9. Auflage: Step7-Workbook für S7-1200/1500 und TIA Portal

Die 9. Auflage des Buches „Step7-Workbook für S7-1200/1500 und TIA Portal“ ist erschienen. Das Fachbuch vermittelt die Programmierung der Siemens-Steuerungen S7-1200, S7-1200 G2 sowie S7-1500 und verbindet die notwendigen Grundlagen mit zahlreichen praktischen Übungen.

Für die neue Auflage sind drei größere Themenbereiche hinzugekommen:

• Safety-Programmierung
• HMI mit WinCC Unified
• KI im Umfeld der SPS-Programmierung

Der Umfang des Buches ist dadurch auf 599 Seiten angewachsen.

Theorie lernen und direkt praktisch anwenden

Ein wichtiger Bestandteil des Step7-Workbooks sind die praktischen Übungen. Dem Buch liegt eine Vollversion der PLC-Lab Runtime bei. Damit lassen sich mehr als 50 Programmieraufgaben an virtuellen mechatronischen Anlagen bearbeiten.

Die im TIA Portal entwickelten SPS-Programme können direkt an diesen Anlagen getestet werden. Eingänge, Ausgänge, Sensoren, Aktoren und Bewegungsabläufe der simulierten Maschine reagieren auf das eigene SPS-Programm. Fehler im SPS-Programm sind somit auch im Ablauf der virtuellen Anlage erkennbar. Die Vorgehensweise bei der Behebung dieser Fehler ist ähnlich wie bei einer realen Inbetriebnahme.

Zusätzlich zu den 2D-Simulationen stehen Modelle für PLC-Lab 3D Studio/Player zur Verfügung. Die Aufgaben reichen von einer Ablaufsteuerung mit mehreren Zylindern über eine Bandsortieranlage bis zu einer umfangreicheren Palettieranlage mit mehreren Transportbändern, Ablenkzylindern und einem Portalkran.

Das Step7-Workbook vermittelt somit sowohl die Theorie als auch die praktische Anwendung der STEP7-Programmiersprache. Der Umgang mit den Online-Funktionen des TIA-Portals, die für die Fehlersuche und Diagnose erforderlich sind, wird an virtuellen Anlagen trainiert – und das auf dem heimischen PC, ohne dass zusätzliche Hardware benötigt wird.

Neu: Safety-Programmierung

Eines der neuen Kapitel beschäftigt sich mit der Safety-Programmierung.

Zu Beginn werden die Begriffe und Mechanismen erklärt, die beim Arbeiten mit fehlersicheren Steuerungen und F-Peripherie wichtig sind. Dazu zählen beispielsweise die Passivierung und Depassivierung von F-Eingangs- und F-Ausgangsbaugruppen, der Wertstatus sicherer Ein- und Ausgänge, F-Peripherie-DBs und die Safety Administration.

Danach folgt ein vollständiges Praxisbeispiel, an dem die einzelnen Schritte der Safety-Programmierung umgesetzt werden.

Themen des Kapitels sind unter anderem:

• Hardwarekonfiguration einer S7-1200F G2
• Hardwarekonfiguration einer S7-1500F
• Überwachung einer Schutztür
• Einsatz des Safety-Bausteins SFDOOR
• Rückführkreisüberwachung
• Not-Halt
• Zweihandüberwachung
• Quittierung
• Datenaustausch zwischen dem normalen SPS-Programm und dem Safety-Programm

Zum Abschluss wird das erstellte Programm an einer virtuellen Sägemaschine mit Umhausung getestet. Damit deckt das Kapitel die Grundlagen der fehlersicheren Programmierung sowie typische Aufgaben ab, wie sie auch in realen Maschinen und Anlagen vorkommen.

Neu: HMI mit WinCC Unified

Auch der Bereich HMI und Visualisierung wurde erneuert. Das Kapitel WinCC widmet sich in der 9. Auflage der neuen Plattform WinCC Unified.

Nach einer kurzen Einführung in die verschiedenen WinCC-Unified-Editionen wird Schritt für Schritt eine Visualisierung für eine Tanksteuerung aufgebaut.

Zunächst werden ein HMI-Gerät in das TIA-Portal-Projekt eingefügt, SPS und HMI miteinander verbunden und die benötigten HMI-Variablen angelegt.

Danach entsteht die eigentliche Bedienoberfläche. Dazu gehören beispielsweise:

• Anzeige des Zustands „Steuerung Ein“
• Visualisierung des Tankinhalts über eine Balkengrafik
• Anzeigen für „Tank fast leer“ und „Tank fast voll“
• Schalter zum Befüllen und Entleeren des Tanks
• HMI-Meldungen
• Einsatz von JavaScript innerhalb von WinCC Unified

Die fertige WinCC-Unified-Konfiguration wird anschließend simuliert und getestet.

Wer das Beispiel durcharbeitet, lernt somit den kompletten Ablauf kennen: vom Einfügen des HMI-Geräts über die Variablenanbindung, der Scripterstellung, der Bilderstellung und dem Test der Visualisierung.

Neu: KI im Umfeld der SPS-Programmierung

Ein weiteres neues Kapitel beschäftigt sich mit einem Thema, das inzwischen auch im Engineering und in der Automatisierungstechnik angekommen ist: Künstliche Intelligenz.

Dabei steht nicht die allgemeine Funktionsweise von KI im Vordergrund. Das Kapitel betrachtet das Thema gezielt aus Sicht eines SPS-Programmierers beziehungsweise Automatisierungstechnikers.

