4. Programmierung SPS AWL, FUP, SCL

4. Programmierung SPS AWL, FUP, SCL Übersicht Programmiersprachen: Konzentration auf binäre Operationen! Steuerungseinheit der SPS (CPU) Laden und Transferieren von digitalen Daten Elementare Datentypen (BOOL, BYTE, WORD, DWORD) Elementare Datentypen (INT, DINT, REAL, S5TIME) Logische Grundverknüpfungen Zusammengesetzte logische Grundverknüpfungen Direkte Adressierung für E, A, M Zuweisen(=), Setzen(S), Rücksetzen(R) Beispiel: Siloentleerung RS-Flipflop: Prinzip / Gegenseitiges Verriegeln /Reihenfolgeverriegelung Beispiel: Torsteuerung Zeitfunktionen: Allgemein / SE,SV,SE,SS,SA / Beispiel Taktgeber Zähler Allgemein / Programmierung / Beispiel Sprünge / Vergleichsoperationen ST.ppt / Folie 43 Übersicht Programmiersprachen S7-SCL Sequential Function Chart SFC S7-Graph Schwerpunkte im Kapitel Quelle: IAS Stuttgart ST.ppt / Folie 44

Steuerungseinheit der SPS (CPU) Timer Speicher = Ladespeicher + Arbeitsspeicher Systemspeicher: Prozessabbild: Eingänge, Ausgänge Merker = Zwischenergebnisse Timer, Zähler = Zahlenwerte der Zeit-/Zählerfunktionen Akku = Akkumulatoren = Zwischenspeicher für ALU -> S7-300: 2 Stück! Quelle: Wellenreuther ST.ppt / Folie 45 AWL: Laden und Transferieren von (digitalen) Daten Laden von Daten durch den L <Operand>: L EB10 //Lade Eingangsbyte (8 Bit) EB10 in AKKU1-L-L L MB120 //Lade Merkerbyte (8 Bit) MB120 in AKKU1-L-L L MW10 //Lade Merkerwort (16 Bit) MW10 in AKKU1-L Inhalt von AKKU 1 (32 Bit) AKKU1-H-H AKKU1-H-L AKKU1-L-H AKKU1-L-L vor Ausführung der Ladeoperation XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX nach Ausführung von L MB10 (L <Byte>) 00000000 00000000 00000000 <MB10> nach Ausführung von L MW10 (L <Wort>) 00000000 00000000 <MB10> <MB11> nach Ausführung von L MD10 <MB10> <MB11> <MB12> <MB13> (L <Doppelwort>) Transferieren von Daten durch den T-Befehl: Akku1 ->ZielAdr T AB10 //Transferiere den Inhalt von AKKU1-L-L in das Ausgangsbyte AB10 T MW14 //Transferiere den Inhalt von AKKU1-L in das Merkerwort MW14 Akku1, Akku2 vorhanden wichtig bei Ladebefehl! ST.ppt / Folie 46

Elementare Datentypen (BOOL, BYTE, WORD, DWORD) Typ und Beschreibung Größe in Bits Formatoptionen Bereich und Zahlendarstellung (niedrigster bis höchster Wert) AWL-Beispiel BOOL (Bit) 1 Bool-Text TRUE/FALSE TRUE BYTE (Byte) 8 Hexadezimalzahl B#16#0 bis B#16#FF L B#16#10 L byte#16#10 WORD (Wort) 16 Dualzahl 2#0 bis 2#1111_1111_1111_1111 L 2#0001_0000_0000_0000 Hexadezimalzahl W#16#0 bis W#16#FFFF L W#16#1000 L word#16#1000 BCD C#0 bis C#999 L C#998 Dezimalzahl ohne Vorzeichen B#(0,0) bis B#(255,255) L B#(10,20) L byte#(10,20) DWORD (Doppelwort) 32 Dualzahl 2#0 bis 2#1111_1111_1111_1111_ 1111_1111_1111_1111 L 2#1000_0001_0001_1000_ 1011_1011_0111_1111 Hexadezimalzahl DW#16#0000_0000 bis DW#16#FFFF_FFFF L DW#16#00A2_1234 L dword#16#00a2_1234 Dezimalzahl ohne Vorzeichen B#(0,0,0,0) bis B#(255,255,255,255) L B#(1, 14, 100, 120) L byte#(1,14,100,120) ST.ppt / Folie 47 Elementare Datentypen (INT, DINT, REAL, S5TIME) Typ und Beschreibung Größe in Bits Formatoptionen Bereich und Zahlendarstellung (niedrigster bis höchster Wert) AWL-Beispiel INT (Ganzzahl) 16 Dezimalzahl mit Vorzeichen -32768 bis 32767 L 1 DINT (Ganzzahl, 32 Bit) 32 Dezimalzahl mit Vorzeichen L#-2147483648 bis L#2147483647 L L#1 REAL (Gleitpunktzahl) 32 IEEE Gleitpunktzahl Obere Grenze: 3.402823e+38 Untere Grenze: 1.175 495e-38 L 1.234567e+13 S5TIME (SIMATIC-Zeit) 16 S7-Zeit in Schritten von 10 ms (Default-Wert) S5T#0H_0M_0S_10MS bis S5T#2H_46M_30S_0MS und S5T#0H_0M_9990S_0MS L S5T#0H_1M_0S_0MS L S5T#1H_1M_0S_0MS weitere elementare und zusammengesetzte Datentypen siehe S7-Online-Hilfe ST.ppt / Folie 48

