IEC 61131 - Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik

Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Automatisierungstechnik, Professur Prozessleittechnik 

DIN EN 61131 

Fachsprachen 

VL Prozessleittechnik I (SS 2012) 

Professur für Prozessleittechnik

61131-3 Programmiersprachen 

• 61131-3 spezifiziert fünf Programmiersprachen zur 

Implementierung von POE 

• Standardfunktionen und Standardfunktionsbausteine 

• Typwandlungsfunktionen typ1_TO_typ2 

Textbasiert Grafisch 

Anweisungsliste (AWL) 

Strukturierter Text (ST) 

Ablaufsprache (AS) 

Kontaktplan (KOP) 

Funktionsbausteinsprache (FBS) 

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Übersicht 

• Beispiel: 

– Setze Ausgang Q1.1 auf 1, wenn folgende Bedingungen 

gleichzeitig erfüllt sind: 

• Eingänge I0.1 oder I0.2 oder Ausgang Q1.1 gesetzt 

• Eingang I0.3 gesetzt 

• Eingang I0.4 gesetzt 

• Zu realisierender boolscher Ausdruck: 

Q1.1 = ( I0.1 ˅ I0.2 ˅ Q1.1) ˄ I0.3 ˄ I0.4 

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Lösung in den verschiedenen 

Fachsprachen 

LD %IX0.1 

OR %IX0.2 

OR %QX1.1 

AND %IX0.3 

AND %IX0.4 

ST %QX1.1 

I0.1 

I0.2 I0.3 I0.4 

I0.3 

I0.4 

Q1.1:=(I0.1 OR I0.2 OR Q1.1) 

AND I0.3 

AND I0.4; 

S0 

S1 

T0 

T1 

S0 

Step 0 

R Q1.1 

Step 1 

S Q1.1 

I0.1 

I0.2 

Q1.1 

I0.1 

I0.2 

Q1.1 

I0.3 I0.4 Q1.1 

( ) 

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>1 

I0.3 

I0.4 

& 

Q1.1 

=

Gemeinsame Elemente der 

Programmiersprachen 

• Zeichensatz 

– Textelemente Spalten 002-007 der ISO/IEC-646 IRV 

– Zusätzlich Kleinbuchstaben (aber nicht case sensitiv), 

# oder £, $ oder ¤, | oder ! 

• Bezeichner: 

– Folge von Buchstaben, Ziffern und Unterstrich 

– Muss mit Buchstaben oder Unterstrich beginnnen 

– Mehrere oder angehängte Unterstriche sind nicht 

zulässig 

– Mindestens sechs Zeichen werden zur eindeutigen 

Unterscheidung genutzt, Maximum impl.-abh. 

• Leerzeichen, Kommentare (* *), Numerische Literale, 

Zeichenfolgeliteral, Zeitdauer 

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Zahlen- und Zeitdauerliterale 

• Zahlen 

– Unterstriche zur Strukturierung erlaubt 

• 100_000_000 3.14159_26 

– Basis 2/8/16 Literale möglich 

• 2#1111_1111 8#377 16#ff 

– Literale mit Typangaben 

• BOOL#0 UINT#16#FF 

• Zeitdauern 

– kurzes/langes Präfix 

• TIME#14ms T#14.7s 

– mit/ohne Unterstrichen 

• t#5d14h12m18s3.5ms t#5d_14h_12m_18s_3.5ms 

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Elementare Datentypen 

• Wahrheitswert: 

• BOOL 1 

• Ganzzahl mit/ohne Vorzeichen: 

• SINT 8 , INT 16 , DINT 32 , LINT 64 / USINT 8 , UINT 16 , UDINT 32 , 

ULINT 64 

• Reele Zahl: 

• REAL 32 , LREAL 64 

• Zeiten: 

• TIME, DATE, TIME_OF_DAY/TOD, DATE_AND_TIME/DT 

• Variabel lange Zeichenkette: 

• STRING 8 , WSTRING 16 

• Bit-Folgen: 

• BYTE 8 , WORD 16 , DWORD 32 , LWORD 64 

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Hierarchie der allgemeinen Datentypen 

(zur Festlegung von Ein/Ausgängen von 

POE) 

