Praktikum Realzeitprogrammierung Teil 2 - SPS - Technische ...

LEHRSTUHL F ÜR REALZEIT-COMPUTERSYSTEME
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN
UNIV.-PROF. DR. SC. S. CHAKRABORTY
Praktikum
Realzeitprogrammierung
Teil 2 - SPS
Ausgabe 13. Oktober 2010

INHALTSVERZEICHNIS
i
Inhaltsverzeichnis
1 SPS und Prozeßleitsysteme 1
1.1 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Laufzeitorganisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Praktikumsmodell 3
2.1 Baugruppen der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Funktionsweise der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 Sicherheitshinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Prozeßleitsystem Freelance 2000 5
3.1 Hardwarekomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.2 Softwarepakete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4 Konfigurierung der Digimatik mit ControlBuilder F 7
4.1 Strukturierung mittels Projektbaum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4.2 Konfigurierung der Automatisierungsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4.3 Konfigurierung der Bedien- und Beobachtungsfunktionen . . . . . . . . . . . 12
5 Bedienen und Beobachten mit DigiVis 14
6 Versuchsdurchführung 15
6.1 Teil 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
6.2 Teil 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
7 Tabellen und Abbildungen 24
7.1 Schaltlogik der digitalen Eingänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
7.2 Schaltlogik der digitalen Ausgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7.3 Variablenliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
7.4 Projektbaum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

ii
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildungsverzeichnis
1 Zyklischer Programmablauf einer SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Praktikumsmodell der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4 Projektbaum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5 Beispiel eines FBS-Programms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
6 Variablenzugriff über das Prozeßabbild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
7 Übergang vom Petri-Netz zur Ablaufsprache . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
8 Übersichtsbild mit zusätzlich geöffnetem Einblendbild . . . . . . . . . . . . . 13
9 Grundsätzlicher Aufbau der Bedien- und Beobachteroberfläche . . . . . . . 14
10 Synchronisation zweier AS-Programme A und B . . . . . . . . . . . . . . . . 17
11 Variablenliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
12 Projektbaum zu Beginn des Versuchs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1
1 SPS und Prozeßleitsysteme
Während früher in der Automatisierungstechnik zur Realisierung von Steuerungen und Regelungen
Relais, digitale Logik und analoge Elektronikschaltungen mit zahlreichen Einzelkomponenten
zum Einsatz kamen, basiert die heutige Gerätegeneration auf dem Einsatz frei
programmierbarer Prozessoren.
Die wichtigste Rolle spielt hierbei die speicherprogrammierbare Steuerung SPS (engl. Programmed
Logic Control, PLC) bzw. deren um einige Funktionen erweiterte Variante, das sogenannte
Prozeßleitsystem.
Diese Geräte stellen im Bereich der Automatisierungstechnik einen wichtigen Markt dar, da
sie breite Anwendungsmöglichkeiten finden und ihre Programmierung von einem großen Anwenderkreis
beherrscht wird.
Die klassische SPS stellt in erster Linie folgende Funktionen bereit:
• Prozeßsignalerfassung /-ausgabe
• Prozeßsignalvorverarbeitung (Normieren, Skalieren, Filtern)
• Realisierung von (diskreten) Steuerungen
• Warnen und Alarmieren
• Protokollieren
Typische Prozeßleitsysteme erweitern diese Funktionalität um die Merkmale:
• Organisationsrahmen zur Strukturierung eines (Automatisierungs-) Projekts
• Realisierung von (analogen) Regelungen
• Bedienen und Beobachten
• Prozeßvisualisierung /-simulation
• Überwachung der Leitsystemfunktionen
• Kommunikation mit anderen Rechnern
Aufgrund der amplituden- und zeitdiskreten Arbeitsweise müssen beim Entwurf der
Steuerungs- bzw. Leittechnikkonzepte die Realzeiteinschränkungen der SPS bzw. des Leitsystems
(typisch 1 ... 100 ms Grundtakt) berücksichtigt werden. Ebenso in die Auslegung mit
einzubeziehen sind die Auswirkungen von abtastbedingten Totzeiten auf Steuerungen und Regelungen
sowie die Signalanpassung und Skalierung.
1.1 Hardware
Die Hardware einer SPS bzw. eines Prozeßleitsystems basiert heute auf Standardmikroprozessoren
mit entsprechender Speicherausstattung (z.B. 8 MB) und Digital- sowie Analog-
Eingabe/Ausgabe-Schaltungen. Zusätzlich werden Kommunikationsfunktionen zu übergeordneten
und parallel gekoppelten informationsverarbeitenden Einheiten zur Verfügung gestellt.
Während früher die Standardmikroprozessoren häufig um bitorientierte Prozessoren zur

2 1 SPS UND PROZESSLEITSYSTEME
schnellen Durchführung der logischen Verknüpfungsbefehle ergänzt wurden, geht der Trend
heute mit zunehmender Prozessorleistung (RISC-Prozessoren oder solche mit RISC-Kern) zu
einer einfachen, homogenen Systemarchitektur.
Modulare Systeme ermöglichen es, Speicherkomponenten und Ein-/Ausgabe-Karten nach
Bedarf zu konfigurieren, so daß auch der Anschluß sehr vieler Signale möglich wird. Auch
der Anschluß an unterschiedliche Kommunikationssysteme (serielle Bussysteme) zum Datenaustausch
mit übergeordneten oder parallel gekoppelten Rechnern ist konfigurierbar.
1.2 Laufzeitorganisation
Die Laufzeitorganisation einer SPS folgt dem Schema eines zyklischen Programmablaufs der
in Abbildung 1 dargestellten Form.
Abbildung 1: Zyklischer Programmablauf einer SPS
Da sowohl die Abfrage als auch die Ausgabe sofort ausgeführt werden können und da gleichzeitig
keine weiteren Vorgänge zu berücksichtigen sind, kommt üblicherweise in (älteren) speicherprogrammierbaren
Steuerungen kein Betriebssystem zum Einsatz.
Die Programmbearbeitung in modernen Prozeßleitsystemen hingegen basiert auf taskorientierten
Realzeitbetriebssystemen, die eine ereignisgesteuerte Bearbeitung mehrerer Tasks mit
unterschiedlichen Prioritäten unterstützen. Auf diese Weise ist eine Anpassung der Reaktionszeiten
der einzelnen Tasks auf die Reaktionszeitanforderungen aus dem technischen Prozeß
möglich.
1.3 Programmierung
Die Programmierung eines Prozeßleitsystems (Konfigurierung und Parametrierung) erfolgt über
die heutzutage meist PC-basierte Bedienperipherie, die hardwareseitig Tastatur und Bildschirm,
softwareseitig eine leistungsfähige Entwicklungsumgebung mit grafischer Bedienoberfläche
zur Unterstützung von Programmeingabe, Fehlersuche und Dokumentation umfaßt.
Die zum Einsatz kommenden, teilweise grafischen Programmiersprachen ermöglichen dem
Programmierer die Implementierung realzeitfähiger Programme, ohne Kenntnisse über das
verwendete Realzeitbetriebssystem zu haben. Die Programmiersprachen orientieren sich an
den durch die IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission) standardisierten Sprachkonzepten
zur Programmierung von speicherprogrammierbaren Steuerungen. Zu nennen sind
hier insbesondere die Normen IEC-65 und IEC-1131-3, in denen die gebräuchlichsten
Sprachkonzepte sowie Methoden der grafischen Programmierung definiert sind [1].

3
2 Praktikumsmodell
Der für diesen Praktikumsversuch gewählte technische Prozeß stammt aus dem Bereich der
Stückgutprozesse, d.h. der interessierende Prozeßablauf läßt sich über das Auftreten diskreter
(Prozeß-) Ereignisse erfassen.
Die durch ein Leitsystem gezielt zu führende Sortieranlage steht als reales Modell zur Verfügung.
Sie ist ausgestattet mit optischer, induktiver, kapazitiver und mechanischer Sensorik
sowie pneumatischer und elektrotechnischer Aktorik in Standard-Industrie-Ausführung.
Im folgenden werden die einzelnen Baugruppen sowie die Funktionsweise der Sortieranlage
erläutert.
Abbildung 2: Praktikumsmodell der Sortieranlage
2.1 Baugruppen der Sortieranlage
Stapelmagazin: In das Stapelmagazin können bis zu sechs Werkstücke eingelegt werden. Die
Werkstücke sind entweder Batterien der Größe D (Monozellen) oder Zylinder aus Kunststoff
bzw. Aluminium gleicher Form und Größe.
Die Vereinzelung erfolgt durch einen doppelt wirkenden Pneumatikzylinder, der durch ein
federrückgestelltes (monostabiles) Magnetventil angesteuert wird (Funktionsprinzip „Taster“).
Zwei magnetische Endlagenschalter überwachen den Zustand des Pneumatikzylinders.