Direkte Adressierung für E, A, M Zugriff auf Bit, Byte, Word und Doppelwort: Wortadressen: Doppelwortadressen: ED0 = EW0 + EW2 AD0 = AW0 + AW2 ST.ppt / Folie 49 Binäre (Logische) Grundverknüpfungen Grundverknüpfungen UND / ODER / NICHT in Darstellung Boolesche Algebra / Zeitdiagramm / FUP / KOP / AWL / SCL: ST (S7-SCL) A4.0 := E0.1 AND E0.2; A4.0 := E0.1 OR E0.2; A = E1+E2 =!E A4.0 := NOT E0.0; A4.0 := NOT(E0.1 AND E0.2); Andere gebräuchliche Notation Quelle: Wellenreuther ST.ppt / Folie 50

AWL: Abfrageergebnis (AE) / Verknüpfungsergebnis (VKE) Beispiel: AWL-Code gegeben. Annahme E1.0=0 und E1.1=0 AE VKE = A4.0.. Bedingte Operation UN E1.0 1 1 Erstabfrage U E1.1 0 0 Abfrageoperation = A8.0 0 0 Bedingte Operation Bedingte Operation Operationen, deren Ausführung vom Verknüpfungsergebnis abhängt. Beispiele = R, S, Starten von Zeiten und Zählern. Verändern das VKE nicht! Erstabfrage Erste nach einer bedingten Operation bearbeitete Abfrageoperation. AE -> VKE! Abfrageergebnis AE UN, ON, XN: Operand = 0/1 -> AE =1/0 U,O,X : Operand= 0/1 -> AE =0/1 Verknüpfungsergebnis VKE Gemäß der Abfrageoperation wird das Verknüpfungsergebnis (VKE) gebildet. ST.ppt / Folie 51 AWL: Zusammengesetzte binäre Grundverknüpfungen A = E1*E2*!E3+E1*!E2+E3 durch Klammerung Quelle: Wellenreuther ST.ppt / Folie 52

AWL: Zusammengesetzte binäre Grundverknüpfungen Klammerfunktionen: O ODER-Verknüpfung von UND-Verknüpfungen U( Klammer auf mit UND-Verknüpfung O( Klammer auf mit ODER-Verknüpfung X( Klammer auf mit Exklusiv-ODER-Verknüpfung UN( Klammer auf mit Negation und UND-Verknüpfung ON( Klammer auf mit Negation und ODER-Verknüpfung XN( Klammer auf mit Negation und Exklusiv-ODER-Verknüpfung ) Klammer zu Merke: Abfrageergebnis (AE) nach Klammer-auf-Anweisung ist immer eine Erstabfrage -> VKE wird neu gebildet Abfrageergebnis (AE) nach Klammer-zu-Anweisung ist nie eine Erstabfrage! ST.ppt / Folie 53 AWL-Beispiel: Klammerausdrücke (1) Bearbeitung von Klammerausdrücken: (2) Beispiel für geschachtelte Klammerausdrücke: Quelle: Berger ST.ppt / Folie 54

