Speicherprogrammierbare Steuerung - SPS

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1 Interdisziplinäres Laborpraktikum Master ET Versuch 744 Speicherprogrammierbare Steuerung - SPS Inst. für Automatisierungstechnik E-1 Technische Universität Hamburg-Harburg Stand: , Version 1.3

2 1 Ziel des Praktikumsversuchs Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) zählen mittlerweile zu den wichtigsten Werkzeugen der Automatisierungstechnik. Ihre Echtzeitfähigkeit und Robustheit geben ihnen die richtigen Eigenschaften für die Steuerung und Regelung industrieller Anlagen. Dies hat zur Folge, dass jeder, der sich mit Automatisierungstechnik befasst, grundlegende Kenntnisse in der Anwendung dieser Technik haben sollte. Die Versuchsanlage bietet die Möglichkeit, die Programmiersprachen für Speicherprogrammierbare Steuerungen in eine praktische Anwendung anzuwenden. In dem vorliegenden Versuch sollen Programmteile für die Steuerung der Versuchsanlage auf einem PC erstellt und anschließend mittels der Versuchsanlage auf ihre Funktionalität hin getestet werden. Dabei kommen unterschiedliche Programmiersprachen für die SPS zum Einsatz. In den folgenden Abschnitten werden die Grundlagen der einzelnen Programmiersprachen und die Versuchsanlage erläutert. Im Anschluss wird die Aufgabenstellung beschrieben. Die Programmiersprachen, die im Laborversuch verwendet werden, sind: - Anweisungsliste (AWL) - Funktionsplan (FUP) - Kontaktplan (KOP) - S7-Graph (Ablaufsteuerung)

3 2 Programmiersprachen AWL ist eine textorientierte, maschinennahe Sprache, die aus den Ursprüngen der SPS- Entwicklung stammt. FUP basiert auf den aus der booleschen Algebra bekannten logischen Boxen. Bei der Programmiersprache KOP entspricht die Syntax einem Stromlaufplan. S7- Graph ist eine Ablaufsprache, mit deren Hilfe Ablaufketten in Form von Schritten und Transitionen erstellt werden. HiGraph basiert auf Zustandsgraphen. Der Grundgedanke ist hier, dass die Automatisierungsaufgabe in einzelne Funktionseinheiten zerlegt wird. Das Verhalten der Einheiten wird dann mit Zustandsgraphen beschrieben. S7-Ghraph und HiGraph sind graphisch orientierte Sprachen, die ergonomischer als AWL sind, insbesondere bei der Verfolgung des Programmflusses in der Testphase. S7-Graph und HiGraph erfordern jedoch grundlegende Kenntnisse in AWL, so dass der Programmierer von SPS-Systemen nach wie vor AWL erlernen muss. Die Software läuft auf einem PC unter dem Betriebssystem Windows XP von Microsoft. 2.1 Programmstruktur Ein S7-Programm wird in einzelne Bausteine aufgeteilt. Die Bausteine werden von einem Organisationsbaustein (OB1) verwaltet. Von diesem Baustein aus werden die einzelnen Unterprogramme aufgerufen. Wurde das Programm im OB1 vollständig durchlaufen, wird wieder der erste Befehl im OB1 bearbeitet. Das Programm wird ständig zyklisch durchlaufen, solange sich das Automatisierungsgerät im Betriebszustand RUN befindet. Das eigentliche Steuerungsprogramm ist in den Funktionen (FC) und Funktionsbausteinen (FB) untergebracht. Diese können in andere Funktionen und Funktionsbausteine verzweigen. Funktionen werden dann eingesetzt, wenn keine Speicherung von Daten nötig ist. Einem Funktionsbaustein wird ein Datenbaustein (DB) zugeordnet, somit hat er die Möglichkeit Daten zu speichern. Der Datenbaustein enthält keine AWL-Befehle, sondern dient lediglich zur Datenspeicherung. Weiterhin gibt es Systemfunktionen (SFC) die nur aufgerufen, aber nicht programmiert werden können. Folgende Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für die Struktur eines Step7 Programms und die Reihenfolge wie die einzelnen Programmblöcke durchlaufen werden. Abbildung 1 Beispiel eines strukturierten Step7 Programms

4 2.1.1 Aufrufen von Funktionen und Funktionsbausteinen Mit der Operation CALL werden Funktionsbausteine (FB) und Funktionen (FC) unabhängig vom Verknüpfungsergebnis aufgerufen. Diese stellen die Operanden der Operation CALL dar. Die FCs werden mit der Angabe der entsprechenden Nummer n angegeben: CALL FCn. Die Funktionsbausteine werden mit ihrer Nummer n und dem dazugehörigen Datenbaustein mit der Nummer m angegeben. CALL FBn, DBm 2.2 Anweisungsliste (AWL ) Aufbau einer Anweisung Eine Anweisung in AWL besteht entweder nur aus einer Operation oder einer Operation und einem Operanden. Die Operation gibt an, was getan werden soll. Der Operand gibt eine Konstante oder eine Adresse an, bei der die Operation einen Wert findet. Das Programm wird permanent (mehrmals pro Sekunde) von oben nach unten durchlaufen und reagiert in Abhängigkeit der Zustände der Operanden Die Operanden einer Anweisung und deren Adressierung Tabelle 1 Wichtige Operanden der AWL Operandentyp Step7 Notation Beschreibung Beispiel Eingangsbit E (I) 1 Spiegelt den Zustand der E 0.0 (I 0.0) Eingangsbaugruppe. Er kann die Werte 0 oder 1 annehmen. Eingangsbyte EB (IB) Eingänge werden als Byte EB 10 angesprochen (8 Bit). Eingangswort EW (IW) Eingänge werden als Wort EW 2 angesprochen (16 Bit). Eingangsdoppelwort ED (ID) Eingänge werden als Doppelwort ED 1 angesprochen (32 Bit). Ausgangsbit A (Q) Der Zustand der Ausgänge wird an A 0.0 die Ausgangsbaugruppen weitergegeben. Ein Ausgangsbit kann 0 oder 1 gesetzt werden. Ausgangsbyte AB (QB) Ausgänge werden als Byte AB 1 angesprochen. Ausgangswort AW (QW) Ausgänge werden als Wort AW3 angesprochen. Ausgangsdoppelwort AD (QD) Ausgänge werden als Doppelwort angesprochen. AD 2 1 Die Angabe in Klammern steht für die Internationale Notation und weicht von der Notation in Step7 ab. Meist werden die Übersetzungen aus dem englischen verwendet, international wird z.b. I für Input geschrieben in Step7 wird daraus E für Eingang.