ANY 

+---- ANY_DERIVED 

+---- ANY_ELEMENTARY 

+---- ANY_MAGNITUDE 

| +---- ANY_NUM 

| | +---- ANY_REAL 

| | | +---- LREAL, REAL 

| | | 

| | +---- ANY_INT 

| | +---- LINT, DINT, INT, ULINT, SINT, 

| | ULDINT, UDINT, UINT, USINT 

| +---- TIME 

| 

+---- ANY_BIT 

| +---- LWORD, DWORD, WORD, BYTE, BOOL 

| 

+---- ANY_STRING 

| +---- STRING, WSTRING 

| 

+---- ANY_DATE 

+---- DATE_AND_TIME, DATE, TIME_OF_DAY 

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Abgeleitete Anwender- oder 

herstellerdefinierte Datentypen 

• TYPE Bezeichner : ... END_TYPE 

• Aufzählung 

– TYPE A_SIG : (SINGLE, DIFF) ; END_TYPE 

• Bereich 

– TYPE A_DATA : INT (-32000..32512) ; END_TYPE 

• Feld 

– TYPE A_8IN : ARARY [1..16] OF A_DATA; END_TYPE 

• Struktur 

– TYPE Bezeichner : STRUCT ... END_STRUCT; 

END_TYPE 

– Kann geschachtelt werden 

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Einzelelementvariablen 

% Q X 7.3 Adresse der Variablen 

I0.1 

I0.0 

Speicherort 

I Eingang 

Q Ausgang 

M Merker 

Kennung einer direkten Variablen (Optional) 

& 

Q1.1 

X (Einzel-)Bit-Größe 

kein (Einzel-)Bit-Größe 

B Byte(8 Bit)-Größe 

W Word(16 Bit)-Größe 

D Doppelwort(32 Bit)-Größe 

L Langwort(64 Bit)-Größe 

Schalter 1 

Schalter 2 

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& 

Lampe

IEC 61131-3 Standardfunktionen 1/2 

• Mit einer numerischen Variablen 

– ABS, SQRT, LN, LOG, EXP, SIN, COS, TAN, ASIN, 

ACOS, ATAN 

• Arithmetische Funktionen 

– ADD * , MUL * , SUB, DIV, MOD, EXPT, 

• Bitfolgefunktionen 

– SHL, SHR, ROR, ROL 

• Bitweise boolsche Standardfunktionen 

– AND * , OR * , XOR * , NOT, 

• Auswahl 

– SEL, MAX * , MIN * , LIMIT, MUX * , 

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IEC 61131-3 Standardfunktionen 2/2 

• Vergleich 

– GT * , GE * , EQ * , LE * , LT * , NE 

• Zeichenfolgen 

– LEN, LEFT, RIGHT, MID, CONCAT * , INSERT, DELETE, 

REPLACE, FIND 

• Zeit (DATE, TIME, TIME_OF_DAY,DATE_AND_TIME) 

– ADD, SUB, CONCAT_DATE_TOD 

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IEC 61131-3 Standardfunktionsbausteine 

• Bistabile Funktionsbausteine 

– SR (* vorrangig Setzen *) 

– RS (* vorrangig Rücksetzen *) 

• Flankenerkennung 

– R_TRIG (* steigende Flanke *) 

– F_TRIG (* fallende Flanke *) 

• Zähler 

– CTU, CTU_(D|L|UD|UL)INT (*Aufwärtszähler*) 

– CTD, CTD_(D|L|UD|UL)INT (*Abwärtszähler*) 

• Zeitgeber 

– TON, TOF (* Ein/Ausschaltverzögerung *) 

– TP (* Puls *) 

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Funktionsbausteinsprache (FBS)

Anweisungsliste AWL 

(engl. Instruction List, IL, STEP7: AWL) 

• AWL: universell einsetzbare Maschinensprache, 

vergleichbar mit einem Assembler. 

– Nach wie vor am weitesten verbreitet. 

– wenig Möglichkeiten zur strukturierten Programmierung. 

– In den jeweiligen Implementierungen zum Teil 

unterschiedliche Operatoren und Sprachumfänge 

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AWLs „Virtuelle Maschine“ 

• AWL definiert implizit eine virtuelle Maschine mit 

– AKU 

– Variablen (funktionale Speicher) 

• Zentrales Element ist der AKKUMULATOR (AKU) 

– Grundlegende Semantik von Operatoren 

• Ergebnis := Ergebnis Operator Operand 

– Ergebnis und Operand müssen denselben Datentyp 

besitzen 

• Formale Syntax: 

[Marke:] Operator Operand [(* Kommentar *)] 

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Modifzierer für Negation, Zurückstellung, 

bedingte Auswertung 

• N: Negation 

– ANDN %IX2 � Erg := Erg AND NOT %IX2 

• (: Zurückstellung der Auswertung bis zum Operator ) 

– AND( %IX1 � Erg := Erg AND (%IX1 OR %IX2) 

OR %IX2 

) 

• C: Bedingung, Anweisung wird nur durchgeführt, 

wenn der vorherige Ausdruck eine boolsche 1 ergeben 

hatte 

– Achtung: Modifizierer gelten nur für bestimmte Befehle 

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Operatoren der Anweisungsliste 

