SPS-Aufbaukurs mit SIMATIC S7

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3 Jürgen Kaftan SPS-Aufbaukurs mit SIMATIC S7 3., überarbeitete Auflage Vogel Buchverlag 3

4 00-Titelei :37 Uhr Seite 4 Jürgen Kaftan Ausbildung zum Elektromechaniker Prof. Dipl.-Ing. Facharbeiter WILLI BOHLim Prof. Dr.-Ing. WOLFGANG ELMENDORF Elektromechaniker-Handwerk Jahrgang Studium Nach dem zum Abitur Staatl gepr. und Elektrotechniker Jahrgang Nach dem Abitur 1979 und dem anschließendem Tätigkeit Industriepraktikum als Techniker studierte Wehrdienst studierte er bis 1986 Maschinenbau an er bis 1960 Maschinenbau Meisterschule, an Elektromechanikermeister der Technischen der RWTH Aachen. Während der nachfolgenden Hochschule Karlsruhe (heute Universität) mit wissenschaftlichen Tätigkeit am Institut für Berufsbildungswerk Nürnberg für Hör- und abschließendem Diplom. Einer zweijährigen Strahlantriebe der RWTH beschäftigte sich Sprachgeschädigte, Ausbildungsmeister Industrietätigkeit folgte die Dozentur an der Wolfgang Elmendorf insbesondere mit Transsonikund Überschallverdichtern. Nach der Promotion Kursleiter für SPS-Steuerungen in der Hochschule Heilbronn. Prof. Bohl betreute bis 1999 die Vorlesungen Beruf lichen und Fortbildung Übungen (BFH) für Hör- und 1994 arbeitete er bei der Siemens AG KWU Strömungslehre Sprach und geschädigter Strömungsmaschinen und zunächst in der Verdichterentwicklung und war Leiter des Kursleiter Labors Strömungsmaschinen. für SPS an der Handwerkskammer übernahm später die Verantwortung für die Nürnberg Anlagenbewährung und Rotordynamik der Prof. Dipl.-Ing. IHK Elektrogerätebau-Systemschulungen WILLI BOHL und Gasturbinen. Prof. Dr.-Ing. (Geschäftsführer) WOLFGANG ELMENDORF Prof. Dr.-Ing. W. Elmendorf, seit 1999 Nachfolger seit sind 1995 Autoren Leiter folgender Vogel Bildungseinrichtung Fachbücher: von Prof. W. Bohl an der Hochschule IKH-Systemschulungen für Hard- und Heilbronn, ist dort für Vorlesungen und Labore im Strömungsmaschinen Software 1in Weißenburg und Roth Bereich Strömungstechnik, Strömungsmaschinen Technische Strömungslehre (Mittelfranken) und CFD (Computational Fluid Dynamics) verantwortlich. Prof. Dipl.-Ing. WILLI BOHL ist Eine Autor «SIMATIC des Vogel STEP Fachbuchs: 7 Professional V12, Trial License» im Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) ist 21 Tage nutzbar und steht als Download zur Verfügung: Strömungsmaschinen 2 Weitere Informationen zum TIA Portal finden Sie unter: Weitere Informationen erhalten Sie im Internet unter Weitere Informationen: ISBN ISBN Auflage Alle 11. Auflage. Rechte, auch 2013 der Übersetzung, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf Alle in Rechte, irgendeiner auch Form der (Druck, Übersetzung, Fotokopie, vorbehalten. Mikrofilm oder einem anderen Kein Teil Verfahren) des Werkes ohne schriftliche darf in irgendeiner Genehmigung Form des Verlages reproduziert (Druck, Fotokopie, oder unter Mikrofilm Verwendung oder elektronischer einem anderen Systeme verarbeitet, vervielfältigt Verfahren) oder ohne verbreitet schriftliche werden. Genehmigung des Hiervon sind die in 53, 54 UrhG ausdrücklich ge nannten Verlages reproduziert oder unter Verwendung Ausnahmefälle nicht be rührt. elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt Printed in Germany Copyright oder verbreitet 2003 by werden. Hiervon sind die in Vogel 53, Business 54 UrhG Media ausdrücklich GmbH & Co. genannten KG, Würzburg Fotolia-Titelgrafik: Ausnahmefälle nicht vege berührt. Fotolia.com Printed in Germany Copyright 1980 by Vogel Business Media GmbH & Co. KG, Würzburg

