1.1 Schrittketten verstehen und planen

Schrittketten und Ablaufketten verstehen und planen

Schrittketten oder auch Ablaufketten benötigen wir zur Steuerung von komplexen Prozessabläufe die sequentiell also nach und nach und wiederholt abgearbeitet werden.

Ein Ablauf ergibt sich durch die Aneinanderreihung verschiedener Schritte wobei jede Ablaufkette einen sogenannten Initial-Schritt oder auch Start-Schritt genannt und einen Ende-Schritt besitzt.

Zwischen diesen beiden Schritten, die je Schrittkette nur einmal vorkommen, können theoretisch beliebig viele Zwischenschritte eingesetzt werden.
(die Anzahl wird in einer S7 SPS auf 250 Schritte begrenzt)

Eine Eigenschaft der Schrittkette ist das jeder Schritt eine Aktion und eine Transition (Weiterschaltbedingung) hat.
Wie der Name Weiterschaltbedingung schon sagt, steuert sie den Wechsel von einem Schritt zum nächsten.
 
Beispiel für einen Schritt mit einer Aktion und Transition:

Aktion: „Licht anschalten“

Transition: „Rückmeldung Licht ist ein“

Mit der Rückmeldung "Licht ist ein" ist der Schritt abgeschlossen und es wird der nächste Schritt aktiviert oder wie in diesem Fall zum Ende übergegangen.

 
 

Beispiel einer Schrittkette


Ich will dir das Grundprinzip anhand eines einfachen Beispiels gerne etwas anschaulicher machen.

Nach einem sehr langen Arbeitstag kommst du nach Hause und das einzige was du jetzt noch willst ist eigentlich nur mehr schnell ins Bett.

Wenn du den Ablauf vom Tür aufmachen bis ins Bett gehen in einzelne Schritte zerlegen müsstest dann könnte es in etwa so aussehen.

Intialschritt
Initialschritt Transition: du stehst vor der Haustür

Schritt 2 Aktion: du machst die Tür auf
Schritt 2 Transition: Tür ist offen

Schritt 3 Aktion: du gehst rein
Schritt 3 Transition: du bist drin

Schritt 4 Aktion: du schließt die Tür
Schritt 4 Transition: Tür ist zu

Schritt 5 Aktion: Licht anschalten
Schritt 5 Transition: Licht ist an

Schritt 6 Aktion: Ins Bett legen
Schritt 6 Transition: Du liegst im Bett

Schritt 7 Aktion: Licht ausschalten
Schritt 7 Transition: Licht ist aus

Ende-Schritt
 
Somit hast du bereits deine erste Schrittkette geplant und brauchst diesen Ablauf "nur" noch zu programmieren.

Anfangs hatte ich erwähnt, dass eine Schrittkette nicht nur sequentiell, sondern auch wiederholt ausgeführt wird und kommt nun deine Frau nach Hause (oder dein Mann oder was auch immer) und sie hatte den gleich anstrengenden Tag wie du dann benutzt sie auch die gleiche Schrittkette.

Klar hat das im ersten Moment wenig mit einer Automatisierung und einer SPS zu tun aber es soll dir auch nur das Grundprinzip zeigen und darin ist tatsächlich auch schon alles enthalten, was du brauchst.
 
 

Schrittketten planen

Planungstools oder Planungswerkzeuge sind dazu gedacht die Programmierung zu vereinfachen wenn, mehr als ein SPS Programmierer an ein und derselben Schrittkette arbeiten.

Ein weiterer Vorteil soll sein das dir jemand einen Ablauf vorgeben kann und du diesen dann nur noch in den Code umwandeln musst.

Folgende Tools sind die bekanntesten und gängigsten Planungswerkzeuge

 
 
Meine ganz ehrliche Meinung zu diesen Planungswerkzeugen ist das diese kein Mensch braucht den in der Zeit in der ich ein Schritt-Wege-Diagramm für eine Ablaufkette zeichne habe ich diese schon 3 mal programmiert und auch dein Konstrukteur wird sich nicht die Zeit nehmen dir alles vor zu malen.

Dass mehr als ein Programmierer an ein und derselben Schrittkette arbeiten ist nicht nur unwahrscheinlich, sondern kann fast schon ausgeschlossen werden.

Erschwerend hinzu kommt das mit diesen Werkzeugen komplexere Aufgaben kaum darstellbar sind und dadurch auch nur schwer zu lesen sind.

Ich will damit mit Sicherheit nicht sagen, das diese nutzlos sind, aber in Bezug auf Schrittketten kritzle ich mir den Ablauf lieber grob auf ein Blatt Papier und nutze die restliche Zeit damit die Schrittkette an sich zu programmieren.

