Automatisieren mit SPS - Theorie und Praxis: Programmierung: DIN EN 61131-3, STEP 7, CoDeSys, Entwurfsverfahren, Bausteinbibliotheken ; Applikationen: Steuerungen, Regelungen, Antriebe, Safety ; Kommunikation: AS-i-Bus, PROFIBUS, Ethernet-TCP/IP, PROFINET, Web-Technolgien, OPC ; mit 106 Steuerungsbeispielen und 7 Projektierungen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Vieweg + Teubner
2008
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| Ausgabe: | 4., überarb. und erw. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Automatisierungstechnik
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort V
I Automatisierung, SPS, Variablen und Daten 1
1 Einführung 1
1.1 Automatisierung 1
1.1.1 Grundfunktionen der Automatisierung 1
1.1.2 SPS-NormDINEN61131-3(IEC61131-3) 2
1.1.3 Projektierungssysteme STEP 7 undCoDeSys 3
1.1.4 Programmierlehrgang 3
1.1.5 Beschreibungsmittel für den systematischen Steuerungsentwurf 3
1.1.6 Regelungs- und Antriebstechnik als technologische Funktionen 4
1.1.7 SPS und PC als Automatisierungsgeräte 5
1.2 Kommunikation 5
1.2.1 Kommunikation in Automatisierungssystemen 5
1.2.2 Bussysteme 5
1.2.3 Durchgängiger Informationsfluss 6
1.2.4 OPC-Technologie 7
1.2.5 Web-Technologien 7
1.3 Sicherheit von Steuerungen 7
1.3.1 Europäische Normung zur Steuerungssicherheit 8
1.3.2 Programmierbare Sicherheitssteuerungen und sichere Bussysteme 8
2 Aufbau und Funktion der Automatisierungsgeräte 9
2.1 Verfügbare Automatisierungssysteme 9
2.1.1 Hardware-SPS 9
2.1.2 PC-basierte Steuerungen 10
2.2 Struktur und Funktionsweise einer SPS-CPU 11
2.2.1 Zentraleinheit (CPU) 11
2.2.2 Zyklische Programmbearbeitung 14
2.3 Zentrale Prozessperipherie einer S7-SPS 15
2.3.1 Signale: Welche Signalarten in einer SPS verarbeitet werden können . 15
2.3.2 Eingabe-/Ausgabebaugruppen: Was angeschlossen werden darf 16
2.3.3 Absolute Adressen von Eingängen und Ausgängen 17
3 Grundzüge der Programmiernorm DIN EN 61131-3 19
3.1 Programmiersprachen 19
3.2 Programm-Organisationseinheiten 20
3.3 Deklaration von Programm-Organisationseinheiten 21
3.3.1 Deklaration einer Funktion mit dem Funktionsnamen FC 1 21
3.3.2 Deklaration eines Funktionsbausteins mit dem Namen FB 1 22
VIII Inhaltsverzeichnis
3.4 Variablen 23
3.4.1 Übersicht 23
3.4.2 Variablen-Deklaration 23
3.4.2.1 Einzelelement-Variablen 23
3.4.2.2 Multielement-Variablen 25
3.5 Datentypen und Literale 27
3.5.1 Standard Datentypen und Schreibweisen
von Zahlen- und Zeitangaben 28
3.5.2 Abgeleitete Datentypen 29
3.6 Programmstrukturen und Datenaustausch zwischen Bausteinen 29
3.6.1 Lineares Programm 29
3.6.2 Strukturiertes Programm 30
3.6.3 Aufruf und Wertübergaben zwischen Bausteinen nach IEC 61131-3 ... 31
3.6.3.1 Aufrufhierarchie der Bausteine PRG, FB und FC 31
3.6.3.2 Aufruf eines Funktionsbausteins FB in FBS (FUP) und AWL 31
3.6.3.3 Aufruf einer Funktion FC in AWL 32
3.7 Programmiersysteme 34
3.7.1 Einführung in STEP 7 34
3.7.1.1 Projektstruktur mit Hardware-Projektierung 34
3.7.1.2 Bausteintypen 35
3.7.1.3 Programmstrukturen und Bausteinauswahl 38
3.7.1.4 Deklarations-Schnittstelle 38
3.7.1.5 Deklarationsbeispiel für eine Funktion FC 1 39
3.7.1.6 Deklarationsbeispiel für einen Funktionsbaustein FB 1 40
3.7.1.7 Parametertypen als Ergänzung zu Datentypen 40
3.7.1.8 IEC-Bibliotheken 41
3.7.1.9 Programmtest durch Simulation (PLCSIM) 41
3.7.2 Einführung in CoDeSys 42
3.7.2.1 Projektstruktur 42
3.7.2.2 Bibliotheken 43
3.7.2.3 Programm erstellen und Projekt generieren
(„Alles Übersetzen ) 47
3.7.2.4 Simulation 48