5 2 Farbwahrnehmung Vorwort Für die Bearbeitung von schnellen Automatisierungsprozessen in der Industrie und im Handwerk werden speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) eingesetzt. Kenntnisse dieser Technik sichern die berufliche Kompetenz und erhöhen die fachliche Flexibilität in Berufen, die sich mit Automatisierungssystemen beschäftigen. Die hier vorliegende Fortsetzung des SPS-Grundkurs mit SIMATIC S7 behandelt aktuelle Themen wie Symboltabellen, Variablen-Deklarationstabellen, Daten- und Funktionsbausteine, Bussysteme sowie die Analogwertverarbeitung. Für Beispiele und Übungen wurde die Software STEP7 V5.2 der Firma Siemens verwendet, die mit den Betriebssystemen Windows 98/2000 kompatibel ist. Alle Übungen sind selbstverständlich auch mit handelsüblichen Steuerungen nachvollziehbar. Die theoretischen Erläuterungen werden mit vielen praktischen Beispielen belegt und basieren auf dem Automatisierungssystem SIMATIC S7-300 der Firma Siemens. Programmbearbeitung und Programmeingabe werden umfassend dargestellt, die Daten zur Bearbeitung der Beispiele können unserem Onlineservice InfoClick unter entnommen werden. Der Hinweis nach dem Inhaltsverzeichnis enthält den Zugangscode. Theorie und Praxis wurden didaktisch vom Leichten zum Schweren aufgebaut und sind für Berufs-, Techniker- und Meisterschulen, aber auch zum Selbststudium bestens geeignet. Bedanken möchte ich mich beim Vogel Buchverlag, bei der Firma Siemens und bei allen, die mich bei der Bearbeitung des Themas unterstützt haben. Resonanz zum Buch und den vermittelten Lösungswegen ist mir stets willkommen, weil ein lebendiger Wissensaustausch den Lehrbetrieb immer wieder motivieren und inspirieren kann. Den schnellsten Kontakt erfüllt eine Weißenburg / Heuberg (Mittelfranken) Jürgen Kaftan 5

6 Jürgen Kaftan ist Autor folgender Vogel Fachbücher: LOGO!-Kurs SPS-Grundkurs mit SIMATIC S7 SPS-Aufbaukurs mit SIMATIC S7 SPS-Beispiele mit SIMATIC S7 SPS-Beispiele mit SIMATIC S SPS-Beispiele mit SIMATIC S In der Automatisierungstechnik sind außerdem folgende Vogel Fachbücher erschienen: Norbert Becker: Automatisierungstechnik Karl Schmitt: SPS-Programmierung mit ST 6

7 2 Farbwahrnehmung Inhaltsverzeichnis Vorwort Einleitung Symbolische Adressierung Symboltabelle Erstellen einer Symboltabelle Praktisches Beispiel mit symbolischer Programmierung: Zählen von Fässern Symboltabelle anlegen Symboltabelle speichern Variable beobachten und steuern Anlegen einer Variablentabelle (VAT) Variablentabelle speichern Variable beobachten Triggerbedingungen Variable steuern Variable forcen Praktisches Beispiel zur symbolischen Adressierung Saalverdunkelung Projekte archivieren und dearchivieren Projekt archivieren Projekt dearchivieren Zeiten Zeitwertvorgabe Zeitwert Übersicht der Zeitstufen Zeitstufe als Impuls (SI) Zeitstufe als verlängerter Impuls Zeitstufe als Einschaltverzögerung Zeitstufe als speichernde Einschaltverzögerung Zeitstufe als Ausschaltverzögerung Zeit freigeben (FR) Zeitvorgabe außerhalb der SPS Übung mit Zeiten Zähler Erläuterung zu Steuereingängen und Steuerausgängen Beispiel in AWL Zähler mit Zahlenvorgabe außerhalb der SPS

