SPS-Trainer — IHK-App Steuerungstechnik

⚙️ Was ist eine SPS?

// Speicherprogrammierbare Steuerung — das Herzstück moderner Automatisierung

Eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) ersetzt festverdrahtete Relaisschaltungen durch ein flexibles, programmierbares System. Sie liest Eingänge, verarbeitet das Programm und setzt Ausgänge — in einem zyklischen Ablauf.

Zyklischer Programmablauf

┌──────────────────────────────┐
1. Eingänge lesen    // E0.0 bis E127.7
2. Programm ausführen // OB1, FC, FB...
3. Ausgänge schreiben // A0.0 bis A127.7
└──────────────────────────────┘
Zykluszeit: typisch 1–50 ms

Adressbereiche S7-300/400/1200

E / IEingänge (Eingang) — Sensoren, Taster, Schalter. E0.0 = Byte 0, Bit 0

A / QAusgänge — Schütze, Ventile, Lampen. A0.0 = erstes Ausgangsbit

MMerker — interne Hilfsvariablen, kein physischer Anschluss. M0.0–M255.7

DBDatenbaustein — strukturierte Datenspeicherung. DB1.DBX0.0, DB1.DBW2

TTimer — T0 bis T255 (S7-300). Oder IEC-Timer in TIA Portal

C / ZZähler — C0–C255. Vorwärts, rückwärts oder bidirektional

📦 Bausteintypen

OB 1Organisationsbaustein — Hauptprogramm, wird zyklisch aufgerufen

OB 35Zeitgesteuerter Interrupt — z.B. alle 100ms für Regelaufgaben

FCFunktionsbaustein ohne Gedächtnis — für Berechnungen, kein Instanz-DB

FBFunktionsbaustein MIT Gedächtnis — hat eigenen Instanz-Datenbaustein

DBDatenbaustein — globaler DB oder Instanz-DB eines FB

⚠ Wichtig AP1/AP2: FC hat kein "Gedächtnis" — Werte gehen nach Aufruf verloren. FB + Instanz-DB behält Werte zwischen den Zyklen!

🔌 Hardware S7-1200

Die S7-1200 ist die moderne Einsteiger-SPS von Siemens. Programmierung ausschließlich über TIA Portal. Integrierter Ethernet-Port für PROFINET.

CPU 1211C6 DI / 4 DQ / 2 AI — kleinste S7-1200

CPU 1214C14 DI / 10 DQ / 2 AI — Standard für Ausbildung

SignalbaugruppeSM — erweitert digitale/analoge Ein-/Ausgänge

KommunikationPROFINET, PROFIBUS, AS-i, IO-Link

📊 Kontaktplan (KOP / LAD)

// KOP = Kontaktplan = Ladder Diagram. Jedes Netzwerk hat Kontakte (Eingänge) und Spulen (Ausgänge)

Grundelemente

── ┤ ├ ──  Schließer  // leitet wenn Bit = 1 (Öffner: ─┤/├─)
──( )──    Spule      // setzt Ausgangsbit auf 1
──(S)──    Set-Spule  // setzt Bit, bleibt gesetzt
──(R)──    Reset-Spule// löscht gesetztes Bit
──(P)──    Pos. Flanke// 1 Zyklus bei 0→1
──(N)──    Neg. Flanke// 1 Zyklus bei 1→0

Reihenschaltung = AND

E0.0   E0.1   A0.0
──┤ ├───┤ ├───( )──
// A0.0 = E0.0 AND E0.1

Parallelschaltung = OR

E0.0          A0.0
──┤ ├──┬──────( )──
E0.1  │
──┤ ├──┘
// A0.0 = E0.0 OR E0.1

Selbsthaltung (Motorsteuerung)

E0.0  E0.1         A0.0
──┤ ├──┤/├──┬──────( )──
A0.0        │
──┤ ├───────┘
// E0.0 = START, E0.1 = STOP (Öffner!)
// A0.0 hält sich selbst → Selbsthaltung

💡 NOT-AUS-Kreis IMMER mit Öffner verdrahten! Ruhestromprinzip: Kabelbruch → sicher abschalten.

Flankenauswertung

E0.0   M0.0         M0.1
──┤ ├───(P)──────────( )──
// M0.1 = 1 für genau EINEN Zyklus
// wenn E0.0 von 0 auf 1 wechselt

🔤 SCL / Structured Text

// Äquivalent zur obigen Selbsthaltung:
IF "Start" OR "Motor_läuft" THEN
    IF NOT "Stop" THEN
        "Motor_läuft" := TRUE;
    END_IF;
END_IF;

// Einfachere Schreibweise:
"Motor_läuft" := ("Start" OR "Motor_läuft")
                  AND NOT "Stop";

In TIA Portal: Variablennamen in Anführungszeichen wenn aus Global-DB oder IO. Lokale Variablen ohne Anführungszeichen.

⏱ IEC Timer (TIA Portal)

// In TIA Portal: IEC-Timer als Instanz-FB. Nicht mehr T0..T255 wie S7-300 Classic!