3.8 Exkurs: Zahlendarstellung 49
3.8.1 Grundlagen des Dualzahlensystems 49
3.8.2 Zweierkomplement 50
3.8.3 Zahlenformate 52
3.8.3.1 Ganzzahlen 52
3.8.3.2 Gleitpunktzahlen nach IEEE 53
3.8.3.3 BCD-Zahlen 54
II Operationsvorrat und Beschreibungsmittel für SPS-Programme.... 58
4 Basis-Operationen 58
4.1 Binäre Abfragen und Verknüpfungen 58
4.1.1 Negation 58
4.1.2 UND-Verknüpfung 59
4.1.3 ODER-Verknüpfung 61
Inhaltsverzeichnis IX
4.1.4 Die Exclusiv-ODER-Verknüpfung 62
4.1.5 Negation einer Verknüpfung 63
4.1.6 Verknüpfungsergebnis VKE 65
4.1.7 Beispiele 65
4.2 Zusammengesetzte logische Grundverknüpfungen 71
4.2.1 UND-vor-ODER-Verknüpfung 71
4.2.2 ODER-vor-UND-Verknüpfung 72
4.2.3 Zusammengesetzte Verknüpfungen mit Exclusiv-ODER 73
4.2.4 Zusammengesetzte Verknüpfungen mit mehreren Klammerebenen 74
4.2.5 Beispiele 77
4.3 Systematischer Programmentwurf mit Funktionstabellen 80
4.3.1 Aufstellen einer Funktionstabelle 81
4.3.2 Disjunktive Normalform DNF 82
4.3.3 Konjunktive Normalform KNF 83
4.3.4 Vereinfachung von Schaltfunktionen mit algebraischen Verfahren 84
4.3.5 Vereinfachung von Schaltfunktionen mit grafischem Verfahren:
KVS-Diagramm 86
4.3.6 Umsetzung in ein Steuerungsprogramm 89
4.3.7 Beispiele 90
4.4 Speicherfunktionen 94
4.4.1 Entstehung des Speicherverhaltens 94
4.4.2 Speicherfunktionen in Steuerungsprogrammen 95
4.4.2.1 Speicherfunktion mit vorrangigem Rücksetzen 95
4.4.2.2 Speicherfunktion mit vorrangigem Setzen 96
4.4.3 Speicherfunktionen nach DINEN 61131-3 97
4.4.4 Speicherfunktionen in STEP 7 97
4.4.5 Speicherfunktionen in CoDeSys 100
4.4.6 Verriegelung von Speichern 101
4.3.3.1 Gegenseitiges Verriegeln 101
4.4.6.2 Reihenfolgeverriegelung 102
4.4.7 Beispiele 102
4.5 Systematischer Programmentwurf mit RS-Tabellen 109
4.5.1 RS-Tabelle zu Beginn der Entwurfsphase 109
4.5.2 RS-Tabelle am Ende der Entwurfsphase 110
4.5.3 Beispiele 110
4.6 Flankenauswertung 116
4.6.1 Steigende (positive) Flanke 116
4.6.2 Fallende (negative) Flanke 117
4.6.3 Flankenauswertung nach DINEN 61131-3 117
4.6.4 Flankenauswertung in STEP 7 118
4.4.5 Flankenauswertung in CoDeSys 120
4.6.6 Binäruntersetzer 121
4.6.7 Schaltfolgetabelle 122
4.6.8 Beispiele 124
4.7 Zeitgeber 134
4.7.1 Zeitgebernach DINEN 61131-3 134
4.7.2 Zeitgeber in STEP 7 135
4.7.2.1 STEP 7 - Zeitfunktionen 135
X Inhaltsverzeichnis
4.7.2.2 IEC-Standard-Funktionsbausteine in STEP 7 142
4.7.2.3 STEP 7 - Uhrzeitfunktionen 145
4.7.3 Zeitgeber in CoDeSys 147
4.7.4 Beispiele 148
4.8 Erzeugung von Taktsignalen 165
4.8.1 Taktgeberprogramm 165
4.8.2 Verfugbare Taktgeber in STEP 7 166
4.8.2.1 Taktmerker 166
4.8.2.2 Weckalarm-Organisationsbausteine 167
4.8.2.3 Taktgeberbausteine 167
4.8.3 Taktgeber in CoDeSys 169
4.8.3.1 Funktionsbaustein „BLINK (util.lib) 170
4.8.3.2 Selbstgeschriebene Funktionsbausteine 170
4.8.4 Beispiele 171
4.9 Zählerfunktionen 177
4.9.1 Zählerfunktionen nach DINEN 61131-3 177
4.9.2 Zählerfunktionen in STEP 7 178
4.9.2.1 STEP 7-Zählerfunktionen 178
4.9.2.2 IEC-Standard-Funktionsbausteine in STEP 7 182
4.9.3 Zähler in CoDeSys 185
4.9.4 Beispiele 187
5 Übertragungs-und Programmsteuerungs-Funktionen 195
5.1 Übertragungsfunktionen 195
5.1.1 Übertragungsfunktionen nach DINEN 61131-3 195
5.1.2 Übertragungsfunktionen in STEP 7 196
5.1.2.1 Lade-und Transfer-Funktionen 196
5.1.2.2 Akkumulatorfunktionen 201
5.1.3 Übertragungsfunktionen in CoDeSys 202
5.1.3.1 Lade-und Speicherfunktion 202
5.1.3.2 Selektion 202
5.1.4 Beispiele 203
5.2 Programmsteuerfunktionen 208
5.2.1 Programmsteuerfunktionen nach DIN EN 61131-3 208