8 7 Taktgenerator Realisierung des Taktgenerators mit 2 SI-Zeiten Taktgeber mit 8 verschiedenen Frequenzen; Variante Taktgeber mit Teilung der Frequenzen; Variante Codebausteine Erläuterung zur Variablen-Deklarationstabelle Variablendeklaration Anweisungsteil Bausteineigenschaften Aufbau einer Variablen-Deklarationstabelle Programmieren einer digitalen Schaltung mit Variablen-Deklarationstabelle (T-Flip-Flop) Bearbeiten der Variablen-Deklarationstabelle Funktion in Bibliothek speichern Praktische Beispiele mit Codebausteinen Schalten von 3 Motoren Überwachung von 4 Maschinen Stern-Dreieck-Anlassen von Drehstrommotoren mit Blindleistungskompensation Überwachung eines Schiffes mit Dieselantrieb Polumschaltbarer Drehstrommotor Wellenbruch Datenbausteine Globaldatenbausteine Instanzdatenbausteine Datentyp UDT Temporäre Variable Statische Variable Programmierung Programmierung «Ablegen und Abfragen von Wassermengen» mit Globaldatenbausteinen Datenbaustein anlegen Befehl MOVE Programm testen Funktionsbausteine Gegenüberstellung FB und FC Übung mit Instanzdatenbaustein Funktionsbaustein anlegen Programm testen Praktische Übungen mit Datenbausteinen Verpackungstisch Abfüllanlage Abfüllanlage Presse Sortieranlage farbiger Kisten Zahlendarstellung Ganzzahl 16 Bit Ganzzahl 32 Bit Gleitpunktzahl 32 Bit

9 14 Rechnen mit Festpunkt- und Gleitpunktzahlen Rechnen mit Festpunktzahl 16 Bit Rechnen mit Festpunktzahl 32 Bit Rechnen mit Gleitpunktzahl 32 Bit Weitere Operationen mit Gleitpunktzahl 32 Bit Programmierbeispiele mit Arithmetik Berechnung eines Ohmschen Widerstandes Periodische Drehzahlmessung eines Wasserrades Schrittmotorsteuerung für Positionieraufgaben Erläuterung Praktisches Beispiel Tafelschere mit Positionierung des Anschlags Erläuterung Winkelschrittgeber Programmierung Grundbegriffe der Regelungstechnik Einteilung der Regler Punkt-Regler Analogwertverarbeitung Analoge Werte einlesen und ausgeben Analogwertdarstellung für die Analogwertausgänge der SIMATIC S Auflösung Analogwert einlesen und normieren Beispiel in der Darstellungsart AWL Normierung mit der Funktion FC Analogwert auslesen und normieren Normierung mit der Funktion FC Praktische Beispiele zur Analogwertverarbeitung Temperaturregelung eines Wasserkessels (2-Punkt Regler) Pumpensteuerung mit Füllstandsmessung mittels Widerstandsfühler Leistungsmessung von Gleichstrommotoren Heizkesselerwärmung mit einem Sonnenkollektor Fotovoltaische Anlage Beschleunigen und Bremsen eines Motors mit Frequenzumrichter Regelung einer Generatorspannung Grundlagen der industriellen Kommunikation Datenkommunikation Prozess- oder Feldkommunikation Feldbussysteme Hierarchie der Automatisierung ASI-Interface ASI-Eckdaten Vernetzung von ASI-Interface ASI-Kabel ASI-Module ASI-Kommunikation ASI-Repeater

10 23 Profibus Profibus DP Profibus DP: Netz-Topologie Profibus PA (Process-Automation) Logischer Tokenring Master-Slave-Verfahren Dezentrales Peripheriegerät ET Praktisches Beispiel mit Profibus Steuerung von 2 Förderbändern über ET MPI (Multi-Point-Interface) MPI-Verkabelung Beispiel einer MPI-Busverbindung Füllung eines Tanks mit Touch Panel über MPI-Schnittstelle Bezugsquellen

11 1 Einleitung Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) werden in vielen Bereichen zur Automatisierung wie z.b. in der Fertigung-, Förder-, oder Verfahrenstechnik eingesetzt. Für alle nachfolgenden Übungen wird als Steuerung die SIMATIC S7 der Firma Siemens mit der CPU 314 IFM sowie der CPU 313 mit PROFIBUS DB und der dazugehörigen Software STEP7 V5.2 eingesetzt. Bild 1.1 Simulator (Quelle: Firma IKH-Didaktik) 1.1 Symbolische Adressierung Um Programme verständlicher und übersichtlicher zu gestalten, wird die symbolische Adressierung z.b. «Lichtschranke» verwendet. Wird bei einem großen Programm die absolute Adressierung wie z.b. «E 124.0» benutzt, stößt man schnell an die Grenze der Übersichtlichkeit, weil in der Menge der Hinweise schlecht erkennbar ist, wofür die Adressierung steht. Deshalb entstand eine symbolische Adressierung zu der die Symboltabelle gehört. 11