Zunächst wird zwischen generativen und nicht-generativen KI-Systemen unterschieden. Danach folgen Technologien und Begriffe, die im Zusammenhang mit industriellen KI-Anwendungen eine Rolle spielen:

• MQTT
• OPC UA
• Edge Computing
• TIA Openness

Darauf aufbauend werden verschiedene KI-Systeme und deren mögliche Einsatzgebiete in der Automatisierung betrachtet.

Ein Abschnitt beschäftigt sich mit dem Eigen Engineering Agent. Dabei geht es unter anderem darum, wie ein solcher Engineering-Agent einen SPS-Programmierer unterstützen kann und welche Voraussetzungen dafür notwendig sind.

Ein weiterer Bereich ist Siemens Industrial AI. Mehrere Beispiele zeigen, für welche Aufgaben industrielle KI-Systeme eingesetzt werden können.

Außerdem wird der Siemens Automation Knowledge Guide (AKG) vorgestellt. Erläutert wird unter anderem, auf welcher Wissensbasis das System arbeitet und bei welchen Aufgaben es Anwender aus der Automatisierungstechnik unterstützen kann.

Das Kapitel soll vor allem eine Einordnung geben: Welche KI-Werkzeuge gibt es bereits? Wo können sie im Engineering eingesetzt werden? Und welche Technologien werden benötigt, um SPS, Automatisierungssysteme und KI miteinander zu verbinden?

599 Seiten SPS- und Automatisierungstechnik

Die 9. Auflage umfasst 599 Seiten in 29 Kapiteln.

Neben den drei neuen Kapiteln behandelt das Buch weiterhin die grundlegenden und weiterführenden Themen der SPS-Programmierung mit S7-1200 und S7-1500.

Dazu gehören unter anderem:

• Grundlagen der SPS-Technik
• Operandenbereiche und Adressierungsarten
• symbolische Programmierung
• binäre Grundverknüpfungen
• CPU-Funktionen der S7-1200, S7-1200 G2 und S7-1500
• Speicherfunktionen mit SR- und RS-Gliedern
• Programmstrukturen und Programmbearbeitung
• Flankenauswertung
• Bausteinparameter
• SIMATIC-Zeiten
• IEC-Zähler
• Datenbausteine
• Übertragungsfunktionen
• Funktionsbausteine
• Schrittkettenprogrammierung
• Zahlensysteme
• Vergleicher
• arithmetische Operationen
• Sprungoperationen
• Verarbeitung von Analogwerten
• Zweipunktregler
• Bussysteme
• HMI und Visualisierung

Darüber hinaus werden wichtige Online- und Verwaltungsfunktionen des TIA Portals behandelt. Beispielsweise Belegungspläne, Querverweislisten, das Beobachten von Bausteinen sowie das Beobachten und Steuern von Operanden. Hinweise zur systematischen Fehlersuche ergänzen die Übungen.

SPS-Programme am digitalen Zwilling testen

Die Arbeit mit den virtuellen Anlagen ist bewusst unkompliziert gehalten.

In PLC-Lab Runtime wird zunächst das gewünschte Modell ausgewählt. Danach legt man die verwendete SPS-Simulation fest und startet die Anlage. Die Ein- und Ausgänge des virtuellen mechatronischen Systems werden anschließend mit der simulierten SPS synchronisiert.

Das zuvor im TIA Portal erstellte Programm steuert nun die virtuelle Maschine.

Änderungen oder Fehler im SPS-Programm werden dadurch unmittelbar sichtbar. Ein falsch programmierter Ablauf bleibt nicht nur ein falscher Zustand in einer Beobachtungstabelle, sondern zeigt sich direkt im Verhalten der Maschine.

Gerade bei Ablaufsteuerungen, Sensorik, Aktorik und Fehlersuche ist dieser Zusammenhang hilfreich: Man sieht unmittelbar, welche Auswirkungen der eigene Programmcode auf die Anlage hat.

Für Einsteiger, Ausbildung und Praxis

Das Step7-Workbook richtet sich an Einsteiger ebenso wie an Anwender, die bereits erste Erfahrungen mit SPS-Systemen haben.

Es eignet sich beispielsweise für:

• Auszubildende aus den Bereichen Elektrotechnik, Mechatronik und Automatisierungstechnik
• Techniker und Meister
• Studierende
• SPS-Programmierer und Automatisierungstechniker
• Ingenieure
• Ausbilder und Lehrkräfte

Das Buch kann zum systematischen Erlernen der SPS-Programmierung verwendet werden, eignet sich aber ebenso als Nachschlagewerk für Ausbildung und Praxis.

Fazit

Die 9. Auflage des „Step7-Workbook für S7-1200/1500 und TIA Portal“ erweitert den bisherigen Inhalt um drei größere Themenbereiche.

Im Kapitel zur Safety-Programmierung geht es um fehlersichere Steuerungen und typische Sicherheitsfunktionen wie Schutztürüberwachung, Not-Halt und Zweihandbedienung.

Das neue Kapitel zu WinCC Unified führt anhand einer Tanksteuerung durch die Projektierung einer HMI-Visualisierung – von der Verbindung zwischen SPS und HMI bis zu Meldungen und JavaScript.

Das Kapitel KI im Umfeld der SPS-Programmierung betrachtet aktuelle KI-Werkzeuge aus Sicht der Automatisierungstechnik. Dazu gehören Engineering Agents, Siemens Industrial AI und der Automation Knowledge Guide ebenso wie MQTT, OPC UA, Edge Computing und TIA Openness.

Zusammen mit den bestehenden Grundlagen, mehr als 50 praktischen Übungen, der PLC-Lab Runtime und den zusätzlichen 3D-Simulationen umfasst die 9. Auflage nun 599 Seiten rund um die Programmierung der S7-1200, S7-1200 G2 und S7-1500 mit dem TIA Portal.