PLT-Detail: IEC 61131 - Fakultät Elektrotechnik und ...

Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik 

DIN EN 61131 

Ein vereinheitlichendes Modell 

einer speicherprogrammierbaren 

Steuerung (SPS) 

VL Prozessleittechnik I (SS 2013) 

Professur für Prozessleittechnik

Übersicht 

• Einführende Beispiele der 

Anlagensicherung 

• Speicherprogrammierbare 

Steuerungen 

• DIN EN/IEC 61131 Modell 

• Architekturmodell 

• Programmorganisationseinheit 

• Variablenzugriffe 

• DIN EN/IEC 61131 Sprachen 

• Textorientierte Fachsprachen 

• Grafische Fachsprachen 

Urbas (c) 2008-2013 VL PLT-1::IEC61131 Folie 2

Beispiel 1: Turboverdichter 

(Stohrmann 2004, S.13) 

• Abschaltung 

• Enddruck hoch (PZ+ 1) 

• Saugdruck tief (PZ- 1) 

• Öldruck tiefst (PS-Z-- 3) 

• Füllstand hoch (LZ+ 1) 

• Durchfluss tief (FZ- 1) 

• Einschalten Hilfsölpumpe 

• Öldruck tief (PS-Z-- 3) 

• Einschalten verriegeln 

• TV zu heiß (TA+Z++ 1) 

• Öl zu kalt (TZ- 2) 

• Umgang zu (GZ- 1) 


Beispiel 2: Industrieofen 

(Strohrmann 2004, S.14) 

• Betriebstemperatur unter 

650°C 

• Keine sichere Zündung nach 

kurzzeitigem Ausfall vor der 

Bildung eines explosiven 

Gemisches 

• Gas- und 

Luftmangelsicherung 

• PZ- 1 

• PZ- 2 

• Flammenwächter 

• XZ- 1; 2 von 2 

• Rückzündungsvermeidung 

• QZ+ 1; 1 von 2 


Elemente von Sicherungseinrichtungen 

(Strohrmann 2004, S.16) 

• Aufnehmer, Messsignalkanal, Messumformer 

Grenzsignalgeber, Signalverarbeitung 

Meldekanal mit Meldern, Auslösekanal mit Auslösern 


Verbindungsprogrammierte Steuerung 

• Verdrahtung von 

• Relais 

• Schütz 

S1 

S4 

K1 

K1 

• Vorteil 

• Parallele Verarbeitung 

aller Signale 

S2 

S3 

• Nachteil: 

K1 

H1 

• Verdrahtung = Programm 

• Änderung der Logik: 

Änderung der Verdrahtung 

notwendig! 


Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 

• Rechner mit Ein/Ausgängen 

• Rechentechnische 

Verknüpfung der Signale 

• Nur quasiparallele 

Abarbeitung möglich 

(‏CPU=SISD‏)‏ 

• Änderung der Logik: 

Lediglich Neuprogrammieren 

des 

Steuerprogramms 

notwendig 

S1 

S4 S2 S3 

Automatisierungseinheit 

H1 


Programmbeispiel: Verknüpfung von 

Binärsignalen 

• WENN beide Eingänge E 5.2 und E 4.7 auf 1 

• DANN setze Ausgang A 8.5 auf 1 

• SONST setze Ausgang A 8.5 auf 0 

• A 8.5 = f(E5.2, E4.7) 

• Umsetzung in AWL Programmiersprache IEC)‏ 61131) 

• LD %IX5.2 ; Lade Bitwert von Eingang 5.2 

• AND %IX4.7 ; UND-Verkn. mit Eingang 4.7 

• ST %QX8.5 ; Ergebnis nach Ausgang 8.5 


Definition SPS DIN EN 61131 Teil 1 

• „[…] Ein digital arbeitendes elektronisches System für den Einsatz in 

industriellen Umgebungen mit einem programmierbaren 

Speicher zur internen Speicherung der anwenderorientierten 

Steuerungsanweisungen zur Implementierung spezifischer 

Funktionen wie z.B. 

Verknüpfungssteuerung, 

Ablaufsteuerung, 

Zeit-, Zähl- und arithmetische Funktionen, 

um durch digitale oder analoge Eingangs- und 

Ausgangssignale verschiedene Arten von Maschinen und 

Prozessen zu steuern. […]“ 


I&KT rund um die SPS 

Prozeßrechner 

SPS 

Feldbusse 

SPS 

Visualisierung 

Aktoren Sensoren 

Aktoren Sensoren 



Speicherprogrammierbare 

Steuerungen 

• Befehlssatzarchitektur 

• Funktionsweise 

• Zykluszeiten

Ein Blick in das Steuergerät 


Zyklische Funktionsweise (SPS-Modus) 

Ausgänge 

Initialisierung 

Prozessabbild 

Ausgänge 

Eingänge 

Einlesen der Eingänge 

Prozessabbild 

Eingänge 

Abarbeiten von Operationen der 

Programmbausteine 

Typische Bearbeitungszeiten: 

1µs Bitoperationen 

2µs Wortoperationen 

12µs Zeit/Zähloperationen 

3µs Festpunktaddition 

50µs Gleitpunktaddition 

Ausgänge 

Schreiben der Ausgänge 

Prozessabbild 

Ausgänge 


Prozessabbild 

• Speicherbereich zur Aufnahme der Signalwerte der Ein- und 

Ausgänge 

• Eingabewerte werden zu Beginn eingelesen, zwischenzeitliche Änderungen 

während Programmzyklus ignoriert! 

• Ausgabewerte werden zwischengespeichert, d.h. Änderungen während der 

Programmabarbeitung sind nach außen nicht sichtbar! 

• Manche SPSen erlauben direkten Zugriff auf die Prozesssignale 

• Üblicherweise langsamer als direkter Zugriff auf PA 

• In IEC61131 nicht standardisiert 


Minimale Impulszeit, maximale Reaktionszeit 

Eingänge 

lesen 

Ausgänge 

schreiben 

Zykluszeit 

LD %IX0.1 

ST %QX0.1 

... ... 

%IX0.1 

Impuls 

zu kurz 

%QX0.1 

Worst Case Reaktionszeit 

= 2 x Zykluszeit 



Komponenten einer 

modularen SPS 

• Übersicht 

• Baugruppen 

• Zykluszeiten

Modularer Aufbau einer SPS 

Stromversorgung 

CPU-Baugruppe 

Eingangsbaugruppen 

Programmiergerät 

Ausgangsbaugruppen 

Kommunikationsbaugruppen 

Bedieneinheit 

Funktionsbaugruppen 

optional 


Stromversorgung 

• Bereitstellung der 

Betriebsspannung 

– 5 / 10 / 24V 

• Ggf. zusätzliche Wandler 

für Leistungsbaugruppen 

• Batterie zur 

Speicherpufferung 


CPU-Baugruppe 

•Prozessor 

•Speicher 

•Schlüsselschalter 

•EPROM mit Programm 

(‏optional‏)‏ 

•Speicherkarte 

•Programmierschnittstelle 

(‏optional‏)‏ 


Eingabebaugruppen 

•Digitaleingabebaugruppen 

•DC 24 V, AC 120/230 V, f

Ausgabebaugruppen 

•Digitalausgabebaugruppe 

•Lastspannung DC24V, 

AC120/230V 

•Spezifizierte 

Strombelastbarkeit 

•Potenzialtrennung 

•Lokale Anzeigen 

•f < 100 Hz 

• Analogausgabebaugruppen 

•Spannung (+- 10 V) 

•Strom (0 bis 20 mA) 

•Auflösung 12-15 bit 

•Alarmierung bei Fehlern 


Kommunikationsbaugruppen 

•Feldbusse (ASI, Profibus ...) 

•Industrial Ethernet 

•Programmierschnittstellen 

•Serielle Schnittstellen 

•RS232, RS422, RS485 

•z.B. für Waagen 


Funktionsbaugruppen 

•Positionierbaugruppen 

•Reglerbaugruppen 

•Nockensteuerwerke 

•Zählerbaugruppen 

•Uhrenbaugruppen 

•Bildauswertungsmodul 

•usw. 


Bedieneinheiten 

•Operator Panels 

•Touch Screens 

•Text Displays 

•Tastaturen 


Programmiergeräte 

•Handprogrammiergeräte: 

•kleinere Projekte, z.B. 