4 2 PRAKTIKUMSMODELL
Lichtschrankenstation: An der Aufnahmeposition erfaßt der Lichttaster der Lichtschrankenstation
die ordnungsgemäß ausgeschobenen (vereinzelten) Werkstücke.
Pneumatische z-Achse mit pneumatischem Greifer: Die z-Achse besteht aus einem doppelt
wirkenden Pneumatikzylinder mit zusätzlich angebrachten magnetischen Sensoren zur Schaltkontrolle.
Gesteuert wird dieser Hubzylinder über ein federrückgestelltes (monostabiles) Magnetventil.
Die Greifeinheit besteht aus einem pneumatischen Scherengreifer (Winkelgreifer). Das pneumatische
Funktionsprinzip entspricht dem eines doppelt wirkenden Zylinders. Zur Ansteuerung
des Greifers dient ein bistabiles Impulsventil (Funktionsprinzip „RS-Flip-Flop“).
Elektrische x-Achse: Der Schlitten der linear geführten x-Achse wird mit einem Schrittmotor
über einen Zahnriemen angetrieben. Zur Erzeugung der für den Schrittmotor erforderlichen
Impulse ist eine Ansteuerelektronik integriert, so daß zwei einfache SPS-Schaltausgänge zur
Bedienung der Lineareinheit ausreichen.
Aus Sicherheitsgründen sind im Inneren der Linearachse mechanische Endlagenschalter eingebaut.
Vier Positionstaster an der Oberseite der Linearachse sind auf die Aufnahmeposition, die
Prüfposition (vgl. Abschnitt Spannungsprüfstation) und die Ablagepositionen (vgl. Abschnitt
Werkstückablage) eingestellt.
Sensorstation: Die Sensorstation besteht aus einem induktiven und einem kapazitiven Sensor.
Der kapazitive Sensor spricht bei Annäherung eines beliebigen Objekts an, während der
induktive Sensor nur bei Annäherung eines metallischen Gegenstandes auslöst.
Spannungsprüfstation: Durch Einlegen eines Werkstücks zwischen die Klemmen der Spannungsprüfstation
kann die zwischen Boden und Deckel des Werkstücks abfallende Spannung
gemessen werden. Hierzu wird mit Hilfe einer Anpassungselektronik der Spannungsbereich
von 0 ... 2 V linear auf den bei SPS-Analog-Eingängen üblichen Strombereich von 4 ... 20
mA abgebildet.
Werkstückablage: In zwei als Rutschen ausgeführten Ablagefächern können die unterschiedlichen
Werkstücke abgelegt werden.
Pneumatischer NOT-AUS: Die Sortieranlage ist mit einer pneumatischen NOT-AUS Einrichtung
ausgestattet. Im Gefahrenfall ist diese durch Drücken auf den roten Pilztaster auszulösen.
Beim Betätigen des Tasters werden sofort alle pneumatischen Aktoren entlüftet und sind somit
kraftlos (drucklos). Der NOT-AUS unterbricht nicht die elektrische Versorgung der Anlage! Der
Schrittmotor der x-Achse beispielsweise bleibt funktionsfähig.
Der NOT-AUS Taster ist rastend. Entriegelt wird er durch Drehen des schwarzen Ringes in
Uhrzeigerrichtung.
2.2 Funktionsweise der Sortieranlage
Sobald ein Werkstück aus dem Stapelmagazin die Aufnahmeposition erreicht hat, wird es von
der Greifeinheit aufgenommen und an der Sensorstation vorbeigeführt. Hier wird entschieden,
ob es sich um ein Kunststoff- oder Metallteil (Aluminiumzylinder bzw. Batterie) handelt.
Ist letzteres der Fall, wird das Werkstück in die Spannungsprüfstation abgesenkt und anhand

2.3 Sicherheitshinweise 5
des (analogen) Spannungswertes entschieden, ob es sich um eine Batterie oder einen Aluminiumzylinder
handelt. Danach wird das Werkstück weiterbefördert und nach dem Kriterium
„ist Batterie“ / „ist keine Batterie“ auf einer der beiden Rutschen abgelegt. Ist das Werkstück
ein Kunststoffteil entfällt das Absenken in die Spannungsprüfstation.
2.3 Sicherheitshinweise
Das Praktikumsmodell wurde für den Lehrbetrieb entwickelt. Dabei wurden hardwareseitig die
folgenden Sicherheitseinrichtungen integriert:
• manueller pneumatischer NOT-AUS (Schnellentlüftung)
• automatische Endlagen-Aus Funktion für die Linearachse
Trotz aller Sorgfalt bei der Entwicklung ist die Möglichkeit von Funktionsstörungen von Baugruppen
- auch auf Seiten des Leitsystems - nicht ganz auszuschließen. In diesem Fall können
Schäden an der Sortieranlage auftreten oder sogar Menschen verletzt werden. Treffen Sie
deshalb bei der Inbetriebnahme Ihrer Steuerungsprogramme folgende Vorkehrungen:
• Halten Sie sich bereit, den NOT-AUS Schalter im Bedarfsfall sofort zu drücken.
• Während die Anlage läuft, Hände weg von allen bewegten Teilen! Die „kleinen“ Pneumatikzylinder
sowie der Schrittmotor entfalten mehr Kraft als man denkt.
3 Prozeßleitsystem Freelance 2000
In diesem Praktikumsversuch kommt das industrielle Kompaktleitsystem Freelance 2000 von
Hartmann & Braun aus dem Hause Elsag Baily zum Einsatz. Das System besteht aus einzelnen
Hardwarekomponenten (Digimatik), die ganz typisch für speicherprogrammierbare Steuerungen
sind, sowie aus zusätzlichen Softwarepaketen (ControlBuilder F, DigiVis) zur Konfigurierung
der Automatisierungsfunktionen und Bedienung des Prozesses.
Hinweis: Durch Updates in der Software kann es vorkommen, daß die Bedienung der einzelnen
Tools sich geringfügig von der in dieser Anleitung beschriebenen Weise unterscheidet.
Manche Anweisungen sind daher sinngemäß und nicht wörtlich zu verstehen.
3.1 Hardwarekomponenten
Das kompakte Prozeßleitsystem Freelance 2000 ist für kleine bis mittlere Automatisierungsaufgaben
geeignet und läßt sich in eine Prozeßebene und eine Leitebene gliedern. Auf der
Prozeßebene werden alle Aufgaben mit Realzeitanforderungen, wie z. B. Regelungs- und
Steuerungsfunktionen in eigenen Einheiten, den Freelance 2000-Prozeßstationen bearbeitet.
Auf der Leitebene übernimmt die Freelance 2000-Leitstation die typischen Funktionen
eines Leitsystems: Bedienen und Beobachten, Archivieren und Protokollieren, Trendwerterfassung
sowie Alarmierung. Parallel dazu erfolgt auf der Leitebene mit der Freelance 2000-
Engineeringstation die Konfigurierung und Inbetriebnahme des Systems. Der komplette Versuchsaufbau
ist in Abbildung 3 dargestellt.

