SPS-Programmierung mit IEC

(1)

Karl-Heinz John Michael Tiegelkamp

SPS-Programmierung mit IEC 61 131-3

Konzepte und Programmiersprac Anforderungen an Programmiers

Entscheidungshilfen

Dritte, neubearbeitete Auflage

Mit

139

Abbildungen

hen,

yste m e,

Springer

(2)

1 Einleitung

...

⁹

1.2 Die Norm IEC 61131

...

12

1.2.1 Ziele und Nutzen der Norm

...

13

1.1 Gegenstand des Buchs

...

10

Hersteller (SPS- Hardware und -Software) ... 13

Anwender ... 13

1.2.2 Geschichte und Bestandteile

...

14

1.3 OrganisationPLCopen

...

17

1.3.1 Ziele

...

17

1.3.2 Gremien und Arbeitsgebiete

...

18

1.3.3 Ergebnisse

...

19

Zertifizierung ... 19

Austauschformat FxF für Anwenderprogramme ... 2 Bausteine der IEC 61131-3

...

21

2.1 Einstieg in die neue Norm

...

21

2.1.1 Aufbau von Bausteinen

...

22

Deklarationen von Variablen ... 22

2.1.2 Einführungsbeispiel in AWL

...

25

2.1.3 SPS-Zuordnung

...

28

2.2 Die Programmorganisationseinheit (POE)

...

30

2.3 Elemente einer POE

...

32

2.3.1 Beispiel

...

33

2.3.2 Deklarationsteil

...

34

Formalparameter und Rückgabewerte einer POE ... 37

Externer und interner Zugriff auf POE-Variablen ... Anweisungsteil einer POE ... 23

Variablenarien in POETypen ... Merkmale der POE-Schnittstelle ... ... 38

2.3.3 Anweisungsteil

...

40

(3)

2 Inhaltsverzeichnis

2.4 Der Funktionsbaustein

...

42

2.4.1 Instanziierung von Funktionsbausteinen

...

Was ist eine Instanz? ... Instanz bedeutet .,Struktur" ... Instanz bedeutet ,,Gedächtnis" ... Zusammenhang zwischen FB-Instanz und Datenbaustein .... ... 41

2.4.2 Wiederverwendbarkeit und Objektorientierung von FB

...

48

2.4.3 Variablenarten in FBs

...

49

2.5 Die Funktion

...

50

2.5.1 Variablenarten in Funktionen und ihr Funktionswert

...

50

2.5.2 Ausführungssteuerung mit EN und ENO

...

51

2.7.1 Gegenseitiger Aufruf zwischen POEs

...

55

2.7.4 Aufrufe mit fehlenden oder vertauschten Eingangsparametern

...

61

2.7.5 FB-Instanzen als FB-Aktualparameter

...

62

FB-lnstanznamen als Aktualparameter von Funktionen ... 65

2.8 POE-Merkmalsübersicht

...

66

2.6 Das Programm PROGRAM

...

54

2.7 Aufrufe von Funktionen und Funktionsbausteinen

...

⁵⁵

2.7.2 Rekursive Aufrufe sind unzulässig

...

56

2.7.3 Aufruf mit Formalparametern

...

58

Beispiel für indirekten FB-Aufruf ... Funktionswerte als Aktualparameter ... ... 65

3 Variablen. Datentypen und gemeinsame Elemente

...

⁶⁷

3.1 Einfache Sprachelemente

...

3.1.1 Reservierte Schlüsselworte

...

3.2 Literale und Bezeichner

... ...

70

3.2.1 Literale

... ...

70

3.2.2 Bezeichner

...

72

3.3 Bedeutung von Datentypen und Variablen

...

74

3.3.1 Von direkten SPS-Adressen über Symbole zu Variablen ... 3.3.3 Typgerechte Verwendung von Variablen

...

3.3.4 Automatische Abbildung von Variablen au 3.4 Datentypen

...

3.4.1 Elementare Datentypen

...

