Bild 2.1 Aufbau einer SPS
Zu einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) gehören im wesentlichen ein Automatisierungsgerät (AG), ein Signalgeber (Taster, Endschalter usw.) und Stellgeräte bzw. Leuchtmelder. Das Automatisierungsgerät besteht hauptsächlich aus einer Stromversorgung, einer CPU sowie den Eingabe- und Ausgabe-Einheiten. Die Stromversorgung wird für die elektronischen Baugruppen des Automatisierungsgerätes benötigt (Spannung siehe in den jeweiligen Gerätehandbüchern). Die CPU (Control Processing Unit, das sind die Elemente des Mikroprozessors) enthält das Steuerwerk, Programmspeicher, Prozeßabbild, interne Zeiten, interne Zähler und Merker. Das Programmiergerät (PG) nimmt die Anweisungen in der Programmiersprache STEP 5 auf, wandelt diese in den Maschinen-Code (MC 5) um und speichert das Programm im eigenen RAM ab. Mit der Übertragung aus dem RAM des Programmiergeräts in den RAM des Automatisierungsgeräts werden die Anweisungen des Anwenderprogramms im Programmspeicher hinterlegt, sie gehen dabei im RAM des Programmiergeräts verloren.
Der Adressenzähler (Bild 2.2) fragt den Programmspeicher Anweisung für Anweisung nacheinander (seriell) ab und bewirkt die programmabhängige Informationsübertragung aus dem Programmspeicher zum Anweisungsregister. Alle Speicher in einem Prozessor nennt man üblicherweise Register.
Das Steuerwerk erhält seine Anweisungen vom Anweisungsregister. Während das Steuerwerk die aktuelle Anweisung bearbeitet, schreibt der Adressenzähler die nächste Anweisung in das Anweisungsregister. Auf die Statusübertragung der Eingänge in das Prozeßabbild der Eingänge (PAE) folgen die Verknüpfung, der Einsatz der Zeitglieder, Zähler, Akkus und die Übertragung des Verknüpfungs-Ergebnisses (VKE) in das Prozeßabbild der Ausgänge (PAA). Wird nach Abarbeitung des Anwenderprogramms Bausteinende (BE) erkannt, so erfolgt die Übertragung des jeweiligen Status aus dem PAA an die Ausgänge.
Der Peripheriebus entwickelt den Datenaustausch zwischen Zentralbaugruppe und der Peripherie ab. Zur Peripherie gehören die digitalen Eingabe- und Ausgabebaugruppen, analoge Eingabe- und Ausgabebaugruppen sowie Zeit-, Zähl- und Grenzwertbaugruppen.
Bild 2.2 Zentraleinheit (CPU) der SPS
Für die Bearbeitung eines Programms durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) wird die Steuerungsaufgabe in einzelne Steuerungsanweisungen aufgelöst. Sie ist die kleinste selbständige Einheit diese Programms und stellt eine Arbeitsvorschrift für das Steuerwerk dar.
Eine Steuerungsanweisung enthält den Operationsteil und den Operandenteil. Der Operationsteil beschreibt die auszuführende Funktion, wie z.B. U = UND-Verknüpfung bilden.
Der Operandenteil besteht aus dem Kennzeichen und dem Parameter (Adresse): er enthält die zur Ausführung notwendigen zusätzlichen Angaben, z.B. E 1.5 = den Eingang mit dem Parameter 1.5 bearbeiten. Im Gerätehandbuch S 5 – 100 U (CPU 100/CPU 102) sind im Kapitel 10-0 alle Operationen aufgeführt.
Bild 2.3 Aufbau einer Steuerungsanweisung
Remanente bzw. nichtremanente Merker
Die Anzahl der verfügbaren Ausgänge einer SPS sind begrenzt. Für Verknüpfungen innerhalb der Steuerung, bei denen keine Signalabgabe außerhalb der speicherprogrammierbaren Steuerung erforderlich ist, werden Merker eingesetzt. Jede SPS hat eine große Anzahl von Merkern. Sie werden wie Ausgänge programmiert. Bei Ausfall der Betriebsspannung geht der gespeicherte Inhalt von Merkern verloren. Ein Teil dieser Merker ist jedoch remanent (nullspannungssicher). Man bezeichnet diese remanenten Merker auch als Haftmerker. Durch eine Batterie in der SPS wird der Spannungsausfall überbrückt. Die logischen Zustände bleiben deshalb erhalten. Die S 5 – 100 U mit der CPU 100 hat insgesamt 1024 Merker.
Der Mekerbereich teilt sich wie folgt auf:
Remanente Merker (M 0.0 bis M 63.7) = 512 Merker
Durch die Verwendung der remanenten Merker kann der letzte Anlagen- oder Maschinenzustand vor Verlassen des Betriebszustandes gespeichert werden. Bei Neustart kann die Anlage oder die Maschine an der Stelle weiterarbeiten, wo sie zum Stillstand gekommen ist.
Nichtremanente Merker (M 64.0 bis M 127.7) = 512 Merker
Die Ein- und Ausgänge bei der S 5 – 100 U werden nicht, wie normalerweise bei Klemmen üblich, fortlaufend bezeichnet, sondern mit Operandenkennzeichen, z.B. E für einen Eingang oder A für einen Ausgang, und dem Parameter 0.3, 1.2, 2.3 oder 3.5 usw.
Der Parameter ist eine Kombination aus Byte- (0., 1., 2. oder 3.) und Bit-Adressen (.3, .2 oder .5).
Bild 2.4
Bild 2.5
Adressenfestlegung
Jede Adresse setzt sich zusammen aus einer Abkürzung für den gesteckten Baugruppentyp, einer Steckplatznummer und keiner Kanalnummer.
Die Steckplatz- und Kanalnummer sind durch einen Punkt voneinander getrennt (Bild 2.6).
Bild 2.6
Baugruppentyp
Haben Sie eine Eingabebaugruppe gesteckt, so beginnt die Adresse mit einem „E“;
Haben Sie eine Ausgabebaugruppe gesteckt, so beginnt die Adresse mit einem „A“.
Steckplatznummer
Jeder Steckplatz auf einem Busmodul hat eine eigene Steckplatznummer (Bild 2.7). Die Zählung beginnt rechts neben der Zentralbaugruppe mit 0 und wird von dort aus weitergeführt bis maximal 31. Man kann bis zu 16 Busmodule einsetzen und bis zu 32 Baugruppen stecken.
Bild 2.7