13. Ablaufsteuerung. Lernziele. Begriff Schrittkettenprogrammierung / Ablaufsteuerung. Beziehung zu Petrinetzen? S7-Graph. Anwendungsbeispiel

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Julian Kranz
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1 13. Ablaufsteuerung ST.ppt / Folie 243 Lernziele Begriff Schrittkettenprogrammierung / Ablaufsteuerung Beziehung zu Petrinetzen? S7-Graph Anwendungsbeispiel NEU: Praktische Vorführung S7-Graph ST.ppt / Folie 244

2 Übersicht Definition Ablaufsteuerung (Schrittkettensteuerung): Eine Ablaufsteuerung ist eine Steuerung, die schrittweise abläuft. Dieser Ablauf erfolgt zwangsläufig, wobei das Weiterschalten von Schritt A zu Schritt B durch Weiterschaltbedingungen erfolgt, z. B. ein Zylinder fährt aus, transportiert ein Werkstück, dieses wird dann gespannt. Die Darstellung von Ablaufsteuerungen erfolgt nach DIN EN Angelehnt an Petrinetzdarstellung (SIPN) Programmiersprachen (DIN EX 61131): Textuelle Ablaufsprache AS (bei Siemens ST=Structured Text) Grafische Ablaufsprache SFC (Sequential Function Chart) (bei Siemens S7-Graph) ST.ppt / Folie 245 Ablaufkette (SFC) - Grundelemente ST.ppt / Folie 246

3 Ablaufkette - Prinzip Elemente Schritt = Platz/Stelle, Transition, und Initialisierung von Petrinetzen bekannt! Quelle: Siemens ST.ppt / Folie 247 Beispiel: Ablaufsteuerung einer Bohreinheit (1) Quelle: Linnemann ST.ppt / Folie 248

4 Beispiel: Ablaufsteuerung einer Bohreinheit (2) Quelle: Linnemann ST.ppt / Folie 249 Beispiele für Strukturen einer Ablaufkette Alternativ Simultan Ende Sprung (1) Lineare Ablaufkette (2) Ablaufkette mit Alternativ- und Simultanverzweigung (3) Zwei Ablaufketten Quelle: Siemens ST.ppt / Folie 250

5 Sprung T12 Sprung Kettenende Sprung zu einem bestimmten Schritt (siehe S1 ) Einsatz z.b. für wiederholte Abarbeitung einer Ablaufkette Quelle: Siemens ST.ppt / Folie 251 Kettenende Kettenende beendet eine Ablaufkette. Steht immer hinter einer Transition Eine zyklische Bearbeitung der Ablaufkette findet nicht statt. Quelle: Siemens ST.ppt / Folie 252

Alternativverzweigung Beispiel: Ist S1 aktiv, werden T1, T6 und T7 ausgewertet. Die erste Transition (nur eine!) schaltet. Kettenende Nur der Zweig wird durchlaufen, dessen Transition zuerst schaltet.

T4 schaltet erst, wenn S4, Sy und Sz aktiv sind! Quelle: Siemens Transition vor der Simultanverzweigung aktiviert die ersten Schritte der einzelnen Simultanzweige.

6 Alternativverzweigung Beispiel: Ist S1 aktiv, werden T1, T6 und T7 ausgewertet. Die erste Transition (nur eine!) schaltet. Kettenende Nur der Zweig wird durchlaufen, dessen Transition zuerst schaltet. Auswertung erfolgt von links nach rechts (links = höchste Prio). Quelle: Siemens ST.ppt / Folie 253 Simultanverzweigung Beispiel: Ist S1 aktiv und schaltet T1, werden S2, S6 und S7 gleichzeitig aktiv. T4 schaltet erst, wenn S4, Sy und Sz aktiv sind! Quelle: Siemens Transition vor der Simultanverzweigung aktiviert die ersten Schritte der einzelnen Simultanzweige. Jeder Simultanzweig endet mit einem Schritt und wird mit einer Nachfolgetransition geschlossen. Werden mehrere Simultanzweige zu einer Transition zusammengeführt, schaltet diese Transition erst in den nächsten Schritt, wenn alle aktiven Simultanzweige komplett abgearbeitet sind. ST.ppt / Folie 254