78

3.4.2 Abgeleitete Datentypen (Typdefinition) ... 79

Zusätzliche Eigenschaften für Elementare Datentypen ... 80

Felder ... ... 83

Datenstrukturen ... ... 84

Anfangswerte bei Typdefinition ... ... 86

3.4.3 Allgemeine Datentypen

...

... 87

3.5 Variable

... ...

89

3.5.1 Eingänge, Ausgänge und Merker als besondere Variablen

...

90

3.5.2 Multielement-Variable: Felder und Strukturen

...

3.5.3 Zuweisung von Anfangswerten bei Programmstart

...

93 3.3.2 Der Datentyp bestimmt Eigenschaften der Variablen

...

(4)

3.5.4 Attribute der Variablenarten ... ..95

3.5.5 Grafische Darstellung von Variablen-Deklarationen.. ... .97

4 Die neuen Programmiersprachen der IEC 61131-3

...

99

4.1.2 Der universelle Akkumulator

...

101

4.1.3 Anweisungsteil: Operatoren

...

104

4.1 Anweisungsliste AWL...

...

100

4.1.1 Anweisung in AWL

... ...

100

Negierung des Operanden. ... Schachtelungsebenen durch Klammerung. ... ... 104

Aufruf von Funktionen. ... 4.1.5 Beispiel AWL: Bergbahn 4.2 Strukturierter Text ST

...

114

4.2.1 Anweisung in ST

...

114

4.2.2 Ausdruck als Teilanweisung in ST

...

116

... 1 16 ... 1 17 ... 119

4.2.3 Anweisung:

...

119

4.2.4 Anweisung: Aufruf von Funktionsbausteinen

...

.121

4.2.5 Anweisung: Rücksprung (RETURN)

...

121

4.2.6 Anweisung: Verzweigung, Multiauswahl

...

122

4.2.7 Anweisung: Wiederholung

...

125

Alternativ-Verzweigung ... 122

Muitiauswahl. ...

...

123

WHILE- gen ... FOR-An ... EXIT- A ... 128

4.3 Funktionsbausteinsprache FBS

...

132

4.2.8 Beispiel

...

129

4.3.1 Netzwerke, grafische Elemente mit Verbindungen (KOP, FBS)

...

132

Neizwerkmarke. ... Netzwerkkommeniar. ... Netzwerkgrafik. ... ... 4.3.2 Netzwerkaufbau in FBS

...

4.3.3 Grafische Objekte in FBS... Verbindungen ... Ausführungssteuerung (Sprünge) Aufruf von Funktionen und Funktionsbausteinen. ... 139

4.3.4 Programmiertechnik in FBS

...

140

Werteberechnun ... 140

Rückkopplungs ... 141

4.3.5 Beispiel Stereo-Rekorder in FBS

...

142

Kommentierung der Netzwerke der Bsp. 4.24 und Bsp. 4.31 ... 145

(5)

4 Inhaltsverzeichnis

4.4 Kontaktplan KOP

...

146

4.4.1 Netzwerke, grafische Elemente mit Verbindungen (KOP) ... 146

4.4.2 Netzwerkaufbau in KOP

...

... 146

4.4.3 Grafikobjekte in KOP

...

147

Verbindungen. ... Kontakte und Spulen. ... Aufruf von Funktionen und Funktionsbausteinen. ... 4.4.4 Programmiertechnik in KOP

...

154

Werteberechnung. ... 154

Rückkopplungsvariable.. ... 156

4.4.5 Beispiel KOP: Bergba ... 158

Kommentierung der Berg ... 161

4.5 Ablaufsprache AS

...

164

4.5.1 Aufbau durch Schritte und Transitionen.

...

165

4.5.2 Ablaufketten

... ...

166

4.5.3 Detail-Beschreibung der Schritte und Transitionen

...

172

Ausfuhrungssteuerung ... ... 172

... 4.5.4 Schrittbearbeitung durch Aktionsblöcke und Aktionen

...

