Man unterscheidet grundsätzlich zwischen verbindungsprogrammierten und speicherprogrammierbaren Steuerungen.
Die verbindungsprogrammierte Steuerung ist eine Schütz- oder Relaissteuerung, wie sie bisher in der Steuerungstechnik üblich war. Durch Verbunden oder Verdrahten der einzelnen Schaltelemente wird die Wirkungsweise der Steuerung festgelegt. Will man eine Schützsteuerung realisieren, so muß die Funktion vorher bekannt sein.
In Bild 1.1 ist eine Selbsthalteschaltung mit zwei Ein- und zwei Austastern dargestellt. Wird der Taster S3 oder der Taster S4 betätigt, so zieht das Schütz K1 an und hält sich über den Haltekontakt von K1 selbst. Wird einer der beiden Taster S1 bzw. S2 betätigt, so fällt das Schütz K1 ab.
Bild 1.1 Selbsthalteschaltung
Bild 1.2 Haltegliedsteuerung
In Bild 1.2 ist eine Haltegliedsteuerung mit Zweihandein- und Zweihandaus-Verriegelung dargestellt. Werden die Taster S3 und S4 gleichzeitig gedrückt, so zieht das Schütz K1 an. Werden die Taster S1 bzw. S2 gleichzeitig gedrückt, so fällt das Schütz K1 wieder ab.
Will man mit den gleichen Schaltelementen eine andere Funktionen erreichen, so muß umverdrahtet werden!
Bild 1.3 Speicherprogrammierbare Steuerung
Bei der speicherprogrammierbaren Steuerung (Bild 1.3) werden die Schaltelemente an die Eingänge des Automatisierungsgeräts (AG) angeschlossen, die Betätigungsspulen an die Ausgänge. Die Wirkungsweise der Steuerung wird in einem Programm festgelegt. Das Programm wird mit einem Programmiergerät, z.B. PG 605 U der Fa. Siemens, in den Programmierspeicher geschrieben. Soll nun die Selbsthalteschaltung von Bild 1.1 in die Zweihandein- und Zweihandaus-Verriegelung von Bild 1.2 umgewandelt werden, so wird nicht die Verdrahtung, sondern der Inhalt des Programmierspeicher mit dem Programmiergerät verändert.
Bild 1.4
Ein Speicher besteht aus 512, 1024, 2038 usw. Speicherzellen. Diesen Speicherzellen sind die Adressen von 0 bis 511, 1023 oder 2037 zugeordnet. Es ist üblich, die Anzahl der Speicherzellen eines Speichers in Vielfachen von 1 K anzugeben (1 K ist die Abkürzung für die Zahl 1024). In jede Speicherzelle kann mit Hilfe des Programmiergeräts eine Steuerungsanweisung geschrieben werden (Bild 1.4).
Mit RAM bezeichnet man einen in Halbleitertechnik gebauten Schreib-Lese-Speicher. Er hat eine bestimmte Anzahl von Speicherplätzen. Jeder Speicherplatz hat eine festgelegte Speicherkapazität. Er kann also eine Information bestimmter Bitlänge aufnehmen. Die einzelnen Speicherplätze sind mit Adressen gekennzeichnet. Mit Hilfe dieser Adressen können Speicherzellen angewählt werden. Ein RAM-Speicher arbeitet also mit wahlfreiem Zugriff.
Bild 1.5 Schreib-Lese-Speicher (RAM)
Man kann sich einen RAM als Schrank mit vielen Schubladen vorstellen. Jede Schublade trägt außen die Adreßnummer, und man kann Daten (Anweisung) in die Schublade einlegen oder wieder herausholen, genau wie es elektronisch bei einem RAM-Speicher möglich ist.
Die Bezeichnung RAM ist die Abkürzung von Random Access Memory (Speicher mit wahlfreiem Zugriff). Eine Speicherzelle wird mit Hilfe ihrer Adressen angewählt. In sie wird eine Information eingeschrieben. Zur Informationsausgabe wird die Speicherzelle erneut mit ihrer Adresse angewählt. Die Information wird ausgelesen, ohne daß der Infomrationsinhalt der Speicherzelle gelöscht wird. Wird die Information nicht mehr benötigt, kann sie gelöscht und die Speicherzelle mit neuen Informationen geladen werden. RAM-Speicher sind jedoch flüchtige Speicher. Bei Ausfall der Speisespannung geht der Speicherinhalt verloren. Er muß deshalb mit einer Batterie nullspannungssicher gemacht werden. Auch ein Transport dieses Speichers ist nicht ohne besondere Maßnahmen möglich.
