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Programmierung nach IEC 61131

Programmierung nach IEC 61131

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InhaltInhalt

Ziele und Inhalte der IEC 61131 Programmiertools Modelle der IEC 61131 Variablen und Datentypen Programmorganisation

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Lernziele IEC 61131 Lernziele IEC 61131

Sie kennen die wesentlichen Ziele und Inhalte und

können sie mit eigenen Worten erläutern Sie die Architektur eines Systemes nach IEC 61131 Sie kennen die 3 Programmorganisationseinheiten

und die Datenorganisation (Uebungsbeispiele) Sie können ein einfaches Beispiel in zwei grafischen

Programmiersprachen einer SPS programmieren

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Die Erstellung und Wartung von Programmen von

Anlagensteuerungen sind:

Die Erstellung und Wartung von Programmen von

Anlagensteuerungen sind:

wesentliche Kostenfaktorenschwierige Unsicherheitsfaktoren

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Aspekte:Aspekte:

15-30% der Planungskosten zur Programmierung

hohe Folgekosten bei Problemen Anlageschäden verzögerte Inbetriebnahme

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Worin unterscheidet sich Steuerungssoftware von 'Bürosoftware'?

Worin unterscheidet sich Steuerungssoftware von 'Bürosoftware'?

Echtzeit oft zeitkritisch kompliziertes Prozessinterface Restart- und Resume-fähig viele zeitlich andauernde Aufgaben kaum Fehlertoleranz hohe Verfügbarkeit viele, aber einfache Funktionen

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Variablennamen: Variablennamen:

was ist wahr?was ist wahr?

Name Wert Zahl logisch Bedeutung'Türe_zu' wahr 1 wahr die Türe ist zu

falsch 0 falsch die Türe is nicht zu(beachte: die ist Türeoffen)

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Bei Alarmen leider oft:Bei Alarmen leider oft:

Name Wert Zahl logisch Bedeutung

'Not_Aus' falsch 0 wahr Anlage ist/wirdabgestellt

wahr 1 falsch kein Not-Aus, d.h. z.B.Normalbetrieb

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WahrheitstabelleWahrheitstabelle

Darstellung von

y:= A und (B oder C)

in Tabellenform:

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Beispiel einer Wahrheitstabelle:Beispiel einer Wahrheitstabelle:

Funktion: Werte vonA

Werte vonB

Werte vonC

Ausgang y

y:=A&(B/C) 1 1 1 1

1 1 0 1

1 0 1 1

1 0 0 0

0 1 1 0

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0 0 0

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ZeitdiagrammeZeitdiagramme

Steuerproblem:

richtige Aktion zur richtigen Zeit auslösen

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Beispiel: EinschaltverzögerungBeispiel: Einschaltverzögerung

TON

IN Q

PT ET

Steuersignal (Bool)

Verzögerungszeit (Zeit)

verzögertes Schaltsignal ( Bool)

verstrichene Verzögerunszeit ( Zeit)

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Zeitdiagramm:Zeitdiagramm:

PT

ET

Q

IN

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Entwicklung der Programmierung von SPS

Entwicklung der Programmierung von SPS

Proprietäre Sprachen und Softwarestrukturen verschiedener Hersteller

Starke Verbreitung einzelner Sprachen durch die Dominanz der Hersteller (Siemens)

Erste internationale Normierungsbestrebungen (Grafcet, DIN 19239 und 2880)

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Was ist die IEC 1131?Was ist die IEC 1131?

weltweit einheitliche Norm für die Automation speziell für SPS-Systeme

anerkanntes Werk, da gemeinsam erarbeitet(PLCopen)

Wegweiser für zukünftige Entwicklungen Definition systemunabhängiger Sprachen ein Muss für jemanden der Automation

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Entwicklung der IEC 61131Entwicklung der IEC 61131

Gründung der PLCopen 1992 als treibende Kraft der Normierung

Ziele: Anwendung eines internationalen Standards IEC 61131 konforme SPS anbieten und einsetzen Definition von Konformitätskriterien Zusammenfassung der bisherigen Erfahrungen

und Entwicklungen in der IEC 61131

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Vorteile für HerstellerVorteile für Hersteller

Gemeinsame Entwicklung von Software (Editoren, Programmiersystem)

Wiederverwendbarkeit bestehender Software durch einheitliche Programmierung

Normgerecht - bedeutet - marktgerecht Integration von Modulen verschiedener

Hersteller

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Vorteile AnwenderVorteile Anwender

Einheitliche Programmierung und Planung verschiedener Systeme

Minimierte Ausbildungs- und Einarbeitungs-kosten

Einsatz normgerechter Komponenten bedeutet ein erhöhtes und kalkulierbares Mass an Sicherheit der Anlagen

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LogischeEinheit

Wofür IEC 61131Wofür IEC 61131

Für verteilte Automatisierungssysteme

Steuerung

Anwendung

Betriebssystem

Kommuni-kation

Steuerung

Anwendung

Betriebssystem

Kommuni-kation

Prozessgeräte Prozessgeräte

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Was enthält die IEC 61131?Was enthält die IEC 61131?Teil 1: Generelle Uebersicht und Definitionen

damit Anwender und Hersteller die gleiche Sprache sprechen.