5 Merker M Dieser Operandentyp stellt den Speicherplatz für im Programm errechnete Zwischenergebnisse zur Verfügung. Merkerbyte MB Merker werden als Byte angesprochen. Merkerwort MW Merker werden als Wort angesprochen. Merkerdoppelwort MD Merker werden als Doppelwort angesprochen. Zeit T Mit Zeiten kann ein Zeitverhalten in einem SPS-Programm realisiert werden. Zähler Z (C) Zähler stellen eine Zählfunktion zur Verfügung. Bausteine FC,OB,FB, Durch Bausteine kann ein SPS- DB Programm strukturiert programmiert werden. M 0.1 MB 20 MW 3 MD 2 T3 C5 FC 1 OB 1 FB 4 DB Zur Adressierung von Operanden: Bei Bitoperanden (E, A, M) bzw. (I, Q, M) erfolgt die Schreibweise durch Angabe der Byteadresse, gefolgt von einem Punkt und der Bitadresse. Beispiel: Der Eingangsbit 8.1 wird folgendermaßen adressiert: E 8.1 ( 8 = Byteadresse 1 = Bitadresse) Bei den Ein- und Ausgängen der Versuchsanlage (vgl. Tabelle 1 auf Seite 4) handelt es sich um solche Bitoperanden. Bei Byteoperanden (z.b. EB, AB, MB) erfolgt die Adressierung durch Angabe des entsprechenden Bytes. Beispiel: MB 7 (Das Merkerbyte MB7 besteht aus den Merkerbits Bits 7.0 bis 7.7) Die Wort- und Doppelwortoperanden belegen jeweils 2 bzw. 4 Bytes. D.h. beispielsweise, dass das Ausgangswort AW1 aus den Ausgangsbytes AB1 und AB2 besteht. Entsprechend besteht das Ausgangswort AW2 aus den Ausgangsbytes AB2 und AB3 (vgl. Abb. 5), so dass hier eine Überschneidung zum Ausgangswort AW1 besteht. Diese Überschneidung lässt sich vermeiden, indem man nur gerade Zahlen der Adressen verwendet (AW2, AW4...), bzw. bei den Doppelwörtern die Belegung in 4er-Schritten wählt. Abbildung 2 Speicheranordnung bei Byte und Wortformat

6 Symbolische Adressierung: Die Operanden lassen sich in einer Symboltabelle durch Symbole darstellen. Der Eingang I 4.2 (bzw. E 4.2) kann z.b. durch das Symbol Knopf_Start dargestellt werden. Das Programm wird dadurch auch ohne Kommentartexte interpretierbar Die Operationen einer Anweisung Verknüpfungsoperationen mit Bitoperanden Tabelle 2 Verknüpfungsoperationen mit Bitoperanden Operation Operand Bedeutung U X UND-Verknüpfung: Das Abfrageergebnis liefert den Wert 1, wenn der Operand den Signalzustand 1 führt. Das Ergebnis wird nach UND-Verknüpft. UN X UND-NICHT-Verknüpfung: Das Abfrageergebnis liefert den Wert 1, wenn der Operand den Signalzustand 0 führt. Das Ergebnis wird nach UND verknüpft. O X ODER-Verknüpfung: Das Abfrageergebnis liefert den Wert 1, wenn der Operand den Signalzustand 1 führt. Das Ergebnis wird nach ODER verknüpft. ON X ODER-NICHT-Verknüpfung: Das Abfrageergebnis liefert den Wert 1, wenn der Operand den Signalzustand 0 führt. Das Ergebnis wird nach ODER verknüpft. O Kein Verknüpft einen Block aus UND-Operationen mit ODER. U( Kein Verknüpft den Inhalt einer Klammer mit UND. UN( Kein Negierte UND-Klammer O( Kein Verknüpft den Inhalt einer Klammer mit ODER. ON( Kein Negierte ODER-Klammer ) Kein Klammer zu: Mit dieser Operation wird der Klammerausdruck geschlossen. Für X sind folgende Operanden möglich: A/E/M/T/Z Das Verknüpfungsergebnis (VKE): Um das Prinzip der AWL zu verstehen ist es wichtig die Funktionsweise des VKE zu begreifen. Das VKE ist ein Zwischenspeicher, der entweder den Wert 0 oder 1 hat. Wird eine neue Verknüpfung begonnen, wird das VKE auf den Wert des Operanden gesetzt und mit der Operation der folgenden Zeile verknüpft. Am Ende einer Verknüpfungskette (durch die das VKE gebildet wurde) stehen Befehle, die in Abhängigkeit des entstandenen VKE bearbeitet werden. Wird im Anschluss dieser Befehle eine neue Verknüpfung begonnen wird das VKE neu gebildet.

7 Beispiele für die Bildung eines VKE aus einer Folge von Verknüpfungen: Die Eingangsbits E 0.0 und E 0.1 haben den Wert 1, der Merkerbit M 0.1 hat den Wert 0. a) UND-Verknüpfungen AWL Status des Operanden Status des VKE U E (wegen E 0.0 = 1) 1(wegen UND-Verknüpfung mit 1) U M (wegen M 0.1 = 0) 0(wegen UND-Verknüpfung mit 0) U E (wegen E 0.1 = 1) 0 b) ODER-Verknüpfungen AWL Status des Operanden Status des VKE O E O M O E Speicheroperationen Die Speicheroperationen stehen am Anschluss an die Verknüpfungsoperationen. Sie werden abhängig vom VKE, das sich aus der Verknüpfung ergibt, bearbeitet, ändern aber nicht das VKE. Tabelle 3 Speicheroperationen Operation Operand Beschreibung S X Setzen Bei einem VKE = 1 wird dem Operanden der Wert 1 zugewiesen. Ein VKE = 0 ändert den Zustand des Operanden nicht. R X Rücksetzen Bei einem VKE = 1 wird dem Operanden der Wert 0 zugewiesen. = X Zuweisen Der Operand nimmt den Wert des VKE an. Für X sind folgende Operanden möglich: Ausgangsbit A, Merkerbit M. Für Rücksetzen auch Timer T und Zähler Z. Beispiel: AWL Beschreibung U E 0.0 Wenn der Eingang E 0.0 den Wert 1 hat U( und gleichzeitig O E 0.1 entweder der Eingang E 0.1 O E 0.2 oder der Eingang E 0.2 den Wert 1 haben ) ist das VKE = 1 = A 1.1 und dem Ausgang A 1.1 wird der Wert 1 zugewiesen. Hier wird die Struktur eines AWL Blocks deutlich: Die ersten 5 Zeilen (in diesem Fall sind es 5) bestehen aus Verknüpfungsoperationen die das VKE bilden. Im Anschluss stehen Speicheroperationen (auch Zuweisungsoperationen genannt), die in Abhängigkeit des VKE

8 bearbeitet werden. Im Fall des letzten Beispiels besteht dieser Teil aus nur einer Zeile, die bewirkt, dass der Ausgang A 1.1 den gleichen Wert wie das VKE hat Die Zeitoperationen Durch die Zeitoperationen kann ein Zeitverhalten erzeugt werden. Die Operation die das Zeitglied setzt, bestimmt sein Verhalten. Die verschieden Möglichkeiten sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 4 Zeitoperationen Operation Operand Beschreibung SI X Starten einer Zeit als Impuls. Die Zeit wird bei steigender Flanke des VKE gestartet. Bei Ablaufen der geladenen Zeit wird der Timer zurückgesetzt. Die Abfragen liefern 1, solange die Zeit läuft. Wird das VKE = 0 so wird die Zeit ebenfalls auf 0 gesetzt und die Abfrage liefert 0. SV X Starten einer Zeit als verlängerter Impuls. Die Zeit wird bei steigender Flanke des VKE gestartet. Ein VKE = 0 beeinflusst die Zeit nicht. Abfragen liefern 1, solange die Zeit noch nicht abgelaufen ist. SE X Starten einer Zeit als Einschaltverzögerung. Die Zeit wird bei steigender Flanke des VKE gestartet. Bei VKE = 0 wird die Zeit auf 0 gesetzt. Abfragen liefern erst 1, wenn die Zeit abgelaufen ist und das VKE noch ansteht. SS X Starten einer Zeit als speichernde Einschaltverzögerung. Die Zeit wird bei steigender Flanke des VKE gestartet. Bei VKE = 0 bleibt die Zeit unbeeinflusst. Die Abfrage der Zeit liefert 0, solange die Zeit läuft. Der Signalzustand 1 nach Ablaufen der Zeit wird erst wieder 0, wenn die Zeit durch die Operation Rücksetzen (R) zurückgesetzt wurde. SA X Starten einer Zeit als Ausschaltverzögerung. Wechselt das VKE auf 0, läuft die geladene Zeit ab. Wenn das VKE wieder auf 1 wechselt, wird die Zeit auf den Anfangswert gesetzt. Eine Abfrage liefert den Zustand 1, solange das VKE = 1 oder die Zeit läuft. Für den Operanden X ist ein Timer einzusetzen ( z.b. T0...T127). Die Zeiten können durch den Befehl Rücksetzen (R) wieder zurückgesetzt werden. Der Zeitwert eines Zeitglieds wird im Format S5T#xxHxxMxxSxxMS geladen (mehr dazu im Kapitel Lade- und Transferoperationen).