5.2.2 Programmsteuerfunktionen in STEP 7 210
5.2.2.1 Unbedingte und bedingte Sprungfunktionen 210
Setzen, Rücksetzen, Negieren und Sichern des VKE 211
5.2.2.2 Sprungleiste SPL 213
5.2.2.3 Schleifensprung LOOP 214
5.2.2.4 Bausteinaufrufe 215
5.2.2.5 Baustein-Ende-Funktionen 216
5.2.2.6 EN/ENO-Mechanismus 217
5.2.3 Programmsteuerfunktionen in CoDeSys 218
5.2.3.1 Unbedingte und bedingte Sprungfunktionen 218
5.2.3.2 Bausteinaufrufe 219
5.2.3.3 Baustein-Ende-Funktion 220
5.2.3.4 EN/ENO-Mechanismus 220
5.2.4 Beispiele 221
Inhaltsverzeichnis XI
6 Digitale Operationen 231
6.1 Vergleichsfunktionen 231
6.1.1 Vergleichsfunktionen nach DINEN 61131-3 231
6.1.2 Vergleichsfunktionen in STEP 7 232
6.1.3 Vergleichsfunktionen in CoDeSys 233
6.1.4 Beispiele 233
6.2 Digitale Verknüpfungen 236
6.2.1 Digitale Verknüpfungen nach DINEN 61131-3 236
6.2.2 Digitale Verknüpfungen in STEP 7 236
6.2.3 Digitale Verknüpfungen in CoDeSys 238
6.2.4 Maskieren von Binärstellen 239
6.2.5 Ergänzen von Bitmustern 239
6.2.6 Signalwechsel von Binärstellen erkennen 239
6.2.7 Beispiele 240
6.3 Schiebefunktionen 245
6.3.1 Schiebefunktionen nach DINEN 61131-3 245
6.3.2 Schiebefunktionen in STEP 7 245
6.3.2.1 Schieben Wort oder Doppelwort 246
6.3.2.2 Rotieren 247
6.3.2 3 Schieben Integer 247
6.3.3 Schiebefunktionen in CoDeSys 248
6.3.4 Beispiele 249
6.4 Umwandlungsfunktionen . 257
6.4.1 Umwandlungsfunktionen nach DINEN 61131-3 257
6.4.2 Umwandlungsfunktionen in STEP 7 257
6.4.2.1 Übersicht 258
6.4.2.2 Umwandlung von BCD-Zahlen 258
6.4.2.3 Umwandlung von Integer-und Doppelinteger-Zahlen 259
6.4.2.4 Umwandlung von Gleitpunktzahlen 261
6.4.2.5 Umwandlung durch Komplementbildung 262
6.4.2.6 Umwandlung BOOL, BYTE, WORD und DWORD 264
6.4.3 Umwandlungsfunktionen in CoDeSys 265
6.4.3.1 Übersicht 265
6.4.3.2 Umwandlung von und zu dem Datentyp BOOL 266
6.4.3.3 Umwandlung zwischen ganzzahligen Datentypen 266
6.4.3.4 Umwandlung von Gleitpunktzahlen 266
6.4.3.5 Umwandlung von TIME bzw. TIME_OF_DAY 267
6.4.3.6 Umwandlung von DATE bzw. DATEANDTIME 267
6.4.3.7 Umwandlung von STRING 267
6.4.3.8 TRUNC 267
6.4.4 Beispiele 268
7 Beschreibungsmittel Programmablaufplan und Struktogramm 275
7.1 Programmablaufplan 276
7.1.1 Programmkonstrukt Verarbeitung 276
7.1.2 Programmkonstrukt Folge 276
7.1.3 Programmkonstrukt Auswahl 276
XII Inhaltsverzeichnis
7.1.4 Programmkonstrukt Wiederholung 277
7.1.5 Kombination der Programmkonstrukte 278
7.2 Struktogramm 278
7.2.1 Strukturblock Verarbeitung 278
7.2.2 Strukturblock Folge 278
7.2.3 Strukturblock Auswahl 279
7.2.4 Strukturblock Wiederholung 279
7.2.5 Kombination der Strukturblöcke 280
7.3 Zusammenstellung der Sinnbilder für Struktogramm
und Programmablaufplan 281
7.4 AWL-Programmierung nach Vorlage von Programmablaufplan
oder Struktogramm 282
7.4.1 Verarbeitung 282
7.4.2 Folge 282
7.4.3 Auswahl 283
7.4.4 Wiederholung 285
7.5 Beispiele 286
8 Mathematische Operationen 299
8.1 Arithmetische Funktionen 299
8.1.1 Arithmetische Funktionen nach DINEN 61131-3 299
8.1.2 Arithmetische Funktionen in STEP 7 300
8.1.2.1 Rechnen mit Konstanten 300
8.1.2.2 Rechnen mit Integer-Werten 301
8.1.2.3 Rechnen mit Doppelinteger-Werten 302
8.1.2.4 Rechnen mit Gleitpunktzahlen 304
8.1.3 Arithmetische Funktionen in CoDeSys 305
8.1.3.1 Addition 305
8.1.3.2 Subtraktion 305
8.1.3.3 Multiplikation 306
8.1.3.4 Division 306
8.1.3.5 Modulo Division 306
8.1.4 Beispiele 307
8.2 Nummerische Funktionen 313
8.2.1 Nummerische Funktionen nach DINEN 61131-3 313
8.2.2 Nummerische Funktionen in STEP 7 313
8.2.2.1 Allgemeine Funktionen 314