6 3 PROZESSLEITSYSTEM FREELANCE 2000
Abbildung 3: Versuchsaufbau
Freelance 2000-Prozeßebene: Auf der Prozeßebene kommt die Prozeßstation zum Einsatz.
Diese besteht im Grundausbau immer (so auch im Versuch) aus einer Zentraleinheit mit
folgenden Komponenten (vgl. Abbildung 3):
• einer Anschaltbaugruppe für den Anschluß der Netzversorgung und Verbindung der
Baugruppenträger untereinander,
• einer CPU-Baugruppe für die Bearbeitung der vom Anwender konfigurierten Funktionen,
inklusive Kommunikationsschnittstelle (Ethernet-Anschluß),
• bis zu acht beliebig steckbare Ein-/Ausgabebaugruppen (E/A-Baugruppen) für den Prozeßanschluß.
Die E/A-Baugruppen gibt es in den Ausprägungen digitale sowie analoge Ein-/Ausgabe,
bezeichnet mit DDO (Direct Digital Out), DAO (Direct Analog Out), DDI (Direct Digital In) und
DAI (Direct Analog In). Diese Baugruppen dienen als Bindeglied zwischen CPU-Baugruppe
und Prozeß. Sie verfügen über eigene Prozessoren und sind zuständig für das Empfangen von
Daten aus dem Prozeß sowie die Rückgabe von Stellbefehlen und Meldungen an den Prozeß.
Zusätzlich übernehmen sie die Aufgabe der Signalanpassung und Signalumwandlung. Die
Zykluszeiten der E/A-Baugruppen lassen sich per Software für jede Baugruppe getrennt durch
den Anwender konfigurieren (binäre Baugruppen: ≥ 2 ms, analoge Baugruppen: ≥ 10 ms).
Freelance 2000-Leitebene: In der Leitebene genügt bei einer Minimalkonfiguration ein
handelsüblicher PC mit dem Betriebssystem Windows NT. Dieser PC wird dabei wie in der
Versuchsanlage als Leit- und als Engineeringstation eingesetzt. Maximal läßt sich die Leitebene
parallel mit vier Leitstationen und einer Engineeringstation ausstatten.
3.2 Softwarepakete
Bei dem Freelance 2000-System kommen die zwei Programmpakete ControlBuilder F und
DigiVis zur Anwendung [2]. Der Entwicklungsingenieur setzt vorrangig das eigenständige
Softwarepaket ControlBuilder F ein. Dieses erlaubt die einheitliche Konfigurierung der Auto-

7
matisierungsfunktionen und der Bedienoberfläche. Des weiteren wird ControlBuilder F auch
als Werkzeug zur Inbetriebnahme des Prozesses verwendet. Die Software DigiVis ist für den
späteren Anwender gedacht und ausschließlich für den Bedien- und Beobachtungsmodus
konzipiert.
Bei der Konfigurierung mit ControlBuilder F kommen leistungsfähige Editoren zum Einsatz.
Das Editieren erfolgt konform zur DIN IEC 1131-3. Dabei stehen folgende Programmiersprachen
zur Verfügung:
• Funktionsbausteinsprache FBS (grafisch)
• Ablaufsprache AS (grafisch)
• Anweisungsliste AWL (textuell)
Bei der Versuchsdurchführung werden die beiden grafischen Programmiersprachen FBS und
AS eingesetzt, auf die in den folgenden Kapiteln ausführlich eingegangen wird.
4 Konfigurierung der Digimatik mit ControlBuilder F
Dem Prozeßleitsystem wird über Prozeßsignale, wie z. B. Meßsignale, der aktuelle Anlagenzustand
zugeführt. Nach der Diskretisierung und einer entsprechenden Vorverarbeitung stehen
diese Prozeßsignale als Steuergrößen oder Anzeigewerte zur Verfügung. Über die zyklische
Bearbeitung der Steuerprogramme bzw. durch Eingriffe des Bedienpersonals ergeben sich
Stellsignale, mit denen die Stellglieder beaufschlagt werden. Für die Erstellung solch einer
Anwenderkonfiguration muß eine grundsätzliche Vorgehensweise eingehalten werden. Diese
wird im folgenden behandelt.
Das Erstellen der Anwenderkonfiguration erfolgt unabhängig von der Prozeßstation durch
eine grafische Programmerstellung in ControlBuilder F. Dies ermöglicht eine einfache Strukturierung,
Parametrierung und Verquellung der gewünschten Objekte. Unter dem Begriff „Verquellung“
versteht man das Verknüpfen von Signalen. Die zugehörige Dokumentation wird
automatisch erzeugt. Die erstellte Konfigurierung wird in einer Projektdatei gesichert, die jederzeit
wieder geöffnet und geändert werden kann.
4.1 Strukturierung mittels Projektbaum
Die Konfigurierung von Steuer-, Stell-, Verarbeitungs- und Bedieneinrichtungen erfolgt im sogenannten
Projektbaum. Er ist dem Hardwardaufbau entsprechend in die beiden Bereiche
Freelance 2000 / Digimatik - Prozeßstation (D-PS) zur Konfigurierung der Automatisierungsfunktionen
und Freelance 2000 / Digimatik - Leitstation (D-LS) zur Konfigurierung der Bedienund
Beobachtungsfunktionen unterteilt. Diese beiden Bereiche lassen sich spezifisch durch
fest vorgegebene Projektelemente in einer zweigartigen Struktur ausbauen. Ferner legt die
Reihenfolge der Elemente im Projektbaum deren Bearbeitungsreihenfolge fest. Dabei ist der
Projektbaum in seiner Struktur dem Dateimanager von MS-Windows sehr ähnlich (vgl. Abbildung
4).

8 4 KONFIGURIERUNG DER DIGIMATIK MIT CONTROLBUILDER F
Abbildung 4: Projektbaum
4.2 Konfigurierung der Automatisierungsfunktionen
In den folgenden Abschnitten werden die verarbeitenden und strukturierenden Projektelemente
auf Seiten der Freelance 2000 - Prozeßebene näher erläutert.
Funktionsbausteinsprache (FBS): Die Konfigurierung der Prozeßsignalverarbeitung auf
unterster Ebene erfolgt in einem Funktionsbausteinsprache-Programm. Dabei steht eine Rasterfläche
fester Größe zur Verfügung, die am linken und rechten Rand von einer Ein- bzw.
Ausgangsleiste begrenzt wird. Per Definition werden die Eingangssignale in die linke und die
Ausgangssignale in die rechte Leiste eingetragen. Funktionsbausteine können aus verschiedenen
konfektionierten Gruppen (Binär-, Analog-, Arithmetik-, Logik- etc. Bausteine) ausgewählt,
plaziert und anschließend durch Anwahl parametriert werden (vgl. Abbildung 5). Die
Parametrierung erfolgt durch Ausfüllen bausteinspezifischer Masken.
Das Verquellen bzw. Verbinden der einzelnen Prozeßsignale mit den Ein- und Ausgängen verschiedener
Funktionsbausteine erfolgt durch Signalflußlinien. Jeder Bausteintyp besitzt je nach
Funktion eine Ein- / Ausgangsbelegung, die in der Online-Hilfe eingesehen werden kann.
Das Verquellen erfolgt ebenfalls grafisch mit Hilfe der Maus: Beim gewünschten Anfangspunkt
wird die linke Maustaste zusammen mit der STRG-Taste gedrückt und diese beiden erst
wieder beim gewünschten Endpunkt losgelassen.

4.2 Konfigurierung der Automatisierungsfunktionen 9
Abbildung 5: Beispiel eines FBS-Programms
Zwischen den verschiedenen FBS-Programmen ist ein Informationsaustausch über globale
Variablen möglich, die in die üblichen Typenklassen (REAL, INT, UINT, BOOL etc. ) eingeteilt
sind. Dabei ändert sich je nach verwendetem Typ die Darstellungsform (Farbe und Strichbreite)
der Signalflußlinie. Zusätzlich wird bei falsch gewählter Verquellung die Signalflußlinie rot und
schmal dargestellt.
Eine Variable besteht aus max. 16 Zeichen. In Abbildung 5 sind einige Variablen in der Einbzw.
Ausgangsleiste zu sehen. Dabei werden alle mit @ gekennzeichneten Variablen über
das sogenannte Prozeßabbild gelesen bzw. geschrieben. Das Prozeßabbild ist ein Zwischenspeicher
für die Variablen einer Task (vgl. Abbildung 6). Dieser Speicher liest zu Beginn der
Berechnung einer Task die benötigten globalen Variablen ein. Damit stehen diese Variablen
der Task lokal zur Verfügung. Dann wird die Summe aller Programmlisten und Programme
dieser Task einmal berechnet und die aktuellen Zustände und Größen der Variablen in das
lokale Prozeßabbild geschrieben. Abschließend werden die neuen Werte bzw. Ergebnisse aus
dem Prozeßabbild in die globale Variablenliste übertragen.
Sämtliche im Programm verwendeten Variablen werden mit ihren projektweit eindeutigen Signalnamen,
Typenangabe und Kurzkommentar automatisch in einer Variablenliste gespeichert.
Handelt es sich um Variablen, die den Ein- oder Ausgangskanälen des Systems zugeordnet
sind, werden zusätzlich Baugruppentyp, Steckplatz und Kanalnummer in dieser Liste