9 Beispiel: AWL Beschreibung U E 0.0 Der Zustand von Eingang 0.0 wird abgefragt. L S5T#00H02M20S00MS Lädt den Zeitwert 2 Minuten 20 Sekunden. SX T1 Für X muss hier, entsprechend Tabelle 5, I, V, E, S oder A stehen. U E 0.1 Wenn der Eingang I 0.1 = 1 ist, R T1 wird die Zeit zurückgesetzt. U T1 = A 4.0 Dem Ausgang A 4.0 wird der Signalzustand der Zeit zugewiesen. Er ist also genau dann 1, wenn der Timer T1 = 1 ist. Ein Zeitwert wird nur bei einer positiven Flanke des VKE gesetzt. Das ist hier der Fall, wenn der Eingang E 0.0 von 0 auf 1 wechselt. Ist der Zustand des VKE positiv und im darauffolgenden Zyklus nochmals positiv bedeutet das also kein erneutes Starten des Zeitglieds, da keine Flanke vorliegt. Zur Verdeutlichung für die verschiedenen Möglichkeiten der Zeitoperationen (SI, SV, SE, SS, SA) wird das oben aufgeführte Beispiel in einem Zeitdiagramm dargestellt: (Achten Sie hier besonders auf die Bedeutung der Flanken für das Starten der Zeitglieder) für SX = SI für SX = SV Abbildung 3 Zeitdiagramm für SI Abbildung 4 Zeitdiagramm für SV für SX = SE Abbildung 5 Zeitdiagramm für SE

10 für SX = SS für SX = SA Abbildung 6 Zeitdiagramm für SS Abbildung 7 Zeitdiagramm für SA Zähleroperationen Die AWL beinhaltet eine Zählerfunktion, mit der z.b. an einem Eingang anliegende Impulse gezählt werden können. Jedoch ist zu beachten, dass nur die ansteigenden Flanken eines Impulses gezählt werden können. Es kann sowohl vorwärts als auch rückwärts gezählt werden. Tabelle 6 enthält die Zähleroperationen. Tabelle 5 Zähleroperationen Operation Operand Beschreibung S X Setzen eines Zählers bei steigender Flanke des VKE. R X Rücksetzen eines Zählers bei steigender Flanke des VKE. ZV X Vorwärtszählen: Der Zähler wird bei steigender Flanke des VKE erhöht. ZR X Rückwärtszählen: Der Zähler wird bei steigender Flanke des VKE um eins kleiner. Für den Operanden X ist ein Zähler einzusetzen (z.b. C0...C127). Die Abfrage eines Zählers kann 0 oder 1 ergeben. en. Wenn der Zähler größer als 0 ist, ergibt die Abfrage 1. Der Zähler kann nur Werte zwischen 0 und 999 verarbeiten. Der Wert eines Zählers wird im 16-Bit-BCD-Format geladen (siehe Beispiel zu Zähleroperationen und Kapitel Lade- und Transferoperationen). Beispiel: AWL U E 0.0 L C#100 S Z 1 Beschreibung Wenn der Eingang E 0.0 eine steigende Flanke aufweist, wird der Wert 100 geladen und der Zähler Z1 gesetzt.

11 U E 0.1 Der Eingang E 0.1 bewirkt, dass der Zähler Z1 ZV Z 1 um 1 erhöht wird. (Bei positiver Flanke). U E 0.2 Der Eingang E 0.2 bewirkt, dass der Zähler Z1 ZR Z 1 um 1 erniedrigt wird. (Bei positiver Flanke). U E 0.3 Der Eingang E 0.3 setzt den Zähler Z1 zurück. R Z1 UN Z 1 Der Ausgang A 0.0 ist dann "1", wenn der = A 0.0 Zähler den Wert 0 hat Lade- und Transferoperationen Tabelle 6 Lade und Transferoperationen Operation Operand Beschreibung L X Laden von Byte-, Wort-, Doppelwortoperanden T X Transferieren von Byte-, Wort, Doppelwortoperanden Ladeoperationen sind schon bei den Beispielen zu den Zeit- und Zähleroperationen eingesetzt worden. Lade- und Transferoperationen tauschen Informationen über die Akkumulatoren aus. Die im Laborversuch verwendete SPS ist mit 2 Akkumulatoren (jeweils 32 Bit) ausgestattet. Die Ladeoperation L lädt den Inhalt der angesprochenen Quelladresse in AKKU1, wobei die dort enthaltenen Informationen in den AKKU 2 transferiert werden. Der alte Inhalt von AKKU 2 wird überschrieben. Die Transferoperation schreibt den Inhalt von AKKU1 in die angegebene Zieladresse. Die Lade und Transferoperationen können Informationen in Bytes (8 Bits), Wörtern (16 Bits) und Doppelwörtern (32 Bits) bearbeiten. Daten die kleiner sind als 32 Bit, werden rechtsbündig in den AKKU angeordnet, die restlichen Bits werden mit Nullen gefüllt. Der Operand X einer Transferoperation kann ein Ausgangsbyte (AB), Ausgangswort (AW), Ausgangsdoppelwort (AD), Merkerbyte (MB), Merkerwort (MW) oder Merkerdoppelwort (MD) sein. Es können keine Werte durch die Transferoperation in ein Zeitglied oder einen Zähler transferiert werden. Der Operand X einer Ladeoperation kann eine Konstante oder einer der in Kapitel bereits beschriebenen Operanden sein, die entweder ein Byte-, Wort- oder Doppelwortformat besitzen. Es kommen also EB, EW, ED, AB, AW, AD, MB, MW, MD, T, Z in Frage. Bei den letzten beiden Operanden (Zeitwert und Zähler) wird ein Wert zwischen 0 und 999 in das niederwertige Wort des Akkus geladen (genaugenommen in die ersten 10 Bits). Eine Konstante kann unterschiedliche Formate haben, die sich aus der Schreibweise nach der Ladeoperation ergeben. Es gibt in der AWL von Step7 13 verschiedene Formate. Die wichtigsten sind in Tabelle 8 dargestellt. Das Format bestimmt wie die Informationen gespeichert werden. D.h. wie die Anordnung von 0 und 1 in den 16 oder 32 Bits erfolgt um eine Zahl, einen Buchstaben oder ein Zeichen darzustellen.

