IEC 61499: Grundkurs DE presented by Franz Höpfinger

DIN EN 61499-1 Entmystifiziert: Funktionsbausteine, Objektorientierung und verteilte Systeme

Herzlich willkommen zu „DIN EN 61499-1 Entmystifiziert“, dem Podcast, in dem wir tief in die Normen eintauchen, die die Zukunft der industriellen Automatisierung prägen! In der heutigen Episode entschlüsseln wir die deutsche Norm DIN EN 61499-1, die die deutsche Fassung der Europäischen Norm EN 61499-1:2013 ist und direkt von der internationalen Norm IEC 61499-1:2012 übernommen wurde. Dieses grundlegende Dokument definiert die allgemeine Architektur und Leitlinien für die Anwendung von Funktionsbausteinen in verteilten industriellen Leitsystemen. Die Norm zielt darauf ab, prägnante, realisierbare, vollständige, eindeutige und konsistente Festlegungen zu ermöglichen, die den gesamten Systemlebenszyklus, von der Planung bis zur Instandhaltung, unterstützen.

Unser Hauptaugenmerk liegt heute auf zwei Kernkonzepten, die diese Norm so leistungsfähig für die Erstellung flexibler und wartbarer Automatisierungslösungen machen: dem Funktionsbaustein und der Instanz.

Zunächst zum Funktionsbaustein (Function Block). Ein Funktionsbaustein ist eine funktionale Software-Einheit. Stellen Sie sich ihn als eine wiederverwendbare, eigenständige Komponente vor, die einen spezifischen Teil Ihrer Steuerungslogik kapselt. Jeder Funktionsbaustein umfasst eine mit Namen versehene Kopie einer Datenstruktur und zugeordnete Operationen, und entscheidend ist, dass seine internen Daten und sein Zustand von einem Aufruf zum nächsten erhalten bleiben. Diese Persistenz ist der Schlüssel zur Verwaltung komplexer Steuerungsabläufe. Die Norm definiert verschiedene Typen von Funktionsbausteinen:

Als Nächstes betrachten wir das Konzept der Instanz (Instance). Wenn ein Funktionsbausteintyp den Bauplan oder die Blaupause definiert, dann ist eine Instanz eine tatsächliche, mit einem Namen versehene Realisierung dieses Bauplans. Sie ist eine "funktionale Einheit, die eine individuelle, mit einem Namen versehene Einheit umfasst, die die Attribute eines definierten Typs besitzt". In der Welt von DIN EN 61499-1 werden Anwendungen als Netzwerke von Funktionsbausteininstanzen und Unteranwendungsinstanzen modelliert, die durch Daten- und Ereignisverbindungen miteinander verbunden sind. Dieser objektorientierte Ansatz ist von entscheidender Bedeutung, da er es ermöglicht, Anwendungen oder Teile davon über verschiedene Ressourcen innerhalb desselben oder verschiedener physischer Geräte zu verteilen. Die Norm besagt explizit, dass ein Funktionsbaustein als eine atomare Einheit für die Verteilung betrachtet werden muss, was bedeutet, dass alle seine internen Elemente in derselben Ressource verbleiben müssen. Diese Flexibilität bei der Verteilung von Instanzen über ein Netzwerk miteinander verbundener Geräte ist das, was DIN EN 61499-1 für moderne industrielle Leitsysteme so leistungsfähig macht.

Begleiten Sie uns, wenn wir aufdecken, wie diese Kernkonzepte eine robuste Konfiguration, Implementierung, den Betrieb und die Wartung verteilter industrieller Leitsysteme ermöglichen und den Weg für mehr Interoperabilität und Portabilität in der Automatisierung ebnen. Verpassen Sie es nicht!

R_TRIG & F_TRIG: So erkennen SPS-Steuerungen Signalflanken zuverlässig – ohne Doppelbehandlung

Willkommen bei „SPS-Geheimnisse gelüftet“, dem Podcast für alle, die in der Automatisierungstechnik den entscheidenden Impuls setzen wollen! In dieser Folge tauchen wir tief in zwei unverzichtbare Standard-Funktionsbausteine der DIN EN 61131-3 ein: R_TRIG (Rising Edge Trigger) und F_TRIG (Falling Edge Trigger).

