Spis treści:
- 1 Notwendigkeit der Standardisierung von PLCs
- 2 Aufbau der PLC
- 3 Controller-Betrieb und Arbeitszyklus
- 4 PLC-Klassifizierung
- 5 PLC-Programmierung
- 6 Grundsätze der Programmierung
- 7 Zuweisungsliste
- 8 Elektrische Verbindung zu den Ein- und Ausgängen der SPS
- 9 Schreiben und Testen von Programmen für PLC
- 10 Beispiel für ein einfaches Programm
Ziel dieses Artikels ist es, die grundlegenden Kenntnisse im Zusammenhang mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) zu vermitteln – die PLC. Die Aufgabe des Controllers ist es, auf Änderungen der Werte der Eingangssignale zu reagieren, indem er die Werte der Ausgangssignale gemäß den entsprechend programmierten Steuerregeln berechnet.
Notwendigkeit der Standardisierung von PLCs
Der Markt für speicherprogrammierbare Steuerungen wächst schnell, da sie dank ihrer Fähigkeit, schnell umzuprogrammieren, ohne dass die Hardware geändert werden muss, schnell auf veränderte Anforderungen der industriellen Anwendungen reagieren können. Aufgrund der Entwicklung und des zunehmenden Einsatzes von PLC Steuerungen hat sich die Notwendigkeit ergeben, diese zu standardisieren. Die von vielen Herstellern und Anwendern verschiedener SPS-Marken weltweit gesammelten Erfahrungen waren der Grund für die Schaffung der internationalen Norm IEC 1131 (Speicherprogrammierbare Steuerungen), die in Europa unverändert als EN 61131 übernommen wurde. Diese Norm gilt für speicherprogrammierbare Steuerungen und die zugehörigen Peripheriegeräte, wie Programmier- und Fehlersuchwerkzeuge (PADT, Programming and Debugging Tools), Prüfgeräte (TE, ang. Test Equipment) und Mensch-Maschine-Schnittstellen (MMI, engl. Man-Machine Interface lub HMI, engl. Human-Machine Interface).
Nach der Auslegung der Norm ist eine SPS ein digitales elektronisches System für den Einsatz in einer industriellen Umgebung, das einen programmierbaren Speicher zur Speicherung von benutzerorientierten Anweisungen verwendet, um über digitale oder analoge Ein- und Ausgänge eine breite Palette von Maschinen und Prozessen zu steuern. Dank der IEC 61131 beschränkt sich die Migration auf ein anderes System (eine andere SPS) nur auf die Verwendung des Tools. Die Programmiersprache muss nicht neu erlernt werden, da die Norm dies für uns standardisiert.
Aufbau der PLC
Die SPS besteht aus den folgenden Komponenten:
- zentrale Recheneinheit (Mikroprozessor);
- Programmspeicher ROM (EPROM oder EEPROM);
- RAM Speicher;
- Eingabe- und Ausgabesysteme;
- Kommunikationsschnittstelle.
Controller-Betrieb und Arbeitszyklus
Der Betrieb einer programmierbaren Steuerung beinhaltet den zyklischen Abruf und die Ausführung einer Folge von Anweisungen, die ein Benutzerprogramm bilden. Diese Aufgaben werden von der Steuerung ausgeführt. Die SPS kann sich in einem von zwei Betriebsmodi befinden: RUN und STOP. Der Betriebsmodus kann über die Tasten, mit denen die Steuerung ausgestattet ist, oder über die Programmiersoftware der Steuerung ausgewählt werden, nachdem diese zuvor über ein Kommunikationskabel mit einem Computer verbunden wurde.
In der Betriebsart STOP können Sie ein Programm in den Speicher des Controllers laden (Option in der Software DOWNLOAD des Controllers), ein Programm aus dem Speicher des Controllers auf den Computer herunterladen (Option in der Software UPLOAD des Controllers), den Inhalt der Register des Controllers ansehen und ändern und die Parameter des Controllers ändern. Um ein Programm in den Speicher des Controllers hochzuladen oder vom Controller auf den Computer herunterzuladen, müssen Sie den Controller über ein entsprechendes Kabel, die so genannte Kommunikationsschnittstelle, mit dem Computer verbinden und dann auf der Ebene der Controller-Programmiersoftware den entsprechenden Kommunikationsport auswählen und die Datenübertragung einleiten.
Es ist auch möglich, einige Controller über ein Kommunikationsnetzwerk zu programmieren. Eine SPS ist ein Gerät, das zyklisch arbeitet. Zu Beginn eines jeden Zyklus werden die Zustände aller Eingänge ausgelesen und gespeichert. Signale, die an den Eingängen des Controllers erscheinen, können von Komponenten wie Sensoren aller Art, Endschaltern, manuell betätigten Tastern usw. stammen.
Die Steuerung führt dann alle Befehle, aus denen das Programm besteht, in der Reihenfolge aus, in der sie vom Programmierer in das Programm eingefügt wurden. Während der Ausführung des Programms werden die Zustände der einzelnen Ausgänge berechnet, und nach der Ausführung des gesamten Programms erzeugt das Steuergerät entsprechende Signale an den einzelnen Ausgängen, die ausführende Geräte wie Motoren, Ventilspulen oder Schütze, Signalleuchten usw. steuern. Während der Ausführung des Programms überwacht das Steuergerät alle Arten von Ausnahmesituationen, wie z. B. auftretende Alarme, Fehler oder Hardwareunterbrechungen. Tritt eines dieser Ereignisse ein, wird das Hauptprogramm unterbrochen und das entsprechende Alarm-, Fehler- oder Unterbrechungsbehandlungsprogramm wird aktiviert.
Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version)
Neben dem Lesen und Speichern von Eingangszuständen, dem Ausführen des Steuerprogramms und dem Erzeugen von Ausgangssignalen besteht jeder Arbeitszyklus des Controllers aus Aktivitäten im Zusammenhang mit dem Testen und der Diagnose des Systems sowie der Kommunikation mit anderen Geräten, die mit dem Controller zusammenarbeiten (z.B. mit dem Bedienpanel oder anderen Controllern im Falle der Verbindung mehrerer Controller in einem Netzwerk). Nach Abschluss eines bestimmten Controller-Betriebszyklus wird der nächste Zyklus gestartet. Die zyklische Programmausführung ist ein charakteristisches Merkmal des Controllers. Die Zykluszeit hängt von der Anzahl und Art der Programmanweisungen ab. Die Ausführungszeit eines typischen Programms liegt in der Größenordnung von 70 Millisekunden und weniger. Die Zykluszeit hängt auch von der Geschwindigkeit des Prozessors (zentrale Verarbeitungseinheit des Controllers) ab. Ein und dasselbe Programm kann von verschiedenen Controllern zu unterschiedlichen Zeiten ausgeführt werden.
PLC-Klassifizierung
- intelligente Relais – programmierbar – kleine Anzahl von Eingängen / Ausgängen (8 Eingänge / 4 Ausgänge);
- kleine Controller – im Allgemeinen kompakt (Einzelmodul) für bis zu ca. 200 Punkte;
- mittlere Controller – modular – bis zu ca. 400 Eingänge/Ausgänge;
- große Controller-Kassetten – mit vielen Tausenden von Ein- und Ausgängen.
PLC-Programmierung
Die Steuerung besteht darin, auf das Steuerungsobjekt so einzuwirken, dass wir die gewünschten Werte der Ausgangssignale des betreffenden Objekts erhalten. Die Anwendung eines Controllers auf eine bestimmte Aufgabe erfordert seine Programmierung, d.h. die Umwandlung eines Steuerungsalgorithmus in ein Programm für den Betrieb des Controllers. Bei dem Programm handelt es sich um eine geordnete Folge von Anweisungen, die die Operationen spezifizieren, die mit den Eingangsgrößen des Controllers durchgeführt werden.
Zur Programmierung von Steuerungen sind neben den Grundlagen der Steuerungstechnik Kenntnisse erforderlich über: die Formen der Steuerungsprogrammierung, die in den Programmiersprachen verwendeten Variablentypen mit ihren zulässigen Bereichen und Adressierungsregeln, die Organisation des Speichers der Steuerung, die Anweisungen der Programmiersprache, den Aufbau der Programme, den Editor der Programmiersprache, die Programmiertechnik.
Programmieranweisungen mit Beschreibungen sind in der technischen Dokumentation jedes Controllers enthalten. Das Betriebsprogramm der Steuerung selbst besteht aus Anweisungen, die nach bestimmten Regeln geordnet sind. Die SPS führt die Anweisungen in der Reihenfolge aus, in der sie geschrieben wurden. Die im Speicher des Controllers gespeicherten Daten werden durch Buchstaben identifiziert, die den Typ der Variablen und den Speicherbereich angeben. Die Kennung des PLC-Speicherbereichs lautet zum Beispiel:
Speicherbereichskennung und ihre Bedeutung:
I – Eingangsvariable
Q – Ausgangsvariable
M – interne diskrete Variable
T – Zeitgeber
C – Zähler
Sonstiges:
SM – interne spezielle Variable (Systemvariable)
AI – Analoge Eingangsvariable
AQ – Analoger Ausgang variabel
AC – Batterie
Die vorgenannte Norm definiert auch zwei Gruppen von Programmiersprachen: textuelle und grafische Sprachen. Kapitel drei der IEC 61131-3 spezifiziert die Sprachsyntax und Bedeutung der aufgeführten Programmiersprachen.
Textsprachen:
Grafische Sprachen:
Grundsätze der Programmierung
Um die SPS zu programmieren, benötigen Sie Informationen über die an den Eingängen angeschlossenen Elemente (Tasten, Sensoren) und die Elemente an den Ausgängen (Relaisspulen, Schütze, Lampen usw.). Das Sammeln dieser Informationen ist in einem späteren Stadium notwendig, um:
- einen Schaltplan der Ein- und Ausgänge der SPS zu zeichnen,
- eine so genannte Zuordnungsliste zu erstellen,
- ein Kontrollprogramm zu schreiben,
- das Steuerungsprogramm über das Programmiergerät/Computer in das Steuergerät zu laden,
- das Inbetriebnahmeprogramm zu testen und das tatsächliche System zu überprüfen.
Zuweisungsliste
Die Liste ermöglicht es, die Verbindungen der Eingangs- und Ausgangskomponenten mit der SPS zu spezifizieren. Die Zuweisungsliste kann auch eine kurze Beschreibung enthalten, einen Kommentar zu den Steuerungsbedingungen des Geräts, um das Verständnis für die Funktionsweise des Steuerungssystems zu erleichtern. Bei der Erstellung der Zuweisungsliste werden sogenannte Operanden verwendet. Hier kann eine Unterscheidung getroffen werden:
- symbolische Operanden – sind den absoluten Adressen der im Programm verwendeten Elemente zugeordnet; ihre Namen werden vom Benutzer angegeben, z.B. S1 – Bezeichnung eines Druckknopfes, K1 – Bezeichnung einer Schützspule,
- absolute Operanden (absolute Adressierung) – beziehen sich auf Nummern, Adressen der entsprechenden Ein-/Ausgänge des Controllers, an die ein bestimmtes Element (Sensor, Magnetspule) angeschlossen ist, z.B. I1, Q2 usw.
Elektrische Verbindung zu den Ein- und Ausgängen der SPS
Das Verdrahtungsschema der Eingangs- und Ausgangsverbindungen zur SPS zeigt, wie externe Geräte mit dem Controller verbunden sind. In der Regel sind hier drei Stromkreise zu finden:
- Stromversorgungskreis des Controllers (AC oder DC) und die Bezeichnungen L und N oder L+ L-
- Stromversorgungsschaltung für die Controller-Eingänge (Sensoren, Tasten)
- Stromversorgungsschaltung für die Ausgänge der Steuerung (Relaisspulen, Magnetventile, Signalgeber)
Eingänge und Ausgänge sind durch ein Symbol und eine Nummer gekennzeichnet (je nach Controller-Version kann die Nummerierung mit 0 oder 1 beginnen). Eingänge werden in der Regel mit dem Buchstaben I (Input) und Ausgänge Q (Quit) bezeichnet. Abhängig von der Funktion, die das System erfüllen soll, werden meist verschiedene Arten von Steuertasten, Endschaltern und anderen elektrischen Geräten verwendet.
Schreiben und Testen von Programmen für PLC
Um ein Steuerungsprogramm zu schreiben, müssen Sie mindestens eine der Programmiersprachen beherrschen. Dies geschieht mit Hilfe spezieller Editoren oder Software, die vom Hersteller des betreffenden Steuergeräts zur Verfügung gestellt werden. Diese Art von Software ermöglicht nicht nur die Eingabe des Programms selbst, sondern auch andere nützliche Funktionen, wie z.B. dieÜberprüfung des Codes auf Syntax und das Senden des Codes an die SPS.
Bei dieser Gelegenheit sollten Sie daran denken, dass in KOP, FUP geschriebene Kontaktdiagramme nur die logischen Zustände an den einzelnen Ein- und Ausgängen zeigen. Die Software und die Korrektheit der im Programm enthaltenen Steuerungsregeln können anhand der Eingangssignalgeber überprüft werden. Sobald das Programm im Speicher des Controllers abgelegt wurde und der Controller läuft, können Sie die Steuerungsregeln überprüfen, indem Sie Signale mit dem Eingangssignalgeber anlegen und den Status der Ausgangs-LEDs des Controllers beobachten.
SPS-Software – Editoren zum Schreiben des Programms:
Beispiel für ein einfaches Programm
Beispiel:
Programmierung der AND-Funktion. Die beiden normalerweise geöffneten, bistabilen Drucktasten S1 und S2 sollten die Signallampe H1 aktivieren.
Zuweisungsliste:
