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Günter WellenreutherDieter Zastrow
AutomatisierenmitSPSTheorie und PraxisIEC 61131-3; STEP 7; Bibliotheksbausteine;AS-i-Bus; PROFIBUS; Ethernet-TCP/IP;OPC; Steuerungssicherheit
2., überarbeitete Auflage
Mit mehr als 800 Abbildungen und105 Beispiele mit Lösungen
vieweg
VII
Inhaltsverzeichnis
Einführung 1
1.1 Automatisierung 11.1.1 Grundfunktionen der Automatisierung 11.1.2 Forderungen der DINEN 61131-3 21.1.3 Projektierungssystem STEP 7 .V. 31.1.4 STEP 7 - Programmierlehrgang 31.1.5 Beschreibungsmittel für den systematischen Steuerungsentwurf 31.1.6 SPS und PC als Automatisierungsgeräte 4
2.2 Struktur und Funktionsweise einer SPS-CPU 102.2.1 Zentraleinheit (CPU) 102.2.2 Zyklische Programmbearbeitung 13
2.3 Zentrale Prozessperipherie einer S7-SPS 142.3.1 Signale: Welche Signalarten in einer SPS verarbeitet werden können.... 142.3.2 Eingabe-AAusgabebaugruppen: Was angeschlossen werden darf 152.3.3 Absolute Adressen von Eingängen und Ausgängen 16
3.2.3.1 Datentypen BLOCK_xx, TIMER, COUNTER zur Übergabevon Nummern 33
3.2.3.2 Datentyp ANY (ANY-Zeiger) 333.2.3.3 Datentyp POINTER (Bereichszeiger und DB-Zeiger) 34
3.3 Variablen und Variablendeklaration 353.3.1 Adressierung und Deklaration absoluter Variablen 353.3.2 Symbolische Variablen mit Zuweisung eines Speicherortes 373.3.3 Adressierung und Deklaration symbolischer Variablen 383.3.4 Deklaration symbolischer Variablen mit zusammengesetzten Daten-
typen 393.3.4.1 Deklaration von Variablen mit Datentyp ARRAY 393.3.4.2 Deklaration von Variablen vom Datentyp STRUCT 393.3.4.3 Datentyp STRING für Zeichenketten 39
3.3.5 Übersicht zu Daten, Operanden und Variablen in STEP 7 403.4 Zahlendarstellung 42
3.4.1 Grundlagen des Dualzahlensystems 423.4.1.1 Stellenwertigkeit der Dualzahlen 423.4.1.2 Rechnen mit Dualzahlen : 433.4.1.3 Zweierkomplement : 46
4.1 Binäre Abfragen und Verknüpfungen 554.1.1 Die Negation von Variablen 554.1.2 Die UND-Verknüpfung 574.1.3 Die ODER-Verknüpfung 604.1.4 Die Exclusiv-ODER-Verknüpfung 624.1.5 Die Negation einer Verknüpfung 654.1.6 Verknüpfungsergebnis , 67
4.2 Zusammengesetzte logische Grundverknüpfungen 684.2.1 UND-vor-ODER- Verknüpfung 684.2.2 ODER-vor-UND-Verknüpfung 704.2.3 Zusammengesetzte Verknüpfungen mit Exclusiv-ODER 724.2.4 Zusammengesetzte Verknüpfungen mit mehreren Klammernebenen 75
4.3 Speicherfunktionen 774.3.1 Entstehung des Speicherverhaltens 774.3.2 RS-Speicherbaustein 804.3.3 Verriegelung von Speichern 84
4.5 Zeitfunktionen 1034.5.1 Programmieren von Zeitfunktionen 105
4.5.1.1 Starten einer Zeitfunktion 1054.5.1.2 Vorgabe der Zeitdauer 1054.5.1.3 Rücksetzen einer Zeitfunktion 1074.5.1.4 Abfragen des Zeitoperanden 1074.5.1.5 Abfragen der Restzeitwerte 1074.5.1.6 Datentypen und Operanden 107
4.5.2 Zeitfunktion Impuls SI 1084.5.3 Zeitfunktion Verlängerter Impuls SV 1104.5.4 Zeitfunktion Einschaltverzögerung SE 1134.5.5 Zeitfunktion Speichernde Einschaltverzögerung SS 1154.5.6 Zeitfunktion Ausschaltverzögerung SA 118
