Grundlagen der SPS-Programmierung

Name: Grundlagen der SPS-Programmierung | Klassisch nach IEC 61131, mit KI und aus der Cloud
Brand: Hanser
Price: 39.99 EUR
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Klassisch nach IEC 61131, mit KI und aus der Cloud

Reinhard Langmann(Autor*in)

Hanser (Verlag)

1. Auflage

Erschienen am 12. Januar 2026

494 Seiten

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978-3-446-48454-2 (ISBN)

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Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind unverzichtbare Bausteine der Automatisierungstechnik, die zur Steuerung von Maschinen und Anlagen eingesetzt werden. Dieses praxisorientierte Lehrbuch vermittelt grundlegende Kenntnisse der SPS-Programmierung nach IEC 61131 und schlägt die Brücke zu innovativen Themen wie KI, Digital Twins und Cloud Computing, die in der SPS-Technik zunehmend an Bedeutung gewinnen. Es richtet sich an Studierende des Maschinenbaus und der Elektrotechnik sowie angehende Mechatroniker:innen und Elektroniker:innen für Automatisierungstechnik, ist aber auch für Praktiker:innen geeignet, die mit der Digitalisierung der Produktion befasst sind. Das anschauliche und kompakte Einstiegswerk erläutert die SPS-Technik auf herstellerneutrale Weise und behandelt folgende Themen: - Grundlagen: SPS-Aufbau und -Funktionsweise, Einführung in die SPS-Programmiersprachen - Klassische SPS-Programmierung nach IEC 61131: logische Verknüpfungen, Speicherfunktionen, Zähler, Zeitgeber, Zahlen-, Zeit- und Zeichenkettenverarbeitung, digitale Steuerungen, Anwendungen mit Analogsignalen - KI-gestützte SPS-Programmierung: Prompt Engineering für logische Verknüpfungen, Speicherfunktionen, Zähler und digitale Steuerungen - SPS-Inbetriebnahme mittels Digital Twin (inkl. Vergleich zur klassischen Modellsimulation) - SPS-Steuerungsdienste aus der Cloud: SPS als cyberphysisches System, Virtualisierung von SPS Das Buch enthält mehr als 70 Beispiel- und Übungsaufgaben zu den jeweiligen Themenbereichen. Sämtliche klassischen SPS-Programme wurden mittels der Programmierumgebung PLCnext Engineer erstellt und auf einer Steuerung von Phoenix Contact getestet. Die Aufgaben zu virtuellen Steuerungen wurden mit dem logiccloud-System erstellt und in der Cloud getestet. Unter plus.hanser-fachbuch.de werden die Lösungen aller Aufgaben als lauffähige Programme für die PLCnext bzw. für eine logiccloud-SPS bereitgestellt.