Welche binäre Funktion wurde hier umgesetzt? AWL-Code 1: O S1 O S2 U S3 U S4 = A1 AWL-Code 2: O S1 O S2 O U S3 U S4 = A2 ST.ppt / Folie 55 Beispiel: Siloentleerung Aufgaben = Systematische Lösung: a) Zuordnungstabelle für die Ein- und Ausgänge aufstellen! b) Funktionstabelle: Eingänge S3,S2,S1 -> Ausgänge P1,P2,H aufstellen! c) Boolesche Schaltfunktionen aus der Funktionstabelle ermitteln! (vereinfachen!) d) Kodierung als FUP, AWL und S7-SCL (Ablauf in OB1)! ST.ppt / Folie 58

Zuweisen(=), Setzen(S), Rücksetzen(R) ST (S7-SCL) Einfluß vom VKE: = A8.0 := E1.0 AND E1.1; VKE=0/1 -> A/M/D = 0/1 S IF (E1.2=1 AND E1.3=1) THEN A8.1:=1; END_IF; VKE=1 -> A/M/D wird gesetzt = 1 Rücksetzen durch R R IF (E1.4=1 OR E1.5=1) THEN A8.1:=0; END_IF; VKE=1 -> A/M/D wird gelöscht = 0 Setzen durch S AWL: VKE gezielt löschen mit CLR VKE gezielt setzen mit SET ST.ppt / Folie 59 RS-Flipflop: Prinzip FUP AWL ST (S7-SCL) IF E0.1=1 THEN A4.0:=1; END_IF; IF E0.0=1 THEN A4.0:=0; END_IF; FUP AWL ST (S7-SCL) IF E0.0=1 THEN A4.1:=0; END_IF; IF E0.1=1 THEN A4.1:=1; END_IF; RS- Flipflop = Element mit Speicherwirkung mit Setz- (S) und Rücksetzeingang (R); Je nachdem, an welchem Eingang VKE=0->1 anliegt, wird Ausgang bzw. Merker gesetzt/zurückgesetzt Optionen: Vorrangiges Setzen oder Zurücksetzen (üblich): S- oder R-dominant Einsatz: Gegenseitige Verriegelung / Reihenfolgeverriegelung ST.ppt / Folie 60

RS-Flipflop: Gegenseitiges Verriegeln (1) Prinzip Gegenseitige Verriegelung über Rücksetzeingänge (Annahme R-dominant) Speicher dürfen nicht gleichzeitig gesetzt sein! Beispiel Behälter-Füllanlage: Nur ein(!) Behälter soll nach erfolgter Leermeldung befüllt werden. Solange Füllen, bis Vollmeldung da ist! -> Verriegelung! Lösung in FUP (AWL, S7-SCL)? ST.ppt / Folie 61 RS-Flipflop: Reihenfolgeverriegelung (1) Prinzip Reihenfolgeverriegelung über Setzeingang: (R-dominante FFs) A2 kann nur gesetzt werden, wenn A1 gesetzt= 1 ist Beispiel Kiesförderanlage Band 1 darf nur eingeschaltet werden, wenn Band 2 läuft. Band 2 darf nur eingeschaltet werden, wenn Band 3 läuft. Umgekehrt beim Ausschalten. S0 = Not-Aus. Lösung mit R-dominanten FFs? ST.ppt / Folie 63

Übung Verriegelung: Torsteuerung Zu Hause! Aufgaben: a) Zuordnungstabelle der Ein-/Ausgänge aufstellen! b) Mit RS-Tabelle die Bedingungen für die Ansteuerung der Setzund Rücksetzeingänge der beiden R-dominanten RS-FFs K1 und K2 aufstellen! c) Kodierung als FUP und in AWL (Ablauf in OB1)! Hinweis: S0, S4, S5 low-aktiv! ST.ppt / Folie 65 Zeitfunktionen - Allgemein Zeitfunktionen zur Generierung eines Impulses (SI) eines verlängerten Impulses (SV) einer Einschaltverzögerung (SE) einer Ausschaltverzögerung (SA) und Allgemeiner Aufbau: Vorgabewert Zeitdauer laden: z.b. in AWL durch L S5T#500ms für 500ms ST.ppt / Folie 66