4.5.5 Detailbeschreibung Aktionen und Ak Aktionen. ... ... 181

Aktionsblock. ... 4.5.6 Zusammenhang von n, Aktion und Aktionsblock

...

185

4.5.7 Bestimmungszeichen und Ablaufsteuerung ... 189

Bestimmungszeichen.. ... Ablaufsteuerung. ... 4.5.8 Beispiel Dino-’Park

... ...

198

Kommentierung des Vergnügungspark-Netzwerks ... 5 Standardisierte SPS-Funktionaiität

...

²⁰³

5.1 Standard-Funktionen

...

... 204

5.1.1 Überladen und Erweitern

...

208

... 208

... 210

Schiebe-Funktionen. ... Funktionen für Auswahl. ... Funktionen für Zeichenfolgen ... 216

Funktionen für Aufzählungstypen. ...

(6)

5.2 Standard-Funktionsbausteine ... 221

... 223

... Flankenerkennung. ... Vorwärts/Rückwärts-Zähler. ... Zeitgeber (Zeiten) ... 229

6 Moderne SPS-Konfiguration

...

233

6.1 Projekt-Strukturierung durch Konfigurationselemente ... .234

6.2 Elemente einer realen SPS-Konfiguration ... 235

6.3 Die Konfigurationselemente ... ... 237

6.3.1 Aufgaben

... ...

237

6.3.2 Die CONFIGURATION ... ... 238

6.3.3 Die RESOURCE ...

...

239

6.3.4 Die TASK mit Laufzeitprogramm

... ...

240

6.3.5 Die ACCESS-Deklaration

...

243

6.4 Konfigurations-Beispiel

...

245

6.5 Kommunikation bei Konfigurationen und POEs ... 247

7 Innovative SPS-Programmiersysteme

...

251

7.1 Anforderungen an innovative Programmierwerkzeuge ... 25 1 7.2 Technologischer Wandel ... 7.2.3 Betriebssysteme ... 7.3 Rückübersetzung (Rückdokumentation) ... 253

7.3.3 Rückübersetzung inkl. Grafik- Information 7.4.1 Querübersetzbarkeit ... ... 256

...

252

7.2.1 Prozessorleistung

...

... 252

7.2.2 Vollgrafische Bildschir ... 252

7.2.4 Einheitliche Mensch- / Maschinen- Schnittstelle ... 253

7.3.1 Keine Rückübersetzung ... 7.3.2 Rückübersetzung mit Symbolik und Kom ... 255

7.3.4 Quellcode in der SPS ... 7.4 Sprachverträglichkeit ... 255

Motivation für Querübersetzbarkeit. ... Einschränkungen bei KOP / FBS. ... Gütekritenen für die Querübersetzbarkeit. ... ... 261

7.4.2 Sprachunabhängigkeit aufgerufener POEs

.

7.5 Dokumentation ... ... 263

7.5.2 Zuordnungsliste (Verdrahtungsliste)

...

265 7.6 Projektverwaltung

...

(7)

6 Inhaltsverzeichnis

7.7 Test&Inbetriebnahme- Funktionen

...

269

7.7.1 Programmtransfer

...

269

7.7.2 Online-Änderung des Programms

...

270

7.7.3 Fernbedienung: Start und Stop der SPS

...

271

7.7.4 Variablen- und Programm- Status

...

272

7.7.5 Forcing

...

276

7.7.6 Programmtest

...

277

7.7.7 Programmtest in Ablaufsprache

...

277

7.8 Datenbausteine und Rezepturen

...

277

7.9.2 Makrotechnik bei FB-Verschaltung

...

284

7.10 Diagnose, Fehlererkennung und

-

Reaktion

...

285

7.1 1 Hardware-Abhängigkeiten

...

288

7.12.2 Ergänzung durch weitere Softwarepakete

...

291

7.9 FB- Verschaltung

...

