> Speicherprogrammierbare Steuerungen (SP1)

System- und Programmentwurf für speicherprogrammierbare Steuerungen 

Die Automatisierung technischer Prozesse erfolgt heutzutage fast durchgängig rechnergestützt. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind spezielle Automatisierungsrechner, die das Einlesen von Sensordaten und das Ausgeben von Stellwerten an Aktoren, wie Motoren oder Ventile, unterstützen. SPSen werden vom PC aus programmiert. Ihre Daten können zur Bedienung und Beobachtung der automatisierten Anlage im PC visualisiert werden. Die Einsatzgebiete von speicherprogrammierbare Steuerungen liegen vor allem in der Fabrik- und Prozessautomatisierung.


Die Software für solch komplexe Anlagen wird meist objektorientiert strukturiert, indem wiederverwendbare Funktionsbausteine als Klassen für die wichtigsten Gerätetypen der Sensorik und Aktorik entwickelt werden. Die Verknüpfung der Funktionsbausteine erfolgt entweder durch eine kontinuierlich von der SPS abgearbeitete Verknüpfungslogik oder eine Ablaufkette, die die Sensoren und Aktoren gemäß dem gewünschten Prozessablauf schrittweise ansteuert. 


Heutzutage können auch die objektorientierten Programmiermöglichkeiten, wie Methoden und Eigenschaften, Interfaces, Vererbung und Polymorphismus, genutzt werden, um die SPS-Software noch anwenderfreundlicher zu gestalten.

1. Einleitung
1.1 Definition einer Steuerung
1.2 Aufgabengebiete in der Steuerungstechnik
      1.2.1 Einsatzfelder für Steuerungen
      1.2.2 Tätigkeitsfelder des Steuerungstechnikers
1.3 Steuereinrichtungen
      1.3.1 Entwicklung der Steuerungstechnik
      1.3.2 Stand der Technik

2. Aufbau und Strukturen industrieller Steuerungen
2.1 Aufbau einer SPS
2.2 SPS-Arten
2.3 Informationsverarbeitung in der SPS
2.4 Konventionelle Anbindung der Feldgeräte
      2.4.1 Binäre Eingänge der SPS
      2.4.2 Binäre Ausgänge der SPS
      2.4.3 Analoge Eingänge der SPS
      2.4.4 Analoge Ausgänge der SPS
2.5 Busankopplung der Feldgeräte
      2.5.1 Feldbussysteme und -strukturen
      2.5.2 Datenübertragung in Feldbussystemen
2.6 Bedienen und Beobachten
      2.6.1 Prozessvisualisierung
      2.6.2 Ankopplung von Visualisierungssystemen an SPSen
      2.6.3 Datenaustausch durch OPC

3. Strukturierte SPS-Programmierung nach IEC 61131
3.1 Das Softwaremodell
      3.1.1 Steuerungskonfiguration und Ressourcen
      3.1.2 Tasks
      3.1.3 Programmorganisationseinheiten
      3.1.4 Variablen
3.2 Das Kommunikationsmodell
      3.2.1 Datenaustausch innerhalb eines Programms
      3.2.2 Datenaustausch zwischen Programmen
3.3 Das Programmiermodell
      3.3.1 Programmiersprachen
      3.3.2 Anwender-Datentypen
      3.3.3 Anwender-Funktionsbausteine
3.4 Strukturierte Programmierung in der Automatisierungstechnik
      3.4.1 Objektorientierte Softwarestrukturierung
      3.4.2 Vorgehensweise bei der strukturierten Programmierung

4. Verknüpfungssteuerungen
4.1 Entwurf von Schaltnetzen
      4.1.1 Wahrheitstabelle
      4.1.2 Karnaugh-Veitch-Diagramme
4.2 Entwurf von Schaltwerken
      4.2.1 Speicherschaltungen mit Flip-Flops
      4.2.2 Zählschaltungen mit Countern
      4.2.3 Zeitschaltungen mit Timern
      4.2.4 Automatenentwurf
      4.2.5 Automatenentwurf mit Einzelsteuerfunktionsbausteinen
4.3 Einzelsteuerfunktionen
      4.3.1 Motorbausteine
      4.3.2 Ventilbausteine
      4.3.3 Schutzmaßnahmen
      4.3.4 Betriebsartenkonzepte
4.4 Analogwertverarbeitung
4.5 Regelungen
      4.5.1 Schaltende Regler
      4.5.2 Reglerbetriebsarten
      4.5.3 Kontinuierliche Regler

5. Ablaufsteuerungen
5.1 Aufbau von Schrittketten
      5.1.1 Aktionen und Transitionen
      5.1.2 Strukturen von Schrittketten
5.2 Entwurf und Analyse von Ablaufketten
5.3 Kommunikation zwischen Ablauf- und Verknüpfungssteuerungen
5.4 Schutzfunktionen und Betriebsarten
      5.4.1 HALT und ABBRUCH einer Ablaufkette
      5.4.2 Betriebsarten

6. Objektorientierte SPS-Programmierung
6.1 Einsatz von Methoden und Eigenschaften
6.2 Klassen und Objekte
6.3 Vererbung
6.4 Objektorientierte Ansteuerung der Feldgeräte

7. Zusammenfassung

Die Kapitel 1-6 sind ausführlich beschrieben in: M. Seitz: "Speicherprogrammierbare Steuerungen für die Fabrik- und Prozessautomation", Hanser Verlag, 2012.

Zentraler Bestandteil der Lehrveranstaltung ist die praktische Umsetzung der in der Vorlesung behandelten Themen durch folgende Laborübungen:

  1. Strukturierte Programmierung nach IEC 61131
    Programmierung einer ABB AC500 in CoDeSys zur Automatisierung eines verfahrenstechnischen Anlagenmodells
  2. Bedienen und Beobachten mit Einstieg in Step 7
    Programmierung einer Siemens S7 im TIA-Portal zur Steuerung eines Förderbandes und OPC-Kopplung des Prozessvisualisierungssystems Intouch von Wonderware
  3. Automatenentwurf für sequenzielle Steuerungen
    Programmierung einer ABB AC500 mit CoDeSys zur Steuerung einer Überwachungskamera mit Schrittmotor
  4. Betriebsarten, Analogwertverarbeitung und Regelungen
    Programmierung einer ABB AC500 mit CoDeSys zur Erweiterung der Förderbandautomatisierung
  5. Ablaufsteuerungen
    Programmierung einer Siemens S7-Steuerung im TIA-Portal mit WinCC zur Erweiterung der Förderbandautomatisierung

Persönliche Seiten von Prof. Dr. Seitz

Externe Links
Moodle 1)
SPS-Lern-Übungsseite 2)

1) Quizzes, Scripts, Laboranleitungen
2) SPS-Lern-und-Übungsseite zum Buch Speicherprogrammierbare Steuerungen