Zeitfunktionen SI, SV AWL FUP SCL SI S_IMPULS S_PULSE SV S_VIMP S_PEXT ST.ppt / Folie 67 Beispiel für AWL/SCL-Programmierung SV Aufgabe: Eingang E0.1 erzeugt verlängerten Impuls der Länge 1,5s am Ausgang A4.1 AWL: U E0.1 // E0.1 als Starteingang nutzen L S5T#1S_500MS // Zeitdauer vorbesetzen in Akku1 SV T1 // Flankenwechsel 0->1 von Signal E0.1 // startet SV mit T1 L T1 // Restzeit binär codiert von T1 T MW0 // in Merker MW0 transferieren LC T1 // Restzeit BCD-codiert von T1 T AW12 // in das Ausgang AW12 transferieren U T1 // Abfrage Zeitoperand T1 ( Q-Ausgang von T1 ) = A4.1 SCL: BCD_ZEITWERT := S_PEXT ( T_NO:= T1, // BCD_ZEITWERT ist vom Typ S5TIME! S:= E0.1, TV:= t#1s_500ms, BI:= MW0, Q:= A4.1 ); Rot = Essentials ST.ppt / Folie 68

Zeitfunktionen SE, SS, SA AWL FUP SCL SE S_EVERZ S_ODT SS S_SEVERZ S_ODTS SA S_AVERZ S_OFFDT! ST.ppt / Folie 69 Zeitfunktionen - Beispiel Taktgeber Schritt 1: - Verwendung SE-Funktion - bei Programmstart TIO=0 -> S=1 - TIO Ausgang führt nach jeweils 1Sekunde für die Dauer eines Programmzyklus lang ein 1 Signal Schritt 2: TIO Signal steuert Binäruntersetzer an: -> periodisches Taktsignal ST.ppt / Folie 70

Zähler - Allgemein Benötigt für: - Mengen oder Positionen durch Aufzählen zu erfassen - Realisierung von Steuerwerken Allgemeiner Aufbau: Muss als BCD-Zahl gesetzt werden! Zählbereich von 000 999. Kein Überlauf. Zähler=0 -> Q=0. Zähler<>0 -> Q=1. Vorwärts- / Rückwärtszählen ST.ppt / Folie 72 AWL: Zähler Programmierung U E0.3 // Bei positiver Flanke an E0.3 wird L C#20 // Zähler Z5 mit Zahlenwert 20 vorbesetzt S Z5 // U E0.4 // Bei positiver Flanke an E0.4 wird ZV Z5 // Zähler Z5 um eins erhöht U E0.5 // Bei positiver Flanke an E0.5 wird ZR Z5 // Zähler um eins erniedrigt U E0.7 // Bei E0.7=1 wird Zähler zurückgesetzt R Z5 // LC Z5 // Zählerstand wird als BCD Zahl ausgelesen T AW12 // und nach AW12 transferiert L Z5 // Zählerstand dual codiert ins T MW4 // Merkerwort MW4 transferieren U Z5 // A8.3=1 falls Zählerstand<>0 ( Ausgang Q von Z5 ) = A8.3 ST.ppt / Folie 73

SCL: Zähler Programmierung BCD_WERT := S_CUD ( // S_CUD = Vorwärts-, Rückwärtszähler C_NO:= Z5, // Zähler Z5 verwenden CU:= E0.4, // UP bei positiver Flanke auf E0.4 CD:= E0.5, // DOWN bei positiver Flanke auf E0.5 S:= E0.3, // Vorgabewert setzen bei positiver Flanke auf E0.3 PV:= 16#20, // Vorgabewert (BCD) codiert R:= E0.7, // Rücksetzen bei E0.7=1 CV:= MW4, // Zählwert dual in MW4 speichern Q := A8.3 // A8.3=1 falls Zählerstand<>0 ( Ausgang Q von Z5 ) ); ST.ppt / Folie 74 AWL: Zähler Beispiel Lagerbereich mit Zähler (1) Das folgende Bild zeigt ein System mit zwei Förderbändern und einem temporären Lagerbereich dazwischen. Förderband 1 transportiert die Pakete zum Lagerbereich. Eine Lichtschranke am Ende des Förderbandes 1 neben dem Lagerbereich ermittelt, wie viele Pakete in den Lagerbereich transportiert werden. Förderband 2 transportiert Pakete von diesem temporären Lagerbereich zu einer Laderampe, wo sie zur Auslieferung beim Kunden auf LKW verladen werden. Eine Lichtschranke am Ende des Förderbandes 2 neben dem Lagerbereich ermittelt, wie viele Pakete aus dem Lagerbereich heraus zur Laderampe transportiert werden. Fünf Anzeigeleuchten zeigen an, wie weit der temporäre Lagerbereich gefüllt ist. ST.ppt / Folie 75