10 4 KONFIGURIERUNG DER DIGIMATIK MIT CONTROLBUILDER F
Abbildung 6: Variablenzugriff über das Prozeßabbild
angezeigt. Die Variablenliste des vorliegenden Versuchs ist in Abbildung 11 zu sehen.
Neben der Variablenliste wird die sogenannte MSR-Stellenliste ebenfalls automatisch angelegt.
Die Abkürzung MSR steht für Messen, Steuern, Regeln. Zu den MSR-Stellen zählen alle
im Programm verwendeten parametrierbaren Funktionsbausteine, also beispielsweise Regler,
Filter oder Konstanten.
Programmliste (PL): Das Projektelement Programmliste (PL) faßt alle unterlagerten FBS-
Programme zusammen und steuert deren Bearbeitungsreihenfolge anhand der laufenden
Nummer bzw. Position im Projektbaum. In einem Parametrierdialog kann eingestellt werden,
ob die unterlagerten Programme bearbeitet werden sollen oder nicht.
Ablaufsprache (AS): Alternativ zur Programmliste gibt es die Möglichkeit die Bearbeitung
von FBS-Programmen in einem Ablaufsprache-Programm zu strukturieren. Hierzu steht ein
spezieller AS-Editor zur Verfügung, mit dessen Hilfe sehr einfach über die Menüzeile eine
Ablaufsteuerung erstellt werden kann.
Die aus der Regelungstechnik bekannten Petri-Netze [3] lassen sich mit diesem AS-Editor sehr

4.2 Konfigurierung der Automatisierungsfunktionen 11
Abbildung 7: Übergang vom Petri-Netz zur Ablaufsprache
einfach in ein AS-Programm umsetzen (vgl. Abbildung 7).
Dem Anwender stehen unter dem Menüpunkt Element Schritte, Transitionen, Sprünge (zu
anderen Schritten) sowie Parallel- und Alternativverzweigungen zur Verfügung. Dabei sind die
folgenden Grundregeln zu beachten:
• Eine Ablaufsteuerung beginnt immer mit einem Initialschritt.
• Einem Schritt folgt immer eine Transition und umgekehrt.
• Vor und nach einer Parallelverzweigung steht immer nur eine Transition.
• Nach dem Beginn und vor dem Ende einer Alternativverzweigung folgen immer mehrere
Transitionen.
• Eine Ablaufsteuerung endet mit einer Transition (von der aus das System selbständig in

12 4 KONFIGURIERUNG DER DIGIMATIK MIT CONTROLBUILDER F
den Initialschritt zurückspringt).
Im AS-Editor werden durch Anwählen der jeweiligen AS-Elemente diese mit FBS-Programmen
verknüpft. In diesen werden die einzelnen Schrittaktionen bzw. Transitionsbedingungen abgelegt.
Dabei kommen zwei interne Merker zum Einsatz.
Zum einen ist dies der Merker .RESULT, der ausschließlich bei Transitionsbedingungen verwendet
wird. Er steht obligatorisch in der Signalausgangsleiste des FBS-Programms, ist also
vom Entwickler des FBS-Programms selbst zu generieren und enthält das bool’sche Ergebnis
der Weiterschaltbedingung. Wird .RESULT gleich Eins, dann schaltet die Transition, der markierte
Schritt bzw. das aktuelle FBS-Programm wird noch einmal bearbeitet und anschließend
wird der nächste im AS-Programm folgende Schritt markiert.
Der zweite interne Merker lautet .X und kann nur bei Schrittaktionen verwendet werden. Da
er vom AS-Programm automatisch erzeugt wird, steht er in der Signaleingangsleiste des FBS-
Programms; jedoch ist seine Verwendung optional. Dieser Merker ist automatisch gleich Eins,
wenn die vorausgehende Transition geschaltet hat, die nachfolgende Transition jedoch noch
nicht. Schaltet die nächste Transition auf Eins, so wird .X automatisch gleich Null gesetzt.
Der markierte Schritt wird nun noch einmal bearbeitet s.o., dabei kann der Merker .X für die
Rücknahme bzw. das Beenden von Stellaktionen eingesetzt werden.
Zusätzlich kann im Untermenü Bearbeiten zu jedem Schritt- bzw. Transitionselement ein Kriterienfenster
definiert werden. Dort lassen sich in einem selbsterklärenden Parametrierdialog
Variablen in eine Liste eintragen, deren Status später in DigiVis an dem entsprechenden AS-
Element abrufbar sind. Bei einer Transition kann in diesem Kriterienfenster die Variable je
nach Zustand noch verschiedenfarbig geflutet werden.
Task: Das strukturierende Projektelement in der obersten Hierarchieebene ist die Task. In
ihr werden alle unterlagerten Programmlisten und AS-Programme zusammengefaßt. Tasks
werden zyklisch aufgerufen und können abhängig von den Anforderungen des technischen
Prozesses mit unterschiedlichen Zykluszeiten und Prioritäten parametriert werden. Unter Zykluszeit
versteht man hier im Gegensatz zur sonst üblichen Terminologie nicht die Zykluszeit
der gesamten Task, sondern die Zykluszeit der FBS-Programme, die in Form von Programmlisten
bzw. AS- Programmen der Task unterlagert sind. Ebenso kommt die Priorität einer Task
nur dann zum Tragen, wenn mehrere Tasks identische Zykluszeiten haben.
4.3 Konfigurierung der Bedien- und Beobachtungsfunktionen
Die Erstellung der Bedien- und Beobachteroberfläche wird im Teilbereich Freelance 2000 /
Digimatik - Leitstation (D-LS) des Projektbaums durchgeführt. Dabei stehen dem Anwender
sowohl die vom System konfektionierten Bilder, wie auch die Möglichkeit der Erstellung von
anlagenspezifischen freien Grafikbildern zur Verfügung.
Für die Strukturierung wird in der höchsten und gleichzeitig gröbsten Hierarchieebene das
konfektionierte Übersichtsbild verwendet (vgl. Abbildung 8). Darin läßt sich die Prozeßinformation
der gesamten Anlage in konzentrierter Form darstellen. In diesem Übersichtsbild
werden vordefinierte Ikonen bzw. Bilder vom Typ Grafikbild, Gruppenbild, Trendbild
und Ablaufsprachenbild eingebunden. Diese Bildtypen werden dann mit einzelnen Objekten,
wie frei konfigurierten Grafikbildern, konfektionierten Grafikbildern oder Ablaufsprache-
Programmen, hinterlegt.

4.3 Konfigurierung der Bedien- und Beobachtungsfunktionen 13
Abbildung 8: Übersichtsbild mit zusätzlich geöffnetem Einblendbild
Frei konfigurierbare Grafikbilder: Freie Grafikbilder können durch Einbinden aktueller
Prozeßdaten individuell auf die spezifischen Anforderungen des Anlagenbetreibers abgestimmt
werden. Die aus einem statischen und einem dynamischen Anteil bestehenden Bedienund
Beobachtungsbilder werden mit einem Grafikprogramm (Grafik- und Animationseditor)
konfiguriert. Dabei werden die statischen Teile des Bildes mit dem Grafikeditor erstellt. Innerhalb
dieses Editors steht ein Animationseditor zur Verfügung. Mit ihm können Bildelemente mit
Prozeßvariablen verbunden werden. Damit können dynamische Bildelemente in Form von sich
aktualisierenden Zahlenwerten, Bargraph-Säulen, Füllflächen oder sich bewegenden Grafiksymbolen
erzeugt werden.
Konfektionierte Grafikbilder: Konfektionierte Bilder sind vorgestaltete Darstellungen, die
hinsichtlich der Struktur und Präsentation der Prozeßdaten auf die Belange der Prozeßleittechnik
abgestimmt wurden. So werden z.B. Analogwerte zur schnellen Information als farbige
Säulen und zur genauen Ablesung digital in physikalischen Werten angezeigt. Dem Anwender
stehen folgende konfektionierte Bilder zur Beobachtung und Bedienung zur Verfügung:
• Das Einblendbild steht unmittelbar nach der Parametrierung einer MSR-Stelle zur Verfügung.
Es dient zur Detaildarstellung und Bedienung einer MSR-Stelle. Einblendbilder
sind sowohl mit konfektionierten als auch mit frei konfigurierbaren Grafikbildern auf
einem Monitor darstellbar. Damit ist es möglich, gleichzeitig Übersicht- und Detailinformation
zu erhalten. Eine angewählte MSR-Stelle ist immer über das Einblendbild
bedienbar.
• In einem Gruppenbild lassen sich bis zu sechs analoge bzw. 24 binäre MSR-Stellen