Teil 2: Hardware (I/O-Signale, Sicherheitsmerkmale, Umgebung)elektrischen, mechanischen und funktionalen Merkmale

Teil 3: Programmiersprachen:Softwaremodell, Syntax und Semantik derProgrammiersprachen und deren Darstellung

Teil 4: Anwender Informationen:Richtlinien für den Anwender, Hilfe bei derLösungserabeitung

Teil 5: Kommunikationsdienste:Kommunikation innerhalb und zwischen den einzelnenKommunikationspartnern einer Applikation

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Schwerpunkt Programmierung:Schwerpunkt Programmierung:

Bildung von Programmstrukturen Einführung abgeleiteter Strukturen, d.h.

eigene Datentypen und Steuerbibliotheken SPS-Programmierung grafisch oder wie in

einer Hochsprache Programmierung von SPS-Systemen! (wo

gibt es dies sonst noch ?)

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Modelle der IEC 61131:Modelle der IEC 61131:

Softwaremodell - Struktur der Software Kommunikationsmodell - Informationsfluss

zwischen verschiedenen Steuerungen Programmiermodell - Datendarstellung und

Programmiersprachen Hardwaremodell

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ProjektverwaltungProjektverwaltung

Projektname

SPS-Parameter (Typ, Speicher)

Globale Variablen

Programme

Funktionsbaustein

Funktion

Task

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ProgrammiermodellProgrammiermodell

Variablen und Datentypen Programmorganisationseinheiten

Programme Funktionsbausteine Funktionen

Programmiersprachen

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Programmorganisationseinheiten (POE)

Programmorganisationseinheiten (POE)

Funktion Funktionsbaustein Programm

englische Bezeichnung:

POU (Program Organisation Units)

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Elemente einer POEElemente einer POE

Deklarationsteil Variablen Formalparameter und Rückgabewerte Externe und interne Variablen

Anweisungsteil Funktion in einer Programmiersprache realisiert

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VariablenVariablen

symbolische Namen physikalischer Standort (I/O, Merker) Müssen dort deklariert werden, wo sie

benutzt werden. Variablenart Bezeichner Datentyp Initialisierung

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VariablenartVariablenart

var Lokale Variable

var_input Eingangsvariabel einer POE

var_output Ausgangsvariabel einer POE

var_external Externe Varialbe einer POE

var_global Global geltende Variable ineiner Konfiguration

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DatentypenDatentypen

elementare bool, int, float, time

strukturierte enum - Aufzähltypen array - Felder structure - Datenstrukturen

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Geltungsbereich der Variablen

Geltungsbereich der Variablen

lokal: nur in der Programmeinheit global: in ganzer Ressource oder Konfiguration

(lokal als extern definieren) gültig in den POE in denen sie deklariert sind

und in allen untergeordneten Einheiten (Eine Variable in einem Programm gilt auch in den Funktionsbausteinen die das Programm aufruft)

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InitialisierungInitialisierung

Initialisierung übernimmt Wert vor letzten Stop übernimmt anwenderspezifischen Wert übernimmt voreingestellten Wert des Datentyps

Warmstart gepufferte Variablen (RETAIN)

übernehmen letzten Wert andere die definierten

Anfangswerte

Kaltstart alle übernehmen

Anfangswerte

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ProgrammiersprachenProgrammiersprachen

graphische Programmiersprachen KOP (Kontaktplan) FBS (Funktionsbausteinsprache) AS (Ablaufsprache )

Textsprachen AWL (Anweisungsliste) ST (Strukturierter Text)

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graphische Sprachen vs. Textsprachengraphische Sprachen vs. Textsprachen

einfach, teilweise auch für Laien verständlich

Kommunikation über Programm einfacher

effizienter bei Inbetrieb-nahme und Wartung

keine Nachdoku-mentation nötig

zwingt zu Program-mierdisziplin

effizienter in der Programmierung

kleinere Dokumente in MB

einfacher im Umgang mit komplexen Datenstrukturen

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1. Sprache: FBS1. Sprache: FBS

Programmierung mit Funktionen in der Funktions-Bausteinen-Sprache:

Variablen: Signallinien Funktionen: Rechteck mit Funktionsname

und Signalverbindungsstellen Alle Datenverarbeitungselemente werden

als Funktionsblöcke dargestellt

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Darstellung in FBSDarstellung in FBS

Programmierung = Netz von FB verbunden mit Signalen

Programmierung = Netz von FB verbunden mit Signalen

>=1OR

R1

S

Q1

&AND Q1

Variablen(Eingang)

Variablen(Ausgang)

Linien

Funktionsblöcke(Funktionen und Funktionsbausteine)

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SiloSilo

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2. Sprache: KOP2. Sprache: KOP

Programmierung mit Kontaktplandarstellung und Funktionsbausteinen, Sprache:

Variablen: Bezeichnung von Oeffner, Schliesser, Spulen

Funktionen: durch 'Stromverdrahtung' und Funktionsbausteinen

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Beispiel KOP - SiloBeispiel KOP - Silo

Kontakte

Spulen

Funktionsblöcke

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Elemente:Elemente:

Schalter Bedeutung

Schliesser Der Zustand der linken Verbindung wird aufdie rechte Verbindung kopiert, wenn derZustand der zugehörigen Variablen 'WAHR'ist. Andernfalls ist der Zustand der rechtenVerbindung 'AUS'.

