Blog über Die IEC 61131-Norm verbessert die PLC-Effizienz in der Industrieautomation

Stellen Sie sich vor, jede Automarke benötigte ihre eigenen proprietären Tankstellen – ein ineffizientes und chaotisches Szenario. Genau vor dieser Herausforderung stand die industrielle Automatisierung vor dem Aufkommen des IEC 61131-Standards für die Programmierung von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS). Durch die Festlegung einheitlicher Sprachen und Spezifikationen revolutionierte dieser internationale Standard industrielle Automatisierungssysteme und verbesserte die Effizienz und Interoperabilität erheblich.

IEC 61131, offiziell betitelt "Speicherprogrammierbare Steuerungen", stellt einen internationalen Maßstab für SPS-Programmiersprachen und Softwareentwicklungsprozesse dar. Oft als "SPS-Programmierstandard" bezeichnet, ist sein Hauptziel die Standardisierung der SPS-Softwareentwicklung, um sowohl Geräteherstellern als auch Endanwenderunternehmen zugutezukommen. Der Standard wird von der International Electrotechnical Commission (IEC) gepflegt und kontinuierlich aktualisiert, um mit den Fortschritten in der industriellen Automatisierung Schritt zu halten.

Die Bedeutung von IEC 61131 zeigt sich in mehreren kritischen Aspekten:

• Code-Portabilität und Wiederverwendbarkeit: Vor der Standardisierung war SPS-Software herstellerspezifisch, was Kompatibilitätshindernisse schuf. IEC 61131 ermöglicht die Codeausführung auf verschiedenen Hardwareplattformen, wodurch Entwicklungsaufwand und -zeiten reduziert werden.
• Reduzierte Hardwarekosten und Entwicklungszeit: Standardisierte Sprachen und Prozesse vereinfachen die Softwareentwicklung und ermöglichen gleichzeitig eine flexible Auswahl der Hardwarehersteller.
• Nahtlose Komponentenintegration: Einheitliche Schnittstellen ermöglichen die mühelose Integration von SPS, Sensoren und Aktoren verschiedener Hersteller in komplexe Automatisierungssysteme.
• Minimierte Kommunikationsfehler: Standardisierte Protokolle zwischen Software-Tools verbessern die Systemzuverlässigkeit, indem sie Datenaustauschfehler reduzieren.

Für Akteure der industriellen Automatisierung bietet die Einhaltung von IEC 61131 erhebliche technische und wirtschaftliche Vorteile, die Produktivitätssteigerungen, Kostensenkungen und eine Wettbewerbsdifferenzierung ermöglichen.

IEC 61131 entstand in den 1990er Jahren durch die Bemühungen der europäischen Organisation PLCopen und befasste sich mit dem Fehlen einheitlicher SPS-Programmierstandards, die die plattformübergreifende Kompatibilität behinderten. Der Standard etablierte:

• Ein universelles SPS-Programmiermodell
• Kompatible grafische und textuelle Programmiersprachen
• Standardisierte Terminologie und Konzepte

Seit seiner ersten Veröffentlichung im Jahr 1993 wurde der Standard mehrfach überarbeitet, wobei die aktuelle dritte Ausgabe (2013) zeitgemäße Programmiermodelle enthält.

IEC 61131 umfasst zehn Abschnitte, wobei diese besonders wichtig sind:

• Teil 3: Definiert universelle SPS-Programmiersprachen
• Teil 4: Benutzerrichtlinien
• Teil 5: Kommunikationsprotokolle
• Teil 7: Programmierung für Fuzzy-Regelung
• Teil 8: Leitfaden für das Lebenszyklusmanagement

Teil 3 dient als Eckpfeiler und harmonisiert die SPS-Softwareentwicklung durch fünf standardisierte Sprachen:

