PLT-Detail: Einzelsteuerfunktion

Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik 

PLT-Detail Engineering 

Einzelsteuerfunktionen 

VL Prozessleittechnik 1 

Professur für Prozessleittechnik 

PCSE, Kap. 7-8

Herausforderung Massenengineering 

• Viele Anlagen der Prozessindustrie sind in 

ihrer spezifischen Konfiguration 

Einzelstücke mit 

1.000-100.000 I/O-Signale 

100-10.000 Verriegelungen 

10-1.000 Regelkreise 

• aber nur eine handvoll verschiedene 

funktionale Objekte 

Meßgeräte, Grenzwertgeber, Regler, 

Ventile, Motoren, ... 

• Wiederverwendung von Lösungsmustern? 

• Automatisierung der Automatisierung? 

Urbas (c) 2008-2013 PLT1::Basisautomatisierung Folie 2

Muster am Beispiel der MEAR-Anlage 

• Signalebene 

Auf/Zu-Ventile: Y, GO+,GO- 

Pumpen: Y, S+ 

... 

• Logikebene 

Überlaufsicherung Tanks 

Trockenlaufsicherung Pumpe 

... 

• Prozesseinheitsebene 

Identische Reaktoren 

Identische Tanks 


Strukturierungsprinzipien 

• Motivation 

Bei geeigneter Strukturierung des Lösungsraums können Templates bis zu 

50% Engineeringaufwand einsparen (Kirmas 2007) 

• Prinzip 1: Hierarchische Komposition 

Unabhängig bearbeitbare Einheiten (AT) 

• Prinzip 2: Modularisierung 

Unabhängigkeit, Schnittstellen (PT) 

• Prinzip 2: Wiederverwendung 

Konfigurierbare Lösungsmuster (Templates, Typicals) mit freien 

Parametern und Bildungsvorschriften 


Eigenschaften und Kriterien 

• Was macht eine „gute“ Zerlegung in Konstruktionselemente aus? 

Zweck: Der Zweck der Elemente ist deutlich erkennbar und verstehbar 

Autonomie: Die Elemente können möglichst weitgehend autonom geprüft 

(design-time) bzw. überwacht (run-time) werden 

Beziehungen: Die Menge der Beziehungen zu und Abhängigkeiten von 

anderen Elementen ist überschaubar 

Schnittstellen: Die Schnittstellen zu anderen Elementen sind sauber 

definiert 

• Herausforderung: Zielkonflikt interne vs. externe Komplexität 

Niedrige interne Komplexität: viele leicht verstehbare kleine Teile 

Hohe externe Komplexität:viele Beziehungen zwischen den Teilen 


Modularisierung von Software 

(Pomberger, Blaschek 1996 nach Weyrich, Steden 2013) 

Merkmal Beschreibung Kategorie 

Importzahl Anzahl zusätzlich benötigter Module für die Implementierung Autonomie 

Interferenzfreiheit 

Minimalität der 

Schnittstelle 

Aussage über unerwünschte Nebenwirkungen auf andere 

Module 

Einfache, klar dokumentierte Schnittstellen (Daten, 

Informationen, Parameter) 

Beziehung 

Schnittstelle 

Modulbindung Summe der Beziehungen einzelner Operationen eines Moduls Zweck 

Modulgeschlossen 

heit 

Modul hat eine in sich geschlossene Aufgabe 

Modulgröße Anteil vom Gesamtsystem, Funktionsumfang und Granularität 

Zweck 

Modulhierarchie Ebeneneinteilung und Struktur der Module Zweck 

Modulkopplung Stärke der Bindung zwischen Modulen Beziehung 

Testbarkeit Korrektheit ohne Kenntnis des Gesamtsystems Autonomie 

Verwendungszahl Anzahl der Nutzung durch andere Module Beziehung 


Hierarchisierung der MEAR-Anlage 

• Werk 

• Anlage 

• Teilanlagen 

Organisation- und technikbezogene 

Strukturierung von 

Sinneinheiten 

• Unit Operations 

Produkt- und Ressourcenorientierte 

Sinneinheiten 

Rezeptsteuerung 

• EQU/AT-Module 

Effizienzsteigerung Engineering 



Beispiel 

Motorbaustein

Typische Motorbausteine 

• Motor mit einer Drehrichtung 

Steuersignale: EIN, AUS 

Stellsignale: STELL 

• Motor mit zwei Drehrichtungen 

Steuersignale: LINKS, RECHTS, AUS 

Stellsignale: STELL_L, STELL_R 

• Schrittmotor 

Steuersignale: LINKS, RECHTS, AUS, TAKTZEIT 

Stellsignale: STELL, RECHTSLAUF, TAKT 

• Polumschaltbarer Einrichtungsmotor 

Steuersignale: SCHNELL, LANGSAM, AUS 

Stellsignale: A_SCHNELL, A_LANGSAM 


Einrichtungsmotor, IDF1 

• IDFBasic 

– ON, OFF → RS-Flipflop → OUT 

• Verriegelung / Überschreiben des Ein-Signals 

– LOCK (Temporäres Ausschalten) 

• Betriebsartenumschaltung 

– Vorort-Bedienung, Manuell, Automatik 

– Gleichberechtigung/Hierarchie abhängig von 

Betreiberphilosophie! 