Sollte die Aufgabenstellung aber keine Schrittkette sein, sondern z.B. eine Schnittstelle auszuarbeiten dann ist so eine grafische Planung, wie gerade erwähnt ein absolutes muss aber da es hier um Ablaufketten in einer SPS geht verzichten wir darauf.

Handgeschriebenen Zetteln sind zwar nicht Normgerecht aber das soll uns egal sein denn es ist einfach nur eine kleine Hilfestellung damit wir einen groben Überblick erhalten.

Klar ist auch das ich dir diese Zettel nicht zumuten werde, weshalb ich im Kursverlauf dann doch ein Planungswerkzeug verwenden werde das ich für das nützlichste im Bezug auf Schrittketten halte.
 
 

Flussdiagramme mit dem PAP Designer

Bevor wir uns also um die eigentliche Schrittkettenprogrammierung kümmern zeige ich dir den Aufbau und die Funktionsweise von einem Flussdiagramm mit Hilfe des PAP Designers.

Der PAP Designer ist ein kostenloses Tool mit dem du sehr einfach einen simplen Ablauf einer SPS Schrittkette erstellen kannst
(angelehnt an die DIN 66001).

Download Link: PAP Designer

Bevor der PAP Designer runter geladen und installiert wird möchte ich dir zuerst die Symbole des Flussdiagramms erklären.

Gleich vorweg: die verfügbaren Symbole werden über ihre Form und nicht über deren Farbe definiert. Das bedeutet, dass die Symbolfarben je nach Programm anders aussehen können.
 

Symbole in einem Flussdiagramm

Ovales Symbol:

Gibt den Start bzw. das Ende an und kann dementsprechend jeweils nur einmal pro Schrittkette vorkommen!
 
Rechteck - Tätigkeit oder auch Operation:

Das Rechteck gibt an das an dieser Stelle etwas passiert wie z.B. „Starte Berechnung“ oder „Schalte das Licht an“.
 
Raute - Verzweigung / Entscheidungen:

In den meisten Ablaufsteuerungen werden einfache Entscheidungen getroffen die mit „Wahr“ oder „nicht Wahr“ beantwortet werden können. Im Beispiel wurde im Schritt 5 die Aktion „Ins Bett legen „ ausgeführt.

Nun können wir mit der Verzweigung auch eine Entscheidung einfügen die heißen kann:

„Bist du müde?“
Ja -> ab ins Bett
Nein -> dann lerne Ablaufsteuerungen in einer SPS zu prgrammieren 😉
 
Parallelogramm - Eingabe:

In einer SPS Schrittkette und auch in einem Flussdiagramm kann es möglich sein, das Eingaben von außen nötig sind um den Prozess abzuarbeiten.
Zu diesem Zweck gibt es das Eingabe Symbol im PAP Designer.

Ein Einsatzbeispiel wäre wenn der Bediener am Ende eines Prozesses entscheiden muss, ob das Bauteil in Kiste A oder in Kiste B einsortiert werden soll.
 
Parallelogramm - Ausgabe:

Mit dem Ausgabefeld werden Informationen von der Steuerung nach außen gebracht.
Um bei unseren Beispiel zu bleiben, könnte das eine Meldung an den Bediener sein.
 
Unterprogramme:

Wie der Name schon vermuten lässt wird mit diesem Symbol ein weiteres Unterprogramm aufgerufen.
Die Kennung das dieses Symbol Unterprogramme aufruft ist wie bei der Operation ein Rechteck aber mit zusätzlichen doppelten, vertikalen Linien.
 
Linien und Pfeile:

Die Linien und Pfeile verbinden die einzelnen Symbole miteinander und geben an in welche Richtung die Ablaufkette abgearbeitet wird
(im Normalfall von oben nach unten).
 
Transition (Weiterschaltbedingung):

Damit die Schrittkette nicht einfach nur von oben nach unten durchlaufen wird benötigen wir eine sogenannte Transitionen oder Weiterschaltbedingungen in der Ablaufsteuerung.

Um wieder auf das Beispiel vom Anfang zurückzukommen wäre hier die erste Operation
„Tür aufmachen“ und die Weiterschaltbedingung ist „Tür ist offen“.
 
Bevor ich nun das erste Beispiel in ein Flussdiagramm eintrage, empfehle ich dir selbst den PAP Designer runter zu laden und die Aufgabe parallel mitzulösen.

Erledigt?

Gut dann zeige ich dir meine Lösung
 
 

PAP Designer – Ablaufplan erstellen

Nachdem das Programm gestartet wurde, siehst du links und unter den Reitern ein kleines Tutorial zum Flussdiagramm.

Da du die Grundlagen aber bereits kennst erstellen wir gleich
ein neues Projekt mit dem Namen „SPS Schrittkette 1“.
PAP Designer
 
Nun wurde automatisch zwei ovale Symbole für Start und Ende angelegt.
Den Namen von Start und Ende kannst du zwar nicht verändern (wozu den auch) allerdings hast du die Möglichkeit einen Kommentar daneben einzufügen.