Festwertspeicher enthalten eine nicht löschbare und nicht veränderbare Information. Die Bezeichnung ROM ist die Abkürzung von Read Only Memory (Nur-Lese-Speicher). Die Information wird vom Hersteller eingegeben
Bild 1.6 Nur-Lese-Speicher (ROM)
Ein ROM ist mit einem Buch vergleichbar. Die in ihm enthaltene Information ist jederzeit auslesbar. Es ist aber nicht möglich, die Information gegen eine andere auszutauschen. In einem ROM speichert man häufig benötigte Informationen, z.B. Steueranweisungen bzw. Programme sowie Tabellen. Es wäre z.B. möglich, die Lohnsteuertabelle in ein ROM einzuspeichern. Bei Bedarf könnten dann die einzelnen Tabellenwerte ausgelesen werden.
PROM ist die Abkürzung für Programmable Read Only Memory (programmierbarer Nur-Lese-Speicher). Da es meist nicht möglich ist, schon im ersten Anlauf ein fehlerfreies Programm zu erstellen, gibt es für die Entwicklungsphase besondere ROMs, die der Anwender mit Hilfe eines entsprechenden Programmiergeräts selbst programmieren kann. Diese PROMs sind auch für Kleinserien oder Einzellösungen sehr nützlich, wenn sich die Herstellung von maskenprogrammierten ROMs nicht lohnt.
EPROM ist die Abkürzung für Erasable Programmable Read Only Memory (löschbarer, programmierbarer Festwertspeicher). Der Inhalt des EPROM ist in seiner Gesamtheit durch UV-Licht löschbar und danach wieder programmierbar. Er kann ohne Informationsverlust transportiert werden. Es ist jedoch eine Programmier- und Löscheinrichtung notwendig. Die Löschzeiten liegen zwischen 14 und 45 Minuten.
Ideal wäre also ein elektrisch lösch- oder änderbarer Festwertspeicher (nichtflüchtiger RAM). EEPROM ist die Abkürzung für Electrically Erasable Programmable ROM. Man bezeichnet diesen Speicher auch als E²-PROM. Er erfüllt diese Bedingungen: Im EEPROM läßt sich jede einzelne Speicherzelle neu bescheiben.
In der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) werden die Begriffe aus der Daten- bzw. Informationsverarbeitung verwendet.
Das Bit ist die Einheit für ein binares (zweiwertiges) Signal.
Bild 1.7 Der industrielle Schalter ist ein binärer Signalgeber
Bild 1.8 Binäres Signal
In der englischsprachigen Literatur ist der Begriff Bit (Binary Digit) als kleinste informationstechnische Einheit geläufig und wurde ins Deutsche übernommen. Das Bit kann nur den Signalzustand 1 oder 0 annehmen
Für eine Einheit von 8 Binärzeichen wurde der Begriff Byte (sprich bait) eingeführt. Ein Byte hat also die Länge von 8 Bit. In einem Automatisierungsgerät (AG) werden z.B. die Signalzustände von 8 Eingängen, 8 Ausgängen oder 8 Merkern in eine Eingangsbyte (EB), Ausgangsbyte (AB) bzw. Merkerbyte (MB) zusammengefaßt.
Eine Folge von Binärzeichen, die in einem bestimmten Zusammenhang als Einheit betrachtet wird, kann man als Wort bezeichnet.
Eine Steuerungsanweisung hat bei der SIMATIC S5-100 U 1 Wort, 2 Byte oder 16 Bit. Im Automatisierungsgerät werden 16 Eingänge, 16 Ausgänge bzw. 16 Merker zu einem Eingangswort (EW), Ausgangswort (AW) bzw. Merkerwort (MW) zusammengefaßt.