12 Tabelle 7 Formate der Konstanten für Ladeoperationen Datentyp Format Beispiel Beschreibung INT +- L +220, Laden einer 16 Bit Konstanten im L -20 Zahlenbereich zwischen bis DINT L# L L# L L# in AKKU 1. Laden einer 32 Bit Konstanten im Zahlenbereich zwischen bis in AKKU 1. Hexadezimal 16# L 16#EF Lade Hexadezimalkonstante (8 Bit L 16#EFAB bzw. 16 Bit L 16#AF3E_1ABD bzw. 32 Bit ) in AKKU1. Zählerkonstante C# L C#999 Lade Zählerkonstante im 16 Bit-BCD- Format (s.u.) in AKKU 1 Zeitformat S5T# L S5T#2S Lade Zeitkonstante (16 Bit) in AKKU1 Gleitpunktzahl... L 1.0E+5 Lade Gleitpunktzahl (32 Bit, IEEE-FP) in AKKU 1. Zum BCD- Format: Die vier höherwertigen Bits sind mit 1 belegt, wenn die Zahl negativ, mit 0,wenn die Zahl positiv ist. Die ersten 4 Bits stellen die Einer, die folgenden vier Bits die Zehner dar usw. D.h. mit 16 Bits ist ein Zahlenbereich von 999 bis 999, mit 32 Bits ein Zahlenbereich von bis darstellbar. Zum Gleitpunktzahlenformat: Das Format von Gleitpunktzahlen soll hier nicht näher erläutert werden, es ist in der Norm ANSI/IEEE Standard , IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic beschrieben. Es gibt eine Reihe weiterer Operationen wie Vergleichsoperationen, Umwandlungsoperationen und arithmetische Operationen, auf die hier nicht näher eingegangen wird. 2.3 Funktionsplan (FUP) Kompatibilität zu AWL Die Umwandlung eines FUP- Bausteins in AWL ist problemlos möglich. Umgekehrt ist die Umwandlung nicht immer realisierbar Aufbau einer Anweisung Der Funktionsplan ist, wie AWL, eine Programmiersprache von STEP7. Die Operanden, Zahlenformate und Operationen unterscheiden sich nicht von denen der Programmiersprache AWL. Der Unterschied zu AWL besteht darin, dass die Anweisungen graphisch und nicht textuell dargestellt werden. Es wird daher auf eine detaillierte Beschreibung von FUP verzichtet und hier nur die Unterschiede zu AWL beschrieben. Die Anweisungen werden als logische Boxen, die von der booleschen Algebra bekannt sind, dargestellt FUP-Anweisungen Die Operationen bestehen aus Boxen, denen Operanden zugewiesen werden, sofern sie welche benötigen. Diese Boxen werden zu Netzwerken zusammengeschlossen. Immer wenn eine Verknüpfung und die dazugehörigen Befehle abgeschlossen sind, wird ein neues Netzwerk begonnen.

13 Beispiel: Die Operanden der Anweisung Die Operanden unterscheiden sich nicht von denen der AWL-Programmiersprache. Auch die symbolische Adressierung ist bei FUP möglich Die Operationen der Anweisung Verknüpfungsoperationen UND- Verknüpfung: ODER- Verknüpfung: Es ist auch möglich, für die UND/ODER- Box mehr als zwei Eingänge einzufügen. Weiterhin kann ein Eingang negiert oder nicht negiert dargestellt werden, um die Operationen UN und ON der AWL zu programmieren.

14 Negierter Eingang Beispiel: Beschreibung: Ausgang Q 4.0 ist 1, wenn: Der Signalzustand an I 1.0 UND I 1.1 NICHT "1" ist UND der Signalzustand an I 1.2 UND 1.3 NICHT 1 ist ODER der Signalzustand an I 1.4 NICHT 1 ist Speicheroperationen Diese bestehen, wie in der AWL, aus: Zuweisen (=), Setzen (S) und Rücksetzen (R). Operand 1 ist z.b. ein Ausgangsbit, bei dem die Operation durchgeführt wird. Operand 2 ist der Eingang, in den eine Verknüpfung mündet Zeitoperationen Die Zeitoperationen als FUP-Box: SX: Für X können die Buchstaben I, V, E, S oder A, entsprechend den Zeitoperationen die aus der AWL bekannt sind, eingesetzt werden. Operand 1 gibt den Timer an (z.b. T1..T125). Operand 2 ist der Bitoperand der das Zeitglied setzt. TV ist der Eingang für die Zeitkonstante im S5T- Format. Das Zeitsignal kann, wie im folgenden Beispiel beschrieben, in einem getrennten Netzwerk durch Zuweisung eines Ausgangs abgefragt werden.

15 Das Beispiel aus Kapitel aus der AWL- Beschreibung würde in FUP folgendermaßen aussehen: Damit ergeben sich auch die gleichen Zeitdiagramme wie in Kapitel , je nach Art des Zeitglieds (SI, SV, SE, SS, SA). Es gibt auch eine kompaktere Schreibweise für Zeitfunktionen in FUP. Timer-Box: S setzen des Zeitsignals R rücksetzen des Zeitsignals TV laden den Zeitwerts Q Anzeigen des Status der Zeit (0 oder 1) BI Ausgabe der Restzeit als Ganzzahl BCD Ausgabe der Restzeit im BCD-Format Zähleroperationen Der Zähler wird mit der Zählerbox SC gesetzt. Operand1: Angabe der Zählernummer Operand2: Zählerwerts wenn die Flanke des Signals des Operanden2 positiv ist Operand3: Konstante die der Zähler laden soll. Wie bei der AWL hat die Konstante der Zähloperation ein 16-Bit-BCD BCD Format. Das Vorwärts- und Rückwärtszählen geschieht dann in getrennten Boxen.

16 Beispiel: (entspricht dem AWL- Beispiel aus Kapitel E.I.3.4) Auch der Zähler hat wie das Zeitglied eine kompakte Darstellung, bei der alle nötigen Operationen (CU, CD, setzen des Zählerwerts etc.) in einer Box vereint sind. Zähler-Box: CU Vorwärtszählen (Step7 ZV) CD Rückwärtszählen (Step7 ZR) S Setzen des Zählers PV Zählerwert im BCD Format R Rücksetzen Q Status des Zählers CV Aktueller Wert als Ganzzahl CV_BCD Aktueller Wert als BCD-Wert 2.4 Kontaktplan KOP Charakteristiken von KOP KOP ist eine graphisch orientierte Sprache. Die Syntax der Anweisungen entspricht einem Stromlaufplan. Die Operanden und Zahlenformate werden beim KOP wie bei den bereits vorgestellten Sprachen verwendet. Viele Operationen von KOP sind darüber hinaus identisch mit denen des Funktionsplans (z.b. Zeit- /Zähleroperationen etc.). Deshalb soll die Beschreibung des KOP nur knapp die grundsätzliche Arbeitsweise und wesentlichen

