Ist die Anlage – oder ein Teil davon – mit Grafcet programmiert, kann der Betreiber mit der Software die Programm-Logik ändern.

Ist die Anlage – oder ein Teil davon – mit Grafcet programmiert, kann der Betreiber mit der Software die Programm-Logik ändern. MHj-Software

Grafcet steht für “Graphe Fonctionnel de Commande Etape Transition“, was übersetzt so viel bedeutet wie: „Darstellung der Steuerungsfunktion mit Schritten und Weiterschaltbedingungen“. Beim Ausarbeiten der Norm haben die Verantwortlichen damals darauf geachtet, dass die Symbole zum Erstellen der Schrittketten leicht zu zeichnen sind und dass die Anzahl der unterschiedlichen Elemente möglichst gering bleibt. Aus diesen Gründen lässt sich ein Grafcet-Plan auch einfach mit Bleistift und Papier umsetzten. Ein Grafcet besteht im Wesentlichen aus: Schritten, Transitionen, Aktionen, Wirkungslinien sowie Elementen, um Hierarchien und Strukturen zu bilden. Dazu gehören beispielsweise zwangssteuernde Befehle, mit denen Anwender Bedingungen für bestimmte Betriebszustände einer Anlage definieren.

Disziplinübergreifende Beschreibungssprache

Fachleute aus den Bereichen Mechanik und Elektrotechnik haben mit der Norm eine gemeinsame Diskussionsgrundlage, anhand derer sie Probleme schon in der Planung erkennen und lösen können. Später hat auch der Maschinenbediener Vorteile durch Grafcet, wenn er dadurch die genaue Funktionsweise seiner Maschine kennt. So braucht er beispielsweise bei einer Störung nicht gleich das Servicepersonal zu rufen.

Beispiel für einen einfachen Grafcet

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. Definiert ist die Bedingung der nachfolgenden Transition über den Term 1s/X1‘. 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, wird Schritt ‚3‘ aktiv und wiederum nach einer Sekunde der Rücksprung zu Schritt ‚1‘. Die Ausgänge Q0 bis Q2 werden also nacheinander jeweils für eine Sekunde eingeschaltet.

Beispiel für einen einfachen Grafcet

Beispiel für einen einfachen Grafcet MHj-Software

Damit Grafcet seine Vorzüge ausspielen kann, bedarf es allerdings einer aktuellen Dokumentation. Bei Änderungen an der Anlage – egal in welchem Umfang – gilt es, die Dokumentation zu aktualisieren. Doch hier fangen meist die Probleme an: Bei jeder Anlagenänderung müssen Anwender zwangsläufig die SPS-Programmierung anpassen. Hierzu verwenden sie bisher immer das Programmiertool der jeweiligen Steuerung. Wenn jetzt nicht auch der Grafcet-Plan nachgezogen wird, laufen die Programmierung und Dokumentation irgendwann so weit auseinander, dass die ursprüngliche Dokumentation beispielsweise für Wartungsmaßnahmen unbrauchbar ist. Maschinenbauer müssen also einen gewissen Aufwand betreiben, um sicherzustellen, dass der Istzustand in der Programmierung mit dem Grafcet-Plan übereinstimmt. Und genau das ist der Grund, weshalb sich Grafcet trotz seiner Vorteile in der Praxis nicht überall durchgesetzt hat.

Grafcet-Schema per Knopfdruck in die SPS

Die Software Grafcet-Studio von MHJ-Software soll diese Probleme lösen: Mit ihr lassen sich Grafcet-Pläne per Knopfdruck auf die Steuerung übertragen, wobei die Software aus dem Grafcet-Plan automatisch das Steuerungsprogramm erstellt. Dies vereinfacht das Programmieren und ermöglicht es auch den Maschinenbetreibern, Änderungen im Programmablauf auch ohne tiefgehende Programmierkenntnisse selbst vorzunehmen und so flexibel auf Änderungen im Prozess oder neue Anforderungen zu reagieren.

Das Grafcet-Programmiersystem besteht aus den Bestandteilen Editor, Simulator und Device-Connector.