8.2.2.2 Logarithmus-und Exponential-Funktionen 315
8.2.2.3 Trigonometrische Funktionen 316
8.2.3 Nummerische Funktionen in CoDeSys 317
8.2.3.1 Allgemeine Funktionen 317
8.2.3.2 Logarithmus-und Exponential-Funktionen 318
8.2.3.3 Trigonometrische Funktionen 319
8.2.4 Beispiele 320
Inhaltsverzeichnis XIII
9 Indirekte Adressierung 328
9.1 Adressierungsarten in AWL 328
9.1.1 Indirekte Operanden-Adressierung in STEP 7-AWL 328
9.1.2 Indirekte Adressierung bei Multielement-Variablen nach IEC 61131-3 328
9.2 Grundlagen der indirekten Adressierung in STEP 7-AWL 329
9.3 Bereichszeiger in STEP 7 330
9.4 Speicherindirekte Adressierung in STEP 7-AWL 331
9.5 Registerindirekte Adressierung in STEP 7-AWL 333
9.6 Beispiele 336
10 Programmiersprache Strukturierter Text ST (SCL) 350
10.1 Bausteine in ST (SCL) 350
10.1.1 Bausteinanfang und -ende 350
10.1.2 Deklarationsteil 351
10.1.3 Anweisungsteil 351
10.2 Ausdrücke, Operanden und Operatoren 352
10.2.1 Übersicht 352
10.2.2 Operatoren 352
10.2.3 Operanden 353
10.2.4 Ausdrücke 354
10.3 Anweisungen 354
10.3.1 Wertzuweisungen 354
10.3.2 Kontrollanweisungen 355
10.3.2.1 Übersicht 355
10.3.2.2 IF-Anweisung 356
10.3.2.3 CASE-Anweisung 357
10.3.2.4 FOR-Anweisung 357
10.3.2.5 WHILE-Anweisung 358
10.3.2.6 REPEAT-Anweisung 358
10.3.2.7 EXIT-Anweisung 359
10.3.2.8 RETURN-Anweisung 359
10.3.2.9 CONTINUE-Anweisung 359
10.3.2.10 GOTO-Anweisung 360
10.3.3 Steueranweisungen für Funktionen und Funktionsbausteine 361
10.3.3.1 Aufruf von Funktionsbausteinen 361
10.3.3.2 Aufruf von Funktionen 362
10.3.3.3 Aufruf von Zählern und Zeiten 362
10.4 Beispiele 363
III Ablaufsteuerungen und Zustandsgraph 378
11 Ablauf-Funktionsplan 378
11.1 Konzeption und Normungsquellen 378
11.2 Grafische Darstellung von Ablaufsteuerungsfunktionen 379
11.2.1 Darstellung von Schritten 379
11.2.2 Darstellung von Übergängen und Übergangsbedingungen 379
XIV Inhaltsverzeichnis
11.2.3 Grundformen der Ablaufkette 380
11.2.4 Aktionen, Aktionsblock 383
11.3 Umsetzung des Ablauf-Funktionsplans mit SR-Speichern 386
11.3.1 Umsetzungsregeln 386
11.3.2 Realisierung 388
11.3.3 Beispiel 388
11.4 Umsetzung des Ablauf-Funktionsplans mit standardisierter Bausteinstruktur ... 392
11.4.1 Regeln für die Programmierung des Bibliotheks-Schrittketten-
bausteins FB15: KoB (Kette ohne Betriebsartenwahl) 392
11.4.2 Regeln für die Programmierung des Befehlsausgabebausteins 394
11.4.3 Realisierung 395
11.4.4 Beispiel 395
11.5 Ablaufsteuerungen mit wählbaren Betriebsarten 398
11.5.1 Grundlagen 398
11.5.2 Struktur 398
11.5.3 Bedien- und Anzeigefeld 399
11.5.4 Betriebsartenteil-Baustein (FB 24: BETR) 402
11.5.5 Ablaufkettenbaustein (FB 25: KET10) 404
11.5.6 Befehlsausgabe 407
11.5.7 Realisierung 411
11.5.8 Beispiel 411
11.6 Komplexe Ablaufsteuerungen 418
11.6.1 Ablaufsteuerung mit Betriebsartenteil und Signalvorverarbeitung 418
11.6.2 Ablaufsteuerungen mit korrespondierenden Ablaufketten 419
11.6.3 Ablaufbeschreibung für Verknüpfungssteuerungen 420
11.6.4 Beispiele 421
12 Zustandsgraph, S7-HiGraph 442
12.1 Zustandsgraph-Darstellung 443
12.1.1 Zustände 443
12.1.2 Transitionen 443
12.1.3 Aktionen 445
12.2 Umsetzung von Zustandsgraphen in ein Steuerungsprogramm 445
12.3 Zeigerprinzip bei Zustandsgraphen 448
12.3.1 Zeigerprinzip bei der Datenspeicherung 449
12.3.2 Zeigerprinzip bei Speicherfunktionen 449
12.4 Graphengruppe 450
12.5 Beispiele 452
IV Analogwertverarbeitung 473
13 Grundlagen der Analogwertverarbeitung 473
13.1 Analoge Signale 473
13.2 SPS-Analogbaugruppen 474
13.2.1 Analoge Signale in digitale Messwerte umsetzen 474