Var-Name

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Var-Name

Schalter Bedeutung

Oeffner Der Zustand der linken Verbindung wird aufdie rechte Verbindung kopiert, wenn derZustand der zugehörigen Variablen 'FALSCH'ist. Andernfalls ist der Zustand der rechtenVerbindung 'AUS'.

Elemente:Elemente:

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Schalter Bedeutung

Spule Der Zustand der linken Verbindung wird aufdie zugehörige boolesche Variable und dierechte Verbindung kopiert.

Elemente:Elemente:

Var-Name

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Schalter Bedeutung

negativeSpule

Der Zustand der linken Vebindung wird auf dierechte Verbindung kopiert. Die Invertierungdes Zustands der linken Verbindung wird aufdie zugehörige boolesche Variable kopiert.

Elemente:Elemente:

Var-Name

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Schalter Bedeutung

Setzender Spule

Der Zustand der linken Vebindung wird auf dierechte Verbindung kopiert, wenn er wahr ist.Die boolesche Variable wird wahr gesetzt.

Elemente:Elemente:

Var-Name

S

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Schalter Bedeutung

Rück-setzen derSpule

Der Zustand der linken Vebindung wirdnegierend auf die rechte Verbindung kopiert,wenn er wahr ist. Die zugehörige boolescheVariable wird false gesetzt.

Elemente:Elemente:

Var-Name

R

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FunktionFunktion

eine oder mehrere Eingangsvariablen werden zu genau einem Ausgangswert berechnet.

Speichern intern keine Daten Liefert bei gleichen Eingangswerten immer das

gleicher Ergebnis

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StandardfunktionenStandardfunktionen

vordefinierte Funktionen SPS wird zu einer vollwertigen Rechnereinheit SPS kann auch Texte bearbeiten SPS kann Datentypen konvertieren die meisten aus Informatik bekannt

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FunktionsbausteinFunktionsbaustein

aus einer oder mehreren Eingangsvariablen werden mehrere Ausgangsvariablen berechnet

Strukturierungshilfsmittel innerhalb eines Programmes

Kann mehrfach genutzt werden Kann intern Daten speichern und muss

instanziert werden

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FB definierenFB definieren

Deklaration

Anweisungen

Ergebnis muss gespeichert werden

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FB RS-Flip-FlopFB RS-Flip-Flop

UND-Bausteine können das Resultat direkt aus den Eingängen berechnen

bei RS-Bausteinen hängt es aber noch zusätzlich vom Wert von Q1 ab:

>=1OR

R1

S

Q1

&AND Q1

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Konsequenz:Konsequenz:

Baustein muss Variable zwischen zwei Ausführungen abspeichern

Namen gefordert gelöst durch Instanzennamen = gleich Pointer

auf Objekt

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Instanz:Instanz:

Die Instanz ist ein individuelles Exemplar einer Datenstruktur, verknüpft mit einem Funktionsbaustein-Typ oder Programm-Typ, das von einem Aufruf der zugehörigen Operation bis zum nächsten erhalten bleibt.

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InstanzierungInstanzierung

Deklaration

Anwendung

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Zeitgeber: EinschaltverzögerungZeitgeber: EinschaltverzögerungTON

IN Q

PT

BoolBool

Time ET Time

PT

ET

Q

IN

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Zeitgeber: AusschaltverzögerungZeitgeber: AusschaltverzögerungTOF

IN Q

PT

BoolBool

Time ET Time

PT

ET

Q

IN

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ProgrammProgramm

logische Anordnung von Funktionen und Funktionsbausteinen mit ihren Verknüpfungen

Ausführung eines Programmes kommt durch die Zuordnung in einer Task zum Ausdruck

Kann Funktionen und Funktionsbausteine aufrufen

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Ausführung der Programme:

TasksAusführung der Programme:

TasksEin Task fasst innerhalb einer Ressource ein oder mehrere Programme mit gleichem Ausführungs- und Zeitverhalten zusammen. (Wann sollen sie bearbeitet werden)

Wann, bei welchem Ereignis

Wie oft

Wie dringend

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Kommunikationsmodell(wird nur gestreift)

Kommunikationsmodell(wird nur gestreift)

Durch Uebergabe der Variablen bei Funktionsaufruf

Kommunikation über globale Variablen Kommunikation über SEND und RECEIVE-

Funktionen Kommunikation über Zugriffspfade

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Uebung: SelbsthaltungUebung: Selbsthaltung

• POE einrichten - Programm• Variablen deklarieren• mit Kontaktplan programmieren

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Aufgabe:Aufgabe:

wie werden die folgenden Funktionen programmiert (sie sind gegenüber der FBS-Darstellung verschwunden)?

UND ODER