PC & Elektronik Heinrich Lepers 2. Auflage und aktualisierte Software Programmierung nach IEC 61131-3 it Beispielen für CoDeSys und STEP 7 Mit 466 Abbildungen FRANZIS
Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 15 2 Aufbau und Arbeitsweise einer SPS 17 2.1 Hardware 17 2.2 Software 21 3 Der SPS-Standard IEC 61131 23 3.1 Vorgeschichte 23 3.2 Bestandteile der IEC-Norm 23 3.3 Die Organisation PLCopen 26 4 Struktur eines SPS-Projektes 29 4.1 IEC 61131-3 -Modelle 29 4.1.1 Softwaremodell 29 4.1.2 Kommunikationsmodell 30 4.1.3 Programmiermodell 33 4.1.4 Beispiel für eine Konfiguration 34 4.1.5 Ausführung der Beispielkonfiguration 36 4.2 CoDeSys - Projekte 38 4.3 STEP 7 - Projekte 39 5 Datentypen und Variablen 41 5.1 Darstellung von Daten 41 5.1.1 Zeichensatz 41 5.1.2 Bezeichner 41 5.1.3 Schlüsselwörter 42 5.1.4 Kommentare 42 5.1.5 Numerische Literale 43 5.1.6 Zeichenfolge-Literale 44 5.1.7 Zeitliterale 45 5.2 Datentypen 46 5.2.1 Elementare Datentypen 47 5.2.2 Allgemeine Datentypen 48 5.2.3 Abgeleitete Datentypen 48 5.2.4 Initialisierung 52 5.3 Variablen 54 5.3.1 Darstellung 54 5.3.2 Initialisierung 56 5.3.3 Deklaration 56
Inhaltsverzeichnis Programmorganisationseinheiten 61 6.1 Funktionen 61 6.1.1 Definition von Funktionen 61 6.1.2 Darstellung von Funktionen 61 6.1.3 Steuerung der Ausführung von Funktionen 63 6.1.4 Deklaration von abgeleiteten Funktionen 64 6.1.5 Überladene Funktionen 66 6.2 Funktionsbausteine 67 6.2.1 Definition von Funktionsbausteinen 67 6.2.2 Darstellung von Funktionsbausteinen 67 6.2.3 Steuerung der Ausführung von Funktionsbausteinen 69 6.2.4 Deklaration von abgeleiteten Funktionsbausteinen 69 6.3 Programme 72 Programmiersprachen für Verknüpfungssteuerungen 73 7.1 Deklaration der Programmorganisationseinheiten 73 7.2 Grafische Sprachen 75 7.2.1 Gemeinsame Elemente 75 7.2.2 Kontaktplan (KOP/LD) 76 7.2.3 Funktionsbausteinsprache (FBS/FBD) 80 7.3 Textsprachen 81 7.3.1 Gemeinsame Elemente 81 7.3.2 Anweisungsliste (AWL/IL) 82 7.3.3 Strukturierter Text (ST) 88 Realisierung von Verknüpfungssteuerungen 93 8.1 Verwendete Programme 93 8.2 Prozessvisualisierung 94 8.3 SPS-Steuerung mit CoDeSys 96 8.3.1 Programmierung in FBS mit CFC 97 8.3.2 Vergleich der Programmiersprachen in CoDeSys 101 8.4 SPS-Steuerung mit STEP 7 105 8.4.1 Programmierung in FBS mit CFC 106 8.4.2 Vergleich der Programmiersprachen in STEP 7 111 Binäre Verknüpfungssteuerungen 117 9.1 Standard-Funktionen 117 9.1.1 Binäre Grundfunktionen 117 9.1.2 Bitschiebefunktionen 119 9.2 Standard-Funktionsbausteine 120 9.2.1 Speicherbausteine 120 9.2.2 Flankenerkennung 121 9.2.3 Zähler 122 9.2.4 Zeitglieder 124 9.3 Beispiele und Lösungen nach IEC 127 9.3.1 Förderband 127 9.3.2 Parkhaus 130 9.4 Lösungen mit CoDeSys 133