281

7.9.1 Datenaustausch und Koordination von Bausteinen in verteilten Systemen281 Allgemeines Fehlerkonzept der IEC 61131-3 ... 286

... 287

7.12 Offenheit für neue Funktionalität

...

289

7.12.1 Austausch von Programmen und Daten

...

289

Erweitertes Fehlermodell (nicht IEC) .. 8 Stärken der IEC 61131-3

...

²⁹³

8.1 Komfort und Sicherheit durch Variablen und Datentypen

...

293

8.2 Bausteine mit erweiterten Möglichkeiten

...

294

8.3 SPS-Konfiguration mit Laufzeitverhalten

...

295

8.4 Einheitliche Sprachen

...

296

8.5 Strukturierte SPS-Programme

...

296

8.6 Trend zu offeneren SPS-Programmiersystemen

...

297

8.7 Fazit

...

298

9 Programmierung durch Konfigurierung nach IEC 61499

...

299

9.1 Programmierung durch FB-Verschaltung mit IEC 61131-3

...

300

9.2.1 System-Modell

...

301

9.2.2 Geräte-Modell

...

302

9.2.3 Ressource-Modell

...

303

9.2.4 Anwendungs-Modell

...

304

9.2.5 Funktionsbaustein-Modell

...

305

Zusammengesetzte Funktionsbausteine ... 308

9.2.6 Erstellung einer Anwendung

...

309

9.3 Überblick über die Teile der IEC 61499

...

310

9.2 IEC 61499 . die Norm für verteilte Systeme

...

300

10 Inhalt der beiliegenden CD

...

³¹¹

10.1 IEC-Programmiersysteme STEP 7 und OpenPCS

...

311

Demo-Versionen STEP 7 (Fa

.

Siemens) und Open PCS (Fa

.

infoteam) ... 312

AWL . Beispiele ... 312

10.2 Einkaufsberater für SPS-Programmiersysteme nach IEC 61131-3

...

313

(8)

A Standard-Funktionen

...

³¹⁵

A

.

1 Funktionen zur Typwandlung

...

A.2 Numerische Funktionen ... 317

A.3 Arithmetische Funktionen

...

... 318

A.4 Bitschiebe-Funktionen

... ...

319

A.5 Bitweise Boolesche Funktionen ... 320

A.6 Auswahl-Funktionen für Max., Min

.

und Grenzwert

...

321

A.7 Auswahl-Funktionen für Binäre Auswahl und Multiplexer

...

322

A.8 Vergleichs-Funktionen ... 324

A.9 Funktionen für Zeichenfolgen ... 325

A

.

10 Funktionen für Datentypen der Zeit ... 327

A.11 Funktionen für Datentypen der Aufzählung

... ...

328

B Standard-Funktionsbausteine

...

329

B.l Bistabile Elemente (Flip-Flops) ... 330

B.3 Zähler ... 332

B.2 Flankenerkennung

...

331

B.4 Zeitgeber (Zeiten) ... 334

C AWL-Beispiele

...

339

C.l Beispiel für FUNCTION ... 339

C.2 Beispiel für FUNCTION-BLOCK

...

341

C.3 Beispiel für PROGRAM ... 343

D Standard-Datentypen

...

³⁴⁷

E Fehlerursachen

...

³⁴⁹

F Implementierungsabhängige Parameter

...

351

G Beispiel einer AWL-Syntax

...

355

(3.1 Syntaxgraphen für AWL ... 356

(3.2 AWL-Beispiel zu Syntaxgraphen

...

364

H Reservierte Schlüsselworte und Begrenzungszeichen

...

³⁶⁷

H

.

1 Reservierte Schlüsselworte

...

367

H.2 Begrenzungszeichen ... 371

I Geplante Änderungen am Standard

...

375

(9)

8 Inhaltsverzeichnis

J Glossar

...

³⁷⁷

K Literaturverzeichnis

...

³⁸³

L Index

...

³⁸⁹

Autorenbiographie

...

395