Erfahren Sie, wie diese Bausteine das Leben von SPS-Programmierern einfacher und sicherer machen, indem sie Signalflanken zuverlässig erkennen und dabei Doppelbehandlungen effektiv verhindern.

Wir beleuchten:

• Was genau R_TRIG und F_TRIG sind: Die grafische Darstellung und die Funktion dieser Bausteine, die speziell für die Erkennung von steigenden (0 nach 1) und fallenden (1 nach 0) Flanken an einem booleschen Eingang (CLK) konzipiert sind.
• Das Geheimnis der Einmal-Aktivierung: Entdecken Sie, wie der Ausgang Q eines R_TRIG- oder F_TRIG-Bausteins nur für eine einzige Ausführung des Funktionsbausteins auf BOOL#1 (TRUE) bleibt und danach automatisch auf BOOL#0 (FALSE) zurückkehrt. Diese intelligente Arbeitsweise ist der Schlüssel zur zuverlässigen Flankenerkennung ohne unerwünschte Mehrfachausführungen Ihrer SPS-Logik. Selbst wenn das Eingangssignal länger aktiv bleibt, sorgt R_TRIG oder F_TRIG dafür, dass Ihr Programm den Impuls nur einmal registriert – keine Doppelbehandlung, höchste Präzision!
• Verständnis für robustes Design: Wir erklären, was passiert, wenn der CLK-Eingang unverbunden ist oder auf FALSE steht, und wie dies das Verhalten des Q-Ausgangs beeinflusst.
• Warum diese Funktionsbausteine unverzichtbar sind: Sie sind grundlegende Elemente der DIN EN 61131-3 und ein Muss für jedes SPS-Programm, das auf die präzise Reaktion auf Signaländerungen angewiesen ist.

Schalten Sie ein und optimieren Sie Ihre SPS-Programme mit dem Wissen über R_TRIG und F_TRIG – für effizientere und fehlerfreiere Automatisierungslösungen!

R_TRIG & F_TRIG: Einmalige Aktionen in der zyklischen SPS-Welt der IEC 61131-3

Willkommen zu einer neuen Episode, in der wir uns einem grundlegenden, aber oft missverstandenen Konzept der speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) widmen: Wie führt man einmalige Aktionen in einer zyklisch ablaufenden Welt aus?In dieser Episode tauchen wir tief in die Welt der IEC 61131-3 ein und beleuchten zwei spezielle Standard-Funktionsbausteine: R_TRIG (steigende Flanke) und F_TRIG (fallende Flanke) [i, 160]. Wir erklären Ihnen, warum diese unscheinbaren Bausteine in der Automatisierungstechnik unverzichtbar sind, um präzise und zuverlässige Steuerungsaufgaben zu realisieren.Was Sie in dieser Episode lernen werden:• Grundlagen der SPS-Zykluszeit: Wir beginnen mit einem kurzen Überblick über die zyklische Arbeitsweise einer SPS, bei der Programme kontinuierlich von oben nach unten abgearbeitet werden [i, 275, 276, 277].• Die Herausforderung einmaliger Aktionen: Entdecken Sie, warum es schwierig ist, eine Aktion, die nur einmal pro Ereignis ausgeführt werden soll, in einer ständig wiederholten Programmschleife zu implementieren, ohne dass sie bei jedem Zyklus erneut getriggert wird.• R_TRIG und F_TRIG im Detail:    ◦ Was sie sind: Diese Funktionsbausteine dienen der Flankenerkennung [i, 160]. R_TRIG erkennt einen Übergang einer booleschen Variablen von 0 nach 1 (steigende Flanke) [i, 20, 160, 161, 162], während F_TRIG einen Übergang von 1 nach 0 (fallende Flanke) detektiert [i, 20, 160, 161, 162].    ◦ Ihre Funktion: Der Ausgang Q eines R_TRIG- oder F_TRIG-Bausteins bleibt nur für eine Ausführung des Funktionsbausteins auf dem Wert BOOL#1 (TRUE), nachdem die entsprechende Flanke am Eingang CLK erkannt wurde. Bei der nächsten Ausführung kehrt der Ausgang automatisch nach BOOL#0 (FALSE) zurück [i, 160, 161].    ◦ Die Bedeutung für einmalige Aktionen: Diese "Ein-Zyklus-Impuls"-Eigenschaft macht sie zum idealen Werkzeug, um Aktionen wie das Starten eines Motors, das Zählen eines Werkstücks oder das Auslösen eines Alarms genau einmal pro Signalwechsel auszuführen, selbst wenn das Eingangssignal über mehrere Zyklen hinweg aktiv bleibt [i].• Praktische Anwendung und Normung: Wir erläutern, wie diese Bausteine gemäß DIN EN 61131-3 definiert sind (siehe Tabelle 44 für ihre Definition) [i, 160, 161, 162] und wie sie in textuellen Sprachen (wie Strukturiertem Text) oder grafischen Sprachen (wie dem Kontaktplan oder der Funktionsbaustein-Sprache) eingesetzt werden [i, 299, 329]. Auch die Verwendung von Qualifizierern wie R_EDGE und F_EDGE in Deklarationen wird beleuchtet [i, 132, 136].• Ein Blick über den Tellerrand: Erfahren Sie, dass ereignisgesteuerte Versionen dieser Funktionsbausteine (E_R_TRIG und E_F_TRIG) auch in der Norm IEC 61499-1 für die Verarbeitung von Ereignissen in komplexeren Systemen relevant sind [j, 522, 523, 525, 618, 620].Verpassen Sie nicht diese aufschlussreiche Episode, die Ihnen hilft, die Feinheiten der Flankenerkennung zu meistern und Ihre SPS-Programme effizienter und robuster zu gestalten!