17 Unterschiede zu FUP erläutern. Die Umwandlung von KOP in FUP ist grundsätzlich immer möglich Bestandteile von KOP Ein Programm in der Sprache KOP besteht aus Elementen und Boxen die zu einem Netzwerk kombiniert werden. Ein oder mehrere Netzwerke werden jeweils in einer Funktion oder einem Funktionsbaustein gespeichert. In der Tabelle 8 KOP-Elementesind die wichtigsten Elemente von KOP zusammengestellt. Tabelle 8 KOP-Elemente Element KOP- Operanden Beschreibung Darstellung Schließerkontakt E,A,M,T,Z Beträgt der Signalzustand des Operanden 1, ist der Kontakt geschlossen. Öffnerkontakt E,A,M,T,Z Der Kontakt ist geschlossen, wenn der Signalzustand des Operanden 0 beträgt. Relais, Ausgang A,M Der Operand hat den Signalzustand 1, solange die Kette bis zu diesem Element geschlossen ist. Konnektor A,M Der Operand speichert das VKE der Kette, die vor dem Element liegt. Der Konnektor darf nicht an einem Kettenende stehen. Verknüpfungsergebnis - Das VKE wird invertiert. invertieren Ausgang setzen A,M Wenn der Kontakt geschlossen ist, wird der Operand gesetzt. Ein offener Kontakt hat keinen Einfluss. Ausgang rücksetzen A,M Wenn der Kontakt geschlossen ist, wird der Operand zurückgesetzt. Ein offener Kontakt hat keinen Einfluss. Beispiel: Beschreibung: Der Ausgang Q 0.0 wird gesetzt, wenn der Eingang I 0.0 das Signal 0 hat. Der Ausgang Q 0.0 wird rückgesetzt, wenn der Eingang I 0.1 = 1 oder der Merker M 0.1 = 1, und gleichzeitig der Merker M 0.2 = 1 und der Merker M 0.3 = 0 ist

18 2.4.3 Zähler und Zeiten Die Zähler und Zeiten können, wie in FUP, als Box gesteuert werden. Die Operationen zum Setzen und Rücksetzten von Zeiten und Zählern, zum Vor- und Rückwärtszählen von Zählern können, wie beim FUP, auch getrennt in Netzwerken eingesetzt werden. Beispiel: Beschreibung: Der Zähler 2 (C2) wird mit einem Startwert von 10 (C#10) gesetzt (SC). Das Vor- und Zurückzählen würde in Elementen mit CD (count down) und CU (count up) erfolgen. In der gleichen Weise kann man Zeiten (SI, SV, SE, SS, SA statt SC) unter der Angabe einer Zeitkonstanten setzten. In Step7 wird statt CD ZR (Zähler rückwärts) und statt CU ZV (Zähler vorwärts) geschrieben. 2.5 S7-Graph Ähnlich wie HiGraph, ist S7-Graph eine grafische Programmiermöglichkeit für S7- Programme. S7-Graph ist speziell für Ablaufsteuerungen gedacht. Eine Ablaufsteuerung steuert den Prozess in einer vorgegebenen Reihenfolge und in Abhängigkeit bestimmter Bedingungen. Dazu wird der Ablauf der Steuerungsaufgabe in Schritte und Transitionen zerlegt. Ein Schritt wird durch einen Kasten mit einer definierten Schrittnummer dargestellt. Ihm ist eine Folge von Aktionen zugeordnet, die der Erfüllung einer Teilaufgabe entsprechen. Die Aktionen werden mit einer begrenzten Anzahl von AWL- Befehlen und anderen S7- Graph spezifischen Befehlen realisiert. Dabei werden die Befehle eines Schritts bearbeitet, wenn er aktiv wird. Es können mehrere Schritte gleichzeitig aktiv sein, sie werden in diesem Fall parallel bearbeitet. Eine Transition stellt die Bedingung zum Weiterschalten von einem Schritt in einen oder mehrere Schritte dar. Sie hat, wie der Schritt, eine bestimmte Nummer. Die Transition wird als Verbindungslinie zwischen den Schritten dargestellt. Wenn sie simultan in mehrere Schritte mündet, wird sie als Doppellinie dargestellt. Der Transition ist eine Transitions- oder Schaltbedingung hinterlegt, die mit Hilfe einer Untermenge von KOP oder FUP programmiert wird. Der aktive Schritt wird verlassen, wenn die ihm folgende Transitionsbedingung erfüllt ist. Dadurch werden der bzw. die Folgeschritte aktiv. Durch die Kombination der Schritte und Transitionen entstehen eine oder mehrere Ablaufketten, die in einen Funktionsbaustein übersetzt werden. Der Funktionsbaustein kann von anderen Funktionsbausteinen, Funktionen oder direkt vom OB1 aufgerufen werden. Die Ablaufkette beginnt mit einem oder mehreren Initialschritten, die bei Aufrufen des Funktionsbausteins aktiv werden. Die Kette endet entweder mit einem Sprung in einen beliebigen Schritt der Kette oder mit einem Kettenende, bei dem der Ablauf endet Strukturen einer Ablaufkette Die einfachste Struktur ist die lineare Folge von Schritten und Transitionen (Abbildung 8 Strukturen einer Ablaufkette A). Diese Struktur kann durch Verzweigungen (Abbildung 8 Strukturen einer Ablaufkette B) oder durch bis zu 8 weitere Ablaufketten erweitert werden. Diese können in Abhängigkeit der ersten oder völlig unabhängig ablaufen (Abbildung 8 Strukturen einer Ablaufkette C mit zwei Ablaufketten).

19 Abbildung 8 Strukturen einer Ablaufkette Verzweigungen - Simultanverzweigungen: Die Simultanverzweigung besteht aus mehreren parallelen Zweigen, die einer Transition folgen. Sie werden parallel bearbeitet. Werden mehrere Simultanzweige wieder zu einer Transition zusammengeführt, schaltet diese erst in den nächsten Schritt, wenn alle Zweige abgearbeitet wurden. - Alternativverzweigungen: Hier folgen einem Schritt mehrere Transitionen. Die Kette wird mit der Transition fortgesetzt, die zuerst schaltet. Bei gleichzeitigem Schalten mehrerer Alternativverzweigungen, hat die Transition, die direkt unter dem aktiven Schritt steht, die höchste Priorität. Bei allen anderen Alternativverzweigungen richtet sich die Priorität nach der Transitionsnummer (niedrigste Nummer hat die höchste Priorität).

20 Sprünge Ein Sprung ist ein Übergang von einer Transition zu einem beliebigen Schritt innerhalb der S7-Graphen eines FBs. Der Sprung befindet sich immer unmittelbar nach einer Transition. Die Beispiele (Abb. 11) haben jeweils am Ende der Kette einen Sprung in den Schritt S Programmieren von Schritten und Transitionen Programmieren der Schritte Die Aktionen, die einem Schritt zugeordnet sind, werden ständig von oben nach unten abgearbeitet, wenn der Schritt aktiv wird. Die Aktionen für den jeweiligen Schritt werden in eine zweispaltige Tabelle eingetragen. In der ersten Spalte einer Zeile steht eine Operation, in der zweiten Spalte der Operand. Es ist auch möglich Schritte ohne Aktionen in die Kette einzubauen. Die Aktionen sind in der Tabelle 10 aufgelistet. Tabelle 9 Aktionen der Schritte Operation Operand Bedeutung N E,A,M Solange der Schritt aktiv ist, führt der Operand das Signal 1 S E,A,M Setzen: analog zu AWL R E,A,M Rücksetzen: analog zu AWL D E,A,M T#<const> Delay: Der Operand führt erst nach einer Verzögerung das Signal 1 und nur solange der Schritt aktiv ist. L E,A,M T#<const> Loop: Der Operand führt, für die angegebene Zeit und solange der Schritt aktiv ist, den Signalzustand 1. CALL FB, FC Aufruf eines FB /FC analog zu AWL. Zum Zeitformat bei den Operationen D und L: Die Zeitkonstante wird im folgenden Format angegeben: T#XXDXXHXXSXXMS. Für XX ist jeweils der Wert der D = Tage, H = Stunden, S = Sekunden, MS = Millisekunden anzugeben. Beispiel: T#2S29MS entspricht 2 Sekunden 29 Millisekunden. Beispiel für die Aktionen eines Schritts: Beschreibung: Solange der Schritt aktiv ist, wird der Ausgang Q 1.0 das Signal 1 führen. Der Ausgang Q 1.1 wird nach 1 Minute und 20 Sekunden nach Aktivierung des Schritts eingeschaltet und führt bis zur Deaktivierung des Schritts das Signal 1.