14 5 BEDIENEN UND BEOBACHTEN MIT DIGIVIS
anzeigen und bedienen.
• Das Übersichtsbild bietet die Anwahl von bis zu 96 Bildern und Protokollen.
• Das Trendbild zeigt die zeitlichen Verläufe von bis zu sechs Variablen in veränderbarer
Skalierung.
• Im Ablaufsteuerungsbild wird eine Ablaufsteuerkette angezeigt und bedient.
5 Bedienen und Beobachten mit DigiVis
Zur späteren Visualisierung und Bedienung des Prozesses stellt DigiVis eine aus mehreren
Komponenten bestehende Bedien- und Beobachteroberfläche zur Verfügung. In Abbildung 9
ist der grundsätzliche Bildschirmaufbau dargestellt. Die Bedienung erfolgt mit der Maus und
entspricht dem Windows-Standard.
Abbildung 9: Grundsätzlicher Aufbau der Bedien- und Beobachteroberfläche
Meldezeile: Die Meldezeile ist immer sichtbar und zeigt wahlweise die neuesten oder ältesten
fünf Meldungen an. Daneben befindet sich noch ein Feld zur Überlaufanzeige (>>), ein
Button für die Anwahl einer Hilfeliste (H) und ein Button zur Quittierung bzw. Sichtquittierung
(SQ).
Titelzeile: In dieser Zeile wird der aktuelle Bildname angezeigt.
Menüzeile: Die Menüzeile ist immer sichtbar. Im Menü hinterlegte Aktionen sind also aus
jeder Bediensituation ausführbar.
Darstellungsbereich: In diesem Bildschirmbereich werden die vom Bediener ausgewählten
Bilder dargestellt.
Statuszeile: Hier werden Meldungen des Systems angezeigt. Rechts stehen Datum und Uhrzeit.

15
Dialogbereich: Hier erscheint entweder ein zum aufgerufenen Bild gehörender Bediendialog
oder der Bildanwahldialog.
6 Versuchsdurchführung
Um die in Abschnitt 2.2 beschriebene Funktionsweise der Sortieranlage herzustellen, gliedert
die auf dem System als Gerüst vorgegebene Anwenderkonfiguration (vgl. Abbildung 12) die
Gesamtaufgabe des Sortiervorgangs in Teilaufgaben, die jeweils einer (zyklischen) Task auf
dem Freelance 2000 - System zugeordnet werden (pro Teilaufgabe eine Task). Für diese Tasks
ist auf der Prozeßebene (mit ControlBuilder F) das Erfassen, Verarbeiten und Ausgeben von
Signalen, auf der Leitebene die Visualisierung der Signale für das Beobachten, Bedienen
und Überwachen zu konfigurieren. Nach erfolgreicher Erstellung der Konfiguration wird diese
in die Prozeßstation geladen und abschließend im Bedien- und Beobachtungsmodus (mit
DigiVis) überprüft.
Die einzelnen Teilaufgaben (Tasks) sind:
• Initialisierung der Sortieranlage
• Vereinzelung der Werkstücke
• Transport
• Materialerkennung („Metall“ / „Kunststoff“)
• Spannungsprüfung
• Zählung der Werkstücke („Batterien“ / „Nicht-Batterien“)
und werden im folgenden näher erläutert.
Task INIT (Initialisierung): Diese Task ist bereits vollständig in der auf dem System vorhandenen
Anwenderkonfiguration enthalten. Sie wird durch ein AS-Programm realisiert, das den
Schlitten mit angehobener Greifeinheit und geöffneten Greifzangen exakt über der Aufnahmeposition
(POS1) plaziert.
Task VEREINZ (Vereinzelung): Diese Task ist ebenfalls bereits in der Anwenderkonfiguration
vorgegeben und wird auch über ein AS-Programms realisiert. Durch Ansteuerung des
Pneumatikzylinders (MV1) wird ein Werkstück aus dem Stapelmagazin an die Aufnahmeposition
geschoben. Sobald der Pneumatikzylinder wieder eingefahren ist, wird die Belegung
der Aufnahmeposition mit Hilfe der Lichtschrankenstation (S1) überprüft. Befindet sich dort
kein Werkstück (z. B. infolge eines leeren Stapelmagazins), endet die Programmbearbeitung.
Andernfalls wird der Transport des bereitliegenden Werkstücks initiiert.
Task TRANS (Transport): Auch die Task TRANS wird mit Hilfe eines AS-Programms realisiert.
Das Werkstück wird durch Ansteuerung des Pneumatikzylinders der z-Achse (MV2) und durch
Betätigung des Greifers (MV3_1, MV3_2) aufgenommen. Zur Funktionskontrolle werden hierbei
die Endlagenschalter ES4 und ES3 des Pneumatikzylinders überwacht. Anschließend wird
das Werkstück durch Ansteuerung des Schrittmotors der x-Achse (LIN1, LIN2, LIN3) zur Materialerkennung
an der Sensorstation vorbeigeführt. Handelt es sich um ein Metallteil (metall
= 1) wird beim Erreichen der Prüfposition (POS2) eine Spannungsprüfung veranlaßt. Danach

16 6 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG
wird das Werkstück weiterbefördert und abhängig vom Zustand der Variablen batterie an der
ersten (POS3, „ist Batterie“) oder an der zweiten (POS4, „ist keine Batterie“) Ablageposition
durch Öffnen des Greifers freigegeben. Ist das Werkstück aus Kunststoff entfällt die Spannungsprüfung.
Nach Ablage des Werkstücks fährt der Schlitten (mit geöffneten Greifzangen)
zur Aufnahme des nächsten Werkstücks wieder an die Aufnahmeposition (POS1) zurück.
Task MATERK (Materialerkennung): Diese Task wird als Programmliste realisiert. Zyklisch
werden hier ständig der kapazitive (S3) und der induktive Sensor (S2) eingelesen und das
Ergebnis der Materialerkennung (metall = 0 bzw. 1) zur Verfügung gestellt.
Task SPGSPRUEF (Spannungsprüfung): Diese Task wird wieder als AS-Programm realisiert.
Das Werkstück wird an der Prüfposition (POS2) durch Ansteuerung des Pneumatikzylinders
(MV2) zwischen die Klemmen der Spannungsprüfstation abgesenkt. Übersteigt der analoge
Spannungsmeßwert spannung die Schwelle von U t = 50 mV , wird das Werkstück durch Setzen
der Variable batterie als solche identifiziert.
Task ZAEHL (Zählung der Werkstücke): Die Task wird als Programmliste realisiert und wird
für die Visualisierung benötigt. Sie liefert in Form der beiden Zählvariablen anz_batt bzw.
anz_nicht_batt die jeweils aktuelle Anzahl der sich in den Ablagefächern befindenden Batterien
bzw. Nichtbatterien. Die Inkrementierung von anz_batt bzw. anz_nicht_batt erfolgt jeweils,
wenn der Schlitten die erste (POS3) bzw. die zweite Ablageposition (POS4) erreicht.
Eine vollständige Liste aller Ein-/Ausgangsvariablen der Sortieranlage inklusive Erläuterungen
sowie eine Liste aller im System vordefinierten Variablen findet sich im Abschnitt 7. Die
Variablenliste des Freelance 2000 - Systems steht außerdem in ControlBuilder F unter dem
Menüpunkt System, Variablenliste zur Verfügung.
Die Namensgebung der Variablen unterliegt dabei der folgenden Konvention: Namen, die
ausschließlich Großbuchstaben (z.B. POS1) enthalten, kennzeichnen direkte Ein- oder Ausgangssignale
der Anlage. Ausnahmen hiervon sind die beiden internen Merker .X und .RE-
SULT, die im nächsten Abschnitt beschrieben werden. Enthalten Namen Kleinbuchstaben (z.B.
metall), handelt es sich um programminterne Variablen, die, sofern nicht anders beschrieben,
vom Programmierer selbst zu setzen sind.
Synchronisation von AS-Programmen: Die Synchronisation der AS-Programme der
Tasks VEREINZ, TRANS und SPGSPRUEF erfolgt mit Hilfe von Variablenpaaren namens
• frei_
• rueck_
auf die in Abbildung 10 beispielhaft dargestellte Weise: In einem (z. B. dem letzten) Schritt
des AS-Programms A wird zweckmäßigerweise mit Hilfe des internen Merkers .X die Variable
frei_B zur „Freigabe“ des AS-Programms B gesetzt. Frei_B bringt die erste Transition des zu
startenden AS-Programms B zum Schalten, d. h. der Ablauf von B ist freigegeben. Der Rücksprung
von AS-Programm A in den Initialschritt wird jedoch durch die auf rueck_B reagierende
letzte Transition noch blockiert. An beliebiger Stelle im AS-Programm B (z.B. im ersten Schritt)
wird nun ebenfalls mittels .X die Variable rueck_B als „Rückmeldung“ des AS-Programms B
gesetzt. Jetzt schaltet die letzte Transition von AS-Programm A; A springt in den Initialschritt
zurück und ist bereit für einen neuen Ablauf.