Ein Doppelwort (DW) hat 2 Wörter, 4 Byte oder 32 Bit.
Zum Verständnis des dualen Zahlensystems ist es zunächst erforderlich, das Dezimalsystem zu betrachten. Hier soll die Zahl 145 aufgegliedert werden: Die 1 stellt dabei die Hunderter dar, die 4 steht für die Zehner, die 5 für die Einer. Eigentlich mußte man 145 so schreiben: 100`+40+5. Es ist jedoch bekannt: Wenn die 1 auf der dritten Stelle von rechts steht, bedeutet sie 100. Schreibt man den Ausdruck 100+40+5 mit Hilfe von Zehnerpotenzen (Bild 1.9), so stellt man fest, daß jeder Stelle innerhalb der Zahl eine Zehnerpotenz zugeordnet ist. Das gilt grundsätzlich für jede Dezimalzahl.
Bild 1.9
Das duale Zahlensystem, auch kurz Dualsystem genannt, kennt nur die Ziffern 0 und 1. Es ist also binäres Zahlensystem. Jeder Stelle innerhalb einer Dualzahl ist eine Zweierpotenz zugeordnet. Bild 1.10 zeigt den Aufbau des Dualsystems. In Bild 1.11 sind die Dezimalzahlen den Dualzahlen gegenübergestellt.
Bild 1.10 Dualsystem
Bild 1.11 Gegenüberstellung von Dezimalzahlen und Dualzahlen
Bild 1.12
Das hexadezimale Zahlensystem – auch Hexadezimalsystem und Sedezimalsystem genannt – gehört zu den Stellenwertsystemen. Als Stellenwerte werden Potenzen der Zahl 16 verwendet. Das Hexadezimalsystem ist also ein Sechzehner-Zahlensystem. Jeder Stelle innerhalb einer Hexadezimalzahl ist eine Sechzehner-Potenz zugeordnet. Man benötigt mit der Null insgesamt 16 Ziffern. Für die Ziffern 0 bis 9 verwendet man das Dezimalsystem, für die Ziffern 10 bis 15 die Buchstaben A, B, C, D, E und F (Bild 1.12).
Die Buchstabenfolge BCD ist die Abkürzung des englischen Ausdrucks Binary Coded Decimals, das bedeutet auf deutsch binär codierte Dezimalziffer. Die Bezeichnung BCD-Code ist nicht ganz eindeutig, denn es sind unterschiedliche BCD-Codes möglich; besser ist die Bezeichnung 8-4-2-1-Code. Es geht bei diesem Code zunächst einmal darum, die Dezimalziffern durch 0 und 1 darzustellen. Das geschieht mit Hilfe des dualen Zahlensystems. Die Dezimalziffer mit dem höchsten Wert ist dabei die 9. Man benötigt zur Darstellung der 9 Zweierpotenzstellen bis 2³, also insgesamt 4 Stellen (Bild 1.13).
Bild 1.13 binäre Stelle ist 1 Bit
Bild 1.14 Der BCD-Code
Weil die Darstellung der größten Dezimalziffer 4 binäre Stellen verlangt, ist grundsätzlich für jede Dezimalziffer eine Vierstelleneinheit, eine sogenannte Tetrade, vorgesehen. Der BCD-Code (8-4-2-1-Code) ist also ein 4-Bit-Code. Bild 1.14 zeigt den gesamten BCD-Code.
Es ist sehr einfach, Dezimalzahlen im BCD-Code wiederzugehen. Jede Dezimalziffer wird einzeln codiert. Die Zahl 285 besteht aus drei Dezimalziffern. Jede Dezimalziffer wird einzeln codiert. Die Zahl 285 besteht aus drei Dezimalziffern. Jede Dezimalziffer erscheint im BCD-Code als Vierstelleneinheit (Tetrade), siehe Bild 1.15.
Bild 1.15
Die Bit-Muster kann man auf die Eingänge bzw. auf die Ausgänge der SPS übertragen. Jedes Bit läßt sich einem Eingang bzw. Ausgang zuordnen, somit wird ein Zeitwert oder Zählwert von außen mit dem Vorwahlschalter vorgegeben.