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Inhalt

Intro
Inhalt
Vorwort
Über den Autor
1 Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) als Kernkomponenten von Automation 4.0
1.1 Herausforderungen
1.2 SPS für die Smart Factory
2 Grundlagen der SPS-Technik
2.1 Die SPS als industrielle Steuerung
2.1.1 Historie
2.1.2 SPS-Typen
2.1.3 Aufbau einer SPS
2.1.4 Funktionsweise
2.2 Der SPS-Standard IEC 61131
2.2.1 Grundlagen
2.2.2 Softwaremodell der IEC 61131-3
2.2.2.1 Hauptbestandteile des Softwaremodells
2.2.2.2 Variablen und Kommunikationsmodell
2.2.3 Programmstrukturen
2.2.3.1 Funktionen
2.2.3.2 Funktionsbausteine
2.2.4 Programmiersprachen nach IEC 61131-3
2.2.5 Das Umfeld der IEC 61131-3
2.3 Grundelemente der Steuerungsprogrammierung
2.3.1 Datenelemente
2.3.1.1 Literale und Variablen
2.3.1.2 Datentypen
2.3.1.3 Adressierung
2.3.2 Digitale Signalverarbeitung
2.3.2.1 Basisoperatoren
2.3.2.2 Speicher
2.3.2.3 Zähler
2.3.2.4 Zeitgeber
2.3.2.5 Flankenerkennung
2.3.3 Analoge Signalverarbeitung
2.3.3.1 Typkonvertierung
2.3.3.2 Arithmetikfunktionen
2.3.3.3 Vergleichsfunktionen
2.3.3.4 Auswahlfunktionen
2.3.3.5 Funktionen für Zeichenketten
2.4 Programmierung einer SPS
2.4.1 Vorgehensweise
2.4.2 Anwendungsbeispiel
2.4.3 Strukturierter Text (ST)
2.4.3.1 Ausdrücke in ST
2.4.3.2 Anweisungen
2.4.4 Funktionsbausteinsprache (FBS)
2.4.5 Kontaktplan (KOP)
2.4.6 Ablaufsprache (AS)
2.4.6.1 Symbolik
2.4.6.2 Ablaufregeln und Aufruf eines AS-Programms
2.5 Übungsaufgaben
3 Klassische SPS-Programmierung
3.1 Einführung zur SPS-Ausbildung
3.1.1 Nutzungshinweise
3.1.2 SPS-Kurse
3.2 Logische Verknüpfungen
3.2.1 Theoretische Aufgabe I
3.2.2 Theoretische Aufgabe II
3.2.3 Aufgabe 1: Beleuchtungssteuerung mit Schalter
3.2.4 Aufgabe 2: Selbsthaltung mit AND/OR
3.2.5 Aufgabe 3: Steuerung eines Drehstrommotors
3.2.6 Aufgabe 4: Dualzahlen-Addierer
3.3 Speicherfunktionen
3.3.1 Theoretische Aufgabe III
3.3.2 Aufgabe 5: Beleuchtungssteuerung mit Tastern
3.3.3 Aufgabe 6: Steuerung einer Stanzmaschine
3.4 Zähler
3.4.1 Theoretische Aufgabe IV
3.4.2 Aufgabe 7: Halb automatische Transportanlage
3.4.3 Aufgabe 8: Pufferspeicher für Fertigungsteile
3.5 Zeitgeber
3.5.1 Theoretische Aufgabe V
3.5.2 Aufgabe 9: Alarmsystem für Hausüberwachung
3.5.3 Aufgabe 10: Zeitfolgesteuerung für Motoren
3.6 Digitale Steuerungen
3.6.1 Aufgabe 11: Materialbearbeitung
3.6.2 Aufgabe 12: Werktor
3.6.3 Aufgabe 13: Karosseriemontage
3.7 Zahlenverarbeitung
3.7.1 Theoretische Aufgabe VI
3.7.2 Aufgabe 14: Berechnung nach dem ohmschen Gesetz
3.7.3 Aufgabe 15: Normierung von Messwerten
3.7.4 Aufgabe 16: Temperaturregelung einer Heizung
3.8 Zeitverarbeitung
3.8.1 Theoretische Aufgabe VII
3.8.2 Aufgabe 17: Pulsweitenmodulator
3.9 Verarbeitung von Zeichenketten
3.9.1 Theoretische Aufgabe VIII
3.9.2 Aufgabe 18: Textmeldungen
3.10 Anwendungen mit Analogsignalen
3.10.1 Aufgabe 19: Ampelsteuerung
3.10.2 Aufgabe 20: Heizkesselsteuerung
3.11 Versuchsaufbau für die praktischen Aufgaben
3.11.1 Erforderliche Eduline-Module
3.11.2 Anschlussplan und Zuordnungen
3.11.3 IP-Konfiguration
3.11.4 Liste der praktischen Aufgaben
3.12 Übungsaufgaben
4 SPS-Programmierung mit KI-Unterstützung
4.1 Einführung
4.2 Testumgebung für die praktischen Aufgaben
4.3 Analyse von SPS-Programmen
4.3.1 Aufgabe 21: Analyse eines einfachen ST-Codes
4.3.1.1 Prompt und Ergebnis
4.3.1.2 Bewertung der Lösung
4.3.2 Aufgabe 22: Analyse einer Aufgabenstellung mit RS- und SR-Flipflops
4.3.2.1 Prompt und Ergebnis
4.3.2.2 Bewertung der Lösung
4.3.3 Aufgabe 23: Analyse einer Zahlenwandlung analoger Signale
4.3.3.1 Prompt und Ergebnis
4.3.3.2 Bewertung der Lösung
4.3.3.3 Vergleichstest mit o4-mini-high
4.3.4 Aufgabe 24: Analyse eines Anwendungsprogramms in ST
4.3.4.1 Prompt und Ergebnis
4.3.4.2 Bewertung der Lösung
4.3.5 Aufgabe 25: Analyse eines Komponentenschemas
4.3.5.1 Prompt und Ergebnis
4.3.5.2 Vergleichstest mit o4-mini-high