13.2.2 Auflösung 475
Inhaltsverzeichnis XV
13.2.3 Digitalwerte in analoge Signale umsetzen 476
13.2.4 Analogwertdarstellung in Peripherieworten 476
13.2.5 Signalarten und Messbereiche der Analogeingänge 477
13.2.6 Signalarten und Messbereiche der Analogausgänge 479
13.3 Anschluss von Messgebern und Lasten 481
13.3.1 Anschließen von Messgebern an Analogeingänge 481
13.3.2 Anschließen von Lasten an Analogausgänge 484
13.4 Beispiele 486
14 Normierungsbausteine für Analogwertverarbeitung 491
14.1 Messwerte einlesen und normieren 491
14.2 Ausgeben von normierten Analogwerten 492
14.3 Beispiele 494
V Bussysteme in der Automatisierungstechnik 505
15 SPS- und PC-Stationen an Bussysteme anschließen 505
15.1 Ursachen des Kommunikationsbedarfs 505
15.2 Kommunikationsebenen und Bussysteme 505
15.3 Bussystemanschluss für SPS-Stationen 507
15.3.1 Systemanschluss durch CPU mit integrierter Schnittstelle 507
15.3.1.1 Für PROFIBUS DP 507
15.3.1.2 Für PROFINET 507
15.3.2 Systemanschluss mit Kommunikationsbaugruppe 507
15.3.2.1 Für PROFIBUS DP . 507
15.3.2.2 Für PROFINET, Industrial Ethernet-TCP/IP 508
15.4 Bussystemanschluss für PC-Stationen 509
15.4.1 Standard-Netzwerkkarte 509
15.4.2 Für PROFIBUS DP 509
16 AS-i-Bus 510
16.1 Grundlagen 510
16.1.1 AS-i-System 510
16.1.2 Netzwerk-Topologie 511
16.1.3 Übertragungsverfahren 511
16.1.4 AS-i-Leitung 512
16.1.5 Zugriffssteuerung 513
16.1.6 Aufbau einer AS-i-Nachricht 513
16.1.7 Datenfelder und Listen beim Master 514
16.1.8 Betriebsmodi des Masters 515
16.1.9 Datensicherung 515
16.1.10 Räumliche Netzerweiterung 516
16.1.11 Netzübergänge 516
16.1.12 AS-i-Spezifikationen 517
16.2 Projektierung eines AS-i-Bussystems 518
16.2.1 Übersicht 518
XVI Inhaltsverzeichnis
16.2.2 Aufgabenstellung 518
16.2.3 Arbeitschritt (1): Konfigurierung des AS-i-Slave-Systems 519
16.2.3.1 Anlegen eines Projekts 519
16.2.3.2 Slave-Adressierung, -Parametrierung, -Projektierung
und Funktionstest 520
16.2.4 Arbeitschritt (2): Erstellen und Testen des Anwenderprogramms 523
16.2.5 Arbeitschritt (3): Kleinprojekt 524
17 PROFIBUS 526
17.1 Grundlagen 526
17.1.1 Systemübersicht 526
17.1.2 PROFIBUS DP 527
17.1.3 PROFIBUS PA 528
17.1.4 Netztopologien 529
17.1.4.1 Linientopologie (Bustopologie) bei elektrischer
Übertragungstechnik 529
17.1.4.2 Punkt-zu-Punkt-Verbindung bei Lichtwellenleitern 530
17.1.5 Übertragungstechnik 531
17.1.5.1 RS 485-Standard für PROFIBUS DP 531
17.1.5.2 MBP-Standard für PROFIBUS PA 534
17.1.5.3 Lichtwellenleiter 534
17.1.6 Buszugriffsverfahren 535
17.1.7 Aufbau einer PROFIBUS-Nachricht 536
17.1.8 Kommunikationsmodell PROFIBUS-DP 537
17.1.8.1 Zyklischer Datentransfer Master-Slave
in Leistungsstufe DP-V0 537
17.1.8.2 Zusätzlicher azyklischer Datenverkehr Master-Slave
in Leistungsstufe DP-Vl 538
17.1.8.3 Zusätzlicher Datenquerverkehr (DX) mit I-Slaves
bei Leistungsstufe DP-V2 539
17.2 Projektierung PROFIBUS DP 540
17.2.1 Übersicht 540
17.2.2 Aufgabenstellung 540
17.2.3 Arbeitsschritt (1): Urlöschen und Anlegen eines neuen Projektes 541
17.2.4 Arbeitsschritt (2): Hardware konfigurieren 541
17.2.5 Arbeitsschritt (3): Software erstellen 546
17.2.6 Arbeitsschritt (4): Inbetriebnahme und Test, Fehlerquellen 548
18 Ethernet-TCP/IP 549
18.1 Grundlagen 549
18.1.1 Übersicht 549
18.1.2 Ethernet-Netzwerke 550
18.1.2.1 Standard 10BASE-T 550
18.1.2.2 Fast Ethernet (100 MBit/s) 551
18.1.3 Industrielle Installation 551
18.1.3.1 Industrial-Twisted-Pair-LeitunglTP 552
18.1.3.2 Strukturierte Verkabelung nach EN 50173 552
Inhaltsverzeichnis XVII