Das Grafcet-Programmiersystem besteht aus den Bestandteilen Editor, Simulator und Device-Connector. MHj-Software

Jeder der Grafcet kennt, kann mit der Software auch eine Steuerung programmieren und Änderungen der Programmierung lassen sich genauso einfach in der Dokumentation mitführen, sodass diese immer auf dem neuesten Stand ist. Ab Dezember unterstützt das Programm Siemens-Steuerungen des Typs S7-300, S7-400, S7-1200 und S7-1500. Weitere SPSen sowie Arduino und Raspberry PI sollen folgen. Dadurch wird die Software zu einem hersteller- und plattformunabhängigen SPS-Programmiersystem. Im Detail besteht das windowsbasierte Programmiersystem aus drei Teilen:

  • Editor zum Erstellen des Ablaufplans
  • Simulator für den PC
  • Device-Connector, um den Grafcet-Ablaufplan in die angeschlossene Steuerung zu übertragen

Firmenportrait MHJ-Software

MHJ-Software ist ein Ingenieurbüro mit Sitz in Bretten. Seit 1992 beschäftigen sich die Mitarbeiter mit den Themen Simatic Step5 und seit 1997 mit Simatic Step7. Die Schwerpunkte liegen in der Entwicklung von Standard-Software im Bereich Simatic Step7. Durch die Entwicklung von Simulations-, Programmier-, Diagnose-, Kommunikations- und Visualisierungssoftware hat sich das Unternehmen Fachwissen und Spezial-Knowhow angeeignet.

Die gleiche Engine, die den Grafcet auf dem PC simuliert, ermöglicht auf dem angeschlossenen Device, dass die jeweilige Steuerung den Ablaufplan versteht – ihn also entsprechend interpretiert. Dafür reichen in der Steuerung etwa 40 kB Speicher. Damit passt die Engine auch auf die S7-1200 mit ihrem 50 kB RAM-Speicher.

Da die Engine im SCL-, C#- und C++-Quellcode vorliegt, ist das Portieren auf andere Geräte innerhalb weniger Tage möglich. Außer der Speicherkapazität und den entsprechenden Compilern braucht das Device eine Echtzeituhr im Millisekundentakt sowie Windows-Treiber für die Online-Schnittstelle. Für Maschinenbetreiber gibt es damit ein Werkzeug, mit dem sie das Steuerungsprogramm bei Bedarf modifizieren können, ohne das Programmiertool des Steuerungsherstellers zu verwenden. Ist die Anlage – oder ein Teil davon – mit Grafcet programmiert, kann der Betreiber die Programm-Logik selbst im Grafcet anpassen, was bisher nicht möglich war. Dadurch besteht die Möglichkeit, flexibler und schneller auf Änderungen im Prozess zu reagieren.

Großes Potenzial, aber…

Es gibt jedoch Grenzen: Grafcet ist keine Programmiersprache, sondern bleibt eine Beschreibungssprache für Ablaufsteuerungen. Außerdem unterstützt die Software maximal 255 Schritte. Daher wird es immer Applikationen geben, bei denen ein Grafcet-Plan nur bedingt Sinn ergibt. Dem gegenüber stehen viele Anwendungen, bei denen das Grafcet-Programmiersystem eine elegante Lösung darstellt. Beispiele sind kleine und mittlere Ablaufsteuerungen ohne Regelungen, Motion- und Kommunikationsaufgaben, also Bohranlagen, Bearbeitungsstationen, Blechbiegevorrichtungen oder Absauganlagen. Für umfangreiche Maschinen und Anlagen mit verteilten Steuerungen oder zeitkritischen Vorgängen eignet sich Grafcet nicht. Allerdings kann der Anwender mit Grafcet auch nur Teile der Anlagensteuerung „programmieren“. Für den kritischen „Rest“ nutzt er das Programmiertool des Steuerungsherstellers. Dabei gilt: Das Grafcet-Programm und ein SPS-Anwenderprogramm können koexistieren und sich gegenseitig ergänzen. Das eröffnet die Möglichkeit, die Vorteile aus beiden Welten zu nutzen.