Binäre Verknüpfungen und Abfragen
Wenn binäre Signalzustände (0 oder 1) von Variablen über eine Funktion miteinander verbunden werden, so spricht man von Verknüpfungen. Aus der Negation (NICHT) und den beiden Grundverknüpfungen UND bzw. ODER lassen sich sämtliche Verknüpfungen realisieren, auch wenn sie noch so kompliziert sind. Eine Erleichterung beim Programmieren einer SPS stellt die Verknüpfung XOR (Exclusiv-ODER) dar, die in den meisten SPS bereits als fertige Verknüpfung vorhanden ist. Die Verknüpfungen UND, ODER usw. werden als Operatoren bezeichnet. Diese Operatoren verknüpfen die Operanden (Eingänge, Merker, Zähler oder Zeiten) miteinander.
Variablennegation
Durch Negation (NOT, NICHT) wird der Signalwert einer Variablen invertiert (0->1, 1->0). Darstellung in KOP, FUP und AWL hier.
Funktionstabelle:
| E | A |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Mit Hilfe einer Funktionstabelle wird der Zusammenhang zwischen der Eingangsvariablen E und der Ausgangsvariablen A übersichtlich dargestellt.
Die UND-Verknüpfung, Konjunktion (AND, UND)
| E2 | E1 | A1 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Die ODER-Verknüpfung, Disjunktion (OR, ODER)
| E2 | E1 | A1 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Die Exclusiv-ODER-Verknüpfung (XOR)
| E2 | E1 | A1 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Die Negation einer Verknüpfung
Durch Negation wird der Signalwert einer Variablen invertiert. UND-Verknüpfungen und ODER-Verknüpfungen werden durch die Operation NOT negiert. Eine UND-Verknüpfung bezeichnet man dann als NAND-Verknüpfung, eine ODER-Verknüpfung als NOR-Verknüpfung.
| E2 | E1 | A1 |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
| E2 | E1 | A1 |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
Negierte Exclusiv-ODER-Verknüpfung (XOR)
Funktionstabelle einer negierten Exclusiv-ODER-Verknüpfung (XOR)
Darstellung in KOP, FUP und AWL hier.
| E2 | E1 | A1 |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Das Verknüpfungsergebnis VKE
Der Signalzustand "0" oder "1" des Ausgangs einer binären Grundoperation/Verknüpfung wird in einem Register in der CPU abgelegt welches man als Verknüpfungsergebnis (VKE) bezeichnet. Das Verknüpfungsergebnis wird verändert durch Abfrageanweisungen (z.B. "NAND", " NOR", "XOR" usw.)
Abgefragt wird das Verknüpfungsergebnis durch die Zuweisung "=".
Die erste Operation nach einer Zuweisung bezeichnet man als Erstabfrage. Die besondere Bedeutung einer Erstabfrage besteht darin, dass die CPU das Abfrageergebnis dieser Anweisung direkt als VKE übernimmt. Das vorherige Verknüpfungsergebnis geht dabei verloren. Ein neues Netzwerk beginnt stets mit einer Erstabfrage.
Mithilfe der Befehle "CLR" und "SET" (nur in der Anweisungsliste zu programmieren) kann das Verknüpfungsergebnis ohne Operand auf Signalzustand "0" oder "1" gesetzt werden.
Zusammengesetzte binäre Grundverknüpfungen
In Steuerungsprogrammen kommen nicht nur die reinen Elemente NICHT, UND, ODER, NAND, NOR und XOR vor. In vielen Fällen setzt sich eine logische Funktion aus der Kombination mehrerer unterschiedlicher binärer Grundverknüpfungen zusammen. Die beiden Grundstrukturen "UND-vor-ODER" und "ODER-vor-UND" kommen immer wieder vor.
- UND-vor-ODER Verknüpfung
Beispiel einer UND-vor-ODER Verknüpfung:
- RS-Glied
Die Verknüpfungsergebnisse der UND-Verknüpfung werden zusammen mit dem Eingang E 0.1 ODER-verknüpft. Die Signalzustände an den Eingängen E 0.0 und E 0.1 ergeben hier die Funktion eines RS-Gatters, auch setzdominanter FlipFlop genannt.