Inhaltsverzeichnis 11 9.4.1 Förderband 133 9.4.2 Parkhaus 136 9.5 Lösungen mit STEP 7 138 9.5.1 Förderband 139 9.5.2 Parkhaus 142 9.6 Übungsprojekt Dreifachreaktion" 145 9.6.1 Aufgabenstellung 145 9.6.2 Lösung nach IEC 61131-3 146 9.6.3 Lösung mit CoDeSys 147 9.6.4 Lösung mit STEP 7 147 Verarbeitung digitaler Informationen 149 10.1 Standard-Funktionen 149 10.1.1 Funktionen zur Datentypumwandlung 149 10.1.2 Arithmetische Funktionen 151 10.1.3 Numerische Funktionen 152 10.1.4 Vergleichsfunktionen 153 10.1.5 Auswahlfunktionen 154 10.1.6 Funktionen für Zeichenketten 155 10.1.7 Funktionen für Datum und Zeit 157 10.2 Beispiele und Lösungen nach IEC 159 10.2.1 Nichtlineare Kennlinie 159 10.2.2 Fehlermeldung 167 10.3 Lösungen mit CoDeSys 169 10.3.1 Nichtlineare Kennlinie 169 10.3.2 Fehlermeldung 175 10.4 Lösungen mit STEP 7 176 10.4.1 Nichtlineare Kennlinie 176 10.4.2 Fehlermeldung 182 10.5 Übungsprojekt Proportionalregler" 185 10.5.1 Aufgabenstellung 186 10.5.2 Lösung nach IEC 61131-3 186 10.5.3 Lösung mit CoDeSys 186 10.5.4 Lösung mit STEP 7 186 Verarbeitung analoger Informationen 187 11.1 Funktionsbausteine in der IEC 61131-3 187 11.1.1 Filter 1. Ordnung (LAG1) 187 11.1.2 Totzeit (DELAY) 189 11.1.3 Mittelwert (AVERAGE) 190 11.1.4 Integration (INTEGRAL) 192 11.1.5 Differenzierung (DERIVATIVE) 192 11.1.6 Hysterese (HYSTERESIS) 193 11.1.7 Grenzwertüberwachung (LIMITS_ALARM) 194 11.1.8 Analogsignalüberwachung (ANALOG _ MONITOR) 195 11.1.9 PID-Regler (PID) 197 11.1.10 Allgemeine Differenzengleichung (DIFFEQ) 199
Inhaltsverzeichnis 11.1.11 Rampenfunktion (RAMP) 200 11.1.12 Stoßfreier Übergang (TRANSFER) 202 11.2 Funktionen und Funktionsbausteine in CoDeSys 203 11.2.1 Bit auslesen (EXTRACT) 204 11.2.2 Bit einfügen (PUTBIT) 204 11.2.3 Packen (PACK) 204 11.2.4 Auspacken (UNPACK) 204 11.2.5 Statistische Werte (STATISTICS) 204 11.2.6 Varianz (VARIANCE) 204 11.2.7 PD-Regler (PD) 205 11.2.8 Blinker (BLINK) 205 11.2.9 Funktionsgenerator (GEN) 205 11.3 Funktionsbausteine in STEP 7 206 11.3.1 Kontinuierlicher PID-Regler (CONT_C) 206 11.3.2 Schrittregler (CONT_S) 208 11.3.3 Impulsgenerator (PULSEGEN) 209 11.4 Beispiele und Lösungen nach IEC 210 11.4.1 Signalgenerator 210 11.4.2 Integrator mit Begrenzungen 212 11.4.3 PID-Regler 213 11.5 Lösungen mit CoDeSys 217 11.5.1 Signalgenerator 217 11.5.2 PID-Regler 220 11.6 Lösungen mit STEP 7 224 11.6.1 Signalgenerator 224 11.6.2 PID-Regler 227 11.7 Übungsprojekt Dynamisches Modell" 230 11.7.1 Aufgabenstellung 230 11.7.2 Lösung nach IEC 231 11.7.3 Lösung mit CoDeSys 231 11.7.4 Lösung mit STEP 7 232 Programmierung von Ablaufsteuerungen 233 12.1 Struktur einer Ablaufsteuerung 233 12.2 Schritte und Transitionen 234 12.2.1 Schritte 234 12.2.2 Transitionen 236 12.2.3 ABLAUFREGELN 238 12.3 Aktionen 242 12.3.1 Darstellung einer Aktion 242 12.3.2 Ansteuerung einer Aktion 243 12.3.3 Logik einer Aktion 246 12.4 Beispiele und Lösungen nach IEC 247 12.4.1 Reaktor 247 12.4.2 Abfüllstation 250 12.5 Lösungen mit CoDeSys 255 12.5.1 Reaktor 255
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14 Inhaltsverzeichnis Lösung zu Aufgabe 10.5 309 Lösung zu Aufgabe 10.6 309 Lösung zu Aufgabe 10.7 309 Lösung des Übungsprojektes P-Regler" 310 Kapitelll 317 Lösung zu Aufgabe 11.1 317 Lösung zu Aufgabe 11.2 317 Lösung zu Aufgabe 11.3 318 Lösung zu Aufgabe 11.4 318 Lösung des Übungsprojektes Dynamisches Modell" 318 Kapitel 12 327 Lösung zu Aufgabe 12.1 327 Lösung zu Aufgabe 12.2 327 Lösung zu Aufgabe 12.3 328 Lösung zu Aufgabe 12.4 328 Lösung des Übungsprojektes Bearbeitungsband" 328 Vergleich der Programiniersysteme 339 Abkürzungen 345 Stichwortverzeichnis 347