6.1 Teil 1 17
6.1 Teil 1
Abbildung 10: Synchronisation zweier AS-Programme A und B
In diesem ersten Teil der Versuchsdurchführung geht es zunächst um die Konfigurierung der
Tasks MATERK (Materialerkennung) und TRANS (Transport). Anschließend soll die Sortieranlage
testweise in Betrieb genommen sowie die Funktion der realisierten Komponenten überprüft
und visualisiert werden. Dabei kann zu jedem bei ControlBuilder F oder DigiVis auftretenden
Problem über die bei Windows bekannte Hilfefunktion (Menü oder Taste F1) das Handbuch
eingesehen werden.
Die Geschwindigkeit des Schlittens entlang der x-Achse beträgt im Betrieb v x = 100 mm.
Auf s
einer Länge von ∆ x = 20 mm kann ein Werkstück von einem der Sensoren (kapazitiv bzw.
induktiv) erfaßt werden. Weiterhin soll der Schlitten an den Positionen POS1 ... POS4 auf 1
mm genau plaziert werden können.
Hausaufgabe
✍ Welche maximale Zykluszeit darf für die Task MATERK konfiguriert werden?
✍ Entwerfen Sie unter Verwendung von RS-Flip-Flops und Logikbausteinen die Schaltung
des FBS-Programms, welches der Task MATERK zugrunde liegt.
Berücksichtigen Sie, daß
– der kapazitive sowie der induktive Sensor nur solange ansprechen, wie ein Werkstück
erfaßt wird und
– die beiden Sensoren ihr Ausgangssignal nacheinander liefern.
Überlegen Sie auch, welches Signal sich zur Rücksetzung der Flip-Flops eignet (siehe
Taskbeschreibung und Variablenliste).
✍ Welche maximale Zykluszeit darf für die Task TRANS konfiguriert werden?
Das AS-Programm der Task TRANS wird über den o. a. Synchronisationsmechanismus durch

18 6 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG
die Variable frei_Trans freigegeben, die vom AS-Programm der Task VEREINZ gesetzt wird.
Demzufolge hat mittels Setzen der Variable rueck_Trans eine Rückmeldung der Task TRANS
an die TASK VEREINZ zu erfolgen.
Ferner muß im AS-Programm der Task TRANS der erneute Ablauf des AS-Programms der Task
VEREINZ initiiert werden, um ein neues Werkstück an die Aufnahmeposition zu plazieren.
Hierzu ist durch Setzen von frei_Vereinz das AS-Programm der Task VEREINZ wieder freizugeben.
Außerdem muß auf das Setzen von rueck_Vereinz als Rückmeldung des AS-Programms
der Task VEREINZ gewartet werden.
Die Synchronisation mit dem (noch nicht vorhandenen) AS-Programm der Task SPGSPRUEF
ist hier zu vernachlässigen. Statt dessen sind alle als Metallteile erkannten Werkstücke wie
Batterien zu behandeln. Es gilt also: metall = batterie.
Hausaufgabe
✍ Entwerfen Sie das zur Realisierung der Task TRANS erforderliche Petri-Netz. Vermerken
Sie zu jedem Schritt die notwendigen Aktionen und die zu jeder Transition gehörenden
Bedingungen (siehe Taskbeschreibung und Variablenliste).
Berücksichtigen Sie, daß sobald der Pneumatikzylinder der z-Achse oben angelangt ist
bereits wieder ein Werkstück eingeschoben werden kann.
Aktivieren von ControlBuilder F: Der Programmaufruf von ControlBuilder F erfolgt unter
Windows XP auf dem Desktop. Nach Abschluß des Ladevorgangs öffnet sich ein Fenster
mit dem Hinweis auf die Freelance 2000-Version und das Copyright. Durch das Bestätigen
im Fenster (mit dem Button Weiter bzw. RETURN) gelangt man in die ControlBuilder
F-Oberfläche.
Dort läßt sich in der Menüzeile durch Anwahl von Projekt, Öffnen die bereits vorhandene
und zu erweiternde Anwenderkonfiguration „SORT“ (Dateiname: angabe72_ip.pro, auf
dem Desktop) laden. Im nächsten Schritt wird der Menüpunkt Konfigurieren gewählt und es
erscheint der aktuelle Projektbaum.
Erweitern des Projektbaums: Im Projektbaum müssen die benötigten Projektelemente hinzugefügt
bzw. definiert werden. Dazu wird die gewünschte Stelle im Projektbaum durch Anwahl
mit der Maus markiert und das neue Element über die Menüzeile - Bearbeiten, Einfügen Drüber
bzw. Drunter oder Einfügen nächste Ebene - eingefügt. In diesem Praktikumsversuch sind
im Zweig für die Prozeßstation (vgl. Abbildung 12 unter Proz (D-PS)) folgende Projektelemente
zu ergänzen bzw. anzulegen:
• Die korrekten Zykluszeiten der Tasks MATERK und TRANS. Diese sind in den Parametermasken
der Projektelemente MATERK (TASK) bzw. TRANS (TASK) (Aufruf durch Doppelklick,
linke Maustaste) einzugeben.
• Das Programmliste-Element MatErk (PL) in MATERK (TASK).
• Das FBS-Programm-Element MatErk (FBS) in MATERK (PL).
• Das AS-Programm Trans (AS) in TRANS (TASK).
Aufgabe
☞ Erweitern Sie den Projektbaum um die oben genannten Elemente.

