Grundlagen des Kontaktplans in der SPS-Programmierung
Kontaktplanlogik war ursprünglich eine schriftliche Methode zur Dokumentation des Entwurfs und der Konstruktion von Relaisgestellen, wie sie in der Fertigung und Prozesssteuerung verwendet werden. Jedes Gerät im Relaisgestell wurde im Kontaktplan durch ein Symbol dargestellt, wobei die Verbindungen zwischen diesen Geräten angezeigt wurden. Darüber hinaus wurden auch andere externe Elemente des Relaisgestells wie Pumpen, Heizungen usw. im Kontaktplan angezeigt.
Kontaktplanlogik hat sich zu einer Programmiersprache entwickelt, die ein Programm durch ein grafisches Diagramm darstellt, das auf den Schaltplänen der Relaislogik-Hardware basiert. Kontaktplanlogik wird zur Entwicklung von Software für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) verwendet, die in industriellen Steuerungsanwendungen verwendet werden. Der Name basiert auf der Beobachtung, dass Programme in dieser Sprache Leitern ähneln, mit zwei vertikalen Schienen und einer Reihe horizontaler Sprossen dazwischen. Während Kontaktplandiagramme früher die einzige verfügbare Notation zum Aufzeichnen von speicherprogrammierbaren Steuerungsprogrammen waren, sind heute andere Formen in IEC 61131-3 standardisiert.
Kontaktplanlogik wird häufig zum Programmieren von SPSen verwendet, wenn eine sequentielle Steuerung eines Prozesses oder Fertigungsvorgangs erforderlich ist. Kontaktplanlogik ist für einfache, aber kritische Steuerungssysteme nützlich. Da speicherprogrammierbare Steuerungen immer ausgefeilter wurden, wurde sie auch in sehr komplexen Automatisierungssystemen verwendet. Häufig wird das Kontaktplanlogikprogramm in Verbindung mit einem HMI-Programm verwendet, das auf einer Computerarbeitsstation ausgeführt wird.
Beispiel eines einfachen Kontaktplanlogikprogramms
Die Sprache selbst kann als eine Reihe von Verbindungen zwischen logischen Prüfern (Kontakten) und Aktoren (Spulen) betrachtet werden. Wenn ein Pfad zwischen der linken Seite der Sprosse und dem Ausgang durch aktivierte (wahre oder „geschlossene“) Kontakte verfolgt werden kann, ist die Sprosse wahr und das Speicherbit der Ausgangsspule ist aktiviert oder wahr. Wenn kein Pfad verfolgt werden kann, ist der Ausgang falsch (0) und die „Spule“ wird analog zu elektromechanischen Relais als „stromlos“ betrachtet.
Die Kontaktplanlogik verfügt über Kontakte, die Schaltkreise zur Steuerung von Spulen schließen oder unterbrechen. Jede Spule oder jeder Kontakt entspricht dem Status eines einzelnen Bits im Speicher des programmierbaren Controllers. Im Gegensatz zu elektromechanischen Relais kann ein Kontaktplanprogramm beliebig oft auf den Status eines einzelnen Bits verweisen, was einem Relais mit einer unendlich großen Anzahl von Kontakten entspricht.
Sogenannte „Kontakte“ können sich auf physische („harte“) Eingaben an den programmierbaren Controller von physischen Geräten wie Drucktasten und Endschaltern über ein integriertes oder externes Eingabemodul beziehen oder den Status interner Speicherbits darstellen, die an anderer Stelle im Programm generiert werden können.
Jede Sprosse der Kontaktplansprache verfügt normalerweise über eine Spule ganz rechts. Einige Hersteller erlauben möglicherweise mehr als eine Ausgangsspule auf einer Sprosse.
—( )— Eine normale Spule, die immer dann aktiviert wird, wenn ihre Sprosse geschlossen ist.
—()— Eine „Nicht“-Spule, die immer dann aktiviert wird, wenn ihre Sprosse geöffnet ist.
—[ ]— Ein normaler Kontakt, der immer dann geschlossen wird, wenn seine entsprechende Spule oder ein Eingang, der sie steuert, aktiviert wird.
