Vorlesung Prozessautomatisierung Einfhrung in SPSSysteme bersicht Programmierung Aufbau

Vorlesung Prozessautomatisierung Einführung in SPS-Systeme Übersicht, Programmierung, Aufbau, Projektierung 12. November 2003 Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes Fachbereich Elektrotechnik Goebenstr. 40 66117 Saarbrücken November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 1 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Themen Vorlesung PATT (1) 22. 10. 2003 29. 10. 2003 05. 11. 2003 12. 11. 2003 & 19. 11. 2003 November 2003 / Prozessautomatisierung Einführungsvorlesung Beschreibungen, Hilfsmittel, Dokumentationen für Automatisierungsprojekte Fließbilder, R&I-Schemen, Normen, Symbole der Pneumatik, Verfahrenstechnik, etc. , Übungen Projektabwicklung & -tätigkeiten Projektphasen, Tätigkeiten, Vorgehensweise, Kosten Terminplanung, Ablage, Layout, Auftragsabwicklung SPS-/PLC-Systeme Aufbau, Funktionsweise, Arbeitsweise, Begriffe, Digital- und Analogwertverarbeitung, Sensoranschluss Aufbauarchitektur (zentral, dezentral), Visualisierung, Pro. Tool, Win. CC, HMI, Zubehör, Anbieter, Marktanalyse Programmierung IEC-61131, etc. Blatt 3. 2 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Themen Vorlesung PATT (2) 26. 11. 2003 03. 12. 2003 17. 12. 2003 Ablaufprogrammierung Konzepte, Beschreibungen, Elemente, Transitionen, Diagramme, Modelle (entry, exit, do), Applikationen Matlab/Simulink Weihnachtspause 07. 01. 2004 14. 01. 2004 21. 01. 2004 November 2003 / Prozessautomatisierung Kommunikationssysteme Bussysteme, Konzepte, Begriffe, ISO/OSI, CSMA Leiter, Protokolle, Profile (DP, PA, FMS), ASI, CAN Lichtwellenleiter, Übertragungsraten, Anschaltungen Profibus / Labor Blatt 3. 3 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Themen Vorlesung PATT (2) 28. 01. 2004 04. 02. 2004 11. 02. 2004 November 2003 / Prozessautomatisierung Methoden in Automatisierungstechnik Fuzzy, Neuronale Netze, Konzepte, Beschreibungen, Applikationen, Berechnungsverfahren, Regelungen Tag der offenen Tür Klausurtraining Blatt 3. 4 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Literatur zu SPS Bücher John, K. -H. : SPS-Programmierung mit IEC 61131 -3. Konzepte und Programmiersprachen. Anforderungen an Programmiersysteme, Entscheidungshilfen. Springer Verlag, 3. Auflage Grötsch, E. : SPS, Band 2: Programmbeispiele und Produkte Oldenbourg Verlag, 1997 und 2000 Neumann, u. a. : SPS-Standard: IEC-1131, Programmiereninverteilten Automatisierungssystemen. Oldenbourg Verlag, 3. Auflage Wellenreuther: Automatisieren mit SPS – Theorie und Praxis Vieweg Verlag, 2002, 2. Auflage Berger: Automatisieren mit SIMATIC, Siemens-Fachbuch, MCDVerlag, 1999. Berger: Automatisieren mit STEP 7 in AWL und SCL, Siemens. Fachbuch, MCD-Verlag, 2002 Weigmann: Dezentralisieren mit Profibus-DP, Siemens-Fachbuch, MCD-Verlag, 2002 November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 5 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Literatur zu SPS Zeitschriften Übersicht: • Atp Oldenbourg Automatisierungstechnische • Energie & Praxis Verlag Automation • Markt & Technik • SPS-Magazin – Zeitschrift für Automatisierungstechnik Technik-Dokumentations-Verlag November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 6 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Normen zur Steuerungstechnik November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 7 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Historie zur Automatisierungstechnik November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 8 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Zentrale Automatisierung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 9 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Kompakt Steuerungen Siemenswelt Siemens C-Baureihe bzw. Logo Kleinsteuerung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 10 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Mittlere Steuerung Große Steuerungen (Siemens) S 7 -400 S 7 -300 S 7 -200 November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 11 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Dezentrale Automatisierung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 12 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Verteilte Automatisierungssysteme November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 13 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Beispiele für steuerungstechnische Anwendungen November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 14 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsgebiete der Steuerungstechnik November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 15 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anbieter Automatisierungstechnik November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 16 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Moderne Automatisierungstechnik November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 17 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Prinzipielle Arbeitsweise einer Steuerung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 18 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Klassifizierung von Steuerungen November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 19 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Verbindungsprogrammierte Steuerung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 20 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 21 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Verknüpfungs- und Ablaufsteuerung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 22 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Verknüpfungssteuerung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 23 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Ablaufsteuerung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 24 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anforderungen an Steuerungssysteme November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 25 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Entwicklung der SPS November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 26 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Entwicklungsgeschichte SPS Ursprung in USA (Automobilindustrie) • 1968 Konzept für erste SPS als Ersatz für konventionelle Relais. Steuerung (Modicon = Modular Digital Controller AEG) Grundkonzepte • Einfach zu programmieren / Leicht zu modifizieren • Wartungsfreundlich / Modularer Aufbau • Höhere Ausfallsicherheit (Vergleich zu konventionellen Steuerungen) • Kompakte Bauweise • Kommunikationsfähig • Kostengünstig • Verarbeitung von Wechsel- und Gleichspannungssignalen • Bereitstellung von bis zu 4 A Ausgangsströmen November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 27 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Kennzeichen einer SPS November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 28 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Grundsätzlicher Aufbau einer SPS November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 29 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Bauformen der SPS November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 30 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