Dazu klickst du einfach an der rechten Seite einmal auf den Kommentar und dann nochmal an der Stelle im Flussdiagramm wo du diesen einfügen willst oder rechts klick Kommentar einfügen.
Kommentar Flussdiagramm
 
Die erste Weiterschaltbedingung war das du vor der Haustüre stehst.

Als Nächstes wird die Tür geöffnet und deswegen verwenden wir hier ein Operations-Symbol. Die nächste Operation ist, durch die Tür hineinzugehen aber erst, wenn das Signal Tür offen ansteht.

Im ersten Moment wirst du dir sicher denken:

„Ja klar muss die Tür offen sein, bevor ich rein gehe“.

Und damit hast du auch recht, aber eine SPS hat diese Logik nicht und ohne diese Weiterschaltbedingung wäre der Schritt Tür öffnen nur ein paar Millisekunden aktiv und als Nächstes würdest du gegen die Tür knallen.

Ist in diesem Fall zwar auch nicht schlimm, aber wäre die Ablaufkette stattdessen für einen Roboter mit einer Spritzgussmaschine dann würde es schon gewaltig rumpeln und genau deswegen schreiben wir den Ablauf in diesem Still bis zum Ende weiter.
Flussdiagramm Schrittkette
 
Damit ist, das Flussdiagramm auch schon fertig bis zum Ende Symbol geplant aber eins fehlt noch und zwar wollen wir auch das diese Schrittkette immer und immer wieder durchlaufen wird und deswegen entfernen wir den Pfeil zum Ende Symbol und ziehen diesen stattdessen bis zum ersten Schritt und das ganze kann von neuem beginnen.
Endlosschleife Flussdiagramm
 
Zum Schluss steigern wir die Aufgabe ein klein wenig und fügen eine Entscheidung ein, ob du müde bist oder nicht..

Wenn die Aussage "wahr" ist dann soll die Schrittkette wie bisher durchlaufen werden, aber wenn nicht dann gehst du auf die Couch bis du eben müde bist.
Pap Designer alternativ Verzweigung
 
Ich bin mir sicher, dass du jetzt die Grundlagen zur Planung einer Schrittkette verstanden hast.

Sollten dennoch Fragen zu diesem Thema auftauchen kannst du mir sehr gerne einen Kommentar hinterlassen.

8 Comments

  1. marcelo sagt:

    Please do it in English, then you can get the whole world!

  2. saracen sagt:

    I was able to find good іnfo from your
    blog poѕts.

  3. Amini sagt:

    Ich bedanke mich bei Ihnen für Ihren tollen und übersichtlichen Unterricht.
    Sie haben das Thema Ablaufsteuerung in 5 Minuten erklärt, was mein Lehrer in 6 Monaten nicht schaffen würde.

    Vielen herzlichen Dank.

  4. redesa777@gmail.com sagt:

    Hallo Rene,

    danke für deine gute Anleitung,

    ich bin schon in fortgeschrittenem Alter und hatte viel mühe einen Job zu bekommen, dass ich mich auf deiner Seite informieren konnte, wie die Grundlagen funktionieren hat mir beim Probetag so geholfen, dass ich eine Anstellung erhalten hab.

    Obschon ich keine SPS programmieren muss, aber doch Daten eingeben und Abgleichen, wie auch aufladen ist es für mich hilfreich.

    Aktuell bin ich nich in der Vorbereitungszeit, muss die Anlagen erste Technisch kennenlernen aber ich bin sicher, sobald ich auf die Kunden los gelassen werde, werde ich noch viel von dir profitieren können.

    Denn etwas mehr zu verstehen wird mir auch bei den Problemen helfen zu erruieren wo das Problem ist.

    Technisch oder Steuerungsmässig.

    Jedenfalls gehe ich davon aus.

    Jedenfalls vielen Dank.

    Noch eine Frage, kann man diese Programme auch auf Mac laden,

    so viel ich weiss nicht aber fragen darf man ja trotzdem.

    • Rene sagt:

      Guten Morgen,

      es freut mich sehr für Dich, wenn ich Dir weiterhelfen konnte und das Du dadurch eine Anstellung erhalten hast freut mich noch viel mehr für Dich.

      Seit dem TIA – Portal V15 sollte es auch möglich sein das Programm auf einen MAC zu installieren und zu nutzen.
      Da ich das aber noch nicht ausprobiert habe, kann ich auch nicht zu 100 % sagen, dass es uneingeschränkt funktioniert.

      Ich wünsche Dir noch ganz viel Erfolg!

      mit freundlichen Grüßen

      Rene

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