—[]— Ein „Nicht“-Kontakt, der geschlossen wird, wenn die entsprechende Spule oder ein Eingang, der sie steuert, nicht aktiviert ist.
Die „Spule“ (Ausgang einer Sprosse) kann einen physischen Ausgang darstellen, der ein an den programmierbaren Controller angeschlossenes Gerät steuert, oder ein internes Speicherbit zur Verwendung an anderer Stelle im Programm.
Logisches UND
------[ ]--------------[ ]----------------( )
Schlüsselschalter 1 Schlüsselschalter 2 Türmotor
Das Obige realisiert die Funktion: Türmotor = Schlüsselschalter 1 UND Schlüsselschalter 2
Diese Schaltung zeigt zwei Schlüsselschalter, die Sicherheitspersonal verwenden könnte, um einen Elektromotor an einer Banktresortür zu aktivieren. Wenn die normalerweise offenen Kontakte beider Schalter geschlossen werden, kann Strom zum Motor fließen, der die Tür öffnet.
Logisches UND mit NICHT
------[ ]--------------[]----------------( )
Tür schließen Hindernis Türmotor
Das Obige realisiert die Funktion: Türmotor = Tür schließen UND NICHT (Hindernis).
Diese Schaltung zeigt einen Druckknopf, der eine Tür schließt, und einen Hindernisdetektor, der erkennt, ob sich etwas im Weg der sich schließenden Tür befindet. Wenn der normalerweise offene Druckknopfkontakt schließt und der normalerweise geschlossene Hindernisdetektor geschlossen ist (kein Hindernis erkannt), kann Strom zum Motor fließen, der die Tür schließt.
Logisches ODER
--+-------[ ]-------+-----------------( )
| Äußeres Entriegeln | Entriegeln
| |
+-------[ ]-------+
Inneres Entriegeln
Das Obige realisiert die Funktion: Entriegeln = Inneres Entriegeln ODER Äußeres Entriegeln
Diese Schaltung zeigt die beiden Dinge, die die elektrischen Türschlösser eines Autos auslösen können. Der Fernbedienungsempfänger wird immer mit Strom versorgt. Der Schlossmagnet wird mit Strom versorgt, wenn einer der beiden Kontaktsätze geschlossen ist.
Industrielles STOP/START
In der üblichen industriellen Start-/Stopp-Verriegelungslogik haben wir eine „Start“-Taste zum Einschalten eines Motorschütz und eine „Stopp“-Taste zum Ausschalten des Schützes.
Wenn die „Start“-Taste gedrückt wird, wird der Eingang über den Öffnerkontakt der „Stopp“-Taste wahr. Wenn der „Run“-Eingang wahr wird, schließt der versiegelte „Run“-Schließerkontakt parallel zum „Start“-Schließerkontakt und hält die Eingangslogik wahr (verriegelt oder versiegelt). Nachdem der Schaltkreis verriegelt wurde, kann die „Stopp“-Taste gedrückt werden, wodurch sich sein Öffnerkontakt öffnet und folglich der Eingang falsch wird. Der „Run“-Schließerkontakt öffnet sich dann und die Schaltkreislogik kehrt in ihren Ruhezustand zurück.
--+----[ ]--+----[]----( )
| Start | Stopp Lauf
| |
+----[ ]--+
laufen
-------[ ]--------------( )
Motor laufen lassen
Das Obige realisiert die Funktion: laufen = (Start ODER laufen) UND (NICHT Stopp)
Beachten Sie die Verwendung von Klammern, um die logische ODER-Funktion zu gruppieren, bevor die logische UND-Funktion ausgewertet wird (die eine höhere Betriebspriorität hat). Beachten Sie auch die Verwendung von NICHT, um die „Stopp“-NC-Kontaktlogik darzustellen.