• Lauf(richtungs)rückmeldung 

– Läuft, Geschwindigkeit, Stromaufnahme, ... 


Betriebsartenumschaltung 

• IDF kapselt motorspezifische Aspekte 

• IDF bietet Schnittstellen für Bedienung und Automatisierung 

Start Befüllen 

Ende Befüllen 

MAN/AUT ◙ 

EIN ◙ AUS ◙ 

IDF 

VO/FERN ◙ 

EIN ◙ AUS ◙ 

Urbas (c) 2008-2013 PLT1::Basisautomatisierung Folie 11 

M

MANUEL – ORT - AUTOMATIK 

• Umschaltung zwischen 3 Betriebsarten 

• Vorrangschaltung / Signalpriorisierung 



Modellierung der 

Analogwertverarbeitung

Analoge Steuersignale 

• Physikalische Größen sind häufig 

kontinuierliche Größen: Druck, 

Temperatur, Geschwindigkeit, 

Drehzahl, ph-Wert, Abstand 

• Können von SPS nicht direkt 

verarbeitet werden, Ein/- 

Ausgabebaugruppen arbeiten nur 

mit elektrischen Signalen (Strom, 

Spannung) Messumformer 

• Analoges Signal: Kann innerhalb 

technischer Grenzen beliebige 

Werte annehmen. 

Induktiver Näherungsmesser: 

20mA 

4mA 

24V 

Arbeitsbereich 


0V 

I 

U 

R L

Analogwertdarstellung 

• Umsetzung des analogen Prozesssignals in einen 

diskontinuierlich proportionalen Digitalwert mittel Analog- 

Digital-Umsetzer (ADU) 

• Auflösung: Anzahl der Bits (8-15 & Vorzeichen) 

– Bei weniger als 15 bit erfolgt Eintrag linksbündig in 

Akkumulator. 

– Je höher die Auflösung, desto länger die Umsetzzeit und 

umso kleiner die Frequenz der Störunterdrückung 

– Je nach Karte/Hersteller sind Auflösung, A/D-Zeit oder 

Störfrequenzunterdrückung parametrierbar 


Messarten 

• Verschiedene Messarten 

Spannung, Strom (Widerstand, Temperatur) 

verschiedene Messbereiche. 

• Konfiguration herstellerabhängig einstellbar 

durch 

Art der Verdrahtung, 

Messbereichsmodul, und/oder 

Parametrierung. 


Messbereichsmodul (Siemens SM331) 


Messbereiche Phoenix Contact IB IL AI 2/SF 


Messbereiche Siemens SM331 


Analoge Messwerte einlesen und 

normieren 

• Messwert steht als WORD im Prozessabbild 

• Kann als 16-Bit Ganzzahl interpretiert werden 

• Digitales Rohsignal, Normierung notwendig 

• Beispiel: AE_Norm = 500/27648 * AE_Nenn 

Physikalische 

Größe 

[m³/h] 

0 

500 

Ausgang des 

Sensors 

[mA] 

4 

20 

Digitaler 

Eingangsnennwert 

AE_Nenn 


0 

27648 

Normierter 

Wert AE_Norm 

0 

500

Allgemeine 

Normierungsvorschrift 

• AE: Digitalisierter Eingangswert 

• REAW: Normierter 

Analogeingabewert 

• OGREB, UGREB: Grenzen 

Eingangsnennbereich 

• OGRNB, UGRNB: Grenzen 

Normierungsbereich 

• U1,U2: Spannungsmessbereich 

• UAE: Anliegende Spannung 

REAW = 

UGRNB + (AE − 

ΔGRNB 

UGREB) 

ΔGREB 

UGRNB 

UGREB 

U1 UAE U2 

OGREB 


AE 

REAW 

OGRNB

Realisierung als Funktion AEnorm in AWL 

(IL) 

• Realisierung als IEC-61131 

Funktion in AWL 

• Ein-Address Maschine, alle binären 

Operationen ziehen verknüpfen den 

Akkumulator mit dem angegebenen 

Operanden und legen 

Verknüpfungs-ergebnis (VKE) dort 

wieder ab 

• Sprache ist typsicher, d.h. nur 

Operatoren gleichen Typs können 

verknüpft werden 

Wandlungsoperatoren *_TO_* 

Benötigter Sprachumfang für 

diese AE 

LD op (* vke := op *) 

ST op (* op := vke *) 

ADD op (* vke := vke + op *) 

SUB op (* vke := vke - op *) 

MUL op (* vke := vke * op *) 

DIV op (* vke := vke / op *) 

INT_TO_REAL (* vke := 

float(vke) *) 

WORD_TO_REAL (*vke float(vke) 

*) 

AE ist als WORD Variable 

definiert 


Normierungs- 

baustein in AWL 

• Funktion (ohne 

outputvariablen) 

• 3 lokale Variablen 

UIn 

-30000 

+30000 

-10.0 

+10.0 

AENorm 

wAE 

iUGREB 

iOGREB 

fUGRNB 

fOGRNB 

fUIn

PLT-Detail: Einzelsteuerfunktion

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