DIN EN 61499-1: Funktionsbausteine und der Paradigmenwechsel in der industriellen Softwareentwicklung

IEC 61499-1

Quellen: https://esb-dev.github.io/mat/uml.pdf und DIN EN 61499-1

Tauchen Sie ein in die Welt der Softwareentwicklung und entdecken Sie einen fundamentalen Wandel in der industriellen Automatisierung! In dieser Episode beleuchten wir den Kontrast zwischen der klassischen Softwareentwicklung mit UML und dem innovativen Ansatz der DIN EN 61499-1.

In der traditionellen Softwareentwicklung dient die Unified Modeling Language (UML) dazu, Softwaresysteme zu spezifizieren, zu konstruieren, zu visualisieren und zu dokumentieren. Klassendiagramme, Sequenzdiagramme und Zustandsdiagramme dienen hier als abstrakte Blaupausen für den späteren Code. Das große Problem? Die Trennung von Modell und Implementierung. UML-Diagramme sind Entwürfe, der eigentliche Programmcode wird manuell in Sprachen wie Java oder C++ geschrieben. Dieser manuelle Transformationsschritt birgt das Potenzial für Inkonsistenzen, Fehler und Missverständnisse, da Modell und Code auseinanderdriften können und UML "leider nicht immer eindeutig" ist und oft zusätzlichen Begleittext erfordert. Kurz gesagt: Das Diagramm ist ein Entwurf, der in Code übersetzt werden muss, was fehleranfällig ist.

Die IEC 61499-1, ein internationaler Standard für verteilte industrielle Leitsysteme, läutet einen echten Paradigmenwechsel ein. Im Zentrum stehen Funktionsbausteine, deren Verhalten durch einen „Plan zur Ausführungssteuerung“ (Execution Control Chart – ECC) definiert wird. Der revolutionäre Unterschied: Ein ECC ist eine grafische oder textuelle Darstellung der kausalen Beziehungen und des Ausführungsverhaltens eines Funktionsbausteins. Die Grafik ist hier nicht nur ein Modell, sondern direkt die Spezifikation des Ausführungsverhaltens.