SPS- S 7 -300 mittlere Bauform November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 31 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Komponenten der SPS S 7 -300 CPU 312 C CPU 313 C CPU CPU 313 C-2 Pt. P 313 C-2 DP 314 C-2 Pt. P 314 C-2 DP Arbeitsspeicher in k. B 16 32 32 32 48 48 Integrierte Peripherie digital, analog digital, analog Integrierte Technologie. Funktionen Zählen Regeln Zählen, Regeln, Position. Schnittstellen außer MPI --- Pt. P DP Aufbau 1 -zeilig 4 -zeilig 4 -zeilig November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 32 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Komponenten der SPS S 7 -300 CPU 313 CPU 314 CPU 315 (CPU 315 -DP) CPU 316 -2 DP CPU 318 -2 Anweisungen/Daten Arbeitsspeicher 4 K/12 KByte 8 K/24 KByte 16 (21) K / 48 (64) KByte 42 K / 128 KByte 84 K / 256 Kbyte 512 Kbyte DE / DA 256 1024 AE / AA 64 256 256 Bearbeitungszeit/ 1 K Binärbefehle 0, 6 ms 0, 3 ms 0, 1 ms Merker 2048 8192 Zähler 64 64 512 Zeiten 128 128 512 (PROFIBUSDP-Anschluß Master/Slave mit 64 DPStationen) PROFIBUSDP-Anschluß Master/Slave mit 64 DPStationen PROFIBUS-DPAnschluß (M/S) 125 DP-Stationen; MPI als DP nutzb. (12 MBaud) November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 33 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Komponenten der SPS S 7 -300 CPU 312 IFM CPU 314 IFM Anweisungen Arbeitsspeicher 2 K 6 KByte 10 K 32 KByte DE / DA 256 1024 AE / AA 64 256 Bearbeitungszeit/ 1 K Binärbefehle 0, 6 ms 0, 3 ms Merker 1024 2048 Zähler 32 64 Zeiten 64 128 für integrierte Funktionen 10 DE / 6 DA 20 DE / 16 DA / 4 AE / 1 AA November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 34 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

MPI-Mehrpunktfähige Schnittstelle S 7 -300 • In jeder CPU integriert • Datenaustausch mit 187, 5 kbit/s MPI • Bis zu 32 Teilnehmer (PG, PC, OP, S 7) PG • 4 aktive Verbindungen pro CPU PG- und OP-Funktionen Globaldatenkommunikation für kleine Datenmengen, ohne Programmieraufwand S 7 -Basiskommunikation für kleine Datenmengen (ca. 70 Byte) èKostengünstige Kommunikation ohne Zusatzhardware November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 35 S 7 -400 OP PC S 7 -300 bis 50 m (ohne Repeater) © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Profibus-DP-Schnittstelle S 7 -300 (Master) Integriert in die CPU 315 -2 DP Master/Slave-Umschaltung Bis zu 64 DP-Stationen an PROFIBUS-DP Masterschnittstelle Alle PG/OP-Funktionen über PROFIBUS-DP-Schnittstelle PG (Master) ET 200 U (Slave) OP (Master) ET 200 M (Slave) Kommunikationsdienste: PG- und OP-Funktionen PROFIBUS-DP ET 200 B/L (Slave) èKeine Zusatzhardware erforderlich November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 36 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Signalbaugruppen November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 37 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Siemens TIA- Konzept November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 38 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Netze und dezentrale Strukturen November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 39 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Visualisierung HMI-Produkte November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 40 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

HMI-Produkte Visualisierung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 41 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Arbeitsweise einer SPS November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 42 © Prof. Dr. -Ing.

Vereinfachte Arbeitsweise der SPS November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 43 © Prof. Dr.

Direkte Adressierung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 44 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt

Direkte Adressierung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 45 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt

Direkte Adressierung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 46 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt

Programmiersprachen von STEP 7 (SIEMENS) Optionssoftware CFC Continous Function Chart S 7 -SCL Structured Control Language S 7 -Graph Ablaufsteuerung S 7 -Hi. Graph Zustandssteuerung AWL Anweisungsliste KOP Kontaktplan FUP Funktionsplan STEP 7 Basis Plattform mit SIMATIC Manager November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 47 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

SPS-Programmiersprachen November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 48 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Kontaktplan November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 49 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Kontaktplan November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 50 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Kontaktplan November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 51 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Steueranweisung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 52 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Beispiel November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 53 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

UND-Verknüpfung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 54 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Oder-Verknüpfung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 55 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Selbsthaltung November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 56 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Selbsthaltung mit Setzen und Rücksetzen November 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 3. 57 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel