Was ist die zyklische Ausführung einer SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung)? Beschreibe die Schritte eines Zyklus’.
Die Steuerung durchläuft kontinuierlich einen festen Zyklus.
- Interne Checks
- Eingänge lesen: Pufferwerte im PII
- Eingangswerte nur zu diesem Zeitpunkt gelesen - Programmausführung: Lesen aus PII und Schreiben in PIO
- PII (Prozessabbild der Eingänge)
- Prozessabbild der Ausgänge (PIO) - Ausgänge schreiben
- die Ausgaben werden erst nach der vollständigen Verarbeitung des Programms und der Durchführung der internen Checks an die Hardware weitergegeben
Zyklische Ausführung einer SPS: Was sind die worst-case Annahmen?
- Erste Worst-Case-Annahme: Die Änderung des Eingangs erfolgt unmittelbar, nachdem die Eingangswerte zu Beginn des Zyklus gelesen wurden. Das bedeutet, dass das System erst im nächsten Zyklus darauf reagieren kann.
- Zweite Worst-Case-Annahme: Die Änderung des Ausgangs erfolgt ganz am Ende des Zyklus, was zur längstmöglichen Verzögerung führt, bevor das System auf die Änderung des Eingangs reagiert.
Wie hängt die maximale Reaktionszeit mit der maximalen Zykluszeit zusammen?
Kurz: MRZ = 2*MZZ
MRZ = maximale Reaktionszeit
MZZ = maximale Zykluszeit
Die maximale Reaktionszeit ist direkt mit der Zykluszeit der SPS verbunden. Im Worst-Case-Szenario beträgt die maximale Reaktionszeit ungefähr das Doppelte der Zykluszeit, da die Änderung des Eingangs unmittelbar nach dem Lesen der Eingänge auftreten kann (was die volle Dauer eines Zyklus erfordert, bevor sie verarbeitet wird) und die Änderung des Ausgangs am Ende des nächsten Zyklus erfolgen kann, was eine zusätzliche Verzögerung um die Dauer eines weiteren Zyklus bedeutet.
Wann können Änderungen im SPS vorgenommen? (maximal Reaktionszeit auf eine Änderung eines Eingangssignals)
Die maximal Reaktionszeit ist die Zeit die eine SPS benötigt, um auf eine Änderung eines Eingangssignals zu reagieren. Diese Reaktionszeit ist im schlimsmten Fall von der Zykluszeit der SPS abhängig
Was bedeutet Logic Control bzw. Diskrete Steuerung?
Logic Control oder Diskrete Steuerung bedeutet, dass das System mit diskreten Zuständen arbeitet, wie z. B. „An“ oder „Aus“. Es geht um das Steuern von Prozessen, die nur eine begrenzte Anzahl von Zuständen annehmen können. Beispiele sind das Ein- oder Ausschalten von Maschinen oder das Erkennen von oberen und unteren Grenzwerten in einem Prozess.
Was bedeutet Continuous Control/kontinuierliche Regelung?
Continuous Control bedeutet, dass das System mit kontinuierlichen Werten arbeitet. Es regelt Prozessgrößen, die über einen Bereich von Werten variieren können, wie z. B. die Temperaturregelung oder Drucksteuerung. Diese Regelungen funktionieren mit analogen Signalen, die ständige Anpassungen erfordern, um die gewünschten Prozesswerte aufrechtzuerhalten.
Was ist ein PLC (Programmable Logic Control/SPS (Speicherprogrammierbare Steurung)?
Eine PLC ist ein speicherprogrammierbares Steuergerät, das zur Automatisierung von Maschinen und Prozessen verwendet wird. Es ermöglicht die programmierbare Steuerung und Regelung von Prozessen in Echtzeit, indem es Eingaben von Sensoren verarbeitet und Ausgaben an Aktoren weitergibt.
Was ist der Unterschied zwischen SPS und Microcontroller?
- SPS sind speziell für die Steuerung von industriellen Prozessen entwickelte Geräte, die robust und oft modular erweiterbar sind. Sie sind auf Zuverlässigkeit und Langlebigkeit in der Industrie ausgelegt.
- Ein Microcontroller hingegen ist ein kleiner, eingebetteter Computer auf einem Chip, der in verschiedensten Anwendungen wie Automobilsteuerungen oder Unterhaltungselektronik verwendet wird. Er ist oft weniger robust als eine SPS und wird in Embedded Systems für spezifische Aufgaben verwendet.
Was sind Functions und Functions Blocks?
Zu Deutsch: Funktionen vs. Funktiosnblöcke
- Funktionen sind stateless, was bedeutet, dass sie keinen internen Zustand speichern und nur einen definierten Ausgang für einen bestimmten Eingang liefern. Sie führen spezifische Berechnungen durch.
- Funktionsblöcke speichern dagegen einen internen Zustand über die Zyklen hinweg. Sie sind für komplexere, zustandsbehaftete Aufgaben geeignet, wie zum Beispiel Timer oder Zähler, die während des Programmablaufs ihren Zustand behalten.
Was ist der Unterschied zwischen FB (Functions Blocks/Funktiosnblöcke) und LD (Ladder Diagram)?
- FB (Funktionsblöcke): Eine der standardisierten Programmiersprachen für SPS nach IEC 61131-3. Funktionsblöcke werden verwendet, um Logik oder Steuerungsaufgaben mithilfe von Bausteinen (z. B. AND, OR) darzustellen. Diese Blöcke können interne Zustände speichern.
- LD (Ladder Diagram): Eine grafische Programmiersprache, die auf der Darstellung von Relaislogik basiert. Es verwendet Symbole wie Schalter und Spulen, um logische Steuerungen darzustellen.
Was ist ein Edge Trigger?
- Ein Edge Trigger (Flankentrigger) ist ein Mechanismus in der SPS-Programmierung, der eine Aktion auslöst, wenn eine Signaländerung (Flanke) erkannt wird. Es gibt zwei Arten von Flankentriggern:
–> Rising Edge (steigende Flanke): Löst aus, wenn ein Signal von 0 auf 1 wechselt.
–> Falling Edge (fallende Flanke): Löst aus, wenn ein Signal von 1 auf 0 wechselt. Diese werden häufig verwendet, um sicherzustellen, dass eine Aktion nur einmal ausgeführt wird, wenn ein Signal wechselt, und nicht jedes Mal, wenn das Signal gelesen wird.
Was sind Standard Function Blocks
vordefinierte Funktionsbausteine, die in der SPS-Programmierung nach der Norm IEC 61131-3 zur Verfügung stehen
z.B. Timer Funktionsbausteine: TON, TOF, TP
Beschreibe Timing Diagram for TON (Einschaltverzögerung).
Der TON (Timer ON-Delay) schaltet den Ausgang nach einer definierten Verzögerungszeit PT ein, sobald der Eingang IN auf 1 gesetzt wird.
- Solange der Eingang IN aktiv ist, zählt der Timer ET (Elapsed Time) bis zur voreingestellten Zeit PT hoch.
- Sobald ET den Wert PT erreicht, wird der Ausgang Q auf 1 gesetzt.
- Wird der Eingang IN vor Ablauf der Zeit auf 0 gesetzt, bleibt Q auf 0.
Beschreibe Timing Diagram for TOF (Ausschaltverzögerung).
Der TOF (Timer OFF-Delay) verzögert das Ausschalten eines Ausgangs.
- Wenn der Eingang IN auf 1 gesetzt ist, bleibt der Ausgang Q aktiv (auf 1).
- Sobald IN auf 0 wechselt, wird der Timer aktiviert, und ET beginnt bis zur voreingestellten Zeit PT zu zählen.
- Nach Ablauf der Zeit wird Q auf 0 gesetzt.
Beschreibe Timing Diagram for TP (Impuls Timer).
Der TP (Pulse Timer) erzeugt einen Impuls, wenn der Eingang IN auf 1 gesetzt wird.
- Sobald IN aktiviert wird, bleibt der Ausgang Q für eine voreingestellte Zeit PT aktiv.
- Nach Ablauf der Zeit wird Q wieder auf 0 gesetzt, unabhängig davon, ob IN noch aktiv ist oder nicht.
Was ist die Instruction List?
Die Instruction List (IL) ist eine der fünf standardisierten Programmiersprachen nach IEC 61131-3 für SPS. Sie basiert auf einer textbasierten Programmierung und besteht aus einer abstrakten Liste von Befehlen.
- Diese Befehle entsprechen den Operationen, die in der SPS ausgeführt werden sollen, wie z. B. das Laden eines Werts in den Speicher oder das Vergleichen zweier Werte.
- IL wird häufig mit Assembler verglichen, da es eine ähnliche Struktur hat. Es eignet sich für einfache und kompakte Steuerungsprogramme, ist jedoch nicht so visuell wie Sprachen wie Ladder Diagram (LD) oder Function Block Diagram (FBD).
Was sind Sequential Controllers (Ablaufstuerung)?
Sequential Controllers (Ablaufsteuerungen) steuern Prozesse, die in einer vordefinierten Reihenfolge ablaufen. Jeder Schritt im Prozess wird nacheinander ausgeführt, und der Übergang zwischen den Schritten erfolgt, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind.
- Ein Beispiel für eine Ablaufsteuerung ist die Steuerung einer Produktionsmaschine, bei der nacheinander Material geladen, verarbeitet und entladen wird. Jeder Schritt wird erst ausgeführt, wenn der vorherige abgeschlossen ist.
- Ablaufsteuerungen können in Sequential Function Charts (SFC) programmiert werden, die eine visuelle Darstellung der Abfolge von Schritten bieten.
Was sind Sequential Function Charts (SFC) (Ablaufsteuerungssprache)?
Sequential Function Charts (SFC) sind eine grafische Sprache zur Programmierung von Ablaufsteuerungen, die nach der Norm IEC 61131-3 standardisiert ist. SFC stellt Abläufe als eine Abfolge von Schritten und Transitionen dar:
- Schritte repräsentieren einen bestimmten Zustand oder eine Aktivität.
- Transitionen sind Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit der Ablauf von einem Schritt zum nächsten übergeht. Diese Struktur wird verwendet, um sequentielle Steuerungsprozesse in industriellen Anwendungen zu modellieren, z. B. Maschinensteuerungen, bei denen eine spezifische Reihenfolge von Aktionen durchgeführt wird.
Wie sind die Feuerregeln in SFC?
In SFC (Sequential Function Charts) wird eine Transition “abgefeuert”, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
- Alle vorherigen Schritte müssen aktiv sein.
- Alle nachfolgenden Schritte müssen inaktiv sein.
- Die Transitionsbedingung muss wahr sein.
- Wenn die Transition ausgelöst wird, werden die vorhergehenden Schritte inaktiv, und die nachfolgenden Schritte werden aktiv. Dies ermöglicht das Fortschreiten im Ablauf der Steuerung.
Bette die SF-Ausführung in den SPS-Scan-Zyklus ein.
Die SF-Ausführung (SFC) wird in den SPS-Scan-Zyklus eingebettet, indem sie in den standardmäßigen Ablauf des Zyklus integriert wird:
- Eingänge lesen: Die Eingabewerte von Sensoren oder anderen Eingängen werden in den Puffer geladen.
- Aktionen oder Programme für aktive Schritte ausführen: Das Steuerungsprogramm führt die definierten Aktionen für die aktiven Schritte aus.
- Transitionen überprüfen: Es wird geprüft, ob die Transitionsbedingungen erfüllt sind, um zu bestimmen, welche Transitionen ausgelöst werden können.
- Transitionen ausführen: Wenn Transitionen ausgelöst werden, wechseln die Schritte entsprechend.
- Ausgänge schreiben: Die berechneten Ausgabewerte werden an die Aktoren oder andere Ausgabegeräte gesendet.