Diese Verriegelungskonfiguration ist eine gängige Redewendung in der Kontaktplanlogik. In der Kontaktplanlogik wird sie als Seal-In-Logik bezeichnet. Der Schlüssel zum Verständnis der Verriegelung liegt in der Erkenntnis, dass der „Start“-Schalter ein Momentschalter ist (sobald der Benutzer die Taste loslässt, ist der Schalter wieder geöffnet). Sobald der „Lauf“-Magnetschalter einrastet, schließt er den „Lauf“-NO-Kontakt, der den Magnetschalter einrastet. Das Öffnen des „Start“-Schalters hat dann keine Wirkung.
Aus Sicherheitsgründen sollte ein Not-Aus und/oder Stopp in Reihe mit dem Startschalter fest verdrahtet sein, und die Relaislogik sollte dies widerspiegeln.
--[]----[]----+--[ ]--+---------( )
ES Stop | Start | Motor
| |
+--[ ]--+
Run
Komplexe Logik
Hier ist ein Beispiel dafür, wie zwei Sprossen in einem Leiterlogikprogramm aussehen könnten. In realen Anwendungen kann es Hunderte oder Tausende von Sprossen geben.
Normalerweise wird komplexe Leiterlogik von links nach rechts und von oben nach unten „gelesen“. Wenn jede der Linien (oder Sprossen) ausgewertet wird, kann die Ausgangsspule einer Sprosse als Eingang in die nächste Stufe der Leiter einspeisen. In einem komplexen System gibt es viele „Sprossen“ auf einer Leiter, die in der Reihenfolge der Auswertung nummeriert sind.
1. ----[ ]---------+----[ ]-----+----( )
Schalter | HiTemp | A/C
| |
+----[ ]-----+
Feucht
2. ----[ ]----[]--------------------( )
A/C Heizen Kühlen
Zeile 1 realisiert die Funktion: A/C = Schalter UND ( HiTemp ODER Feucht )
Zeile 2 realisiert die Funktion: Kühlen = A/C UND ( NICHT Heizen )
Dies stellt ein etwas komplexeres System für Sprosse 2 dar. Nachdem die erste Zeile ausgewertet wurde, wird die Ausgangsspule „A/C“ in Sprosse 2 eingespeist, die dann ausgewertet wird, und die Ausgangsspule „Kühlen“ könnte in ein Ausgangsgerät „Kompressor“ oder in Sprosse 3 auf der Leiter eingespeist werden. Dieses System ermöglicht die Aufschlüsselung und Auswertung sehr komplexer Logikdesigns.
Zusätzliche Funktionalität
Zusätzliche Funktionalität kann einer Leiterlogikimplementierung vom SPS-Hersteller als spezieller Block hinzugefügt werden. Wenn der spezielle Block eingeschaltet wird, führt er Code für vorgegebene Argumente aus. Diese Argumente können innerhalb des speziellen Blocks angezeigt werden.
+-------+
-----[ ]--------------------+ A +----
Fernentriegelung +-------+
Fernzähler
+-------+
-----[ ]--------------------+ B +----
Innenentriegelung +-------+
Innenzähler
+--------+
--------------------+ A + B +-----------
| in C |
+--------+
Addierer
In diesem Beispiel zählt das System, wie oft die Innen- und Fernentriegelungstasten gedrückt werden. Diese Informationen werden in den Speicherplätzen A und B gespeichert. Speicherplatz C enthält die Gesamtzahl der elektronischen Türentriegelungen.
SPS haben viele Arten von Spezialblöcken. Dazu gehören Timer, Rechenoperatoren und Vergleiche, Tabellennachschlagevorgänge, Textverarbeitung, PID-Steuerung und Filterfunktionen. Leistungsstärkere SPS können auf einer Gruppe interner Speicherplätze arbeiten und eine Operation auf einem Adressbereich ausführen, um beispielsweise einen physischen sequentiellen Trommelregler oder eine Finite-State-Maschine zu simulieren. In einigen Fällen können Benutzer ihre eigenen Spezialblöcke definieren, die eigentlich Unterprogramme oder Makros sind. Die große Bibliothek an Spezialblöcken und die schnelle Ausführung haben die Verwendung von SPSen zur Implementierung sehr komplexer Automatisierungssysteme ermöglicht.