Fehlersuche, Kontrolle und 

Anpassung vor Ort 

•überwiegend textbasierte 

Programmierung 

•Bildschirmprogrammiergeräte 

•große Funktionalität 

•gute Debugging- 

Möglichkeiten 

•übersichtliche Darstellung 

•grafische Programmierung 

•Simulation 


Gibt es die SPS? 

• Mehr als 100 verschiedene Hersteller 

• Verschiedene Grundtypen 

• Modulare SPS: Wie vorgestellt, Bausteinkonzept 

• Kompakt SPS: alle Funktionen in einem Block 

• Slot SPS: SPS als Steckkarte eines Industrie PCs 

• Soft SPS: SPS als Software auf einem Industrie PC, Ankopplung an 

Prozess über IO-Karten 

• Auswahlkriterien 

(‏Ersatz • Preis (Anschaffung, Projektierung, Wartung, 

• Funktionalität (Leistung µP, Baugruppen, Erweiterbarkeit, Ausfallsicherheit, 

(‏Zertifizierbar 

• Integration (CAE, Programmiersystem, Kommunikation) 


Herstellerübersicht: Industrie PC als SPS 

www.beck-ipc.com 

www.ferrocontrol.de 

www.festo.de 


Herstellerübersicht 2 

www.keyence.com 

www.kuhnke.de 



www.schneiderelectric.com 

www.phoenix-contact.de 



www.moeller.net 

www.siemens.de 


Kompatibilitätsprobleme 

• Viele (>100) Hersteller von SPS, mit proprietären Standards, die 

Vor- und Nachteile bieten. 

• Nachteil: Anwender müssen häufig mit SPS-Systemen verschiedener 

Hersteller gleichzeitig arbeiten können 

• Schulung, Fehler, … 

• Kommunikation verschiedener SPS-Systeme untereinander nur 

bedingt möglich 

• Kompatibilität zwischen alten und neuen Systemen? 


Lösungsansatz IEC 61131 

• DIN EN 61131 (IEC 61131) legt in 5 Blättern eine weltweite 

einheitliche Basis der SPS-Technik fest. 

• Begriffsbestimmungen und Funktionsmerkmale 

• Elektrische, mechanische und funktionelle Anforderungen 

• Fünf Programmiersprachen 

• Anwenderrichtlinien für alle Projektphasen 

• Kommunikation von SPSen unterschiedlicher Hersteller 

• Die Implementierung der Norm ist bei den Herstellern noch nicht 

abgeschlossen ! 

• PLCOpen – Gesellschaft zur Förderung herstellerübergreifender PLC- 

Programmierung 


Ein wenig Geschichte… 

(John & Tiegelkamp 2001) 


61131-3 SPS-Softwaremodell 

Konfiguration 

Task 

Ressource 

Task 

Task 

Ressource 

Task 

Programm 

Programm 

Programm 

Programm 

Pfad des 

Variablenzugriffs 

Variable 

FB 

FB 

FB 

FB 

Pfad der 

Ausführungs- 

Steuerung 

FB 

Funktionsbaustein 

Global und direkt dargestellte Variablen und Instanz-spezifische 

Initialisierungen 

Zugriffspfad 


Konfiguration 

Task 

Ressource 

Task 

Task 

Ressource 

Task 

Programm 

Programm 

Programm 

Programm 

FB 

FB 

FB 

FB 

61131-3 Softwaremodell 

Global und direkt dargestellte Variablen und Instanz-spezifische 

Initialisierungen 

• Konfiguration: 

• SPS-System, enthält ggf. mehrere Ressourcen (~SPS) 

• Ressource: 

• Signalverarbeitungsfkt incl. Sensor/Aktorschnittstellen (~CPU+IO-Bus) 

• Enthält ggf. mehrere Programme 

• Programm 

Zugriffspfad 

• wird unter Steuerung von Tasks ausgeführt 

• Kann mehrere Funktionsbausteine oder andere Sprachelemente enthalten 


Programmorganisationseinheiten (POE) 

• Programm (PRG): Hauptprogramm 

• Zuordnung der Peripherie 

• Globalen und lokale Variablen 

• Kann FB und FC aufrufen 

• Funktionsbaustein (FB): Baustein 

• Eingangs- und Ausgangsvariablen 

• statische Variablen (= Gedächtnis) 

• Kann FB und FC aufrufen 

• Funktion (FC): Unterprogramm 

• Eingangs- und Ausgangsvariablen 

• Darf keine internen Zustandgrößen besitzen 

• Kann weitere FC aufrufen 


61131-3 Softwaremodell: Starten/Stoppen 

von Konfiguration und/oder Ressourcen 

• Starten einer Konfiguration 

• Schritt 1: Initialisierung der globalen Variablen 

• Schritt 2: Starten aller Ressourcen 

• Starten einer Ressource 

• Schritt 1: Initialisierung aller Variablen der Res. 

