. Geberkontakten, Ventilspulen, Hilfsschützen usw. ) bestimmt. Bei einer Speicherprogrammierbaren Steuerung ist der Aufbau standardisiert. Das heißt: Die Eingabe- und Ausgabeelemente werden lediglich mit den Anschlussklemmen des Steuergerätes verbunden. Das Programm, nach welchem die Steuerung arbeiten soll, wird in Form von Steueranweisungen festgelegt.

3 Diese werden dann mit Hilfe eines Programmiergerätes in den Programm speicher des Automatisierungsgerätes eingetragen, denn um ein solches handelt es sich bei einer Speicherprogrammierbaren Steuerung. Bei einer Programmänderung wird hier nicht der interne Aufbau des Automatisierungs gerätes, sondern nur der Inhalt des Programmspeichers korrigiert. Für so einen Fall kommt die SPS ins Spiel: Die elektronische Steuerung. Sie schaltet und steuert. Fehlerfrei und jederzeit. Und wie einfach das geht, wollen wir Ihnen zeigen Aufbau und Wirkungsweise einer SPS Jede Informationsverarbeitung lässt sich kurz durch folgendes Schema darstellen: Daten eingabe Datenverarbeitung und Datenspeicherung Daten ausgabe Bei der Informationsverarbeitung durch einen Automaten werden über Ein gabeeinheiten Signale als Träger der zu verarbeitenden Informationen aufge nommen. Mit Hilfe eines gespeicherten Programms werden diese Informationen im Prozessor verarbeitet. Das Ergebnis dieser Verarbeitung wird über Aus gabeeinheiten durch Signale als Träger der Information zur Verfügung gestellt.

4 Struktur einer SPS Die Programmiersprachen in der SPS Technik In den vergangenen Jahren hatten sich 3 wesentliche Programmiersprachen für die SPS- Technik durchgesetzt: Anweisungsliste Funktionsplan und Kontaktplan ( AWL ) ( FUP ) ( KOP ) Die Einbindung von speicherprogrammierbaren Steuerungen ( SPS en ) in modernen Automatisierungsanlagen ist seit Jahren eine bewährte Praxis. In Verbindung mit wachsender Komplexität der Automatisierungseinrichtungen und der damit verbundenen Software für SPS en ist der Ruf nach Standardisierung immer lauter geworden. Unter der Schirmherrschaft der International Electrotechnical Commission ( IEC ) wurde in den letzten Jahren der Standard IEC 1131 Programmable Controllers erarbeitet. Dieser Standard vereint in sich die Erfahrungen, die national in den letzten Jahren auf dem Gebiet der SPS Programmierung gemacht wurden. Hierzu gehörten vor allem Normen, Richtlinien und Empfehlungen wie Grafcet ( Frankreich ) bzw. IEC848 DIN ( Deutschland ) NEMA ICS ( USA ) DIN ( Deutschland ) VDI 2880 ( Deutschland )

5 Zusätzlich wurden Konzepte der Programmierung, die Funktionalität einer SPS, die Anwendung und der Einsatz mit dem Ziel vereinheitlicht, dass Anwender ohne große Mühe mit unterschiedlichen SPS Sstemen arbeiten können. Die Norm IEC 1131 besteht aus fünf Teilen: Teil 1: Allgemeineinformationen Teil 2: Ausrüstung und Testanforderungen Teil 3: Programmiersprachen Teil 4: Anwenderrichtlinien Teil 5: Kommunikation Die Teile 1 bis 3 dieser Norm wurden Mitte 1994 unverändert als Europäische Norm EN Teil 1 bis 3 übernommen. Somit haben sie gleichzeitig den Status einer deutschen Norm. Der Teil 3 ( Programmiersprachen ) bildet dabei den wichtigsten Teil dieser Norm. Er beinhaltet die leistungsfähige Sprache zur Strukturierung ( Ablauf sprache AS) als auch die textuelle ( Anweisungsliste - IL, Strukturierter Text ST) wie auch grafische ( Kontaktplan KOP, Funktionsbausteinsprache FBS ) Programmierung. Bevor wir uns dann ausführlich dieser neuen Norm zuwenden wollen wir zunächst an dieser Stelle kurz die ursprünglichen 3 Programmiersprachen besprechen, weil diese auch heute weiterhin von Bedeutung sind. Die Anweisungsliste ( AWL ) Jede Anweisung sieht folgendermaßen aus:

6 Wir wollen dies an einem Praxisbeispiel nachvollziehen: Der Funktionsplan ( FUP ) Im Funktionsplan werden Schaltfunktionen und Stromlaufpläne durch Logik smbole dargestellt. = x 1 ( x 3 x 4 v x 5 v ) Funktionsplan Stromlaufplan x 3 x 4 & 1 x 3 x 5 x 5 & x 4 & x 1 x 1 &

7 Der Kontaktplan ( KOP ) Der Kontaktplan ist die amerikanische Darstellung des Stromlaufplanes. In Amerika werden Stromlaufpläne nicht von oben nach unten, sondern von links nach rechts gezeichnet und gelesen. Es gibt folgende Kontaktplanelemente: Element in Europa Kontaktplanelement Schließer Öffner Relaisspule Für den oben angeführten Stromlaufplan ergibt sich somit folgender Kontaktplan: = x 1 ( x 3 x 4 v x 5 v ) Kontaktplan Stromlaufplan x 3 x 4 x 1 x 3 x 5 x 5 x 4 x 1 Vorbetrachtungen: Programmierung von Schließern, Öffnern und Wechslern