21 Verwendung von Zählern Beim Setzen eines Zählers muss ein S1 vor der Operation stehen. Das bewirkt, dass das Setzen nur bei Aktivieren des Schrittes erfolgt. Die folgenden Beispiele sollen das Setzen eines Zählers und das Runterzählen demonstrieren. Setzen des Zählers C1 2 Runterzählen des Zählers C Programmieren der Transitionen Die Transitionen werden entweder in KOP oder FUP programmiert. Die Elemente, die verwendet werden können, sind in den beiden Tabellen 11 und 12 aufgelistet. Tabelle 10 KOP-Elemente für Transitionen KOP-Element Datentyp Beschreibung Schließer E,A,M,T,Z Schließer = 1, wenn Operand = 1 Schließer = 0, wenn Operand = 0 Öffner E,A,M,T,Z Öffner = 1, wenn Operand = 0 Öffner = 0, wenn Operand = 1 Vergleicher INT1 und INT2: INT, DINT,REAL, TIMER oder CONST Vergleich ist "1" wenn der Vergleich "wahr" ergibt. (statt = = kann >= für größer oder gleich bzw. <= für kleiner oder gleich eingesetzt werden.) Die Elemente können parallel (ODER) oder in Reihe (UND) miteinander verknüpft werden. 2 Beachten Sie das Sie beim der Benutzung eines Zähler in Step7 Z1 statt C1schreiben müssen.

22 Tabelle 11 FUP-Elemente für die Transitionsprogrammierung FUP-Element UND-Verknüpfung Datentyp E,A,M,T,Z Beschreibung Analog zu FUP ODER- Verknüpfung E,A,M,T,Z Analog zu FUP Vergleicher Für IN1 und IN2 jeweils INT/DINT/REAL Verknüpfungsergebnis = 1, wenn die Vergleichsbedingung erfüllt wird. (statt = = kann >= für größer oder gleich bzw. <= für kleiner oder gleich eingesetzt werden.) Das Negieren ist wie bei FUP/KOP auch hier möglich (vgl. nächstes Beispiel). Zeitabhängige Transitionsbedingung: Soll eine Transition in Abhängigkeit der Aktivierungsdauer eines Schrittes schalten, so muss ein zusätzlicher Operant eingefügt werden. Dieser muss die zeitliche Aktivierungsdauer enthalten. Dazu wird in einem Vergleich der Operand Schrittname.T eingesetzt und mit einer Zeitkonstante verglichen. Das folgende Beispiel soll verdeutlichen wie das Beschriebene in einem Graphen aussieht. Beschreibung: Der Schritt wird beim Aktivieren den Zähler C1 um 1 herunter zählen (der z.b. in einem anderen Schritt gesetzt wurde). Die Pumpe wird nach zwei Sekunden

23 nachdem der Schritt aktiv wurde gesetzt (und läuft bis der Schritt verlassen wird). Die Transition T1 schaltet, wenn der Schritt zehn Sekunden aktiv war und der Zähler C1 noch nicht bei 0 angekommen ist. In diesem Fall wird der Schritt S3 aktiviert. Die Transition T2 schaltet, wenn der Zähler bis 0 runter gezählt wurde und der Schritt 1 zehn Sekunden aktiv war. In diesem Fall wird der Schritt S4 aktiv. 2.6 HiGraph Mit Hilfe von HiGraph wird der Prozess, der automatisiert werden soll, in einzelne Zustände mit überschaubarem Funktionsumfang zerlegt. Voraussetzung für die Anwendung von HiGraph ist die Zerlegung der Automatisierungsaufgabe in physikalische Funktionseinheiten. Das Verhalten jeder Funktionseinheit wird mit Hilfe von Zustandsgraphen beschrieben. Die einzelnen Zustandsgraphen bilden zusammen eine Graphengruppe. Dabei kontrolliert jeder Zustandsgraph einer Graphengruppe eine Funktionseinheit. Wenn z.b. eine Bohrmaschine automatisiert werden soll, ist ein Graph für die Motorsteuerung, ein anderer für die Spanneinrichtung zuständig usw. Zusammen bilden sie eine Graphengruppe. Die Zustandsgraphen bestehen aus Zuständen und Transitionen. Transitionen regeln die Weiterschaltbedingungen zwischen den Zuständen. Das Verhalten von Transitionen und Zuständen werden in AWL programmiert. Die Graphengruppe wird in eine Funktion (FC) mit dazugehörigen Datenbaustein (DB) übersetzt. Diese sind mit dem Aufruf CALL beispielsweise in den Organisationsbaustein OB1 einzubinden. D.h. mit HiGraph ist nicht ein komplettes S7-Projekt programmierbar, sondern nur einzelne Funktionen, die wiederum über Funktionen oder Funktionsbausteine (die z.b. in AWL oder FUP programmiert wurden) aufgerufen werden. Der Code einer mit HiGraph erstellten Funktion kann nicht in andere Sprachen, wie z.b. AWL oder FUP, übersetzt werden. Da eine Programmierung in HiGraph im Rahmen dieses Praktikums nicht gefordert ist bleibt eine Erklärung der Programmierung in HiGraph aus.

24 3 Versuchsanlage Die zu automatisierende Anlage (siehe a in Abb.1 und Abbildung 10) stellt ein Modell einer Rohr-reinigungsanlage dar, wie sie z.b. in der Nahrungsmittelindustrie (Brauerei/Milchwirtschaft) zu finden ist. Der Aufbau des gesamten Systems kann der Abbildung 9 entnommen werden: Abbildung 9 Schematische Darstellung der Versuchsanlage Hauptbestandteile sind drei Plexiglasbehälter, eine Pumpe, eine Sichtstrecke, ein Vorratsbehälter für die Versorgung der Anlage mit Wasser und mehrere Magnetventile (Y1- Y8), die den Flüssigkeitsstrom steuern. Der schematische Aufbau der Anlage kann dem folgenden Blockschaltbild (Abbildung 10) entnommen werden: Abbildung 10: Blockschaltbild der Versuchsanlage