Die Vorteile dieses Ansatzes sind entscheidend:

• Direkte Ausführbarkeit des Modells: Das grafische Design definiert unmittelbar das Verhalten der Funktionsbausteine, wodurch Entwurf und Implementierung viel enger verknüpft sind und manuelle Übersetzungsfehler vermieden werden.
• Eindeutigkeit und Konsistenz: Der Standard zielt darauf ab, dass Spezifikationen prägnant, realisierbar, vollständig, eindeutig und konsistent sind, gefördert durch die direkte Kopplung von Modell und Laufzeitverhalten.
• Verbesserte Interoperabilität, Portabilität und Konfigurierbarkeit: IEC 61499-basierte Systeme, Geräte und Software-Werkzeuge sollen zwischen verschiedenen Lieferanten interoperabel, Software portierbar und Geräte konfigurierbar sein – maßgeblich unterstützt durch die standardisierte und direkt ausführbare grafische Modellierung.
• Direkte Modellierung zeitlichen Verhaltens und ereignisgesteuerter Ausführung: Die Architektur ermöglicht die präzise Spezifikation von Timing und Ereignisflüssen, was in industriellen Systemen von kritischer Bedeutung ist.

Erfahren Sie, wie die IEC 61499-1 die Komplexität reduziert und die Effizienz in der industriellen Automatisierung steigert, indem das, was Sie entwerfen, direkt das ist, was das System ausführt!

DIN EN 61131-3: Das Herz der Land- und Baumaschinen-Mechatronik und der Sprung in die Zukunft mit Objektorientierung

Dieser Podcast beleuchtet **DIN EN 61131-3**, den zentralen Standard für Programmiersprachen speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS). Erfahren Sie, wie dieser Standard, der traditionell Sprachen wie Kontaktplan (KOP), Funktionsbausteinsprache (FBS), Anweisungsliste (AWL) und Strukturierten Text (ST) für industrielle Prozesse und Steuerungssysteme definiert, die Entwicklung herstellerunabhängiger Software prägt.

Der Podcast verfolgt die Entwicklung von den Leitlinien der zweiten Ausgabe der Norm, die Erfahrungen aus der Praxis aufgriff und Ungereimtheiten beseitigte, hin zum **bedeutenden Sprung in die Zukunft mit der Objektorientierung in der aktuellen dritten Ausgabe (DIN EN 61131-3:2013)**. Die dritte Ausgabe ist eine kompatible Erweiterung, die neue Datentypen, Umwandlungsfunktionen, Referenzen und Namensräume einführt.

Entdecken Sie, welche neuen Möglichkeiten **Klassen, Methoden, Vererbung und Namensräume** bieten und wie diese die Entwicklung komplexer und wiederverwendbarer Steuerungsprogramme, insbesondere im Kontext der Land- und Baumaschinen-Mechatronik, revolutionieren. Während die Anweisungsliste (AWL) in zukünftigen Ausgaben nicht mehr enthalten sein soll, betont die Norm die Kapselung und Wiederverwendbarkeit von Software-Elementen zur Verbesserung von Qualität und Produktivität.

DIN EN 61131-3 vs. 61499-1: Dein Wegweiser durch die Normen der Industrieautomatisierung

"Du arbeitest in der Industrieautomatisierung und fragst dich, welche Norm die Richtige für dein Steuerungssystem ist? In diesem Podcast navigieren wir dich durch die Standards der IEC – von den bewährten Programmiersprachen der DIN EN 61131-3 für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) bis hin zur innovativen Architektur der DIN EN 61499-1 für verteilte, ereignisgesteuerte Leitsysteme. Erfahre, wo die Unterschiede in der Philosophie liegen (zyklische Abarbeitung und Objektorientierung vs. ereignisgesteuerte Interaktion), wie die Normen miteinander kommunizieren und welche Vorteile jede für moderne Automatisierungslösungen bietet. Ein Muss für alle, die tiefer in die Welt der industriellen Steuerungstechnik eintauchen wollen!"

Ereignisgesteuerte Timer: Wann welcher am Lüfter Sinn macht – ETON, ETOF, ETP & mehr entschlüsselt

**Podcast-Beschreibung:**

Willkommen bei "Ereignisgesteuerte Timer: Wann welcher am Lüfter Sinn macht – ETON, ETOF, ETP & mehr entschlüsselt"! In dieser Episode tauchen wir tief in die Welt der **ereignisgesteuerten Timer-Funktionen** ein, die das Verhalten von Geräten wie einem Lüfter präzise steuern können. Wir entschlüsseln die Funktionsweise der verschiedenen Timer und zeigen dir anhand praktischer Beispiele, wann welcher Timer die ideale Lösung für deine Anforderungen ist.