- ODER-vor-UND Verknüpfung
Beispiel einer ODER-vor-UND Verknüpfung:
- SR-Glied
Die Verknüpfungsergebnisse der UND-Verknüpfung werden zusammen mit dem Eingang E 0.1 ODER-verknüpft. Die Signalzustände an den Eingängen E 0.0 und E 0.1 ergeben hier die Funktion eines SR-Gatters, auch rücksetzdominanter FlipFlop genannt.
- Exclusiv-ODER vor einer UND-Verknüpfung
Exclusiv-ODER-Verknüpfungen vor einer UND-Verknüpfung:
Verknüpft man im Funktionsplan FUP Exclusiv-Oder-Verknüpfungen (XOR-Verknüpfungen) durch eine UND-Verknüpfung, gilt für die Anweisungsliste AWL, das die Exclusiv-ODER-Verknüpfungen in Klammern stehen müssen.
- UND-Verknüpfungen vor Exclusiv-ODER
UND-Verknüpfungen vor einer Exclusiv-ODER-Verknüpfung:
Verknüpft man im Funktionsplan FUP UND-Verknüpfungen durch eine Exclusiv-ODER-Verknüpfung (XOR-Verknüpfungen), gilt für die Anweisungsliste AWL, das die UND-Verknüpfungen in Klammern stehen müssen.
- Exclusiv-ODER vor ODER-Verknüpfung
Exclusiv-ODER-Verknüpfungen vor einer ODER-Verknüpfung:
Verknüpft man im Funktionsplan FUP Exclusiv-ODER-Verknüpfungen (XOR-Verknüpfungen) durch eine ODER-Verknüpfung, gilt für die Anweisungsliste AWL, das die Exclusiv-ODER-Verknüpfungen in Klammern stehen müssen.
- ODER vor Exclusiv-ODER-Verknüpfung
ODER-Verknüpfungen vor einer Exclusiv-ODER-Verknüpfung:
Verknüpft man im Funktionsplan FUP ODER-Verknüpfungen durch eine Exclusiv-ODER-Verknüpfung (XOR-Verknüpfungen), gilt für die Anweisungsliste AWL, das die ODER-Verknüpfungen in Klammern stehen müssen.
Verwendung von Merkern
In der SPS-Programmiernorm IEC 6113-3 sind Merker als Operanden genannt, die einen festen Speicherplatz haben. In der Praxis wird es allerdings so gehandhabt, das man auf die Verwendung von Merkern nach Möglichkeit verzichtet. Werden bei der Programmierung eines umfangreicheren Anwenderprogrammes Merker verwendet führt dies dazu, das die mit Merkern programmierten Bausteine (FB, FC) nicht mehr bibliotheksfähig sind. Merker haben in einem Anwenderprogramm bausteinübergreifend Gültigkeit.
Merkern werden logische Signalzustände zugewiesen, die in festen Speicheradressen im Automatisierungssystem hinterlegt werden. Werden Merker doppelt verwendet, können Programmierfehler entstehen, deren Behebung sehr zeitaufwändig sein kann. Deshalb verzichtet man bei der Programmierung von umfangreicheren Anwenderprogrammen auf die Verwendung von Merkern.
Die dadurch bibliotheksfähigen bleibenden Codebausteine können beliebig oft verwendet werden da die in ihnen verwendeten Varibalen frei zuweisbar sind. Die in Merkern abgelegten Signalzustände haben Gültigkeit auch außerhalb des Bausteins in dem sie verwendet werden. Es gibt auch noch sogenannte remanente Merker die bei Spannungsausfall die in ihnen gespeicherten Ergebnisse nicht verlieren. Nichtremanente Merker haben nach einem Neustart oder einem erneuten Anlaufen der SPS den Signalzustand "0".