4.4 Unterstützung der SPS-Programmierung
4.4.1 Aufgabe 26: Beleuchtungssteuerung mit Schalter
4.4.1.1 Prompt und Ergebnis
4.4.1.2 Bewertung der Lösung
4.4.1.3 Vergleichstest mit o4-mini-high
4.4.2 Aufgabe 27: Selbsthaltung mit AND/OR
4.4.2.1 Prompt und Ergebnis
4.4.2.2 Bewertung der Lösung
4.4.2.3 Vergleichstest mit o4-mini-high
4.4.3 Aufgabe 28: Steuerung eines Drehstrommotors
4.4.3.1 Prompt und Ergebnis
4.4.3.2 Bewertung der Lösung
4.4.3.3 Vergleichstest mit o4-mini-high
4.4.4 Aufgabe 29: Dualzahlen-Addierer
4.4.4.1 Prompt und Ergebnis
4.4.4.2 Bewertung der Lösung
4.4.5 Aufgabe 30: Beleuchtungssteuerung mit Tastern
4.4.5.1 Prompt und Ergebnis
4.4.5.2 Bewertung der Lösung
4.4.5.3 Vergleichstest mit o4-mini-high
4.4.6 Aufgabe 31: Steuerung einer Stanzmaschine
4.4.6.1 Prompt und Ergebnis
4.4.6.2 Bewertung der Lösung
4.4.6.3 Vergleichstest mit o4-mini-high
4.4.7 Aufgabe 32: Halb automatische Transportanlage
4.4.7.1 Prompt und Ergebnis
4.4.7.2 Bewertung der Lösung
4.4.7.3 Vergleichstest mit o4-mini-high
4.4.8 Aufgabe 33: Karosseriemontage
4.4.8.1 Prompt und Ergebnis
4.4.8.2 Bewertung der Lösung
4.5 Verifizierung von SPS-Programmen
4.5.1 Aufgabe 34: Alarmsystem für Hausüberwachung
4.5.1.1 Prompt und Ergebnis
4.5.1.2 Bewertung des Ergebnisses
4.5.2 Aufgabe 35: Materialbearbeitung
4.5.2.1 Prompt und Ergebnis
4.5.2.2 Bewertung des Ergebnisses
4.5.3 Aufgabe 36: Temperaturregelung einer Heizung
4.5.3.1 Prompt und Ergebnis
4.5.3.2 Bewertung des Ergebnisses
4.5.3.3 Vergleichstest mit o4-mini-high
4.5.4 Aufgabe 37: Zahlenverarbeitung
4.5.4.1 Prompt und Ergebnis
4.5.4.2 Bewertung des Ergebnisses
4.6 Zusammenfassung
4.6.1 Statistische Auswertung der Ergebnisse
4.6.2 Schlussfolgerungen für die Arbeit mit ChatGPT
4.6.3 Handlungsempfehlungen für den Lehr- und Lernbetrieb
4.7 Übungsaufgaben
5 SPS-Training mit Digital Twins
5.1 Einführung
5.2 Klassische Modellsimulation
5.2.1 Simulationsmodelle für die SPS-Technik
5.2.2 Werkzeuge und Methoden
5.3 Technologische Modelle und Digital Twins
5.3.1 Simulationsmodell versus Digital Twin
5.3.2 Digital Twins in der Smart Factory
5.4 Cloudbasierte Digital Twins
5.4.1 MQTT-Broker als Datendrehscheibe
5.4.2 Technologiemodell im Browser
5.4.3 Engineering und Management der Technologiemodelle
5.5 Aufgaben mit Digital Twins
5.5.1 Lern- und Testumgebung
5.5.1.1 Kurzeinführung in MQTT
5.5.1.2 Verbindung der PLCnext-Steuerung mit MQTT
5.5.2 Praktische Aufgaben
5.5.2.1 Aufgabe 38: Beleuchtungssteuerung mit Schalter
5.5.2.2 Aufgabe 39: Steuerung eines Drehstrommotors
5.5.2.3 Aufgabe 40: Fußgängerampel mit Sprachsteuerung
5.5.2.4 Aufgabe 41: Heizkessel mit Nachtabsenkung der Temperatur
5.5.2.5 Aufgabe 42: Bearbeitungsstation mit Wartungsmodus
5.6 Übungsaufgaben
6 SPS-Steuerungen aus der Cloud
6.1 Cloud-Computing und Industrie 4.0
6.1.1 Einführung ins Cloud-Computing
6.1.2 Industrie 4.0 und Cloud-Computing
6.1.3 Anwendungen in der Industrial Cloud
6.2 Cloudbasierte Steuerungstechnik
6.2.1 Virtualisierung von SPS
6.2.2 SPS als industrieller Steuerungsdienst
6.3 logiccloud - eine cloudbasierte SPS-Steuerung
6.3.1 Architektur
6.3.2 SPS-Engineering
6.4 Aufgaben mit logiccloud
6.4.1 Lern- und Testumgebung
6.4.2 Praktische Aufgaben
6.4.2.1 Aufgabe 43: Beleuchtungssteuerung mit Schalter
6.4.2.2 Aufgabe 44: Steuerung eines Drehstrommotors
6.4.2.3 Aufgabe 45: Steuerung einer Bearbeitungsstation
6.4.2.4 Aufgabe 46: Beleuchtungssteuerung im Edge-Device
6.4.2.5 Aufgabe 47: Steuerung einer Fußgängerampel im Edge-Device
6.5 Übungsaufgaben
7 Lösungen der Übungsaufgaben
7.1 Lösungen zu Übung 1 bis Übung 7 (Abschnitt 2.5)
7.2 Lösungen zu Übung 8 bis Übung 14 (Abschnitt 3.12)
7.3 Lösungen zu Übung 15 bis Übung 19 (Abschnitt 4.7)
7.4 Lösungen zu Übung 20 bis Übung 23 (Abschnitt 5.6)
7.5 Lösungen zu Übung 24 bis Übung 27 (Abschnitt 6.5)
8 Anhang
8.1 Normen und Standards
8.2 Abkürzungen
8.3 Glossar
Index

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