Vorlesung_SPS-Steuerung

Prof. Dr.-Ing. Cihat Karaali
Fachbereich SciTec
1. SPS-Steuerungen
In der automatisierten Steuerungstechnik unterscheidet man zwischen
verbindungsprogrammierten und speicherprogrammierbaren Steuerungen.
Verbindungsprogrammierte
Steuerung
Speicherprogrammierbare
Steuerung
Sind alle Schaltelemente ein- und ausgangsseitig aufgabengemäß miteinander
verdrahtet, so ist diese Steuerungsart verbindungsprogrammiert. Bei jeder
nachträglichen Änderung der Steuerungsfunktion jedoch muß der gesamte Aufbau
der Steuerschaltung und damit deren Verdrahtung zwangsläufig geändert werden.
Dies ist vor allem bei umfangreichen Steuerungen sehr mühsam und zeitaufwendig.
Die
aufgabengemäß
fixierte
Funktion
der
Schaltung
liegt
bei
speicherprogrammierbaren Steuerungen durch ein „Programm“ fest. Bei den
vorgesehenen nachträglichen Änderungen bleibt der Aufbau der Schaltung erhalten,
d.h. die für die Steuerung erforderlichen Geber und die zu steuernde Stellglieder
bleiben am Automatisierungsgerät angeschlossen. Es wird nur noch der Inhalt des
Programmspeichers umgeschrieben. Damit ist der Vorteil dieser Steuerungsart
gegenüber der vorhergehenden offensichtlich.
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Das Automatisierungsgerät verfügt über Prozessor, Programmspeicher und Ein/Ausgabeeinheiten.
Das Anwenderprogramm wird am Programmiergerät erstellt und im
Programmspeicher abgelegt. Der Prozessor bearbeitet das Speicherprogramm und
überprüft sequentiell die Zustände des Signalgebers. Abhängig von den
Signalzuständen am Eingang werden die zu steuernde Stellglieder am Ausgang
programmgemäß ein- und ausgeschaltet.
Jedes Bit verfügt über eine Nummer, die als Bit-Adresse definiert ist. Im
Eingangsbyte (eine Bitfolge aus 8 Bits) hat das Bit rechts außen die Bit-Adresse 0
und das Bit links außen die Bit-Adresse 7.Die Signalzustände am Eingang werden im
Eingangsbyte EB2 mit der Byte-Adresse 2 zugeordnet (Beispiel oberes Bild). Bei der
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Bezeichnung eines Eingangs oder Ausgangs folgt auf das Kennzeichen E bzw. A die
Byte-Adresse und anschließend nach einem Punkt die Bit-Adresse (z.B. E 2.6 oder A
3.0). Die Byte- und die Bit-Adresse kennzeichnen allgemein jeden Ein- und Ausgang
in der Ein- und Ausgabeeinheit.
PROGRAMMIERSPRACHEN
Funktionsplan
(FUP)
Kontaktplan
(KOP)
Anweisungsliste
(AWL)
Das Programmiergerät dient dazu das Anwenderprogramm einzugeben, das
geschriebene Programm zu übersetzen und es in den Programmspeicher zu
übertragen.
Wichtig ist dabei, dass bevor der Anwender sein Programm am Programmiergerät
eintippt, den einzelnen Gebern am Eingang und Stellgliedern am Ausgang, Eingänge
und Ausgänge in den Ein- und Ausgabeeinheiten am Automatisierungsgerät
zuordnet.
Die Programmiersprachen lassen sich in drei Darstellungsarten
Kontaktplan (KOP), Funktionsplan (FUP) und Anweisungsliste (AWL).
eingeben:
Das folgende Beispiel zeigt das SPS-„Programmieren“ am Programmiergerät in drei
Programmiersprachen. Aufgabenstellung: Der vorgegebene Stromlaufplan einer
Schützsteuerung soll in drei SPS-Programmiersprachen umgesetzt werden.
