Binäre Verknüpfungen und Abfragen
Wenn binäre Signalzustände (0 oder 1) von Variablen über eine Funktion miteinander verbunden werden, so spricht man von Verknüpfungen. Mit der Negation (NICHT) und den 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 (Exklusiv-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.
Für die tabellarische Darstellung einer Schaltfunktion kann man Schaltwerttabellen benutzten, die auch Funktionstabellen genannt werden. Damit werden die Aussagenlogiken der binären Verknüpfungen verständlicher dargestellt. Die Eingangsvariablen werden links angeordnet, die Ausgansvariablen rechts. Anhand der Schaltwerttabelle kann man genau sehen, wie sich die Ausgänge, abhängig vom Zustand der Eingänge, verhalten.
Die Negation
Eine Negation (NOT, NICHT) wird dann verwendet, wenn der Signalwert einer Variablen negiert werden soll. (0 = 1, 1 = 0). Darstellung in KOP, FUP und AWL hier.
Schaltwerttabelle:
| E | A |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Anhand der Schaltwerttabelle wird deutlich, wie sich eine Negation auswirkt. Der Ausgang wird negiert, wenn der Eingang ein Signal von 1 liefert. Das bedeutet wiederum, wenn der Eingang ein Signal von 0 liefert, hat der Ausgang das Signal 1.
Die UND-Verknüpfung, Konjunktion (AND, UND)
Für eine effektive Umsetzung der UND-Verknüpfung braucht man mindestens 2 Eingangsvariablen, die mit dem UND-Glied miteinander verknüpft werden. Die Logik der Schaltfunktion ist, dass das Signal der Ausgangsvariable nur eine 1 ist, wenn auch alle Eingangsvariablen das Signal 1 haben. Sobald irgendeine Eingangsvariable das Signal 0 liefert, hat die Ausgangsvariable ebenfalls das Signal 0. Darstellung in KOP, FUP und AWL hier.
Schaltwerttabelle:
| E2 | E1 | A1 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Die ODER-Verknüpfung, Disjunktion (OR, ODER)
Auch beim ODER-Glied braucht man für die effektive Umsetzung mindestens 2 Variablen, die über das ODER-Glied miteinander verknüpft werden. Hier verhält sich die Schaltfunktion anders. Hier braucht nur eine einzige Eingangsvariable das Signal 1 zu liefern, damit die Ausgangsvariable ebenfalls eine 1 hat. Nur wenn alle Eingangsvariable das Signal 0 liefern, hat die auch Ausgangsvariable das Signal 0. Darstellung in KOP, FUP und AWL hier.
Schaltwerttabelle:
| E2 | E1 | A1 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Die Exklusiv-ODER-Verknüpfung (XOR)
Das Exklusiv-ODER-Glied, auch XOR-Glied genannt, ist eine Erweiterung des ODER-Glieds. Die Schaltfunktion verhält sich so, dass die Ausgangsvariable bei 2 Eingängen nur dann ein Signal von 1 hat, wenn eine Eingangsvariable exklusiv auf 1 steht. Das bedeutet, in dem Fall darf die andere Eingangsvariable nicht auf 1 stehen. Darstellung in KOP, FUP und AWL hier.
Schaltwerttabelle:
| E2 | E1 | A1 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Negation einer UND- oder OR-Verknüpfung
Das Ergebnis einer UND- oder einer ODER-Verknüpfung kann negiert werden. In dem Fall wird der Ausgang durch die Operation NOT negiert. Ist der Ausgang einer UND-Verknüpfung negiert, bezeichnet man als NAND-Verknüpfung (NICHT-UND). Ist der Ausgang einer ODER-Verknüpfung negiert, bezeichnet man das als NOR-Verknüpfung (NICHT-ODER).
NAND-Verknüpfung
| E2 | E1 | A1 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
NOR-Verknüpfung
| E2 | E1 | A1 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
Negierte Exklusiv-ODER-Verknüpfung, auch Exklusiv-NICHT-ODER genannt (XNOR)
Das Ergebnis einer XOR-Verknüpfung kann ebenfalls negiert werden. In dem Fall spricht man von einer Exklusiv-NICHT-ODER-Verknüpfung (XNOR). Auch hier verhält es sich genau umgekehrt wie bei der XOR-Verknüpfung. Die Ausgangsvariable hat ein Signal von 1, wenn das Signal der Eingangsvariablen nicht exklusiv ist.
Schaltwerttabelle:
| E2 | E1 | A1 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Zusammengesetzte Verknüpfungen
Bei der SPS-Programmierung wird nicht nur ein Verknüpfungsglied benutzt. SPS-Programme bestehen in der Regel aus einer Vielzahl an ODER-, UND- oder XOR-Gliedern und weitere Dinge mehr. Da hierbei viele Verknüpfungen zusammengesetzt werden, spricht man von zusammengesetzten Verknüpfungen. Dabei bleibt das grundsätzliche Verhalten jedes einzelnen Glieds erhalten.
Zuweisung des Ausgangs über das Verknüpfungsergebnis, VKE
Beim Einsatz von binären Verknüpfungen, entscheidet der abgefragte Zustand der Eingänge darüber, ob der Ausgang 0 oder 1 sein soll. Ob das Ergebnis eine 0 oder 1 ist, wird über einen Zwischenspeicher, dem Verknüpfungsergebnis (VKE) realisiert. Bei der Abarbeitung eines SPS-Programms wird das VKE auf 0 oder 1 gesetzt. Der Zustand des VKE kann sich dabei Zeile für Zeile ändern. Bei der Zuweisung eines Ausgangsoperanden wird der Wert aus dem VKE übernommen.