**In dieser Folge lernst du:**

* **E_TON-Timer:** Erfahre, wie dieser Timer dafür sorgt, dass dein Lüfter **erst nach einer gewissen Verzögerung startet**, wenn ein Taster gedrückt wird (ein Ereignis gesendet wird), und **sofort stoppt**, sobald der Taster losgelassen wird (ein weiteres Ereignis gesendet wird). Wann ist eine solche Anlaufverzögerung sinnvoll?

* **E_TOF-Timer:** Entdecke die Funktion des E_TOF-Timers, bei dem der Lüfter **sofort anläuft**, wenn der Taster gedrückt wird, und **nach dem Loslassen des Tasters noch eine bestimmte Zeit weiterläuft**. Perfekt für eine Nachlauffunktion!

* **E_TP-Timer:** Wir erklären, warum der Lüfter mit einem E_TP-Timer **immer gleich lange läuft**, unabhängig davon, wie lange der Taster gedrückt wird. Auch wichtig: **Zu schnelles Drücken (zu häufiges Senden von Ereignissen) vor Ablauf der vorherigen Laufzeit wird ignoriert**.

* **E_PULSE-Timer:** Verstehe die Ähnlichkeiten zum E_TP-Timer und den feinen, aber wichtigen Unterschied: Der E_PULSE-Timer macht dasselbe wie der E_TP, ist aber **nicht mit einem direkten BOOL-Eingang (IN) versehen**.

* **E_TONOF-Timer:** Lerne den vielseitigen E_TONOF-Timer kennen, der sowohl für einen **verzögerten Start** als auch für einen **verzögerten Stopp** des Lüfters sorgt. Der Lüfter beginnt nach einer gewissen Zeit zu laufen, wenn der Taster gedrückt wird, und läuft nach dem Loslassen des Tasters noch eine gewisse Zeit nach.

Egal, ob du deine Schaltgeräte optimieren oder einfach nur die Logik hinter intelligenten Steuerungen verstehen möchtest – diese Episode liefert dir das nötige Wissen. Schalte ein und werde zum Experten für ereignisgesteuerte Timer!