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Stromlaufplan
Für den oben angegebenen Stromlaufplan wird das SPS-Programm in drei
Darstellungsarten wie folgt umgesetzt:
Funktionsplan (FUP):
Hier handelt es sich um normgeführte Symbole, die laut Aufgabenstellung
miteinander verknüpft sind. Nach der Analyse des Stromlaufplans entsprichen dort
die Reihenschaltung der betroffenen Schalter einer UND- und die Parallelschaltung
einer ODER-Verknüpfung im Funktionsplan. E 1.0 bis E 1.5 stellen die Funktion der
Geberanschlüsse und A 3.0 die der Stellglieder dar. Sie werden als Adressen der
Ein- und Ausgänge deklariert.
Der Kontaktplan (KOP):
Die Struktur des Kontaktplans ähnelt der des Stromlaufplans mit dem Unterschied
der waagerechten Lage der einzelnen Strompfade. Die symbolischen Darstellungen
im Kontaktplan | | kennzeichnen einen Eingang und ( ) einen Ausgang. Die Adressen
der Ein- und Ausgänge werden über jedem Symbol angegeben.
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Die Anweisungsliste (AWL):
Die
Anweisungsliste
besteht
aus
sequentiell
zu
behandelnde
Steuerungsanweisungen als Programm in der Form, wie sie auch im
Programmspeicher steht. Diese anwenderspezifische Steuerungsanweisungen
werden durch den Prozessor sequentiell abgearbeitet. Bevor das Programm
durchläuft, überprüft der Prozessor den Signalzustand von Eingängen (E 1.0 bis E
1.5). Eine Steuerungsanweisung (z.B. U E 1.4) besteht aus einem Operationsteil U
(für UND-Verknüpfung) und einem Operandenteil E 1.4. Der Operationsteil deutet hin
was zu tun ist. Der Operandenteil beantwortet die Frage „womit es zu tun ist?“ Der
Operandenkennzeichen E, A beschreiben einen Eingang oder Ausgang. Mit dem
Parameter 1.4 wird die Byteadresse 1 und die Bitadresse 4 des Eingangs- oder
Ausgangsregisters deklariert. Damit beschreibt man die Anweisung U E1.4 wie folgt:
UND-Verknüpfung von Eingangsbyte 1, Bit 4.
Die AWL für den vorgegebenen Stromlaufplan lautet dann:
U E 1.0
U E 1.1
O
U E 1.2
U E 1.3
U E 1.4
= M 1.0
U M 1.0
U E 1.5
= A 3.0
Auf Anweisungen mit Verknüpfungen folgt zum Schluß eine Anweisung, bei deren
Bearbeitung das Ergebnis aus der vorher bearbeiteten Anweisungen bestimmt (=M
1.0 für Merker Byte 1 Bit 0 oder =A 3.0 Ausgangsbyte 3 Bit 0). Die
Zwischenergebnisse können mit Merkern gebildet werden. Hierbei werden Merkern
ähnlich wie Ausgängen logische Signalzustände zugewiesen.
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Beispiel:
Der Ausgang A 2.0 einer Anlage soll nur dann auf einen Signalzustand „1“ schalten,
wenn ein einziger Eingang von drei zur Verfügung stehenden Eingängen (E 1.0, E
1.1 und E 1.2) mit dem Signalzustand „1“ belegt werden (Antivalenz).
Gesucht sind die Umsetzungen in FUP, KOP und AWL.
FUP:
KOP:
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AWL:
UN E 1.0
UN E 1.1
U E 1.2
O
UN E1.0
U E 1.1
UN E 1.2
O
U E 1.0
UN E 1.1
UN E 1.2
=A 2.0
Literaturhinweise:
Wellenreuther/Zastrow: Automatisierung mit SPS
Siemens: SIMAIC S5/S7
M. Kantel, B. Plagemann, T. Schwer, R. Speidel: Der Funktionsplan
K. H. Borelbach, G. Kraemer und E. Nows: Steuerungstechnik mit
speicherprogrammierten Steuerungen SPS
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