18.1.3.3 Sterntopologie 553
18.1.3.4 Linientopologie 554
18.1.4 Datenübertragung über Ethernet 554
18.1.4.1 Buszugriffsverfahren 554
18.1.4.2 Aufbau einer Ethernet-Nachricht 556
18.1.5 Internet Protokoll (IP) 557
18.1.5.1 IP-Adressen 557
18.1.5.2 IP-Datenpakete 559
18.1.5.3 Routing (Wege finden) durch das Netz 560
18.1.6 Transport-Protokolle (TCP, UDP) 563
18.1.6.1 Verbindungsorientierter Transportdienst: TCP-Standard 563
18.1.6.2 Verbindungsloser Transportdienst: UDP-Standard 565
18.1.7 TCP/IP-Kommunikation bei Industrial Ethernet 565
18.1.7.1 Leistungsmerkmale 565
18.1.7.2 Zugang zu TCP/IP 565
18.1.7.3 Socket-Schnittstelle 566
18.1.7.4 Verbindungstypen 566
18.1.7.5 SEND-RECEIVE-Schnittstelle 567
18.1.7.6 Bedeutung der S7-Funktionen im SIMATIC-System 568
18.2 Projektierung Industrial Ethernet 569
18.2.1 Übersicht 569
18.2.2 Aufgabenstellung: AG-AG-Kopplung in zwei STEP 7 Projekten 569
18.2.3 Arbeitsschritt (1):
Hardware-Projektierung 570
18.2.3.1 Station 1 mit CPU und CP projektieren 570
18.2.3.2 Netzanschluss für „Andere Station 570
18.2.4 Arbeitsschritt (2): Verbindungsprojektierung zur fernen Station 572
18.2.4.1 ISO-on-TCP-Verbindung auswählen 572
18.2.4.2 Eigenschaften der ISO-on-TCP-Verbindung festlegen 572
18.2.4.3 Kommunikationsdienste Send/Receive anmelden 573
18.2.5 Arbeitsschritt (3): Datenschnittstelle im Anwenderprogramm
einrichten 573
18.2.5.1 AGSEND-, AGRECV-Bausteine projektieren 573
18.2.5.2 Hinweise zur Inbetriebnahme 574
19 PROFINET - Offener Industrial Ethernet Standard 575
19.1 Grundlagen 575
19.1.1 Überblick 575
19.1.2 PROFINET IO 575
19.1.2.1 Gegenüberstellung PROFINET IO und PROFIBUS DP 575
19.1.2.2 Gerätemodell und Peripherieadressen 577
19.1.2.3 Adressen 577
19.1.3 Netzaufbau 578
19.1.3.1 Leitungen und Steckverbinder 578
19.1.3.2 Switches 579
19.1.3.3 Netztopologien 579
XVIII Inhaltsverzeichnis
19.1.4 PROFINET CBA 580
19.1.4.1 Gegenüberstellung von PROFINET 10
und PPROFINET CBA 580
19.1.4.2 PROFINET-Komponente bilden 581
19.1.4.3 PROFINET-Komponenten verschalten 582
19.1.4.4 Diagnose 582
19.1.4.5 Prozessdaten über OPC visualisieren 582
19.1.5 Feldbusintegration 583
19.1.6 PROFINET-Kommunikationskanäle 584
19.1.7 PROFINET-Web-Integration 585
19.2 Projektierung PROFINET 10 586
19.2.1 Übersicht 586
19.2.2 Aufgabenstellung 586
19.2.3 Arbeitsschritt (1): Hardware-Projektierung 587
19.2.3.1 Hardwarekonfiguration der S7-Station 587
19.2.3.2 IO-Devices anbinden und Module konfigurieren 588
19.2.3.3 Gerätenamen und Parameter einstellen 588
19.2.4 Arbeitsschritt (2): Gerätenamen zuweisen und Projektierung laden 590
19.2.4.1 Gerätenamen laden 590
19.2.4.2 Hardwarekonfiguration laden 591
19.2.5 Arbeitsschritt (3): Software erstellen 591
19.2.5.1 Ermittlung der EA-Adressen 591
19.2.5.2 Anwender-Testprogramm 592
19.2.6 Arbeitsschritt (4): Inbetriebnahme, Test und Diagnose 592
VI Technologische Funktionen 593
20 Regelungen mit Automatisierungsgeräten 593
20.1 Regelung und regelungstechnische Größen 593
20.1.1 Funktionsschema einer Regelung 594
20.1.2 Wirkungsplan einer Regelung 595
20.2 Regelstrecke 596
20.2.1 Begriff der Regelstrecke 596
20.2.2 Bestimmung von Regelstreckenparametern 597
20.2.3 Typisierung der Regelstrecken 599
20.3 Regler 601
20.3.1 Realisierbare Reglerarten 601
20.3.2 Bildung der Regelfunktion 602
20.3.2.1 Zweipunkt-Regelfunktion 602
20.3.2.2 Dreipunkt-Regelfunktion 602
20.3.2.3 PID-Regelfunktionen (P, I, PI, Pl-Schritt, PD, PID) 603
20.3.3 Stellsignaltypen 616
20.3.3.1 Unstetige Stellsignale (Zweipunkt, Dreipunkt) 617