Nr. Operator N ( C Bedeutung 

1 LD N Erg := Operand 

2 ST N Operand := Erg 

3 S, R Operand := (bool) Erg 

4-7 AND,&,OR,XOR N ( Erg := Erg OP Operand 

7a NOT Einerkomplement 

8-11a ADD,SUB,MUL, 

DIV,MOD 

12-17 GT,GE,EQ,NE,LE, 

LT 

( Erg := Erg OP Operand 

( Erg := Erg OP Operand 

18-20 JMP, CAL, RET N C Sprung, Aufruf, Rücksprung 

21 ) Bearbeitung rückgesteller OP 

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Funktionsaufruf 

• Eintrag Funktionsname in Operatorfeld 

• Argumente als nicht-formale Eingangsliste 

LIMIT(1,B,5) 

Argumente als formale Eingangsliste 

LIMIT( 

EN:=COND, 

IN:=B, 

MN:=1, 

MX:= 5, 

ENO => TEMPL 

) 

• Zurückgegebener Wert (RET) wird Ergebnis 

– ST A 

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Einschub: Ausführungssteuerung mit 

EN/ENO 

• Für Funktionen und Funktionsbausteine können ein 

zusätzlicher Freigabeeingang EN (Enable) und 

Ausgang ENO (Enable Out) oder beide zur Verfügung 

gestellt werden 

VAR_INPUT EN: BOOL := 1 ; END_VAR 

VAR_OUTPUT ENO: BOOL ; END_VAR 

• EN == False 

– Operation wird nicht ausgeführt, durch SPS 

ENO := False 

• ENO == False 

– Werte der Funktionsausgänge 

implementierungsabhängig 

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Funktionsbausteinaufruf 

• Aufruf FBS mit nicht-formaler oder formaler 

Argumentliste 

– CAL C10(%IX10, FALSE, A, OUT, B) 

– CAL C10( 

CU := %IX10, 

Q=> OUT) 

• Aufruf mit Laden/Speichern mit FBS-Eingangs 

von Argumenten Operatoren 

– LD A LD A 

ST C10.PV PV C10 

LD %IX10 LD %IX10 

ST C10.CU CU C10 

CAL C10 

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Unvollständige formale Argumentliste 

oder Eingangsoperatoren 

• Fehlende Argumente werden von der letzten 

Zuweisung (ggf. Initialisierung) übernommen 

– Fehlende Argumente ändern sich also nicht! 

• Beispiel 

VAR C10: CTU; 

LD 15 

PV C10 

• Zähler C10 wird bei steigender Flanke auf Eingang CU 

inkrementiert 

– CU ist nicht angegeben 

� keine Änderung, Zähler zählt nicht! 

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AWL Beispiel 

LD %IX0.1 (* Lade Eingang 0.1 in Akku *) 

OR %IX0.2 (* Akku=Akku oder Eingang 0.2 *) 

OR %QX1.1 (* Akku=Akku oder Ausgang 1.1 *) 

AND %IX0.3 (* Akku=Akku und Eingang 0.3 *) 

AND %IX0.4 (* Akku=Akku und Eingang 0.4 *) 

ST %QX1.1 (* Ausgang 1.1=Akku *) 

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Strukturierter Text 

(engl. Structured Text, ST, STEP7 SCL) 

• Pascal-ähnliche, höhere Programmiersprache 

• Vorteile: 

– sehr kompakte Formulierung 

– abstrakte maschinenferne Befehle 

– übersichtlicher Aufbau durch Anweisungsblöcke 

– umfangreiche, komplexe Aufgaben realisierbar 

• Nachteile: 

– Qualität des Maschinencode ist abhängig von Compiler 

(Übersetzer). 

– Bei einigen Compilern Effizienzverlust zur Laufzeit durch 

höhere Abstraktion (ST-Code i.d.R. langsamer als AWL- 

Code) 

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Ausdrücke 

• Auswertungsreihenfolge 

– Rangfolge (Punkt vor Strich): A+B*C 

– Auswertung von links nach rechts: A+B+C 

– Auswertung linker Operand zuerst: SIN(A)*SIN(B) 

• Boolsche Ausdrücke 

– Lazy Evaluation ist erlaubt: (A>B)&(C>D) 

• Operatoren 

– Funktionsaufruf, e.g. SIN(A) 

– - (Negation), NOT, **, *, / MOD, +, -, 

– ,=, =, 

– &, AND, XOR, OR 

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Anweisungen 

• Zuweisung: A := B; C := SIN(X); 