6.5 Umwandlungsfunktionen 2196.5.1 Umwandlung von BCD-Zahlen 2206.5.2 Umwandlung von Integer- und Doppelinteger-Zahlen 2226.5.3 Umwandlung von Gleitpunktzahlen 2276.5.4 Umwandlung durch Komplementbildung 2306.5.5 Umwandlung BOOL, BYTE, WORD und DWORD 232
6.6 Arithmetische Funktionen 2396.6.1 Rechnen mit Konstanten 240
Inhaltsverzeichnis
6.6.2 Rechnen mit Integer-Werten 2446.6.3 Rechnen mit Doppelinteger-Werten 2506.6.4 Rechnen mit Gleitpunktzahlen 255
8.2.1 Konzeption und Normungsquellen 3758.2.2 Grafische Darstellung von Ablaufsteuerungsfunktionen 375
8.2.2.1 Darstellung von Schritten 3768.2.2.2 Darstellung von Übergängen und Übergangsbedingungen; 3768.2.2.3 Grundformen der Ablaufkette 3778.2.2.4 Aktionen, Aktionsblock 380
8.2.3 Umsetzung des Ablauf-Funktionsplanes 3828.2.4 Ablaufsteuerungen ohne Betriebsarten 3848.2.5 Ablaufsteuerungen mit Betriebsartensignalen 389
8.2.5.1 Rücksetzsignal (B0) 3908.2.5.2 Weiterschaltsignal mit Bedingungen (Bl) 3908.2.5.3 Weiterschaltsignal ohne Bedingungen (B2) 3918.2.5.4 Startsignal (B3) 3918.2.5.5 Aktionsfreigabesignal (B4) 3928.2.5.6 Erzeugung der Betriebsartensignale 392
8.2.6 Ablaufsteuerungen mit Betriebsartenteil 4018.2.6.1 Einleitung .' 4018.2.6.2 Struktur der Ablaufsteuerungen 4018.2.6.3 Bedien-/Anzeigefeld 4028.2.6.4 Betriebsartenteil 4038.2.6.5 Ablaufkette 4068.2.6.6 Befehlsausgabe 4108.2.6.7 Meldungen 412
8.2.7 Ablaufsteuerung mit Betriebsartenteil und Signalvorverarbeitung 4228.2.7.1 Aufgaben einer Signalvorverarbeitung 4228.2.7.2 Signalvorverarbeitungs-Baustein 422
8.3.2.1 Wortleitungen f. 4378.3.2.2 Sprungdarstellung 4378.3.2.3 Sprünge in Verbindung mit Statusbit-Auswertung 4388.3.2.4 Wortsignal-Tor 4388.3.2.5 Wortsignalverbindungen 4398.3.2.6 Bausteinfunktionen 439
8.4.1.2 Programmkonstrukt Folge 4498.4.1.3 Programmkonstrukte Auswahl 4498.4.1.4 Programmkonstrukt Wiederholung 4508.4.1.5 Kombination der Programmkonstrukte 451
8.4.2 Struktogramm 4518.4.2.1 Strukturblock Verarbeitung 4518.4.2.2 Strukturblock Folge 4518.4.2.3 Strukturblock Auswahl 4518.4.2.4 Strukturblock Wiederholung 4528.4.2.5 Kombination der Strukturblöcke 453
8.4.3 Zusammenstellung der Sinnbilder für Struktogramm und Prögramm-ablaufplan 453
8.4.4 Programmierung nach Vorlage von Programmablaufplan oderStruktogramm in der Programmiersprache Anweisungsliste AWL 4548.4.4.1 Verarbeitung 4558.4.4.2 Folge 4558.4.4.3 Auswahl 4558.4.4.4 Wiederholung 468
8.4.5 Programmierung nach Vorlage von Struktogrammen in derProgrammiersprache Strukturierter Text ST (SCL) 4758.4.5.1 Verarbeitung 4758.4.5.2 Folge 4758.4.5.3 Auswahl 4758.4.5.4 Wiederholung 482
9.1.1.1 Funktionsschema einer Regelung 5319.1.1.2 Regelkreisdarstellung 532
9.1.2 Regelstrecke 5339.1.2.1 Begriff der Regelstrecke 5339.1.2.2 Kennlinie und Zeitverhalten der Regelstrecke 5339.1.2.3 Beispiele für Regelstrecken 536
9.1.3 Regler 5389.1.3.1 Realisierbare Reglerarten 5389.1.3.2 Bildung der Regelfunktion 540
XIV Inhaltsverzeichnis
9.1.3.3 Arten von Stellsignalen 5549.2 Grundlagen digitaler Regler 559
10.1 Entstehung des Kommunikationsbedarfs 59510.2 Bussysteme im Überblick 59510.3 Busankopplungen von SPSen und PCs 597
10.3.1 Busankopplung der S7-SPS 59710.3.1.1 Busanschluss mittels Kommunikationsbaugruppen 59710.3.1.2 Busanschluss mittels CPU mit integierter PROFIBUS-DP-