• Schritt 2: Freigabe aller Tasks der Res. 

• Stoppen einer Ressource 

• Sperren aller Tasks 

• Stoppen einer Konfiguration 

• Stoppen aller Ressourcen 


Anfangswerte der Variablen beim Starten 

eines Konfigurationselements 

• Verschiedene Anfangswerte möglich: 

• gepufferter Wert (als das KE gestoppt wurde - RETAIN), 

• anwender-spezifizierten Anfangswert, 

• voreingestellter typ-spezifischer Anfangswert 

• Regeln zur Ermittlung des Anfangswertes 

• Warmstart: gepufferte V nehmen gepufferte Werte an 

• Kaltstart: gepufferte V nehmen anw-spez Wert ein, wenn nicht definiert 

typ-spez Wert 

• Nichtgepufferte V nehmen anw-spez Wert ein, wenn nicht definiert typspez 

Wert 

• Eingangsvariblen werden implementierungsabhängig initialisiert 


Wiederanlauf nach Spannungsausfall oder 

Störung 

• Kaltstart: Alle dynamischen Daten (Variablen, Register, Zähler, 

Zeitglieder, Prozessabbid) werden auf definierten Zustand 

zurückgesetzt 

• Automatisch oder manuell 

• Warmstart: Wiederanlauf von einem vorbestimmten Zustand des 

Anwendungsprogramms und vorbestimmer Menge an Rest-Daten 

• Status-Merker zur programmtechnischen Berücksichtigung 

• Heißstart: Alle dynamischen Daten sind unverändert 

• Netzunabhängige Echtzeituhr, um Zeit seit Stromausfall bestimmen zu 

können 



DIN EN 61131 

Fachsprachen 

VL Prozessleittechnik 1 

Professur für Prozessleittechnik

61131-3 Programmiersprachen 

• 61131-3 spezifiziert fünf Programmiersprachen zur 

Implementierung von POE 

• Standardfunktionen und Standardfunktionsbausteine 

• Typwandlungsfunktionen typ1_TO_typ2 

Textbasiert 

Anweisungsliste (AWL) 

Strukturierter Text (ST) 

Grafisch 

Kontaktplan (KOP) 

Funktionsbausteinsprache (FBS) 

Ablaufsprache (AS) 

Urbas (c) 2008-2013 PLT-1::IEC 61131-Fachsprachen Folie 42

Übersicht 

• Beispiel: 

• Setze Ausgang Q1.1 auf 1, wenn folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt 

sind: 

• Eingänge I0.1 oder I0.2 oder Ausgang Q1.1 gesetzt 

• Eingang I0.3 gesetzt 

• Eingang I0.4 gesetzt 

• Zu realisierender boolscher Ausdruck: 

Q1.1 = ( I0.1 ˅ I0.2 ˅ Q1.1) ˄ I0.3 ˄ I0.4 


Lösung in den verschiedenen Fachsprachen 

LD 

OR 

OR 

AND 

AND 

ST 

%IX0.1 

%IX0.2 

%QX1.1 

%IX0.3 

%IX0.4 

%QX1.1 

I0.1 

I0.2 I0.3 I0.4 

S0 

T0 

Step 0 

R Q1.1 

I0.1 

I0.2 

Q1.1 

I0.3 I0.4 Q1.1 

( ) 

I0.3 

I0.4 

Q1.1:=(I0.1 OR I0.2 OR Q1.1) 

AND I0.3 

AND I0.4; 