• FBS-Aufruf: TMR(IN:=%IX5, PT:=T#300ms); 

A := TMR.Q; 

• Bed. Ausführung: IF B1 THEN … ELSIF B2 THEN … 

ELSE … END_IF; 

• Falluntersch.: CASE B1 OF 

1,5: … 

7..10: … 

ELSE … END_CASE; 

• Wiederholung: FOR I:= 1 TO 3 DO … END_FOR; 

WHILE B1 DO … END_WHILE; 

REPEAT … UNTIL B1 END_REPEAT; 

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ST Beispiele 

(Viele Wege führen nach Rom) 

• Beispiel 1: 

Q1.1:=(I0.1 OR I0.2 OR Q1.1) AND I0.3 AND I0.4; 

• Beispiel 2: 

M = Q1.1; Q1.1:=0; 

IF (I0.1 OR I0.2 OR M) THEN 

IF (I0.3 AND I0.4) THEN 

Q1.1:=1; 

END_IF; 

END_IF; 

• Negativbeispiel 3: 

Q1.1:=((I0.1+I0.2+Q1.1)>0)*I0.3*I0.4 

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Kontaktplan KOP 

(engl. Ladder Diagramm, LD, STEP7: KOP) 

• Funktionen werden durch Schaltsymbole aus der 

Elektrotechnik dargestellt: 

– Schließer, Öffner usw., die schaltbildähnlich zu 

Netzwerken zusammengefügt werden. 

– An den Seiten befinden sich zwei Stromschienen, 

zwischen denen die Relaislogik liegt (90° Drehung zur 

Anpassung an Computer/Textschreiben) 

• Programmiersprache beschränkt sich im Wesentlichen 

auf boolsche Signale 

– Reihenschaltung: UND 

– Parallelschaltung: ODER 

– Negation: Arbeitskontakt / Ruhekontakt 

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KOP Beispiel 

I0.1 

I0.2 

Q1.1 

I0.3 I0.4 Q1.1 

( ) 

Eingang: Schaltkontakt --| |-- 

Ausgang: Relaisspule --( )-- 

Negation: --|/|-- 

--(/)-- 

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Funktionsbausteinsprache

Funktionsbausteinsprache FBS 

(engl. Function Block Language, FB, STEP7: FUP) 

• Symbolik der Digitalen-Schaltungen 

• UND- , ODER-Gatter, 

• INVERTIERTER Eingang, usw. 

• gut strukturierte und übersichtliche Programmierung 

bool´scher Verknüpfungen. 

• Grafisch anschauliche Programmierung des 

Informationsfluss von ganzzahligen und Gleitkomma- 

Operationen. 

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FBS Beispiel 

I0.1 

I0.2 

Q1.1 

>1 

I0.3 

I0.4 

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& 

Q1.1 

=







Ablaufsprache AS 

(engl. Sequential Function Chart Language, SFC) 

• Industrielle Automatisierungsaufgaben lassen sich 

häufig als Sequenz einzelner Schritte darstellen. 

– Die Ausführung der Schritte hängt vom Erreichen einer 

Bedingung ab 

– Verschiedene Schritte können/müssen auch parallel 

ausgeführt werden 

• Vereinfachte Petrinetze: 

– Übergang von einem Schritt zu einen oder mehreren 

(parallelen) folgenden Schritten erfolgt durch eine 

Übergangsbedingung (Transition). 

– Aktionen und Transitionen werden in einer der 

vorgenannten Sprachen spezifiziert. 

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AS Beispiel 

I0.1 

I0.2 I0.3 I0.4 

I0.3 

I0.4 

S0 

S1 

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T0 

T1 

S0 

Step 0 

R Q1.1 

Step 1 

S Q1.1

Siemens STEP7 vs. IEC 61131-3 

• Aus TIA, Anhang II, IEC 61131: 

– Die Programmiersprachen KOP und FUP entsprechen 

den in der Norm DIN EN 61131-3 (int. IEC 61131-3) 

festgelegten Sprachen „Kontaktplan“ und 

„Funktionsbaustein-Sprache“. […] 

– AWL entspricht der in der Norm DIN EN 61131-3 (int. 

IEC 61131-3) festgelegten Sprache „Anweisungsliste“, 

wobei hinsichtlich der Operationen wesentliche 

Unterschiede bestehen. […] 

– Die Ablaufsprache S7-GRAPH entspricht der in der Norm 

DIN EN 61131-3 (int. IEC 61131-3) festgelegten 

Sprache „Sequential Function Chart“. 

– Zusätzlich S7-HiGraph (Zustandsgraphen) 

17.04.2012 PLT-1 (c) 2008-2012, UR Folie 38

IEC 61131 - Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik

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