7 Aktionen Beispiele Kombination aus D und S Befehl Quelle: Wellenreuther / Zastrow ST.ppt / Folie 255 Versteckte, parallele Prozesse SFC mit speichernden Aktionen SFC ohne speichernde Aktionen = transparent! Quelle: Linnemann ST.ppt / Folie 256

8 Kurzdarstellung: Synchronisation SIPN <-> SFC Quelle: Litz, S. 495 ST.ppt / Folie 257 SIPN -> SFC am Beispiel Waschmaschine (1) Folgendes Petrinetz für eine Waschmaschinensteuerung ist gegeben. Setzen Sie dieses in ein gleichwertiges SFC mit S7-Graph um! Der Waschvorgang wird mit dem Taster EIN (E0.0=1) gestartet. Daraufhin wird das Einlassventil (A4.1=1) für das Wasser geöffnet. Dieser Füllvorgang endet, wenn der Sensor Füllstand erreicht (E0.1=1) meldet. Durch das Einschalten der Heizung (A5.1=1) wird das Wasser erwärmt. Gleichzeitig beginnt der Waschvorgang, indem der Motor der Waschtrommel (A4.2=1) aktiviert wird. Eine Zeitschaltuhr aktiviert nach x Minuten das Signal Waschprogramm abgearbeitet (E0.2=1). Nun wird das Wasser der Trommel durch eine Pumpe abgepumpt (A4.3=1), bis der Wasserstand Leer erreicht ist (E0.3=1). Zeitgleich wird die Heizung deaktiviert. Damit ist das Waschprogramm abgeschlossen. ST.ppt / Folie 258

2=1 Waschen T3 E0.2 Waschprogramm abgearbeitet S3 A4.3=1 Wasser abpumpen E0.

9 SIPN -> SFC am Beispiel Waschmaschine (2) S0 Ruhe E0.0 Start T1 S1 A4.1=1 Wasser einfüllen E0.1 Füllstand erreicht T2 Heizung ein A5.1=1 S4 S2 A4.2=1 Waschen T3 E0.2 Waschprogramm abgearbeitet S3 A4.3=1 Wasser abpumpen E0.3 Leer T4 ST.ppt / Folie 259 Praktische Vorführung: SFC bei Siemens ST.ppt / Folie 261

10 SIPN mit Zeittransition durch SFC abbilden ST.ppt / Folie 262 Umsetzungsregeln Petrinetze -> SFC Nur nichtspeichernde Ausgänge verwenden ( N ) Sensorauswertungen in Block Vorausgeschaltete Permanente Operationen Zeittransitionen durch Abfrage von Schrittmerkerzeiten realisieren nicht richtig bei Zeittransition mit binärem Eingang (-> Seite vorher!) Keine Verwendung von Ausgangssignalen in den Transitionsbedingungen (bereits bei PN berücksichtigen) ST.ppt / Folie 263

11 Projekt Fertigungsautomatisierung im 7ten Semester Einige Informationen dazu ST.ppt / Folie Zusammenhang SIPN <-> Automaten ST.ppt / Folie 266

12 Lernziele: Definition: Endlicher Automat Moore-Automat Mealy-Automat Automatengraf Zusammenhang mit Petrinetz Beispiel Rollentor ST.ppt / Folie 267 Definition: Endliche Automaten (Wikipedia) Ein endlicher Automat ist ein Modell des Verhaltens, bestehend aus Zuständen, Zustandsübergängen und Aktionen: Ein Automat heißt endlich, wenn eine endliche Menge von Zuständen besitzt, die er einnehmen kann. Ein Zustand speichert die Information über die Vergangenheit, d.h. er reflektiert die Änderungen der Eingabe seit dem Systemstart bis zum aktuellen Zeitpunkt. Ein Zustandsübergang zeigt eine Änderung des Zustandes des Automaten und wird durch logische Bedingungen beschrieben, die erfüllt sein müssen, um den Übergang zu ermöglichen. Eine Aktion ist die Ausgabe des Automaten, die in einer bestimmten Situation erfolgt. Wichtigste Vertreter: Moore-Automat, Mealy-Automat Quelle: Wikipedia ST.ppt / Folie 268