Willkommen zu unserer Kurzzusammenfassung über IEC 61499-1, einem Schlüsselstandard, der unser Verständnis von modernen Steuerungssystemen revolutioniert – vergleichbar mit dem vielseitigen Lego-Prinzip für komplexe technische Aufgaben.Was ist IEC 61499-1? Dieser Standard, offiziell als „Funktionsbausteine für industrielle Leitsysteme – Teil 1: Architektur“ bekannt, definiert eine allgemeine Architektur und Leitlinien für die Anwendung von Funktionsbausteinen in verteilten industriellen Leitsystemen. Er ist das Fundament für die Entwicklung flexibler, wiederverwendbarer und verteilter Steuerungslösungen.Das „Lego-Prinzip“: Funktionsbausteine als modulare Bausteine Der Kern der IEC 61499-Architektur sind die Funktionsbausteine (Function Blocks). Stellen Sie sich diese als standardisierte Lego-Bausteine vor:• Jeder Baustein ist eine funktionale Software-Einheit, die eine benannte Kopie einer Datenstruktur und zugehörige Operationen umfasst.• Diese Bausteine können Basis-Funktionsbausteine sein, die ihr Verhalten über Ausführungssteuerungspläne (ECC) definieren, oder zusammengesetzte Funktionsbausteine, die aus Netzwerken kleinerer Bausteine bestehen.• Das „Lego-Prinzip“ zeigt sich besonders in der Möglichkeit, Unteranwendungen (Subapplications) zu definieren, die selbst wieder aus Funktionsbausteinen bestehen und über mehrere Ressourcen verteilt werden können. Funktionsbausteine sind dabei „atomare Einheiten“ der Verteilung. Dies fördert eine hierarchische und modulare Systementwicklung, genau wie beim Bauen mit Lego-Steinen.Ereignisgesteuert und verteilt: Dynamik für moderne Maschinen Im Gegensatz zu traditionellen zyklischen Steuerungen ist IEC 61499-1 ereignisgesteuert. Das bedeutet, dass die Ausführung eines Funktionsbausteins durch das Eintreten von Ereignissen an seinen Eingängen ausgelöst wird, anstatt durch einen festen Takt. Dies ermöglicht eine reaktionsschnelle und effiziente Abarbeitung von Steuerungsaufgaben, was besonders in dynamischen Umgebungen wie Land- und Baumaschinen entscheidend ist.Die Architektur ist speziell für verteilte industrielle Leitsysteme konzipiert, die aus miteinander verbundenen Geräten bestehen, die über Kommunikationsnetzwerke miteinander kommunizieren. Eine Anwendung kann sich über mehrere Geräte und Ressourcen erstrecken, was die Implementierung komplexer Funktionen über verschiedene Hardware-Komponenten hinweg ermöglicht.Die Vorteile: Interoperabilität, Portierbarkeit, Konfigurierbarkeit Das übergeordnete Ziel der IEC 61499-Standards – einschließlich IEC 61499-2 (Anforderungen an Software-Werkzeuge) und IEC 61499-4 (Regeln für Normerfüllungsprofile) – ist die Förderung von:• Interoperabilität von Geräten verschiedener Lieferanten.• Portierbarkeit von Software zwischen Software-Werkzeugen verschiedener Lieferanten.• Konfigurierbarkeit von Geräten verschiedener Anbieter durch Software-Werkzeuge.Dies ist entscheidend für Land- und Baumaschinen, wo Komponenten oft von verschiedenen Herstellern stammen und eine nahtlose Integration und flexible Anpassung unerlässlich sind. Der Standard bietet auch Mechanismen für das Management von Anwendungen, Ressourcen und Geräten sowie die Interaktion mit bestehenden speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPSen), die nach IEC 61131-3 programmiert sind [5, D.6].Zusammenfassend bietet IEC 61499-1 ein robustes Framework, um moderne, hochkomplexe und verteilte Steuerungssysteme zu entwerfen und zu implementieren – und das alles mit der Einfachheit und Flexibilität eines modularen Lego-Baukastens.

Der Text beschreibt den E_CTUD (Event-Driven Up-Down Counter), einen fundamentalen Funktionsbaustein innerhalb der IEC 61499 Norm für industrielle Steuerungssysteme. Es wird seine bidirektionale Zählfunktion (aufwärts und abwärts) erläutert, die durch Ereignis-Eingänge wie CU (hochzählen) und CD (runterzählen) sowie Steuerfunktionen wie R (Reset) und LD (Laden eines Vorgabewerts) gesteuert wird. Die Schnittstellenstruktur mit Ereignis- und Daten-Ports wird detailliert dargestellt, einschließlich Statusausgängen wie QU (Zählerstand größer oder gleich Vorgabewert) und QD (Zählerstand kleiner oder gleich Null). Weiterhin werden Anwendungsszenarien wie Produktionszählung und Lagerverwaltung aufgeführt und der E_CTUD im Vergleich zu anderen Zählerbausteinen hervorgehoben.

Der Text beschreibt den E_CTD (Event-Driven Down Counter), einen ereignisgesteuerten Abwärtszähler, der dem IEC 61499-Standard entspricht und in industriellen Steuerungssystemen eingesetzt wird. Er zählt Einheiten basierend auf Eingangsereignissen wie CD (Count Down) und LD (Load), die den Zählerstand dekrementieren oder neu laden. Ausgangsereignisse wie CDO und LDO signalisieren das Erreichen von Null oder das erfolgreiche Laden, während PV den voreingestellten Wert und CV den aktuellen Wert darstellt. Dieser Baustein ist besonders nützlich in Situationen, in denen eine zyklische Abfrage in Steuerungssystemen nicht praktikabel ist, und er ermöglicht eine flexible Initialisierung des Zählwerts. Anwendungsbeispiele umfassen Produktionslinien und Verpackungsmaschinen. Der Text vergleicht ihn auch mit ähnlichen Zählertypen wie E_CTU und E_CTUD, die eine andere Zählrichtung haben.