TON — Einschaltverzögerung

// KOP Symbol:
      ┌──────TON──────┐
E0.0 ─┤IN        Q├─── A0.0
T#5S ─┤PT       ET├─── MW10
      └───────────────┘
// IN=1 → nach 5s → Q=1
// IN=0 → sofort Q=0, ET=0
// ET = verstrichene Zeit

TOF — Ausschaltverzögerung

// IN=1 → sofort Q=1
// IN=0 → nach PT → Q=0
// Anwendung: Nachlaufzeit Lüfter

TP — Impulsgebter

// IN 0→1 → Q=1 für genau PT
// Erneutes IN während Impuls: ignoriert
// Anwendung: Impuls mit fester Länge

TONR — Akkumulierender Timer

// Summiert Einschaltzeiten
// R=1 → Timer zurücksetzen
// Anwendung: Betriebsstundenzähler

Zeitformat: T#1s500ms oder T#5S oder T#1M30S. Intern gespeichert als TIME (32-bit, Millisekunden).

🔢 IEC Zähler

CTU — Vorwärtszähler

      ┌──────CTU──────┐
E0.0 ─┤CU        Q├─── A0.0
E0.1 ─┤R        CV├─── MW20
  10 ─┤PV
      └───────────────┘
// CU: positive Flanke → zählt hoch
// PV: Vorgabewert (hier: 10)
// Q=1 wenn CV >= PV
// R=1 → CV=0 (Reset)

CTD — Rückwärtszähler

// CD: positive Flanke → zählt runter
// LOAD: CV = PV laden
// Q=1 wenn CV <= 0

CTUD — Bidirektionaler Zähler

// CU: vorwärts, CD: rückwärts
// QU=1 wenn CV>=PV (oben)
// QD=1 wenn CV<=0 (unten)

📊 Datentypen S7/TIA

BOOL1 Bit — TRUE/FALSE. Für Eingänge, Ausgänge, Merker

BYTE8 Bit — 0..255. z.B. EB0 = Eingangsbyte 0 (E0.0..E0.7)

WORD16 Bit (unsigned) — 0..65535. z.B. MW10 = Merkerwort 10

DWORD32 Bit (unsigned) — 0..4.294.967.295. z.B. MD20

INT16 Bit (signed) — -32768..+32767. Für Rechenwerte

DINT32 Bit (signed) — ±2 Milliarden. Für große Zähler

REAL32 Bit Gleitkomma — ±1.18×10⁻³⁸ .. ±3.4×10³⁸. Für analoge Werte

TIME32 Bit — Zeitwert in ms. T#1s500ms = 1500ms intern

STRINGZeichenkette — max. 254 Zeichen. Für HMI-Texte

STRUCTZusammengesetzer Datentyp — Bündel aus verschiedenen Typen

📐 Adressierung

// Bit-Adressierung:
E0.0  // Eingang Byte 0, Bit 0
A1.5  // Ausgang Byte 1, Bit 5
M5.3  // Merker Byte 5, Bit 3

// Byte/Word/DWord:
EB0   // Eingangsbyte 0 (E0.0..E0.7)
AW4   // Ausgangswort 4 (AB4+AB5)
MD10  // Merkerdoppelwort ab M10

// Datenbaustein:
DB1.DBX0.0 // DB1, Byte 0, Bit 0
DB1.DBW2   // DB1, Wort ab Byte 2
DB1.DBD4   // DB1, DWord ab Byte 4

In TIA Portal mit symbolischer Adressierung: Variablennamen statt Adressen → besser lesbar und wartbar!

🔢 Zahlensysteme

// Dezimal:    42
// Hexadezimal:  16#2A
// Binär:        2#00101010
// Oktal:        8#52

// BCD (Binary Coded Decimal):
// Jede Ziffer einzeln als 4-Bit
// 42 in BCD = 0100 0010

💻 TIA Portal Workflow

// Totally Integrated Automation Portal — Siemens Entwicklungsumgebung für S7-1200/1500

Typischer Projektablauf

Neues Projekt erstellen
Hardware konfigurieren (CPU auswählen)
IO-Belegung festlegen (Variablentabelle)
Bausteine erstellen (OB1, FC, FB, DB)
Programm schreiben (KOP, FUP, SCL)
Übersetzen (Compile — Fehler prüfen)
Laden in SPS (Download)
Testen (Online → Beobachten)

Wichtige Shortcuts TIA Portal

F5Übersetzen (Compile) — Fehler prüfen

Strg+LLaden in Gerät (Download)

Strg+KOnline verbinden / trennen

F1Hilfe zum markierten Element

Strg+ZRückgängig

🔍 Diagnose & Fehlersuche

Online & DiagnoseCPU-Zustand, Fehlerpuffer, Zykluszeit anzeigen

BeobachtungstabelleVariablen live beobachten und forcen

Programm-StatusKOP live: grün = leitet, grau = sperrt

STOP-UrsacheIm Diagnosepuffer: OB nicht gefunden, Zugriffsfehler, HW-Fehler

ForcenEingang/Ausgang zwingen — NUR zu Testzwecken!

⚠ Beim Forcen von Ausgängen: Maschine kann sich unerwartet bewegen! Sicherheitsbereich freihalten!

🔗 PROFINET Grundlagen

IO-ControllerSPS — steuert alle IO-Devices

IO-DeviceFeldgerät: ET200, Antrieb, HMI

GerätennameEindeutiger Name je Device — muss vergeben werden!

Update-ZeitZykluszeit der PROFINET-Kommunikation (1–512ms)

DCPDiscovery and Config Protocol — Gerätename vergeben