13 Automaten Allgemeine Darstellung Einer Eingabefolge (u k )=(u(0), u(1), u(2), ) wird eine entsprechende Ausgabefolge (y k ) = (y(0), y(1), y(2), ) zugeordnet Signalwechsel am Eingang steuert Zustandswechsel -> nicht absolute Zeit, sondern Schrittnummer k entscheidend! Quelle: Litz ST.ppt / Folie 269 Moore-Automat Zustandswechsel: Der neue Zustand z(k+1) hängt vom aktuellen Zustand z(k) und der aktuellen Eingangsgröße u(k) ab Merke: Beim Moore-Automaten ist die Ausgangsgröße y(k) nur(!) vom aktuellen Zustand z(k) abhängig! ST.ppt / Folie 270

14 Mealy-Automat Zustandswechsel: Der neue Zustand z(k+1) hängt vom aktuellen Zustand z(k) und der aktuellen Eingangsgröße u(k) ab Merke: Beim Mealy-Automaten ist die Ausgangsgröße y(k) von dem aktuellen Zustand z(k) und(!) der aktuellen Eingangsgröße u(k) abhängig! ST.ppt / Folie 271 Mealy-Automat als Automatengraf Grafische Darstellung eines Mealy-Automaten: Knoten = Zustände (hier Z1.. Z4) Kanten = Zustandsübergänge mit Ein-/Ausgabepaar Quelle: Litz ST.ppt / Folie 272

15 Automatengraf für Mealy / Moore Mealy Moore Mealy- und Moore-Automaten lassen sich ineinander überführen Mealy-Automat ist tendenziell schwieriger zu verstehen, hat aber i.a. weniger Zustände Quelle: Litz ST.ppt / Folie 273 Beispiel: Modellierung einer Rollentor-Steuerung Ein Rollentor kann durch Betätigung vom Taster S1 auf- und durch Betätigung vom Taster S2 zugesteuert werden. Wird der STOPP-Taster nicht betätigt, fährt das Tor bis zu den jeweiligen Endschaltern S3 bzw. S4. Wird während der Bewegung des Tores der STOPP-Taster betätigt oder gibt der Drucksensor S5 des Tores bei der Abwärtsfahrt Signal, bleibt das Tor sofort stehen. Ansteuerung des Motors erfolgt durch Schütz K1 (Tor auffahren) bzw. durch Schütz K2 (Tor zufahren). ST.ppt / Folie 274

16 Aufgabenstellung Modellieren Sie die zugehörige Steuerung durch a) einen Moore-Automaten! b) einen Mealy-Automaten! c) ein Petrinetz! ST.ppt / Folie 275 Zusammenhang mit Petrinetzen Automaten + Petrinetze eigenen sich zum Steuerungsentwurf Automaten und Petrinetze haben große Ähnlichkeit = Verwandtschaft. Insbesondere Petrinetz und Moore-Automat! Moore-Automaten auf SPS werden von dem Siemens Tool S7-Highgraph unterstützt Unterschied: In einem Petrinetz können gleichzeitig mehrere Stellen/Plätze markiert sein, in einem Automaten gibt es nur einen aktiven Zustand Automaten eigen sich insbesondere, um überschaubare Steuerungsaufgaben (=überschaubare Anzahl von Zuständen) zu lösen. Beliebt z.b., um Netzwerkprotokolle zu beschreiben bzw. zu implementieren. Petrinetze (SIPN) spielen Ihre Stärke aus bei mehreren parallelen Prozessen, die i.d.r. zu synchronisieren sind. Modellkomplexität wird reduziert durch Abbildung von parallelen Prozessen durch parallele Wege in der grafischen Darstellung. Mehrere Markierungen gleichzeitig erlaubt d.h. mehrere Situationen bilden zusammen ein Zustand. -> Einfacher als jeden möglichen Zustand im Automaten einzeln darzustellen! ST.ppt / Folie 280

17 Klausurvorbereitung Übungsklausur Vorrechnen der Lösungen durch Studierende Klären von Fragen zu Vorlesung und Labor Wann? ST.ppt / Folie 281

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