Die Norm IEC 61131

Programmiersprachen

IEC 61131-3 legt die Syntax^*  und Semantik^**  einer vereinheit­lichten Reihe von Programmier­sprachen für eine SPS fest.

Die am meisten genutzten Programmiersprachen sind

• AWL   = Anweisungsliste
• KOP    = Kontaktplan
• FBS     = Funktionsbaustein-Sprache (FUP)
• AS      = Ablaufsprache
• ST      = Strukturierter Text

Je nach SPS, Programmiergerät oder wie die heutzutage übliche Programmier-Software auf einem Notebook oder PC müssen nicht unbedingt alle Programmier­sprachen zur Verfügung stehen. Der Einsatz oder die Umwandlung zwischen den einzelnen Sprachen ist herstellerabhängig.

Elementare Datentypen

In der Norm 61131 werden verschiedene Aufgaben Datentypen anhand von Schlüsselbegriffen zugewiesen. Jeder Datentyp hat eigene Aufgaben, Wertebereiche und Eigenschaften. Dadurch kann ein SPS-Programm strukturiert, gut lesbar und verständlich erstellt werden.
Die hier angegebenen Datenlängen in Bits sind nicht verbindlich für jede SPS. Sie sind systemabhängig und können je nach SPS bei Zeit, Datum und String varieren. Für die Siemens S7-1200 oder S7-1500 sollten sie aber passen.

Die Anweisungsliste (AWL)

Die Anweisungsliste ist eine Reihenfolge von Anweisungen. Hier sind einige Konventionen einzuhalten:

• Jede Anweisung muss in einer neuen Zeile beginnen
• Jede Anweisung muss aus Operationsteil, Operandenteil und eindeutigen Adresse bestehen
• Mehrere Operanden sind durch Komma zu trennen
• Der Anweisung kann eine identifizierende Marke gefolgt von einem Doppelpunkt vorangehen
• Leerzeilen können/dürfen vorhanden sein
• Ein Kommentar ist das letzte Element einer Zeile

Eine einfache „Motor ein/aus“ Schaltung soll hier als Beispiel dienen. Taster „S1“ schaltet das Hauptschütz„Q1“ ein. „Q1“ zieht an und hält sich selbst über den Hilfskontakt „Q1 13|14“ Mit Taster „S2“ wird der Motor wieder aus­geschaltet. Im Beispiel wurde bewusst auf ein Motor­schutz verzichtet! Für die Steuerung mit SPS wurden im Beispiel die Taster „S1“ auf SPS-Eingang 1.0 und „S2“ auf Eingang 1.1 an­geschlossen. Das Motor­schütz „Q1“ wird vom SPS-Ausgang 2.0 angesteuert. Mit den Ein­gängen „1.0“, „1.1“ und dem Aus­gang „2.0“ wurden ein­deutige Adressen vom Typ BOOL zugewiesen.

Die Anweisungsliste verdeutlicht sichtbar die Vorgaben der IEC 61131, dass eine Anweisung aus Operationsteil O (Oder), Operandenteil E (Eingang) und eindeutiger Adresse 1.0 (Byte 1, Bit 0) besteht.
Oder Ausgang 2.0 (Byte 2, Bit 0)
Und Eingang 1.1 (Byte 1, Bit 1)
= Zuweisung, gleich Ausgang 2.0 (Byte 2, Bit 0).
Ist das Verknüpfungs­ergebnis (VKE) „1“ ist, wechselt der Ausgang 2.0 seinen Zustand von logisch „0“ auf logisch „1“ und der Motor „läuft“.

Von der Logik her sieht die Anweisungsliste dem Schaltplan mit Schützen verdammt ähnlich. Eine Besonderheit in dem angeführten Beispiel sind die Programmzeilen „ U( “ und „ ) “. Die Klammern legen, wie in der Mathematik, fest, in welcher Reihenfolge der Programmcode abgearbeitet wird. Im Beispiel wird die ODER-Verknüpfung innerhalb der Klammern vor der einleitenden UND-Verknüpfung abgearbeitet.
Im gezeigten Beispiel ist noch etwas auffällig: Der Programm­code mit der TIA-Portal-Software unterscheidet sich durch das zusätzliche Prozent­zeichen „%“ vor jeder Adresse von der (veralteten) Step7-Software. IEC 61131 setzt für Einzelelement-Variablen zwingend das Prozent­zeichen an den Anfang der Variablen voraus. Zu Einzel­element-Variablen zählen z.B. auch Merker, Ein- oder Ausgänge.

Der Kontaktplan (KOP)

Auch ein KOP-Netzwerk ist in der Norm ziemlich umfangreich definiert. An dieser Stelle nur die wichtigsten Regeln:

• Ein KOP-Netzwerk wird links und rechts durch jeweils eine senkrechte „Stromschiene“ begrenzt
• Der Zustand der linken „Strom­schiene“ ist immer „EIN“
• Der Zustand der rechten „Stromschiene“ ist undefiniert
• Das waagerechte Verbindungs­element überträgt den Zustand der unmittelbaren linken Seite auf die unmittelbare rechte Seite des Elements
• Der Zustand des Verbindungs­elementes wird gemäß dem Stromfluss als „EIN“ oder „AUS“ bezeichnet. Dies entspricht den booleschen Werten „0“ und „1“

Wenn man den Kontakt­plan wie einen „normalen“ elektrischen Schalt­plan liest, ist man immer auf der richtigen Seite. Das Verbindungs­element —| |— entspricht einem Schließer­kontakt, dieses Zeichen —|⁄|— einem Öffner­kontakt und —( )— z.B. einer Spule oder Lampe.

Der Funktionsplan (FBS)

Dank Siemens Step7 hat sich die Bezeichnung FUP (Funktionsplan) gegenüber der IEC-Bezeichnung Funktionsbaustein-Sprache (FBS) durchgesetzt. Nichtsdestotrotz ist aber auch ein FUP-Netzwerk definiert:

• Elemente der Sprache FUP/FBS müssen durch Signalfluss-Linien begrenzt werden
• Ausgänge von Funktionsbausteinen dürfen nicht miteinander verbunden werden
• Die Auswertung eines Netzwerkes muss vollendet sein, bevor die Auswertung eines folgenden Netzwerkes beginnen darf, wenn das folgende Netzwerk Ausgänge des vorherigen Netzwerkes benutzt

Die Ablaufsprache (AS)

Die Ablaufsprache^[3]   ist eine grafische Schrittketten-Sprache, die bei Step7 unter dem Namen S7-GRAPH bekannt ist.

• Ein Schritt ist grafisch durch einen Block darzustellen und muss einen Schrittnamen haben
• Zu einem Schritt gehört eine oder mehrere Aktionen, z.B. das Setzen eines Ausgangs
• In Transitionen werden die Weiter­schalt­bedingungen definiert
• Der nächste Schritt wird freigegeben, wenn die Transitions­bedingung des voran­gegangenen Schrittes erfüllt ist