25 Behälter 1 wird gefüllt wenn Ventil 1 und Ventil 3 geöffnet, sowie die Pumpe in Betrieb ist. In ähnlicher Weise verhält es sich mit den anderen Behältern. Die Bedienung der Anlage erfolgt über ein Bedien- und Kontrollfeld (vgl. b in Abb. 1) mit folgenden Elementen: Je ein Leuchttaster für die Betriebszustände Stop, Füllen, Durchlauf, Reinigen und Entleeren. Je eine Leuchte die den Betriebszustand der jeweiligen Heizungen, sowie eine Leuchte, die Störungen in der Gesamtanlage anzeigt. Digitale Anzeigen für die Temperaturen der Behälter. Die Anlage wird mit einer SPS vom Typ SIMATIC S7-300 CPU314 IFM gesteuert. Die SPS verfügt über eine Schnittstelle zu einem PC. Über diese kann sie programmiert werden. An die SPS sind Ein- und Ausgänge angeschlossen (vgl. Abbildung 9), die sich wie folgt aufgliedern: Tabelle 12 Ein und Ausgangsbelegung der Anlage Komponente (Symbol) Adresse Ventil 1 A Ventil 2 A Ventil 3 A Ventil 4 A Ventil 5 A Ventil 6 A Ventil 7 A Ventil 8 A Leuchte Störung A Leuchte Heizung 1 A Leuchte Heizung 2 A Leuchte Taste Füllen A Leuchte Taste Entleeren A Leuchte Taste Durchlauf A Leuchte Taste Reinigen A Leuchte Taste Stop A Heizung Behälter 2 A 0.0 Heizung Behälter 3 A 0.1 Pumpe A 0.2 Taste Füllen E Taste Entleeren E Taste Durchlauf E Taste Reinigen E Taste Stop E Vollmelder Behälter 1 E Vollmelder Behälter 2 E Vollmelder Behälter 3 E (Auf die Bedeutung der Adressen wird bei der Beschreibung der Programmiersprachen eingegangen) Wichtig: Die Vollmelder und die Stop-Taste sind als Öffnerkontakte ausgelegt, d.h. sie liefern das Signal 1, solange der Kontakt nicht geschlossen ist!

26 4 Prozessablauf Die SPS soll so programmiert werden, dass die Betriebszustände Füllen, Durchlauf, Entleeren, Reinigen und Stop beim Drücken der entsprechenden Taste auf dem Bedienfeld automatisch ablaufen. 4.1 Voraussetzungen für alle Betriebszustände Folgende Kriterien müssen bei allen Vorgängen erfüllt werden: Starten des Vorgangs durch Betätigen der entsprechenden Taste. Der aktuelle Zustand wird durch die entsprechende Leuchte des Tasters angezeigt. Keine Fehlfunktion durch nochmaliges Drücken eines Tasters. Die Prozesse Füllen, Durchlauf, Reinigen und Entleeren sollen nur aus dem Zustand Stop gestartet werden können. Anlaufen der Pumpe mit einer Zeitverzögerung von mindestens zwei Sekunden nach dem ersten Öffnen eines Ventils. 4.2 Voraussetzungen für die einzelnen Betriebszustände Füllen Die Behälter sollen in Reihenfolge Behälter 1, Behälter 2, Behälter 3 gefüllt werden. Wenn der Vollmelder eines Behälters aktiviert wird, soll der Behälter jeweils noch für 1,5 Sekunden nachgefüllt werden. Beim Drücken der Taste Füllen bei bereits vollen Behältern, dürfen diese nicht weiter gefüllt werden. Ist der Füllvorgang abgeschlossen, soll dieser erst nach Aktivieren des Entleervorgangs erneut gestartet werden können. Nach dem Füllen der Anlage soll diese automatisch in den Zustand Stop wechseln Durchlauf Die Reinigungsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter wird durch die Sichtstrecke gepumpt, bis die Taste Stop betätigt wird Entleeren Die Behälter sollen in der Reihenfolge Behälter 3, Behälter 2, Behälter 1 mit der Pumpe entleert werden. Die Dauer zum Entleeren eines Behälters beträgt ca. 2 Minuten und 40 Sekunden. Anschließend soll die Anlage automatisch in den Zustand Stop gehen Reinigen Der Reinigungsvorgang besteht aus zwei Teilen. Zunächst soll Behälter 3 auf 30 C und danach Behälter 2 auf 35 C aufgeheizt werden. Anschließend erfolgt der Spülvorgang. Die Flüssigkeit der Behälter soll dabei nacheinander durch die Sichtstrecke gepumpt werden. Die Spüldauer soll 15 Sekunden betragen. Die Spülfolge ist: Behälter1, Behälter 2, Behälter 3. Dieser Vorgang soll drei Mal wiederholt werden.

27 5 Steuerprogramm Die Programmierung des gesamten Problems würde den Rahmen des Laborversuchs sprengen, deshalb sind Teile bereits hinterlegt. Dazu zählt unter anderem ein Rahmen- programm zur Koordination der Programmteile, eines zur Sicherheit (gegen Überhitzung, Überlaufen u.ä.) eines das die Anlage in den Zustand Stop versetzt und Programmteile, die die Temperatur der Behälter auswerten. Die Aufgabe im Laborversuch besteht darin, das Rahmenprogramm um die fehlenden Unterprogramme (Füllen, Durchlauf, Entleeren und Reinigen) ) zu ergänzen (vgl. Zustand 2-5 Abbildung 11). Abbildung 11 Das Rahmenprogramm in HiGraph

28 5.1 Das Rahmenprogramm Das Rahmenprogramm ist in HiGraph (Abbildung 11) realisiert. Sie werden es wahrscheinlich erst im Detail verstehen können, wenn Sie sich die Kapitel zu den Programmiersprachen angeschaut haben. Beschreibung Bei der Initialisierung wird der Zustand 0 (Stop, nicht gefüllt) aktiviert. Von diesem Zustand können die Unterprogramme Entleeren, Durchlauf und Füllen gestartet werden, wenn die entsprechende Taste gedrückt wird. Der Zustand 0 wechselt in den Zustand 1 (Stop, gefüllt) wenn der Merker 1.0 gesetzt ist. Merker 1.0 kennzeichnet eine volle Anlage. Dieser Merker wird beim Abschließen des Füllvorgangs (Zustand 2) gesetzt und beim Aktivieren des Entleervorgangs (Zustand 4) wieder rückgesetzt. Der Entleervorgang wechselt in den Zustand 0 wenn er abgeschlossen und der Merker 1.1 gesetzt wurde. Vom Zustand 1 können die Vorgänge Reinigen (Zustand 5), Durchlauf (Zustand 3) und Entleeren gestartet werden. Der Entleervorgang führt wieder in den Zustand 0. Im oberen Teil des Graphen stehen in einem getrennten Kasten die permanenten Anweisungen. Hier werden vor einem Zyklus die Funktionen zur Temperaturauswertung und die Funktion Sicherheit aufgerufen. Beide sind bereits hinterlegt (vgl. Kap ). Der Zustand Stop wurde in zwei Zustände, Stop gefüllt und Stop nicht gefüllt geteilt. Bei beiden wird das Unterprogramm Stop aufgerufen. Es wurde die angegebene Zustandsdarstellung gewählt, um einen Aufruf des Unterprogramms Reinigen nur von dem Systemzustand Stop gefüllt zu ermöglichen. 5.2 STOP Das Stop-Programm besteht lediglich aus Anweisungen, die die Ausgänge zurücksetzen. Auf die Ausgänge wird mit Hilfe von Symbolen auf die Hardwareadressen (vgl. Tabelle 12) zugegriffen. AWL-Anweisungen: UN Taste Stop S Leuchte Stop R Leuchte Füllen R Leuchte Durchlauf R Leuchte Heizung II R Leuchte Heizung III R Leuchte Reinigen R Leuchte Entleeren R Leuchte Störung R Heizung Behälter 2 R Heizung Behälter 3 R Pumpe R Y1 Ventil R Y2 Ventil R Y3 Ventil R Y4 Ventil R Y5 Ventil R Y6 Ventil R Y7 Ventil R Y8 Ventil