S1 

T1 

S0 

Step 1 

S Q1.1 

I0.1 

I0.2 

Q1.1 

>1 

I0.3 

I0.4 

& 

Q1.1 

= 


Gemeinsame Elemente der 

Programmiersprachen 

• Zeichensatz 

• Textelemente Spalten 002-007 der ISO/IEC-646 IRV 

• Zusätzlich Kleinbuchstaben (aber nicht case sensitiv), 

# oder £, $ oder ¤, | oder ! 

• Bezeichner: 

• Folge von Buchstaben, Ziffern und Unterstrich 

• Muss mit Buchstaben oder Unterstrich beginnnen 

• Mehrere oder angehängte Unterstriche sind nicht zulässig 

• Mindestens sechs Zeichen werden zur eindeutigen Unterscheidung genutzt, 

Maximum impl.-abh. 

• Leerzeichen, Kommentare (* *), Numerische Literale, 

Zeichenfolgeliteral, Zeitdauer 


Zahlen- und Zeitdauerliterale 

• Zahlen 

• Unterstriche zur Strukturierung erlaubt 

• 100_000_000 3.14159_26 

• Basis 2/8/16 Literale möglich 

• 2#1111_1111 8#377 16#ff 

• Literale mit Typangaben 

• BOOL#0 

UINT#16#FF 

• Zeitdauern 

• kurzes/langes Präfix 

• TIME#14ms 

T#14.7s 

• mit/ohne Unterstrichen 

• t#5d14h12m18s3.5ms t#5d_14h_12m_18s_3.5ms 


Elementare Datentypen 

• Wahrheitswert: 

• BOOL 1 

• Ganzzahl mit/ohne Vorzeichen: 

• SINT 8 , INT 16 , DINT 32 , LINT 64 / USINT 8 , UINT 16 , UDINT 32 , ULINT 64 

• Reele Zahl: 

• REAL 32 , LREAL 64 

• Zeiten: 

• TIME, DATE, TIME_OF_DAY/TOD, DATE_AND_TIME/DT 

• Variabel lange Zeichenkette: 

• STRING 8 , WSTRING 16 

• Bit-Folgen: 

• BYTE 8 , WORD 16 , DWORD 32 , LWORD 64 


Hierarchie der allgemeinen Datentypen 

(zur Festlegung von Ein/Ausgängen von POE) 

