
Grundlagen der SPS-Programmierung
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Content
- 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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