29 5.3 Temperaturauswertung von Behälter 2 In diesem Programmteil wird geprüft ob die Temperatur im Behälter 2 den Sollwert erreicht hat. In diesem Fall wird der Merker M10.0 = 0. AWL-Anweisungen: L Temp Behälter 2 // Laden des Temperaturwertes aus DTR // dem Prozesseingangswort, // umwandeln in Real-Format L e-003 // *R // Normieren L e+001 // Vergleichen mit dem Sollwert <R = M 10.0 Der Merker M 10.0 soll im Unterprogramm Reinigen zur Auswertung der Solltemperatur eingesetzt werden. (Die Anweisungen die hier benutzt werden, sind nicht alle in dieser Anleitung erklärt, da sie für die zu erstellenden Programmteile nicht benötigt werden.) 5.4 Temperaturauswertung von Behälter 3 Hier wird der Merker 20.0 = 0 gesetzt, wenn der Sollwert der Temperatur im Behälter 3 erreicht ist. AWL-Anweisungen: L Temp Behälter 3 // Wie Behälter 2 DTR L e-003 *R e+001 L <R = M 20.0 Der Merker M20.0 soll im Unterprogramm Reinigen eingesetzt werden, um die Soll- Temperatur im Behälter 3 zu überwachen. 5.5 Sicherheitsprogramm Dieses Programm soll Fehler beheben die bei einer falschen Programmierung die Anlage beschädigen könnten. Hier wird geprüft, ob die Pumpe in einem geschlossenen Kreis arbeitet, die Temperatur einen kritischen Wert erreicht, die Anlage überfüllt wird und ob eine Heizung ohne die entsprechende Leuchte eingeschaltet ist. In diesen Fällen wird die Anlage abgeschaltet und die Leuchte Störung gesetzt. Das Programm kann bei Bedarf im Laborversuch eingesehen werden. 5.6 OB1 Der Operationsbaustein OB1 stellt die Wurzel des SPS-Programms dar. Das Programm ruft in jedem Zyklus das Rahmenprogramm auf. Die Bedeutung des OB1 wird im der Beschreibung zu AWL näher erläutert. (Es sind nicht alle Befehle, die in OB1 benutzt werden, in dieser Anleitung erklärt, das sie für die Programmierung der Aufgabe nicht notwendig sind) AWL-Anweisungen: L #OB1_SCAN_1 // Diese Zeilen bewirken, dass das // Rahmenprogramm im 1. Zyklus L 1 // im Initialzustand beginnt. ==I // Vergleichsoperation (Akku2-L=Akku1-L) = M 0.2 CALL Rahmenprogramm // Aufrufen des Rahmenprogramms INIT_SD:= M 0.2

30 6 Aufgaben Die Aufgabenteile 1 4 sollen vor Praktikumsbeginn bearbeitet werden. Schreiben Sie auch Ihre Überlegungen, die den zu programmierenden Programmteilen zugrunde liegen, auf und bringen Sie diese zum Praktikum mit. 1. Entwerfen Sie ein Programm in AWL das den Vorgang Durchlauf realisiert. Verwenden Sie hierfür ausschließlich den Timer T4. 2. Entwerfen Sie ein Programm in AWL das den Vorgang Füllen realisiert. Im Anschluss soll der Merker M 1.0 gesetzt werden (vgl. Rahmenprogramm Kap. 5.1) damit die Anlage in den Zustand Stop gefüllt geht. Verwenden Sie zur Lösung der Aufgabe ausschließlich einschaltverzögernde SE-Timer. Bei Ablauf eines Timers können Sie einen Merker setzen und sich somit den abgeschlossenen Füllvorgang eines Behälters merken. Verwenden Sie hierfür die Timer T36-T41 (es müssen nicht alle Timer verwendet werden!). 3. Entwerfen Sie ein Programm in FUP oder KOP das den Vorgang Entleeren realisiert. Im Anschluss soll der Merker M1.1 gesetzt werden. Das Rahmenprogramm geht dadurch in den Zustand Stop nicht voll. An geeigneter Stelle muss dieser Merker zurückgesetzt werden. Verwenden Sie mehrere Netzwerke um das Programm zu erstellen. Verwenden Sie die Timer T17-T Entwickeln Sie den Ablauf eines Graphen in der Sprache S7-Graph, der den Vorgang Reinigungen durchführt. Verwenden Sie dazu die Merker (M10.0 und M20.0) aus den Unterprogrammen zur Temperaturauswertung (Kap. 5.3, 5.4) der Behälter. 5. Geben Sie die Programme aus 1 und 2 in den PC ein, überspielen sie diese in die SPS und testen Sie die Programme an der Anlage. 6. Testen sie ob die Programme bei jeder Bedienung sichere Betriebszustände gewährleisten. 7. Verfahren Sie in gleicher Weise mit den übrigen Programmteilen. Für die Programme können die Merker von M 2.0 bis M 8.7 und die Timer T2 bis T40 benutzt werden, falls es nicht anders gefordert ist.

31 7 Durchführung Bevor die Versuchsanlage in Betrieb genommen werden kann, müssen einige Vorbereitungen getroffen werden. Zunächst muss die Spannungsversorgung für den Steuerkreis und den Lastkreis angeschlossen werden. Hierfür werden mittels Konstanter über das Bedienpanel 24V DC eingespeist, wobei zu beachten ist, dass das linke Anschlusspaar für den Steuerkreis und das rechte Anschlusspaar für den Lastkreis vorgesehen ist (Schwarz = +, Blau = - ). Es muss unbedingt darauf geachtet werden, dass die Konstanter für die Lastkreise hinreichend groß dimensioniert werden (mind. 10A). Die Versorgung der Heizelemente erfolgt über einen Schutzkontaktstecker, der in eine 230V Steckdose (FI- geschützt!) gesteckt wird. Nachdem der elektrische Anschluss erfolgt ist, müssen ggf. noch die Vorratsbehälter mit Wasser gefüllt werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Behälter auch wirklich randvoll sind, damit es bei dem Umwälzvorgang während des Reinigungsprozesses nicht zu Füllhöhenschwankungen in den Behältern kommt und die Anlage auf Störung geht. Der Anschluss der PCs erfolgt über die serielle Schnittstelle und die sogenannte PG Schnittstelle an der SPS. Projekt laden Das S7-Projekt das im Laborversuch geladen werden soll ist SPS-Labor unter dem Pfad C\SPS-labor\S7Projekte\. Es beinhaltet schon alle Bausteine als solche, jedoch sind die zu programmierenden Bausteinen leer. 8 Literatur Als weiterführende Literatur werden die folgenden Bücher empfohlen. M. Habermann, and T. Weiß, Step 7-Crashkurs: Einführung in die STEP 7- Programmiersprache ; Einführung in die STEP 7-Programmiersprache mit Übersichten der S7-CPUs und STEP 7-Befehlen ; mit Simulationssoftware auf CD-ROM. Berlin: VDE-Verl., R.W. Lewis, Programming industrial control systems using IEC London: Inst. of Electrical Engineers, P. Neumann, SPS-Standard IEC 1131: Programmierung in verteilten Automatisierungssystemen. 2nd ed. Mu nchen: Oldenbourg, 1998.