20.3.3.2 Kontinuierliche (stetige) Stellsignale 618
20.3.3.3 Quasi-kontinuierliche Schritt-Stellsignale 619
20.3.3.4. Quasi-kontinuierliche Impuls-Stellsignale
(pulsweitenmoduliert) 620
i
Inhaltsverzeichnis XIX
20.4 Stellglieder 622
20.5 Grundlagen der digitalen Regelung 623
20.5.1 Wirkungsplan digitaler Regelkreise 623
20.5.2 Abtastung, Abtastzeit 623
20.5.3 Auflösung 624
20.5.4 Digitaler PID-Algorithmus 625
20.6 Regler-Programmierung 626
20.6.1 Prinzipieller Aufbau eines Regelungsprogramms 626
20.6.2 Reglereinstellungen 626
20.6.3 Zweipunkt-Reglerbausteine 627
20.6.4 Dreipunkt-Reglerbausteine 630
20.6.5 PID-Reglerbaustein 636
20.6.6 Pl-Schrittreglerbaustein (Dreipunkt-Schrittregler mit Pl-Verhalten) .... 639
20.7 Beispiele 644
21 Antriebe in der Automatisierungstechnik 655
21.1 Obersicht 655
21.2 Energie- und Kostensparen durch elektrische Antriebstechnik 655
21.2.1 Energiesparmotoren 655
21.2.2 Wirkungsgradverbesserung durch drehzahlveränderbare Antriebe 656
21.2.3 Kosteneinsparung durch intelligente Antriebe 657
21.3 Grundlagen der Umrichtertechnik für Drehstrommotoren 658
21.3.1 Prinzip des kontinuierlich drehzahlverstellbaren AC-Antriebs 658
21.3.2 Umrichter als Stromrichterstellglied 660
21.3.3 Aufbau und Funktion von Umrichtern mit Spannungszwischenkreis ... 661
21.3.4 Drehspannungserzeugung im Wechselrichter 663
21.3.5 Motorführungsverfahren der Umrichter 667
21.3.6 Gebersysteme 677
21.3.7 Kommunikation und Antriebsvernetzung 679
21.3.7.1 Anlagenbeschreibung 679
21.3.7.2 Umrichterparameter und Prozessdaten 680
21.3.7.3 Telegrammtypen, Prozessdaten und Verschaltung 681
21.4 Inbetriebnahme eines Umrichterantriebs 687
21.4.1 Serieninbetriebnahme 687
21.4.2 Schnellinbetriebnahme mittels Operatorpanel 687
21.4.3 Applikationsinbetriebnahme mittels Inbetriebnahmetool 688
21.5 Projektierung und Inbetriebnahme eines Umrichterantriebs 689
21.5.1 Aufgabenstellung 689
21.5.2 Anlagenstruktur 689
21.5.3 Projektierungsschritte für SPS-Hardware und Umrichter 690
21.5.4 Offline-Konfigurierung des Umrichters 691
21.5.4.1 Hardware-Konfiguration des Antriebsgeräts (Umrichter) 691
21.5.4.2 Durchführung der Applikationsinbetriebnahme unter
Assistentenführung 692
21.5.5 Antriebsprojekt starten, Motor drehen lassen 697
21.5.6 Steuerungsprogramm 701
XX Inhaltsverzeichnis
VII Informationstechnologien zur Integration
von Betriebsführungs- und Fertigungsabläufen 703
22 Industrielle Kommunikation — Überblick 703
22.1 Informationsstrukturen modemer Automatisierungssysteme 703
22.2 Horizontale Kommunikation in der Fertigungsebene 704
22.3 Vertikale Kommunikation für betriebliche Abläufe 705
22.4 Dienste im ISO-OSI-Kommunikationsmodell 705
22.5 Netzkomponenten im ISO-OSI-Kommunikationsmodell 707
22.5.1 Switches 707
22.5.2 Router 708
22.5.3 Gateway 709
23 Web-Technologien in der Automatisierungstechnik 710
23.1 Grundlagen 710
23.1.1 Technologien 710
23.1.2 Akteure im Netz: Client und Server 710
23.1.3 Netz-Infrastruktur und Protokolle 711
23.1.4 HTTP 712
23.1.5 HTML 713
23.1.6 Ressourcenadresse: URL 716
23.1.7 Web-Server 717
23.1.8 Java Applets / S7-Applets 719
23.1.9 JavaScript 722
23.2 Projektierung einer SPS-Webseite 724
23.2.1 Aufgabenstellung 724
23.2.2 Quelltext 724
23.2.3 Projektierung der S7-Steuerung 727
24 OPC-Kommunikation - Zugang zu Prozessdaten 730
24.1 Grundlagen 730
24.1.1 Der Nutzen von OPC 730
24.1.2 Client-Server-Prinzip 731
24.1.3 OPC-Server 731
24.1.4 OPC-Client 733
24.1.5 OPC XML - Internettauglich und betriebssystemunabhängig 737
24.2 Projektierung einer Excel-SPS-Verbindung über OPC 740