ANY 

+---- ANY_DERIVED 

+---- ANY_ELEMENTARY 

+---- ANY_MAGNITUDE 

| +---- ANY_NUM 

| | +---- ANY_REAL 

| | | +---- LREAL, REAL 

| | | 

| | +---- ANY_INT 

| | +---- LINT, DINT, INT, ULINT, SINT, 

| | ULDINT, UDINT, UINT, USINT 

| +---- TIME 

| 

+---- ANY_BIT 

| +---- LWORD, DWORD, WORD, BYTE, BOOL 

| 

+---- ANY_STRING 

| +---- STRING, WSTRING 

| 

+---- ANY_DATE 

+---- DATE_AND_TIME, DATE, TIME_OF_DAY 


Abgeleitete Anwender- oder 

herstellerdefinierte Datentypen 

• TYPE Bezeichner : ... END_TYPE 

• Aufzählung 

– TYPE A_SIG : (SINGLE, DIFF) ; END_TYPE 

• Bereich 

– TYPE A_DATA : INT (-32000..32512) ; END_TYPE 

• Feld 

– TYPE A_8IN : ARARY [1..16] OF A_DATA; END_TYPE 

• Struktur 

– TYPE Bezeichner : STRUCT ... END_STRUCT; END_TYPE 

– Kann geschachtelt werden 


Einzelelementvariablen 

% Q X 7.3 Adresse der Variablen 

Speicherort 

I Eingang 

Q 

M 

Ausgang 

Merker 

X 

kein 

B 

W 

D 

L 

(Einzel-)Bit-Größe 

(Einzel-)Bit-Größe 

Byte(8 Bit)-Größe 

Word(16 Bit)-Größe 

Doppelwort(32 Bit)-Größe 

Langwort(64 Bit)-Größe 

(‏Optional‏)‏ Kennung einer direkten Variablen 

I0.1 

I0.0 

& 

Schalter 1 

Q1.1 & Lampe 

Schalter 2 


IEC 61131-3 Standardfunktionen 1/2 

• Mit einer numerischen Variablen 

• ABS, SQRT, LN, LOG, EXP, SIN, COS, TAN, ASIN, ACOS, ATAN 

• Arithmetische Funktionen 

• ADD * , MUL * , SUB, DIV, MOD, EXPT, 

• Bitfolgefunktionen 

• SHL, SHR, ROR, ROL 

• Bitweise boolsche Standardfunktionen 

• AND * , OR * , XOR * , NOT, 

• Auswahl 

• SEL, MAX * , MIN * , LIMIT, MUX * , 


IEC 61131-3 Standardfunktionen 2/2 

• Vergleich 

• GT * , GE * , EQ * , LE * , LT * , NE 

• Zeichenfolgen 

• LEN, LEFT, RIGHT, MID, CONCAT * , INSERT, DELETE, REPLACE, FIND 

• Zeit (DATE, TIME, TIME_OF_DAY,DATE_AND_TIME) 

• ADD, SUB, CONCAT_DATE_TOD 


IEC 61131-3 Standardfunktionsbausteine 

• Bistabile Funktionsbausteine 

• SR (* vorrangig Setzen *) 

• RS (* vorrangig Rücksetzen *) 

• Flankenerkennung 

• R_TRIG (* steigende Flanke *) 

• F_TRIG (* fallende Flanke *) 

• Zähler 

• CTU, CTU_(D|L|UD|UL)INT 

• CTD, CTD_(D|L|UD|UL)INT 

• Zeitgeber 

(*Aufwärtszähler*) 

(*Abwärtszähler*) 

• TON, TOF (* Ein/Ausschaltverzögerung *) 

• TP (* Puls *) 



Textbasiert 



Grafisch 




Urbas PLT-1::IEC (c) 2008-2013 61131-Fachsprachen Folie 54

Anweisungsliste AWL 

(engl. Instruction List, IL, STEP7: AWL) 

• AWL: universell einsetzbare Maschinensprache, vergleichbar mit 

einem Assembler. 

• Nach wie vor weit verbreitet im SPS-Bereich. 

• wenig Möglichkeiten zur strukturierten Programmierung. 

• In den jeweiligen Implementierungen zum Teil unterschiedliche Operatoren 

und Sprachumfänge 


AWLs „Virtuelle Maschine“ 

• AWL definiert implizit eine virtuelle Maschine mit 

• AKU 

• Variablen (funktionale Speicher) 

• Zentrales Element ist der AKKUMULATOR (AKU) 

• Grundlegende Semantik von Operatoren 

• Ergebnis := Ergebnis Operator Operand 

• Ergebnis und Operand müssen denselben Datentyp besitzen 

• Formale Syntax: 

[Marke:] Operator Operand [(* Kommentar *)] 


Modifzierer für Negation, Zurückstellung, 

bedingte Auswertung 

• N: Negation 

• ANDN %IX2 

Erg := Erg AND NOT %IX2 

• (: Zurückstellung der Auswertung bis zum Operator ) 

• AND( %IX1 

OR %IX2 

) 

Erg := Erg AND (%IX1 OR %IX2) 

• C: Bedingung, Anweisung wird nur durchgeführt, wenn der 

vorherige Ausdruck eine boolsche 1 ergeben hatte 

• Achtung: Modifizierer gelten nur für bestimmte Befehle 


Operatoren der Anweisungsliste 

Nr. Operator N ( C Bedeutung 

1 LD N Erg := Operand 

2 ST N Operand := Erg 

3 S, R Operand := (bool) Erg 

4-7 AND,&,OR,XOR N ( Erg := Erg OP Operand 

7a NOT Einerkomplement 

8-11a ADD,SUB,MUL, 

DIV,MOD 

12-17 GT,GE,EQ,NE,LE, 

LT 

( Erg := Erg OP Operand 

( Erg := Erg OP Operand 

18-20 JMP, CAL, RET N C Sprung, Aufruf, Rücksprung 

21 ) Bearbeitung rückgesteller OP 


Funktionsaufruf 

• Eintrag Funktionsname in Operatorfeld 

• Argumente als nicht-formale Eingangsliste 

LIMIT(1,B,5) 

Argumente als formale Eingangsliste 

LIMIT( 

) 

