Speicherprogammierbare Steuerungen als Bausteine verteilter Automatisierung

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1 SPS Speicherprogammierbare Steuerungen als Bausteine verteilter Automatisierung von Prof. Eberhard E. Grätsch, M.Sc, AUTlab der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt und Steinbeis-Transferzentrum Würzburg Information & Automation Systems 5., überarbeitete Auflage Oldenbourg Industrieverlag München

2 1 EINLEITUNG WAS IST STEUERN? - GRUNDBEGRIFFE Signalverarbeitung einer Steuerung Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe: Komponenten der SPS Daten und Funktionen einer speicherprogrammierbaren Steuerung Steuergerät -Programmiergerät Was eine SPS noch ausmacht DAS UMFELD DER SPS-TECHNIK STEUERN: DEFINITIONEN IN DER LITERATUR DIE NORMEN (IEC 61131) SPEICHERPROGRAMMIERBARE STEUERUNGEN: PRAGMATISCHE DEFINITION SPEICHERPROGRAMMIERBARE STEUERUNGEN: GRENZEN LITERATUR ZUM THEMA 20 2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 21 3 MERKMALE VON SPS-GERÄTEN MODULARITÄT DER HARDWARE MODULARITÄT DER SOFTWARE: DIE BAUSTEINARCHITEKTUR PERMANENTER ZYKLISCHER BETRIEB AUSNAHMEN VOM PERMANENTEN ZYKLISCHEN BETRIEB BETRIEBSARTEN BAUFORMEN UND SPANNUNGEN DER PERIPHERIESIGNALE AUSNAHMEN BESTÄTIGEN DIE REGEL 30 4 STEUERUNGSARTEN EINFÜHRUNG WAS IST EINE VERKNÜPFUNGSSTEUERUNG? WAS IST EINE ABLAUFSTEUERUNG? 32 5 GRAPHISCHE VERKNÜPFUNGS STEUERUNGEN VOR DEM STANDARD IEC ALTE UND NEUE SPRACHEN EINE KURZE GESCHICHTE DER VERKNÜPFUNGSSTEUERUNGEN EINFÜHRUNG IN 'KLASSISCHE' VERKNÜPFUNGSSTEUERUNGEN AM BEISPIEL KONTAKTPLAN Adressierung: absolut und symbolisch 'Klassische' Datentypen und Operationen Grundelemente des Kontaktplans Typische Kontaktplan-Konstrukte: boolesche Funktionen Zähler und Zeiten WEITERE DATENTYPEN EIN BEISPIEL FÜR FUNKTIONSPLAN WEITERE LITERATUR 53

3 r Inhalt 6 GRAPHISCHE ABLAUFSTEUERUNGEN VOR IEC EINFÜHRUNG SPRACHMITTEL FÜR DIE PROGRAMMIERUNG DER ÜBERSICHTSEBENE EINER ABLAUF- STEUERUNG DIE PROGRAMMIERUNG DER DETAILEBENE (LUPENEBENE) DIAGNOSE VON ABLAUFSTEUERUNGEN VORGEHEN BEIM ENTWURF VON ABLAUFSTEUERUNGEN WEITERFÜHRENDE LITERATUR 67 7 DIE LISTENSPRACHE ANWEISUNGSLISTE (AWL) VOR DEM STANDARD IEC WARUM ANWEISUNGSLISTE? BEISPIELE FÜR AWL-PROGRAMME 69 8 AUFTEILUNG EINES PROGRAMMS: BAUSTEINTECHNIK VOR IEC NUTZEN DER BAUSTEINTECHNIK DEFINITION VON FUNKTIONSBAUSTEINEN AUFRUF VON BAUSTEINEN STANDARD-BAUSTEINE HANTIERUNG VON BAUSTEINEN Bausteine sind die wichtigsten Hantierungseinheiten für SPS Laden und Nachladen von Bausteinen Unterbrechen des permanenten zyklischen Betriebs BEISPIEL FÜR DIE ANWENDUNG VON BAUSTEINEN 79 9DIESPS-SPRACHENNACHIEC/EN WARUM IEC ? ALLGEMEINE SPRACHEIGENSCHAFTEN (GÜLTIG FÜR ALLE IEC-SPRACHEN) Softwaremodell: die Sicht aufs Ganze Einfache Beispielprogramme Gemeinsame Elemente aller Sprachen nach IEC SPEZIELLE SPRACHEIGENSCHAFTEN Übersicht Ablaufsprache (AS) Kontaktplan (KOP) Funktionsbausteinsprache (FBS) Anweisungsliste (AWL) Strukturierter Text (ST) WEITERFÜHRENDE LITERATUR FUNKTIONEN EINES PROGRAMMIERGERÄTS EINFÜHRUNG ANWENDUNGSOBERFLÄCHEN OFFLINE-, ONLINE-UND IMPLIZITE FUNKTIONEN BEISPIELSITZUNG AM PROGRAMMIERGERÄT Verzeichnis der Bausteine in der SPS: eine Buchhalterfunktion Ergänzen der Zuordnungsliste bzw. der Variablendeklarationen für einen neuen Baustein: eine Editierfunktion Eingebeneines neuen Bausteins ins Programmiergerät Übertragen in die SPS 130