AWL: Zähler Beispiel Lagerbereich mit Zähler (2) U E12.0 // Jeder durch die Lichtschranke 1 generierte Impuls erhöht ZV Z1 // den Zählwert des Zählers Z1 um "1", wodurch die Zahl der // Pakete gezählt wird, die in den Lagerbereich transportiert // werden. U E12.1 // Jeder durch die Lichtschranke 2 generierte Impuls ZR Z1 // vermindert den Zählwert des Zählers Z1 um "1", // wodurch die Zahl der Pakete gezählt wird, die // den Lagerbereich verlassen UN Z1 // Wenn der Zählwert "0" beträgt, schaltet sich die = A12.0 // Anzeigeleuchte für die Meldung "Lagerbereich leer" ein. U Z1 // Beträgt der Zählwert nicht "0", = A12.1 // schaltet sich die Anzeigeleuchte für die Meldung "Lagerbereich nicht leer" ein. L 50 L Z1 <=I // Ist 50 kleiner oder gleich Zählwert, = A15.2 // dann schaltet sich die Anzeigeleuchte für die Meldung "Lagerbereich zu 50% voll" ein. L Z1 L 90 >=I // Ist der Zählwert größer oder gleich 90, = A15.3 // dann schaltet sich die Anzeigeleuchte für die Meldung "Lagerbereich zu 90% voll" ein. L Z1 L 100 >=I // Ist der Zählwert größer oder gleich 100, = A15.4 // dann schaltet sich die Anzeigeleuchte für die Meldung "Lagerbereich voll" ein. ST.ppt / Folie 76 AWL: Sprünge / Vergleichfunktionen Operation SPA SPB SPBN Operand Marke Marke Marke Bedeutung Springe unbedingt Springe bedingt bei VKE=1 Springe bedingt bei VKE=0 Vergleichsfunktionen für Integerzahlen >= größer gleich AWL- Beispiel L Zahl_1 L Zahl_2 >=I = Ergeb_1 SPZ SPN Marke Marke Springe bei AKKU1=0 Springe bei AKKU1<>0 Weitere Funktionen: >,<,<=,== SPP Marke Springe bei AKKU1>0 SPM Marke Springe bei AKKU<0 Sprungmarke: Operation Operand Kommentar U E0.1 // UND-Verknüpfung UN E0.2 SPB M001 // VKE=1 ->Sprung nach M001 M001: U E0.2 Merke: Gute Programmierpraxis vermeide Sprünge! ST.ppt / Folie 77

Beispiel: Zerkleinerungsanlage In einer Zerkleinerungsanlage für Steingut wird das zerkleinerte Material aus einer Mühle über ein Transportband in einen Wagen verladen. Der Abfüllvorgang für den Wagen kann durch Betätigen des Tasters S1 gestartet werden, wenn ein Wagen an der Rampe steht (S2= 1 ). Um Stauungen des Fördergutes auf dem Transportband zu vermeiden, muss das Band zwei Sekunden laufen, bevor die Mühle mit Q2 eingeschaltet wird. Meldet die Waage mit S3=0, dass der Wagen gefüllt ist, wird die Mühle ausgeschaltet. Das Förderband läuft noch drei Sekunden nach, um das Steingut vollständig vom Band zu entfernen. Durch Betätigen des Stopp-Tasters S0 wird der Abfüllvorgang sofort unterbrochen und das Förderband abgeschaltet. a) Zuordnungstabelle der Ein-/Ausgänge aufstellen b) Kompletten Befüllungsvorgang mit den Größen S1, S2, S3, Q1, Q2 in einem Zeitdiagramm aufzeichnen b) Mit RS-Tabelle die Bedingungen für die Ansteuerung der Setz- und Rücksetzeingänge der beiden Speicherglieder für Q1 und Q2 aufstellen! c) Kodierung als FUP ST.ppt / Folie 78 SIMATIC S7 Erste Schritte / Praxis Assistent Neues Projekt Symboltabelle Code eingeben PLCSIM starten DELTALOGIC: ProMod-Tool http://www.deltalogic.de/ ST.ppt / Folie 79

Hardwarekonfiguration der SPS Netzteil CPU I/O-Baugruppen Bestellnummer E/A-Adressen Katalog mit Baugruppen Quelle: Berger ST.ppt / Folie 80