6.1 Teil 1 19
☞ Kontrollieren Sie den Projektbaum.
Erstellen eines FBS-Programms: Der FBS-Editor wird durch das Anwählen (Doppelklick
mit linker Maustaste) eines FBS-Programms im Projektbaum aufgerufen. In diesem Editor
werden die zuvor eingerichteten FBS-Programme mit einzelnen Funktionsbausteinen aus der
Bibliothek (Menüzeile: Bausteine) ausgestattet. Diese werden durch Anwählen parametriert
und anschließend mit Signalflußlinien verbunden (Verquellen). Die Vorgehensweise ist im folgenden
exemplarisch anhand der Verschaltung eines Flip-Flop-Bausteins im FBS-Programm
MatErk (FBS) dargestellt:
• Anwahl (Doppelklick mit linker Maustaste) von MatErk (FBS) im Projektbaum.
• Auswahl des Flip-Flops im Untermenü Bausteine, Standard, Binärschalter, Flip-Flop
• Plazieren (1x linke Maustaste, abschließend Esc-Taste) des Bausteins auf der Rasterfläche.
• Aufruf der Parametermaske des Bausteins (durch Doppelklick auf den Baustein), Eintragen
des Bausteinnamens und der Bearbeitungsreihenfolge, Auswahl des Bearbeitungsmodus
(immer bearbeiten, abhängig vom Eingangssignal EN bearbeiten oder nicht
bearbeiten) und des Flip-Flop-Typs. Mit dem Button „OK“ wird die Maske geschlossen.
• Eingabe der Variablen in die Ein- und Ausgangsleiste. Dabei kann nach Anwahl (1x linke
Maustaste) des gewünschten Variablenplatzes der Variablenname direkt eingegeben
werden oder mittels der Funktionstaste F2 eine Auswahl aus der Variablenliste getroffen
werden.
• Verquellen des Bausteins mit den Variablen durch Ziehen von Signalflußlinien (STRG-
Taste und linke Maustaste gedrückt halten, Verbindungslinie ziehen, Tasten loslassen).
In der Parametermaske eines jeden Bausteins befindet sich auch ein Hilfebutton. Dort kann die
Funktion des Bausteins und die Bedeutung der einzelnen Ein- und Ausgänge nachgeschlagen
werden.
Eine Syntaxprüfung der erstellten Programme erfolgt über den Menüpunkt FBS-Programm,
Plausibilisieren. Vorhandene formale Fehler werden daraufhin angezeigt. Nur plausible Programme
können später in die Prozeßstation geladen werden.
Aufgabe
☞ Realisieren Sie das FBS-Programm MatErk (FBS) in der Programmliste der Task MATERK
und sichern Sie es.
E/A-Kanalbelegung: Über die E/A-Kanalbelegung werden die Variablen des Projekts und
damit die in der Variablenliste definierten Variablen einem Kanal auf einer E/A-Baugruppe
zugewiesen. Damit wird erreicht, daß ein aus dem technischen Prozeß kommendes Signal
verarbeitet werden kann und umgekehrt eine Variable aus dem Leitsystem dem Prozeß zugeführt
wird.
Befindet man sich im Projektbaum, so kann in der Menüzeile der Punkt System und in seinem
Untermenü der Punkt Hardwarestruktur angewählt werden. Dort erscheint eine Hauptansicht
der verwendeten Hardware. Durch Anwahl einer einzelnen Hardwarekomponente (z. B. einer
Prozeßstation) und anschließender Auswahl des Menüpunkts Detaillieren! wird diese Komponente
herausgegriffen und kann parametriert werden. Dabei kann die Prozeßstation mit

20 6 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG
einzelnen E/A-Baugruppen bestückt werden. In dieser Detailansicht werden durch die Anwahl
einer E/A-Baugruppe in Verbindung mit den Menüpunkten System und E/A-Kanalbelegung
den einzelnen Kanälen der E/A-Baugruppe die jeweiligen Variablen zugewiesen.
Aufgabe
☞ Ergänzen Sie die Kanalbelegung der E/A-Baugruppe DDI01 um die Signale S2 (Kanal
9) und S3 (Kanal 10). Sichern Sie die neue Kanalbelegung.
Erstellen eines Ablaufsprache-Programms: Der AS-Editor wird durch Anwählen (Doppelklick
mit linker Maustaste) eines AS-Programms im Projektbaum aufgerufen. Wie unter
Abschnitt 4.2 beschrieben, wird in diesem Editor der Ablauf von FBS-Programmen unter Verwendung
der Elemente Schritt und Transition sowie Sprung, Parallelverzweigung und Alternativverzweigung
strukturiert.
Ein Schritt wird parametriert, indem ihm ein bis maximal fünf FBS-Programme zugewiesen
werden. Dies geschieht durch Anwahl des Schritts (Doppelklick mit linker Maustaste) und
anschließendem Ausfüllen der Parametermaske bzw. Erstellen der dem Schritt zugehörenden
FBS-Programme (s. o.).
Die Parametrierung einer Transition erfolgt analog, mit dem Unterschied, daß einer Transition
nur ein FBS-Programm zugewiesen werden kann. In der Signalausgangsleiste (rechte Seite)
dieses FBS-Programms muß der interne Merker .RESULT generiert werden, um ein Schalten
der Transition zu ermöglichen (vgl. Abschnitt 4.2).
Aufgabe
☞ Realisieren Sie das AS-Programm Trans (AS) der Task TRANS und plausibilisieren sie
es (Menüzeile: AS-Programm, Plausibilisieren). Zur mechanischen Schonung der Pneumatikzylinder
ist bei jedem Schritt, der eine pneumatische Komponente bedient, in der
Parametermaske eine Wartezeit TWA von 500 ms einzustellen.
Inbetriebnahme der erstellten Konfiguration: Nach Erstellung der Anwenderkonfiguration
wird das ganze Projekt noch auf Syntaxfehler hin untersucht. Dazu wird im Projektbaum
ganz oben der Projektname markiert und dann in der Menüzeile Projekt, Alles plausibilisieren
gewählt. Liefert diese Überprüfung keine Fehlermeldung kann mit dem Laden der Anwenderkonfiguration
fortgefahren werden. Dies geschieht im Inbetriebnahmemodus. Dazu wird
eine Verbindung mit der Prozeßstation aufgebaut und die erstellte Anwenderkonfiguration in
Betrieb genommen:
• Konfigurationsmodus verlassen (Projekt, Beenden). Es erscheint die ControlBuilder F
Oberfläche.
• Zum Desktop wechseln (Oberfläche minimieren) und DigiVis aufrufen.
• Zu ControlBuilder F zurückkehren (mit Hilfe der Tastenkombination ALT+TAB).
• Aufbauen der Verbindung (Projekt, Verbindung aufbauen). Der Punkt Inbetriebnehmen
erscheint schwarz und ist damit anwählbar in der Menüzeile.
• Inbetriebnahmemodus starten (Inbetriebnehmen). Es erscheint der Projektbaum.
• Markieren der Prozeßstation PROZ (D-PS). Mit Laden, ganze Station wird die Anwenderkonfiguration
für die Prozeßstation geladen.

6.2 Teil 2 21
• Markieren der Leitstation LEIT (D-LS). Mit Laden, ganze Station wird die auf dem System
vorgegebene Anwenderkonfiguration für die Leitstation geladen.
• Verbindung abbauen (Projekt, Beenden und Projekt, Verbindung abbauen)
Aufgabe
☞ Laden der erstellten Anwenderkonfiguration wie oben beschrieben.
☞ Zur Inbetriebnahme der Sortieranlage selbst entriegeln Sie den NOT-AUS Taster der
Druckluftversorgung und befüllen das Stapelmagazin.
☞ Wählen Sie unter der Rubrik „Grafikbilder“ das Grafikbild „Sortieren“. Drücken Sie im
Grafikbild links oben den Button „START“ und überprüfen Sie, ob der Sortiervorgang
(Trennung von Metall- und Kunststoffwerkstücken) korrekt abläuft.
☞ Speichern Sie Ihr Projekt (Menüzeile: Projekt, Sichern) und beenden Sie es (Projekt,
Beenden). Verlassen Sie ControlBuilder F (Projekt, Beenden) und DigiVis (Optionen,
System, DigiVis beenden).
6.2 Teil 2
Im zweiten Teil der Versuchsdurchführung wird die Steuerung der Sortieranlage durch Konfigurierung
des AS-Programms SpgsPruef (AS) sowie durch dessen Synchronisation mit Trans
(AS) vervollständigt. Zusätzlich soll auf der Leitebene das Grafikbild der Anlage um weitere
Komponenten der Visualisierung ergänzt werden.
Mit Setzen der Variablen frei_SpgsPruef wird die Task SpgsPruef (AS) von der Task Trans
(AS) freigegeben. Die Rückmeldung seitens SpgsPruef (AS) kann hier entfallen, da das AS-
Programm der Task TRANS nicht in den Initialschritt zurückzusetzen ist, sondern nur vorübergehend
unterbrochen wird.
Die eigentliche Spannungsmessung erfolgt mit einem Analog-Eingangswandler-Baustein
(AIW), der durch entsprechende Parametrierung den Eingang ANALOG_EINGABE auf die
REAL-Variable spannung im Bereich von 0 ... 2 V abbildet. Nach Ablauf von SpgsPruef (AS)
wird das AS-Programm der Task TRANS wie gewohnt mittels der Variablen frei_Trans_f bzw.
rueck_Trans_f fortgesetzt.
Hausaufgabe
✍ Entwerfen Sie das zur Realisierung der Task SPGSPRUEF erforderliche Petri-Netz. Vermerken
Sie zu jedem Schritt die notwendigen Aktionen und die zu jeder Transition gehörenden
Bedingungen (siehe Taskbeschreibung und Variablenliste).
✍ Erweitern Sie das Petri-Netz der Task TRANS um die o. a. Synchronisation mit dem
Petri-Netz der Task SPGSPRUEF.
Aufgabe
☞ Erweitern Sie den Projektbaum um das AS-Programm SpgsPruef (AS) in SPGS- PRUEF
(TASK).
☞ Realisieren Sie das AS-Programm SpgsPruef (AS) der Task SPGSPRUEF und plausibilisieren
sie es.