24.2.1 OPC-Server mit unterlagerter SPS einrichten 740
24.2.2 Auftragssteuerung unter Excel mit OPC-Automation-Schnittstelle 742
24.2.3 Auftragssteuerung unter Excel mit OPC-Data Control 749
Inhaltsverzeichnis XXI
VIII Sicherheit von Steuerungen 753
25 Aufbau des sicherheitstechnischen Regelwerkes 753
25.1 Europäische Richtlinien 753
25.2 Europäisches Normenwerk zur Sicherheit von Maschinen 754
25.3 Rechtliche Bedeutung von VDE-Bestimmungen 756
25.4 Bedeutung von Symbolen 757
25.4.1 CE-Kennzeichen (Konformitätszeichen) 757
25.4.2 VDE-Prüfzeichen (Gütezeichen) 757
26 Grundsätze der Maschinensicherheit 758
26.1 Maschinenbegriff 758
26.2 Sicherheitsbegriff 758
26.3 Risikograf und Kategorien 761
26.4 Performance Level PL 763
26.5 Sicherheits-Integritäts-Level SIL 764
27 Elektrische Ausrüstung von Maschinen nach DIN EN 60204-1 767
27.1 Netzanschlüsse und Einrichtungen zum Trennen und Ausschalten 767
27.1.1 Einspeisung 767
27.1.2 Netz-Trenneinrichtung 768
27.2 Schutz der Ausrüstung 768
27.2.1 Überstromschutz 768
27.2.2 Überlastschutz von Motoren 769
27.2.3 Spannungsunterbrechung und Spannungswiederkehr 769
27.3 Steuerstromkreise und Steuerfunktionen 769
27.3.1 Versorgung von Steuerstromkreisen 769
27.3.2 Steuerspannung 769
27.3.3 Anschluss von Steuergeräten 769
27.3.4 Überstromschutz 769
27.3.5 Maßnahmen zur Risikoverminderung im Fehlerfall 769
27.3.6 Schutzverriegelungen 770
27.3.7 Startfunktionen 770
27.3.8 Stoppfunktionen 770
27.3.9 Betriebsarten 772
27.3.10 Handlungen im Notfall 772
28 Sicherheitstechnologien 773
28.1 Bewährte Prinzipien elektromechanischer Sicherheitstechnik 773
28.1.1 Zwangsöffnende Schaltkontakte 773
28.1.2 Zwangsgeführte Kontakte 773
28.1.3 Freigabekontakte 774
28.1.4 Rückführkreis 774
28.1.5 Ruhestromprinzip, Drahtbrucherkennung 774
28.1.6 Verriegelung gegensinnig wirkender Signale 774
28.1.7 Zweikanaligkeit 774
28.1.8 Redundanz und Diversität 774
XXII Inhaltsverzeichnis
28.2 Relais- und Schütz-Sicherheitstechnik 775
28.3 Sicherheitsschaltgeräte für Not-Halt-Überwachung 776
28.4 Auswertegeräte für Lichtvorhänge 779
28.5 Fehlersichere Kommunikation über Standard-Bussysteme 781
28.5.1 Überblick 781
28.5.2 AS-Interface Safety at Work 782
28.5.3 PROFISafe auf PROFIBUS DP-Protokoll 783
Anhang 785
I Zusammenstellung der Beispiele mit
Bibliotheksbausteinen für STEP 7 und CoDeSys 785
II Zusammenstellung der mehrfach verwendeten
Bibliotheksbausteine für STEP 7 und CoDeSys 788
1. Umwandlung, Normierung 788
2. Taktbausteine 789
3. Ablaufsteuerungen 790
5. Reglerbausteine 791
III Operationslisten der Steuerungssprache STEP 7 793
1. AWL-Operationen 793
1.1 Nach Art bzw. Funktion sortiert 793
1.2 Alphabetisch sortiert 794
2. FUP-Operationen alphabetisch sortiert 799
3. SCL-Anweisungs- und Funktionsübersicht 803
3.1 Operatoren 803
3.2 Kontrollanweisungen 804
3.3 Bausteinaufrufe 805
3.4 Zählfunktionen 805
3.5 Zeitfunktionen 806
3.6 Konvertierungsfunktionen 806
3.7 Mathematische Funktionen 808
3.8 Schieben und Rotieren 808
IV Operationsliste der Steuerungssprache CoDeSys 809
Weiterfuhrende Literatur 810
Sachwortverzeichnis 811
|
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| discipline | Maschinenbau / Maschinenwesen Informatik Mess-/Steuerungs-/Regelungs-/Automatisierungstechnik / Mechatronik |
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Inhaltsverzeichnis
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Teilbibliothek Maschinenwesen
| Signatur: |
0702 MSR 728f 2008 A 8273(4)
Lageplan |
|---|---|
| Exemplar 1 | Ausleihbar Am Standort |