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SPS-Programmierung: Die neuen Möglichkeiten mit Grafcet

Mit Grafcet existiert eine Norm, mit der sich bis dato die Steuerungsfunktion einer Maschine beschreiben beziehungsweise eine Ablaufsteuerung darstellen lässt. Eine neue Software ermöglicht es nun, den erstellten Grafcet direkt in eine beliebige SPS-Plattform zu übertragen.

A_Plattformunabhängig programmieren mit Grafcet Bildquelle: © MHJ-Software

Die Beschreibung der Funktions­weise einer Anlage gehört zu den essenziellen Dingen in der Automati­sierungstechnik. Die europäische Norm ‚Grafcet‘ mit der Kennung DIN EN 60848 wurde speziell für diesen Zweck entwickelt. Die Abkürzung steht für „Graphe Fonctionnel de Commande Etape Transition“, was übersetzt soviel bedeutet wie: „Darstellung der Steuerungsfunktion mit Schritten und Weiterschaltbedingungen“. Damit lassen sich also optimal Schrittketten beziehungsweise Ablaufsteuerungen beschreiben. Trotz der Vorteile, die sich durch das Erstellen eines Grafcet für eine Anlage ergeben, wird der Aufwand hierfür oftmals nicht betrieben. Denn nach der Planungsphase hat der Grafcet bislang für viele keinen Nutzen mehr. Was aber wäre, wenn man den erstellten Grafcet direkt in eine SPS übertragen könnte?

Vor der Beantwortung dieser Frage und zum Verständnis der Thematik sei an dieser Stelle zunächst eine Einführung in Grafcet erlaubt: Die Verantwortlichen der Norm haben penibel darauf geachtet, dass die notwendigen Symbole einfach zu zeichnen sind und dass die Anzahl der verschiedenen Elemente möglichst gering ist. Aus diesen Gründen ist ein Grafcet-Plan ohne viel Aufwand auch mit Bleistift und Papier umsetzbar. Die wesentlichen Elemente sind:

  • Schritte (Quadrat):
    Ein Schritt kann aktiv oder inaktiv sein. Ist ein Schritt aktiv, dann befindet sich die Maschine gerade in diesem Zustand (zum Beispiel eine Flasche wird befüllt).
  • Transitionen (waagrechte Linie, welche die Wirkungslinie kreuzt):
    Die Transition beinhaltet eine Bedingung. Ist diese Bedingung erfüllt, dann erfolgt der Übergang zum nachfolgenden Schritt, das heißt der nachfolgende Schritt wird aktiv. Der zuvor aktive Schritt wird deaktiviert.
  • Aktionen (Rechteck):
    Aktionen sind immer einem Schritt zugeordnet. In einer Aktion wird beispielsweise ein Aktor beeinflusst. Dies könnte etwa ein Ventil sein. Mit diesem Schritt können mehrere Aktionen  verbunden werden.
  • Wirkungslinien (horizontale und vertikale Linien):
    Mit den Wirkungslinien erfolgt die Verbindung der einzelnen Elemente (Schritte, Transitionen, Aktionen).
Ein einfacher Grafcet Bildquelle: © MHJ-Software

Bild 1: Beispiel für einen einfachen Grafcet.

Darüber hinaus bietet Grafcet Elemente, um Hierarchien und Strukturen zu bilden. Dazu gehören beispielsweise die zwangssteuernden Befehle, mit denen sich unter anderem die Bedingungen für die Betriebszustände (Hand/Automatik) einer Anlage realisieren lassen.

Bild 1 zeigt einen einfachen Grafcet-Plan. Was passiert hier? Zuerst wird der sogenannte Initialschritt mit der Bezeichnung ‚1‘ aktiv geschaltet. Somit wird die Aktion rechts daneben ebenfalls aktiv und der binäre Ausgang ‚Q0‘ eingeschaltet. Die Bedingung der nachfolgenden Transition ist über den Term ‚1s/X1‘ definiert. Dies bedeutet, dass die Transition ausgelöst wird, sobald der Schritt ‚1‘ eine Sekunde lang aktiv ist. Beim Übergang wird Schritt ‚2‘ aktiv und Schritt ‚1‘ inaktiv. Mit der Aktivierung von Schritt ‚2‘ wird auch der Ausgang ‚Q1‘ eingeschaltet. Nachdem Schritt ‚2‘ eine Sekunde lang aktiv war, erfolgen die Aktivierung von Schritt ‚3‘ und wiederum nach einer Sekunde der Rücksprung zu Schritt ‚1‘. Die Ausgänge Q0 bis Q2 werden also nacheinander jeweils für eine Sekunde eingeschaltet.