• Kontaktplan (LD): Grafische Darstellung sequentieller Funktionen
• Funktionsbausteindiagramm (FBD): Grafische Sprache für Daten- und Funktionskombinationen
• Strukturierter Text (ST): Pascal-ähnliche textuelle Sprache
• Anweisungsliste (IL): Assembler-ähnliche textuelle Sprache
• Ablaufplan (SFC): Grafische Sprache für Programmeinheiten

Dieser mehrsprachige Ansatz ermöglicht es Ingenieuren, optimale Methoden für spezifische Anwendungen auszuwählen und sogar Sprachen innerhalb von Programmen zu kombinieren – LD für die grundlegende Logiksteuerung im Vergleich zu ST für komplexe Algorithmen, zum Beispiel.

Die Implementierung von IEC 61131-3 bringt mehrere Vorteile mit sich:

• Portabilität: Hardwareunabhängige Codeausführung
• Code-Wiederverwendung: Funktionsbausteine eliminieren redundante Programmierung
• Fehlerreduzierung: Stark typisierte Variablen verhindern Dateninkonsistenzen
• Produktivität: Verschiedene Sprachoptionen berücksichtigen die Präferenzen der Programmierer
• Standarddurchsetzung: Definierte Modellierungsstrukturen verbessern die Codequalität

Zusätzliche Vorteile sind vereinfachte Schulungen, optimierte Fehlersuche und eine verbesserte herstellerübergreifende Integration. Beispielsweise lassen sich IEC 61131-konforme HMI nahtlos in Steuerungsprogramme integrieren, während Funktionsbausteine komplexe Prozesse wie die PID-Regelung kapseln.

Die effektive Nutzung erfordert das Verständnis der Kernprogrammierelemente:

• Datentypen: Boolesche Werte, Bitstrings, Ganzzahlen, Gleitkommazahlen, Timer
• Variablen: Typisierte Datenspeicherung
• POUs: Programmorganisationseinheiten (Funktionen/Funktionsbausteine)
• Funktionen: Speicherlose Codeblöcke
• Funktionsbausteine: Codeblöcke mit persistentem Speicher

Diese Elemente ermöglichen eine modulare, wartungsfreundliche Programmierung. Funktionsbausteine veranschaulichen dies durch konfigurierbare, wiederverwendbare Logiksegmente mit definierten Schnittstellen, die objektorientierte Programmierprinzipien verkörpern.

Vom Hersteller bereitgestellte 61131-3-Programmiersuiten erleichtern:

• Hardware-E/A-Konfiguration
• Kommunikationseinrichtung
• Visualisierung des Programmablaufs
• Variablenüberwachung
• Fehlersuche zur Laufzeit

Diese Windows-basierten Pakete kombinieren Leitereditoren, Simulationsfunktionen und SPS-Konnektivität und unterstützen Aufgaben von der Verifizierung bis zur komplexen Sequenzfehlerbehebung. Die Einhaltung von Standards gewährleistet die Übertragbarkeit von Fähigkeiten und Code über Plattformen hinweg.

Obwohl für die funktionale Softwareentwicklung unerlässlich, schließt IEC 61131 aus:

• Elektrische Sicherheit (abgedeckt durch IEC 61131-2)
• EMV-Anforderungen (IEC 61326-Serie)
• Leistungskennzahlen (ISO 13849/IEC 61508)

Eine vollständige Systemzertifizierung erfordert daher ergänzende Standards.

IEC 61131 etablierte eine universelle SPS-Programmiersprache und bietet beispiellose Vorteile in Bezug auf Wiederverwendbarkeit, Portabilität und Integration. Sprachen des Teils 3 wie Kontaktplan genießen heute weltweite Anerkennung, während Funktionsbausteine modulares Codieren fördern. Standardisierte Entwicklungswerkzeuge vereinfachen sowohl die Programmierung als auch die Fehlerbehebung. Letztendlich treibt dieser Rahmen Kostensenkungen, Sicherheitsverbesserungen und Produktivitätssteigerungen in der industriellen Automatisierung voran.