Steuerungstechnik mit SPS

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Eduard Bieber
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1 Günter Wellenreuther Dieter Zastrow Steuerungstechnik mit SPS Von der Steuerungsaufgabe zum Steuerprogramm Bitverarbeitung und Wortverarbeitung Analogwertverarbeitung und Regeln Einführung in IEC , überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 103 Bildern, 76 Beispielen, 108 Übungsaufgaben und einem kommentierten Programmverzeichnis 31 vieweg

2 VII Inhaltsverzeichnis Teil I Grundlagen der Steuerungstechnik mit SPS 1 Einführung Anforderungen an eine SPS-Ausbildung Grundbegriffe der Steuerungstechnik mit SPS 1 2 Aufbau und Funktionsweise einer SPS Struktur einer Informationsverarbeitung...' Struktur einer SPS Programmverarbeitung Signaleingabe, Signalausgabe Struktur der Steuerungssprache Operationsumfang Operandenumfang Adressierung von Eingängen, Ausgängen, Merkern Programmdarstellung 14 3 Logische Verknüpfungen Negation und logische Grundverknüpfungen Die Negation (NICHT) Die UND-Verknüpfung Die ODER-Verknüpfung Zusammenstellung der Beschreibungsmittel und Darstellungsarten Zusammengesetzte logische Grundverknüpfungen UND-vor-ODER-Verknüpfung ODER-vor-UND-Verknüpfung Merker Vertiefung und Übung 28 Teil II Binäre Steuerungen II.l Verknüpfungssteuerungen 4 Verknüpfungssteuerungen ohne Speicherverhalten Funktionstabelle Disjunktive Normalform DNF Entscheidungstabelle Konjunktive Normalform KNF 42 '"' 4.5 Vereinfachung von Schaltfunktionen, Algebraisches Verfahren KVS-Diagramm Vertiefung und Übung 53

3 VIII Inhaltsverzeichnis 5 Verknüpfungssteuerungen mit Speicherverhalten Entstehung des Speicherverhaltens RS-Speicherglied Verriegelung von Speichern Wischkontakt und Flankenauswertung Vertiefung und Übung 73 6 Verknüpfungssteuerungen mit Zeitverhalten Betriebsarten der Zeitglieder Zeit als Impuls (SI) Zeit als verlängerter Impuls (SV) Einschaltverzögerung (SE) Ausschaltverzögerung (SA) Laden und Transferieren von Zeitworten Vertiefung und Übung 90 7 Verknüpfungssteuerungen mit Zählvorgängen Zählen in der Steuerungstechnik Zählfunktionen Vertiefung und Übung 99 8 Zustandsbeschreibung für Verknüpfungssteuerungen Einführung Zustandsgraph Signalvorverarbeitung Komplexes Steuerungsbeispiel mit Zählfunktionen Schleifen im Zustandsgraph, Vertiefung und Übung 131 n.2 Ablaufsteuerungen 9 Ablaufsteuerungen mit RS-Speicher Struktur einer Ablaufsteuerung Ablaufkette Ablaufkette ohne Verzweigung Ablaufkette mit einer ODER-Verzweigung Ablaufkette mit einer UND-Verzweigung Betriebsartenteil, Meldungen und Befehlsausgabe " Bedienfeld Betriebsartenteil mit Meldungen Schrittanzeige Befehlsausgabe Programmaufbaü Steuerungsbeispiele Vertiefung und Übung Ablaufsteuerungen mit Zähler Zähler als taktabhängiges Schrittschaltwerk 174

4 Inhaltsverzeichnis IX 10.2 Umsetzung der Ablaufkette mit Zählern Vertiefung und Übung 191 II.3 Spezialgebiete der Steuerungstechnik 11 Grundlagen der Steuerungssicherheit Begriffe und Ziele Spezielle Sicherheitsanforderungen NOT-AUS-Einrichtung Schutz gegen selbsttätigen Wiederanlauf Erdschlußsicherheit Drahtbruchsicherheit Verriegelungen Sicherheitsgrenztaster Sicherheitstechnische Software-Maßnahmen Einstellung des Anlaufverhaltens mit Organisationsbausteinen Alarmbearbeitung Betriebsartenteil unter Sicherheitsaspekten Projektierungsbeispiel Umsetzung verbindungsprogrammierter Steuerungen in speicherprogrammierte Steuerungen Schützsteuerung Pneumatische Steuerung Vertiefung und Übung 232 Teil III Digitale Steuerungen ULI Einführung in die Wortverarbeitung 13 Zahlendarstellung in der Steuerungstechnik Übersicht Grundlagen des Dualzahlensystems Dualzahlwort Rechnen mit Dualzahlen Zweierkomplement Zahlenformate der Steuerungssprache, Betragszahlen Festpunktzahlen Gleitpunktzahlen Hexadezimalzahlen BCD-Zahlen Laden von Konstanten und Formatwahl von Operanden Vertiefung und Übung Grundoperationen für digitale Steuerungen Abgrenzung der Begriffe binäre und digitale Steuerung 256