12 1.2 Symboltabelle Operanden wie z.b. Eingänge, Ausgänge, Zeiten, Zähler oder Bausteine können absolut (z.b. A 124.0) oder symbolisch ( z.b. «Ein») adressiert werden. Es werden bei der symbolischen Adressierung Namen verwendet. Dadurch kann das Programm lesbarer gestaltet werden. Man unterscheidet zwischen lokalen Symbolen und globalen Symbolen. Das lokale Symbol kann nur in dem Baustein verwendet werden, in dem es definiert worden ist. Das globale Symbol kann im gesamten Anwenderprogramm verwendet werden und hat überall die gleiche Bedeutung. Folgende Operanden und Objekte sind möglich: Eingänge z.b. E 0.0, E usw. Ausgänge z.b. A 1.0, A usw. Peripherieeingänge z.b. PEW 128, PEW 134 usw. Peripherieausgänge z.b. PAW130, PAW132 usw. Merker z.b. M 1.0, M usw. Zeitfunktionen z.b. T 1, T 24 usw. Zählfunktionen z.b. Z 5, Z 11 usw. Codebausteine OB, FC, FB, SFB, SFC DB anwenderdefinierte Datentypen UDT Variablentabellen VAT Symboltabellen können auch exportiert und importiert werden Erstellen der Symboltabelle Es ist möglich, die Adressen, Parameter und Bausteinnamen als Symbol oder absolut einzugeben. Werden Symbole verwendet, müssen sie in die Symboltabelle eingetragen werden. Die Symbole von der Symboltabelle werden mit An- und Abführungszeichen dargestellt. Mit # vorangestellt werden Symbole aus der Variablen-Deklarationstabelle dargestellt. Beide Kennzeichen mit oder # werden nach der Syntaxprüfung ergänzt, so dass sie nicht eingegeben werden müssen. Um die symbolische Adressierung zu erleichtern, kann man sich die dazugehörige absolute Adresse anzeigen lassen. Sie ist jedoch in dieser Darstellung nicht veränderbar. Korrekturen bzw. Änderungen sind nur in der Symboltabelle möglich. Wird das Programm in die CPU übertragen, wird die Symboltabelle nicht mit übertragen. 12

13 Anhand eines Beispiels wird die Vorgehensweise zur Erstellung einer Symboltabelle Schritt für Schritt aufgezeigt. 1.3 Praktisches Beispiel mit symbolischer Programmierung: Zählen von Fässern Technologieschema Bild 1.1 Anschluss an die SPS Bild 1.2 Funktionsbeschreibung Mit dem Taster -S1 wird das Band Ein-, mit dem Taster -S0 ausgeschaltet. Die Fässer werden mit einer Hubvorrichtung auf das Band gelegt und zum Einlagern weitertransportiert. Die Zählung erfolgt über eine Infrarot-Reflexionslichtschranke -B0. Durchlaufen 15 Stück Fässer die Lichtschranke, soll das Band automatisch abschalten. Es kann mit dem Taster -S1 wieder in Betrieb gesetzt werden. 13

14 Zuordnungsliste Symbol Operand Kommentar -S0 E Taster Öffner Band Aus -S1 E Taster Schließer Band Ein -B0 E Infrarot-Reflexionslichtschranke -M1 A Bandmotor Zaehl_Fass Z 1 Zähler für die Fässer Ein/Aus M 1.0 statischer Speicher für Band Ein/Aus Wisch_N M 1.1 Wischer Eingang Negativ = 1-Signal Wisch-H M 1.2 Hilfsmerker für Wischer Setze T 1 Setzimpuls für Zähler 200 ms Man geht nach folgender Reihenfolge vor: Im SIMATIC-Manager ein neues Projekt mit dem Namen «Fässer» anlegen. Funktion wählen (Vorschlag FC1). Darstellungsart FUP wählen. Anlegen der Symboltabelle. Programm eingeben. Programm testen. Folgendes Fenster erscheint: Eingabe der Funktion FC1 Folgendes Fenster erscheint: Texte eingeben 14

15 1.3.1 Symboltabelle anlegen Menübefehl: Extras Symboltabelle Absolute Adresse eintragen. Symbolische Adresse eintragen. Datentyp wählen. Kommentar eingeben Symboltabelle speichern Menübefehl: Tabelle fi Speichern 15