EN:=COND, 

IN:=B, 

MN:=1, 

MX:= 5, 

ENO => TEMPL 

• Zurückgegebener Wert (RET) wird Ergebnis 

• ST A 


Einschub: Ausführungssteuerung mit 

EN/ENO 

• Für Funktionen und Funktionsbausteine können ein zusätzlicher 

Freigabeeingang EN (Enable) und Ausgang ENO (Enable Out) oder 

beide zur Verfügung gestellt werden 

VAR_INPUT EN: BOOL := 1 ; END_VAR 

VAR_OUTPUT ENO: BOOL ; END_VAR 

• EN == False 

• Operation wird nicht ausgeführt, durch SPS 

ENO := False 

• ENO == False 

• Werte der Funktionsausgänge undefiniert 

• Tatsächlicher Wert implementierungsabhängig 


Funktionsbausteinaufruf 

• Aufruf FBS mit nicht-formaler oder formaler Argumentliste 

• CAL C10(%IX10, FALSE, A, OUT, B) 

• CAL C10( 

CU := %IX10, 

Q=> OUT) 

• Aufruf mit Laden/Speichern 

von Argumenten 

• LD A 

ST C10.PV 

LD %IX10 

ST C10.CU 

CAL C10 

mit FBS-Eingangs 

Operatoren 

LD A 

PV C10 

LD %IX10 

CU C10 


Unvollständige formale Argumentliste oder 

Eingangsoperatoren 

• Fehlende Argumente werden von der letzten Zuweisung (ggf. 

Initialisierung) übernommen 

• Fehlende Argumente ändern sich also nicht! 

• Beispiel 

VAR C10: CTU; 

LD 15 

PV C10 

• Zähler C10 wird bei steigender Flanke auf Eingang CU inkrementiert 

• CU ist nicht angegeben 

keine Änderung, Zähler zählt nicht! 


AWL Beispiel 

LD %IX0.1 (* Lade Eingang 0.1 in Akku *) 

OR %IX0.2 (* Akku=Akku oder Eingang 0.2 *) 

OR %QX1.1 (* Akku=Akku oder Ausgang 1.1 *) 

AND %IX0.3 (* Akku=Akku und Eingang 0.3 *) 

AND %IX0.4 (* Akku=Akku und Eingang 0.4 *) 

ST %QX1.1 (* Ausgang 1.1=Akku *) 



Textbasiert 



Grafisch 





Strukturierter Text 

(engl. Structured Text, ST, STEP7 SCL) 

• Pascal-ähnliche, höhere Programmiersprache 

• Vorteile: 

• sehr kompakte Formulierung 

• abstrakte maschinenferne Befehle 

• übersichtlicher Aufbau durch Anweisungsblöcke 

• umfangreiche, komplexe Aufgaben realisierbar 

• Nachteile: 

• Qualität des Maschinencode ist abhängig von Compiler (Übersetzer). 

• Bei einigen Compilern Effizienzverlust zur Laufzeit durch höhere 

Abstraktion (ST-Code i.d.R. langsamer als AWL-Code) 


Ausdrücke 

• Auswertungsreihenfolge 

• Rangfolge (Punkt vor Strich): 

• Auswertung von links nach rechts: 

• Auswertung linker Operand zuerst: 

• Boolsche Ausdrücke 

• Lazy Evaluation ist erlaubt: 

• Operatoren 

• Funktionsaufruf, e.g. SIN(A) 

• - (Negation), NOT, **, *, / MOD, +, -, 

• ,=, =, 

• &, AND, XOR, OR 

A+B*C 

A+B+C 

SIN(A)*SIN(B) 

(A>B)&(C>D) 


Anweisungen 

• Zuweisung: 

• FBS-Aufruf: 

• Bed. Ausführung: 

A := B; C := SIN(X); 

TMR(IN:=%IX5, PT:=T#300ms); 

A := TMR.Q; 

IF B1 THEN … ELSIF B2 THEN … 

ELSE … END_IF; 

• Falluntersch.: CASE B1 OF 

1,5: … 

7..10: … 

ELSE … END_CASE; 

• Wiederholung: 

FOR I:= 1 TO 3 DO … END_FOR; 

WHILE B1 DO … END_WHILE; 

REPEAT … UNTIL B1 END_REPEAT; 