Schnittstelle 59910.3.2 Busankopplung von PCs 599
10.3.2.1 Ankopplung von Feldbussystemen 59910.3.2.2 Ankopplung an Ethernet-TCP/IP-Netze 601
10.4 Grundlagen der Kommunikation in Bussystemen 60410.4.1 AS-i-Bus 604
10.4.1.1 AS-i-System 60410.4.1.2 Netzwerk-Topolopgie 60510.4.1.3 Übertragungsverfahren s. 60610.4.1.4 AS-i-Leitung 60710.4.1.5 Zugriffssteuerung 60710.4.1.6 Aufbau einer AS-i-Nachricht 60810.4.1.7 Datenfelder und Listen beim Master 60810.4.1.8 Betriebsmodi des Masters 60910.4.1.9 Datensicherung 61010.4.1.10Netzerweiterung 61010.4.1.11 Netzübergänge 611
10.4.3 Ethernet-TCP/IP 63010.4.3.1 Übersicht 63010.4.3.2. 10 BASE-T nach IEEE802.3 ;.. 63110.4.3.3 Industrielle Installation 63110.4.3.4 Buszugriffsverfahren 63410.4.3.5 Aufbau einer Ethernet-Nachricht 63610.4.3.6 IP-Adressen 63710.4.3.7 Kommunikationsmodell Ethernet TCP/IP 63910.4.3.8 Kommunikationsverbindungen bei Industrial Ethernet 64510.4.3.9 Software-Schnittstellen bei Industrial Ethernet 648
10.5 Bussysteme im ISO/OSI-Referenzmodell 65110.5.1 Offene und verteilte Systeme 65110.5.2 Schichten, Dienste und Protokolle 65210.5.3 ISO/OSI-Referenzmodell 65310.5.4 Internet-TCP/IP-Protokolle im OSI-Modell 65410.5.5 Feldbusprotokolle im OSI-Modell 655
10.7.2.4 Arbeitsschritt (4): Zugriffsweg der Applikation einstellen 70510.7.2.5 Arbeitsschritt (5): OPC-Server konfigurieren 70610.7.2.6 Arbeitsschritt (6): Testen der OPC-Kommunikation 707
10.7.3 OPC-Client 71110.7.3.1 Arbeitsschritt (1): Befehlsschaltfläche zur Umschaltung auf
die UserForm 71210.7.3.2 Arbeitsschritt (2): ActiveX-Controls in Werkzeugsammlung
einfügen 71310.7.3.3 Arbeitsschritt (3): S7Data Control in UserForm einfügen und
konfigurieren 71410.7.3.4 Arbeitsschritt (4): „S7Number Control" als
Anzeige -/Eingabefeld einfügen 71510.7.3.5 Arbeitsschritt (5): OPC-Item auswählen 71610.7.3.6 Arbeitsschritt (6): Zugang zum OPC-Server festlegen 71710.7.3.7 Arbeitsschritt (7): Befehle zum Starten und Beenden des
OPC-Servers 71810.7.3.8 Arbeitsschritt (8): Inbetriebnahme des Excel-OPC-Clients
von der UserForm 71910.7.3.9 Arbeitsschritt (9): Inbetriebnahme des Excel-OPC-Clients
von der Arbeitsfläche 720
11 Sicherheit von Steuerungen 721
11.1 Aufbau des sicherheitstechnischen Regelwerkes 72111.1.1 Europäische Richtlinien 72111.1.2 Europäisches Normenwerk zur Sicherheit von Maschinen 72211.1.3 Rechtliche Bedeutung der europäischen Richtlinien und Normen 72311.1.4 Rechtliche Bedeutung von VDE-Bestimmungen ." 72311.1.5 Bedeutung von Symbolen 724
11.3.2 Schutz der Ausrüstung 73311.3.2.1 Überstromschutz 73311.3.2.2 Überlastschutz von Motoren 73411.3.2.3 Spannungsunterbrechung und Spannungswiederkehr 734
Inhaltsverzeichnis . XVII
11.3.3 Steuerstromkreise und Steuerfunktionen 73411.3.3.1 Versorgung von Steuerstromkreisen 73411.3.3.2 Steuerspannung 73411.3.3.3 Anschluss von Steuergeräten 73411.3.3.4 Überstromschutz 73411.3.3.5 Maßnahmen zur Risikoverminderung im Fehlerfall 73411.3.3.6 Schutzverriegelungen 73511.3.3.7 Startfunktionen 73511.3.3.8 Stoppfunktionen 73511.3.3.9 Betriebsarten 73711.3.3.lOHandlungen im Notfall 737