5 X Inhaltsverzeichnis 14.2 Einsatz von Funktionsbausteinen Digitale Grundoperationen im Überblick Lade- und Transferoperationen Digitales Invertieren Vergleichsoperationen Arithmetische Operationen Addition und Subtraktion Multiplikation und Division Vorzeichenumkehr bei Dualzahlen Bausteinaufrufe und Sprungoperationen Bausteinaufrufe Sprungoperationen Digitale Verknüpfungen UND-, ODER-, EXOR-Wort Maskieren und Binärstellen Ergänzen von Bitmustern Signalwechsel von Binärstellen erkennen Registeroperationen Parallelregister Schieberegister Schiebespeicher SPS-Register in Datenbausteinen Lade- und Transferoperationen mit Datenworten Schiebeoperationen Operationen mit Adreßrechnung (indirekte Adressierung) Inkrementieren und Dekrementieren Codewandlungen Vertiefung und Übung 296 III.2 Beschreibungsmittel und Entwurfsmethoden 15 Funktionsplan als Grobstruktur Einführung Funktionsplandarstellung von Sprungoperationen Programmierung nach Funktionsplanvorlage Vertiefung und Übung Ablaufplan Einführung in die Ablaufstrukturmethode.* Programmablaufplan Programmkonstrukt: Verarbeitung Programmkonstrukt: Folge Programmkonstrukte mit Verzweigung Programmkonstrukte mit Wiederholungen Struktogramm Programmierung nach Vorlage von Programmablaufplan oder Struktogramm Verarbeitung und Folge Verzweigung 325

6 Inhaltsverzeichnis XI Wiederholung Anwendung der Ablaufstrukturmethode Folge Verzweigung Wiederholung Vertiefung und Übung Zustandsgraph und Zustandsdiagramm Zustandsgraph Erweiterung der Beschreibungsform Zeigerprinzip Steuerungsbeispiele Zustandsdiagramm, Grundlagen der Automaten Entwicklung des Zustandsdiagramms Steuerungsbeispiele Vertiefung und Übung Tabellen und Zuordner Einführung Zuordner aus Funktionstabelle Zuordner aus Entscheidungstabelle Zuordner aus Zustandsgraph Zuordner aus Zustandsdiagramm Zuordner für zeitgeführte Ablaufsteuerungen Zuordner für die Befehlsausgabe einer prozeßgeführten Ablaufsteuerung Vertiefung und Übung 421 Teil IV Analogwertverarbeitung und Regelungsprozesse 19 Eingabe und Ausgabe analoger Signale Analoge Steuersignale Prinzipien der Signalumsetzung Analog-Digital-Umsetzer ADU Digital-Analogumsetzer DAU Analogeingabe Aufbau, Adresse, Zahlenformat Anschluß von Meßwertgebern * Einlesen von Analogwerten Analogausgabe Aufbau, Adressen, Zahlenformat Anschluß von Verbrauchern Auslesen von Analogwerten Vertiefung und Übung Regeln mit SPS Einführung 454

7 XII Inhaltsverzeichnis Regelungsbegriff, Regelkreis Funktionsschema einer Regelung SPS als digitaler Regler Abtastprinzip Realisierbare Reglerarten Identifikation der Regelstrecke Begriff der Regelstrecke Kennlinie und Zeitverhalten einer Regelstrecke Beispiele für P- und I-Regelstrecken SPS als unstetiger Regler Zweipunktregler ohne Schaltdifferenz Zweipunktregler mit Schaltdifferenz Dreipunktregelung Reglertypen für stetige Regelung P-Regelverhalten I-Regelverhalten PI-Regelverhalten PD-Regelverhalten PID-Regelverhalten PID-Regelalgorithmus für SPS Diskretisierung der PID-Regelfunktion Geschwindigkeits-Algorithmus für S-Regler Stellungs-Algorithmus für K-Regler Handhabung des Regelalgorithmus-Bausteins SPS als kontinuierlicher Regler (K-Regler) Einsatz des K-Reglers Regelungsprogramm für K-Regler SPS als Schrittregler (S-Regler) Das PI-Verhalten des S-Reglers Funktionsgruppen des S-Reglers Regelungsprogramm für S-Regler Vertiefung und Übung 504 Teil V Programmiersprachen IEC Norm IEC 11313: Kurzfassung und Einführung Einleitung Modelle Softwaremodell Kommunikationsmodell Programmiermodell Zeichen, Literale, Datentypen und Variablen Zeichen ' Literale Datentypen Variablen Programm-Organisationseinheiten FUNKTION 520

8 Inhaltsverzeichnis XIII FUNKTIONSBAUSTEIN PROGRAMM Programmiersprachen Anweisungsliste AWL Graphische Sprachen (FBS, KOP) Ablaufsprache AS ST-Sprache (Strukturierter Text) 537 Anhang 545 I Normung und Vorschriften 545 II Operationsliste der Steuerungssprache STEP Ergänzende Operationen für Funktionsbausteine 552 Erläuterungen zur Operationsliste 557 III Zusammenstellung der Beschreibungsmittel 560 IV Kommentiertes Programmverzeichnis mit Angabe der verwendeten Beschreibungsmittel 561 Sachwortverzeichnis 570

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