Automatisierungstechnik mit dem TIA-Portal

Dieses Arbeitsheft bietet einen leichten Einstieg in das TIA-Portal und seine Komponenten und findet seinen Schwerpunkt in der beruflichen Aus- und Weiterbildung. Es wendet sich dabei auch an alle Interessierten, die sich im Selbststudium in die Programmierung eines Automatisierungssystems einarbeiten möchten. Viele Beschreibungen und Screenshots führen den Lernenden in die Fachthematik und den Umgang mit der Entwicklungsumgebung ein.

Anhand mehrerer Projekte werden die Grundlagen in der Planung strukturierter Programme mittels RS-Tabellen und GRAFCET gelegt. Sie werden in den Programmiersprachen FUP, GRAPH und SCL Schritt für Schritt umgesetzt. Unter Berücksichtigung der IEC-61131 sind diese Programmteile bibliotheksfähig und wiederverwendbar.
Dabei werden die für die Lösung der Projekte notwendigen Elemente aus den Themengebieten Kombinatorik, Ablaufsteuerungen, sowie Analogwertverarbeitung und Regelungstechnik anschaulich in Teilkomponenten zerlegt, um eine übersichtliche Programmstruktur zu erzeugen.

In verschiedenen Entwicklungsstufen der Projekte, von leicht nach schwer, können die Programme stets getestet werden. Hierzu werden der Simulator PLCSIM oder reale Steuerungen genutzt, auf denen durch die Benutzung von Simulationsbausteinen die Beispielanlagen simuliert werden.

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Das TIA-Portal für die SIMATIC Familie ist das Engineering Tool für die etablierten Steuerungen S7-1200 und S7-1500 sowie die älteren Steuerungen S7-300/400. TIA-Portal steht für Totally Integrated Automation Portal und stellt eine einheitliche Arbeitsumgebung für SPS-Steuerungen, Antriebe und Systeme zum Bedienen und Beobachten zur Verfügung. In ihm werden alle Möglichkeiten einer modernen, normgerechten und strukturierten Programmierung nach IEC-61131 zur Verfügung gestellt. Dadurch ist eine Bibliotheksfähigkeit und die damit verbundene Wiederverwendbarkeit der einmal geschriebenen Programme gegeben.

Es stehen unterschiedliche Programmiersprachen zur Verfügung. Mittels der Funktionsbausteinsprache FUP lassen sich kombinatorische und gut wartbare Bausteine, mit dem hochsprachenähnlichen SCL komplexe Algorithmen und mathematische Funktionen und mit GRAPH Ablaufsteuerungen programmieren.

In diesem Arbeitsheft werden jeweils mit einem Grundlagen- und einem Vertiefungsprojekt folgende Inhalte IEC-konform vermittelt:

-Mit den kombinatorischen Projekten "Kühlhaussteuerung" und "Schleuse Brunsbüttel" werden die programmtechnischen Grundlagen gelegt. RS-Tabellen dienen dabei als strukturgebende Planungshilfe. Es wird der sinnvolle Einsatz von Multiinstanzen erfahren, um diese Programme in FUP zu realisieren.

-Die Projekte "Belastungs-Test" und "Filterprüfstand" sind Ablaufsteuerungen und werden mit der genormten Spezifikationssprache GRAFCET beschrieben. Die so geplanten Abläufe werden mit GRAPH, der Programmiersprache für Schrittketten umgesetzt. Ausgehend von linearen Ketten werden die Projekte Schritt für Schritt erweitert bis zu komplexen, zwangsgesteuerten Ketten.

-In den beiden Projekten "Motor-Generator-Anlage" und "Luftstromregelung" werden Inhalte zu den Themen Analogwertverarbeitung und Regelungstechnik erarbeitet und programmiert. Hierbei kommen neben fertigen Technologiefunktionen, wie PID-Compact, auch Programmteile mit SCL zum Einsatz.

Alle Automatisierungsprojekte sind strukturiert angelegt. Die einzelnen Kapitel führen den Lernenden bei seiner Programmierarbeit anhand von Beschreibungen und Screenshots durch die Fachthematik. Der Umgang mit dem TIA-Portal wird dabei ebenso unterstützt wie das konsequente Anwenden von IEC-61131-konformen S7-Programmelementen. Für die Programmvisualisierung steht jeweils eine virtuelle Anlage mit Simulationsbaustein und einer WinCC-Advanced-Runtime zur Verfügung.