4 Starten der SPS Beobachten der Funktion des neuen Bausteins mit der Funktion 'Status' IMPLIZITE FUNKTIONEN Inkrementelles Übersetzen Rückübersetzen TEST UND DIAGNOSE BEGRIFFE TEST Allgemeine Testfunktionen Status DIAGNOSE Grundsätzliches zur Diagnose Diagnose von Prozessfehlern EXPERTENSYSTEME Merkmale des Diagnose-Expertensystems Arbeiten mit dem Diagnose-Expertensystem SPS-GERÄTE: HARDWAREEIGENSCHAFTEN UND BAUGRUPPEN ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN CPU-BAUGRUPPEN EINGABE-UND AUSGABE-BAUGRUPPEN SPEICHER-BAUGRUPPEN KOMMUNIKATIONS-BAUGRUPPEN AKTIVE BAUGRUPPEN MEHRPROZESSORSYSTEME WEITERE FUNKTIONEN EINER SPS EINFÜHRUNG REGELN PROZESSÜBERWACHUNG: ANZEIGEN UND BEDIENEN SPS ALS KOMPONENTE ÜBERGEORDNETER AUTOMATISIERUNGS- EINHEITEN FERTIGUNGSTECHNIK Anforderungen der Fertigungstechnik Beispiel aus der Automobilindustrie Flexible Produktionszellen Computer Integrated Manufacturing (CIM) PROZESSLEITTECHNIK WEITERFÜHRENDE LITERATUR KOMMUNIKATION ANFORDERUNGEN UND LOSUNGSANSATZ PROTOKOLLE UND PROTOKOLLARCHITEKTUREN BUSSE IN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK: ZUGRIFFSVERFAHREN UND LEISTUNGSDATEN EINSATZBEREICHE UND BUSTYPEN BACKBONE FELDBUS 173

5 15.7 AKTOR/SENSOR-BUS PROFINET PROFInet VI: CBA (Component Based Automation) PROFInetV2: SRT (Soft Real-Time) PROFInet V3: IRT (Isochronous Real-Time) WEITERFÜHRENDE LITERATUR WEITERE BAUSTEINE DER VERTEILTEN AUTOMATISIERUNG EINFÜHRUNG PERSONAL COMPUTER OPC GERÄTEBESCHREIBUNG: DEVICE DESCRIPTION LANGUAGE WEITERFÜHRENDE LITERATUR FEHLERSICHERE UND HOCHVERFÜGBARE STEUERUNGEN EINFÜHRUNG ERKENNEN VON UNABHÄNGIGEN HARDWARE-FEHLERN: EINFACHE REDUNDANZ ERKENNEN VON ABHÄNGIGEN HARDWARE-UND SOFTWARE-FEHLERN WEITERE MABNAHMEN FÜR DIE SICHERHEIT RISIKO UND ANFORDERUNGSKLASSEN BEISPIEL FÜR EINE FEHLERSICHERE SPS BEISPIEL FÜR EINE HOCHVERFÜGBARE SPS Wesentliche Unterschiede von H- und F-Systemen Beispiel eines hochverfugbaren Geräts WEITERFÜHRENDE LITERATUR ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK RESÜMEE WAS IST EINE SPS IN ZEITEN DER VERTEILTEN AUTOMATISIERUNG? FELDTECHNIK LITERATUR 203 ANHANG 211 Al RELEVANTE NORMEN 213 A2 BEGRIFFE UND ABKÜRZUNGEN 215 A3 INDEX 223