ST Beispiele 

(Viele Wege führen nach Rom) 

• Beispiel 1: 

Q1.1:=(I0.1 OR I0.2 OR Q1.1) AND I0.3 AND I0.4; 

• Beispiel 2: 

M = Q1.1; Q1.1:=0; 

IF (I0.1 OR I0.2 OR M) THEN 

IF (I0.3 AND I0.4) THEN 

Q1.1:=1; 

END_IF; 

END_IF; 

• Negativbeispiel 3: 

Q1.1:=((I0.1+I0.2+Q1.1)>0)*I0.3*I0.4 



Textbasiert 



Grafisch 





Kontaktplan KOP 

(engl. Ladder Diagramm, LD, STEP7: KOP) 

• Funktionen werden durch Schaltsymbole aus der Elektrotechnik 

dargestellt: 

• Schließer, Öffner usw., die schaltbildähnlich zu Netzwerken 

zusammengefügt werden. 

• An den Seiten befinden sich zwei Stromschienen, zwischen denen die 

(‏Computer/Textschreiben Relaislogik liegt (90° Drehung zur Anpassung an 

• Programmiersprache beschränkt sich im Wesentlichen auf boolsche 

Signale 

• Reihenschaltung: 

• Parallelschaltung: 

• Negation: 

UND 

ODER 

Arbeitskontakt / Ruhekontakt 


KOP Beispiel 

I0.1 

I0.2 

I0.3 I0.4 Q1.1 

( ) 

Q1.1 

Eingang: Schaltkontakt --| |-- 

Ausgang: Relaisspule --( )-- 

Negation: --|/|-- 

--(/)-- 



Textbasiert 



Grafisch 


Funktionsbausteinsprache 



Funktionsbausteinsprache FBS 

(engl. Function Block Language, FB, STEP7: FUP) 

• Symbolik der Digitalen-Schaltungen 

• UND- , ODER-Gatter, 

• INVERTIERTER Eingang, usw. 

• gut strukturierte und übersichtliche Programmierung bool´scher 

Verknüpfungen. 

• Grafisch anschauliche Programmierung des Informationsfluss von 

ganzzahligen und Gleitkomma-Operationen. 


FBS Beispiel 

I0.1 

I0.2 

Q1.1 

>1 

I0.3 

I0.4 

& 

Q1.1 

= 



Textbasiert 



Grafisch 



Ablaufsprache (AS)

Ablaufsprache AS 

(engl. Sequential Function Chart Language, SFC) 

• Industrielle Automatisierungsaufgaben lassen sich häufig als 

Sequenz einzelner Schritte darstellen. 

• Die Ausführung der Schritte hängt vom Erreichen einer Bedingung ab 

• Verschiedene Schritte können/müssen auch parallel ausgeführt werden 

• Vereinfachte Petrinetze: 

• Übergang von einem Schritt zu einen oder mehreren (parallelen) 

folgenden Schritten erfolgt durch eine Übergangsbedingung (Transition). 

• Aktionen und Transitionen werden in einer der vorgenannten Sprachen 

spezifiziert. 


AS Beispiel 

I0.1 

I0.2 I0.3 I0.4 

S0 

T0 

Step 0 

R Q1.1 

I0.3 

I0.4 

S1 

T1 

Step 1 

S Q1.1 

S0 


Siemens STEP 7 vs. IEC 61131-3 

• Aus TIA, Anhang II, IEC 61131: 

• Die Programmiersprachen KOP und FUP entsprechen den in der Norm DIN 

EN 61131-3 (int. IEC 61131-3) festgelegten Sprachen „Kontaktplan“ und 

„Funktionsbaustein-Sprache“. […] 

• AWL entspricht der in der Norm DIN EN 61131-3 (int. IEC 61131-3) 

festgelegten Sprache „Anweisungsliste“, wobei hinsichtlich der Operationen 

wesentliche Unterschiede bestehen. […] 

• Die Ablaufsprache S7-GRAPH entspricht der in der Norm DIN EN 61131-3 

(int. IEC 61131-3) festgelegten Sprache „Sequential Function Chart“. 

(‏Zustandsgraphen‏)‏ • Zusätzlich S7-HiGraph

PLT-Detail: IEC 61131 - Fakultät Elektrotechnik und ...

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