22 6 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG
☞ Realisieren Sie in Trans (AS) die für die Synchronisation mit SpgsPruef (AS) notwendigen
Erweiterungen und plausibilisieren sie Trans (AS) erneut.
Als Voraussetzung für die Erweiterung der Visualisierung ist zunächst die Task ZAEHL (Zählung
der Werkstücke) zu konfigurieren (siehe Taskbeschreibung und Variablenliste). Zur Realisierung
der beiden Zählvariablen, die den Datentyp INT erhalten sollen, stehen in der Bausteinbibliothek
parametrierbare Impulszähler und entsprechende Wandlerbausteine zur Verfügung.
Zur Rücksetzung der Zähler kann die vorkonfigurierte und funktionsfähige Variable
zaehler_rueck verwendet werden.
Aufgabe
☞ Ergänzen Sie im Projektbaum das Programmliste-Element Zaehl (PL) in ZAEHL (TASK)
und das FBS-Programm-Element Zaehl (FBS) in Zaehl (PL).
☞ Realisieren Sie das FBS-Programm Zaehl (FBS) und sichern Sie es.
Erstellen einer Visualisierung und Bedienung: Der Grafikeditor wird durch das Anwählen
(Doppelklick mit linker Maustaste) eines freien Grafikbildes (FGR) im Projektbaum
aufgerufen. In diesem Editor lassen sich wie in einem einfachen Zeichenprogramm (z. B.
Paintbrush) sehr einfach freie Grafikbilder erstellen. Diese Grafiken können aus statischen
und dynamischen Komponenten bestehen. Dabei ist die dynamische Grafikkomponente eine
Besonderheit und wird im folgenden kurz erklärt.
Das Untermenü Dyn. im Grafikeditor ermöglicht verschiedene Dynamisierungsarten. Für die
spezifische Darstellung von Prozeßvariablen sind die Arten Bargraph und Alphanumerische
Anzeige im Menü vorhanden. Durch Anwahl einer dieser Untermenüpunkte beginnt der Parametrierdialog
für das zu erstellende dynamische Grafikelement. In diesem Dialog kann zum
größten Teil mit den bereits eingetragenen Standardeinstellungen gearbeitet werden. Bei speziellen
Fragen zu diesem Dialog ist in der Online-Hilfe nachzusehen.
Aufgabe
☞ Erweitern des Anlagenbildes Sortieren (FGR) um die dynamischen Bildelemente Bargraph
und alphanumerische Anzeige für die sich während des Sortiervorgangs füllenden
Werkstückablagen (max. 4 Werkstücke pro Ablage).
Durch Anwahl (Doppelklick, linke Maustaste) eines Gruppenbildes (GRU) im Projektbaum
können diesem vorkonfektionierten Bild MSR-Stellen zugeordnet werden.
Aufgabe
☞ Konfigurieren des Gruppenbildes Signale (GRU) mit dem Analog-Eingangswandler-
Baustein (AIW) als MSR-Stelle.
Durch Anwahl (Doppelklick, linke Maustaste) des Übersichtsbildes Uebersicht (UEB) im Projektbaum
können diesem vorkonfektionierten Bild sämtliche Bild- und Protokolltypen zugewiesen
werden.
Aufgabe
☞ Konfigurieren des Übersichtsbildes Uebersicht (UEB) durch Hinzufügen des oben erstellten
Gruppenbildes.
☞ Inbetriebnahme der erstellten Konfiguration (vgl. Teil 1)

6.2 Teil 2 23
☞ Überprüfen Sie, ob der Sortiervorgang (Trennung von Batterien und Nichtbatterien) korrekt
abläuft.

24 7 TABELLEN UND ABBILDUNGEN
7 Tabellen und Abbildungen
7.1 Schaltlogik der digitalen Eingänge
DI 0
DI 1
DI 2
DI 5
DI 6
DI 7
DI 8
DI 9
Sensor ES1
magnetischer Endlagenschalter Zylinder Stapelmagazin (hinten)
Zylinder
Schaltzustand
eingefahren
high
ausgefahren
low
Sensor ES2
magnetischer Endlagenschalter Zylinder Stapelmagazin (vorn)
Zylinder
Schaltzustand
eingefahren
low
ausgefahren
high
Sensor S1
Lichtschranke Aufnahmeposition Stapelmagazin
Werkstück
Schaltzustand
vorhanden
low
nicht vorhanden
high
Positionsschalter POS1
Positionsschalter für Aufnahmeposition am Magazin
Schalter
Schaltzustand
nicht angefahren
high
angefahren
low
Positionsschalter POS2
Positionsschalter für Spannungsprüfung
Schalter
Schaltzustand
nicht angefahren
high
angefahren
low
Positionsschalter POS3
Positionsschalter für Werkstückablage 1
Schalter
Schaltzustand
nicht angefahren
high
angefahren
low
Positionsschalter POS4
Positionsschalter für Werkstückablage 2
Schalter
Schaltzustand
nicht angefahren
high
angefahren
low
Sensor S2
induktiver Sensor zur Erkennung von Metall (Batterien)
Material
Schaltzustand
Metall
high
Nichtmetall
low

7.2 Schaltlogik der digitalen Ausgänge 25
DI 10
DI 11
DI 12
Sensor S3
kapazitiver Sensor zur Erkennung von Werkstücken allgemein
Werkstück
Schaltzustand
vorhanden
high
nicht vorhanden
low
Sensor ES3
magnetischer Endlagenschalter Hubzylinder (oben)
Zylinder
Schaltzustand
eingefahren
high
ausgefahren
low
Sensor ES4
magnetischer Endlagenschalter Hubzylinder (unten)
Zylinder
Schaltzustand
eingefahren
low
ausgefahren
high
7.2 Schaltlogik der digitalen Ausgänge
DO 0
DO 1
DO 2
DO 3
Aktor MV1
federrückgestelltes Ventil für Zylinder Stapelmagazin
Schaltzustand
Zylinder
low
einfahren
high
ausfahren
Aktor MV2
federrückgestelltes Ventil für Hubzylinder
Schaltzustand
Zylinder
low
einfahren (nach oben)
high
ausfahren (nach unten)
Aktor MV3_1
Impulsventil für pneumatischen Scherengreifer
Schaltzustand
Greifer
low
keine Zustandsänderung
high (MV3_1 = MV3_2 verboten!) schließt
Aktor MV3_2
Impulsventil für pneumatischen Scherengreifer
Schaltzustand
Greifer
low
keine Zustandsänderung
high (MV3_1 = MV3_2 verboten!) öffnet

26 7 TABELLEN UND ABBILDUNGEN
DO 4
DO 5
DO 6
Aktor LIN1
Linearachse ein/aus
Schaltzustand
low
high
Aktor LIN2
Bewegungsrichtung der Linearachse
Schaltzustand
low
high
Aktor LIN3
Freigabe der Linearachse
Schaltzustand
low
high
Linearachse
steht
fährt
Bewegungsrichtung
hin zur Werkstückablage
hin zur Aufnahmeposition
Linearachse
nicht freigegeben
freigegeben
7.3 Variablenliste
Sämtliche bisher verwendeten Variablen sind in der folgenden Liste (Abbildung 11) dargestellt.
Zusätzlich benötigte Variablen können im Verlauf des Versuchs frei definiert werden.
7.4 Projektbaum
In Abbildung 12 ist der Projektbaum dargestellt, wie er zu Beginn des Versuchs vorliegt. Dieser
ist noch unvollständig und wird im Lauf der Praktikumsdurchführung ergänzt.

7.4 Projektbaum 27
Abbildung 11: Variablenliste

28 7 TABELLEN UND ABBILDUNGEN
Abbildung 12: Projektbaum zu Beginn des Versuchs

LITERATUR 29
Literatur
[1] DIN IEC 1131. Teil 3. Speicherprogrammierbare Steuerungen. Beuth Verlag, 1992.
[2] Hartman & Braun. Handbücher zu DigiTool und DigiVis. 1995.
[3] G. Schmidt. Regelungs- und Steuerungstechnik 1. Vorlesungsmitschrift, Technische Universität
München.