Speicherprogrammierbare Steuerungen. im TG Mechatronik

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1 Speicherprogrammierbare Steuerungen im TG Mechatronik Inhaltsverzeichnis Arbeitsweise einer SPS Warum überhaupt eine SPS? Programmabarbeitung Organisationsbaustein OB und Funktionen FC Steuerungen ohne Speicher Aufgabe Prägestation Funktionsdarstellung in der Simulation Aufgabenstellung Funktionsplan FUP Programmeingabe am Beispiel Prägeeinrichtung Funktion FC erstellen Symboltabelle mit Zuweisung der Ein- und Ausgänge erstellen Funktion FC im Hauptprogramm OB aufrufen Funktionstest Simulation Zwei Pägeeinrichtungen veranschaulichen die Aufgabe von Funktionen Funktionsdarstellung in der Simulation Symboltabelle Funktionsaufruf in OB Wechselschaltung Simulationsdarstellung (statt Technologieschema) Funktionsbeschreibung Funktionstabelle und abgelesene Funktionsgleichung Funktionsplan (FUP) Lüfterüberwachung Simulationsdarstellung (statt Technologieschema) Funktionsbeschreibung Funktionstabelle und Funktionsgleichungen Überlastmeldung Simulationsdarstellung (statt Technologieschema) Funktionsbeschreibung Steuerungen mit Speicher Gegenüberstellung Selbsthalte-Relais <-> Flipflop Rücksetzdominant Setzdominant Kreissäge... 6 Seite von 62

2 3.2. Schaltung Funktionsbeschreibung Schaltungsanalyse Steuerung mit SPS Änderung der Priorität Gegenseitige Verriegelung Prägeeinrichtung mit Betriebsbereitschaftsanzeige Zwei Prägeeinrichtungen mit gegenseitiger Verriegelung Wendeschützschaltung für Drehstrommotor-Richtungsumschaltung Schaltung Allgemeine Funktionsbeschreibung Beispiel Taster S2 betätigen Realisierung mit SPS Variante: Drehrichtungsumschaltung nur über "Aus" Variante2: Drehrichtungsumschaltung nur über "Aus" mit Zeitverzögerung Kiesförderanlage Zeitgeber, Timer Gegenüberstellung der Timertypen Eigene Kurzbeschreibungen Timer Impuls Timer Einschaltverzögerung Timer Ausschaltverzögerung Timerdarstellungen in der Formelsammlung Beispiel: Energiesparende Flurbeleuchtung mit Bewegungssensoren Funktion des Bewegungssensors Steuerung der Lampen ohne Timer Steuerung der Lampen mit Timer Steuerung der Lampen mit Timer Steuerung der Lampen mit Timer Förderbandwächter zur Störungserkennung Aufgabe Impusdiagramm Programm Flankenauswertung Drehrichtungserkennung durch Flankenauswertung Ein- Ausfahrts-Erkennung eines Parkhauses Anpassung der des bestehenden Programms Drehrichtungserkennung Berücksichtigung auftretender logischer Fehler Förderbandwächter Aufgabe Impulsdiagrann mit Erklärung Programm Übungsaufgaben mit Speicher und Zeitfunktionen Umschaltung einer Transportbandneigung (Abi TGTM 22)...29 Seite 2 von 62

3 Funktionsbeschreibung...29 Aufgaben Lösungsvorschlag...3 SPS-Simulation... 3 SPS-Programm... 3 SPS-Programm aus Musterlösung Ablaufsteuerungen mit Schrittketten Grafische Beschreibung mit der Ablaufsprache (AS) Befehlsarten der Ablaufsprache Grundregeln einer Schrittkette Richtimpuls zur Aufbau einer Schrittkette in einer Funktion FC Aufbau einer Schrittkette aus SR-Speichern in einer Funktion FC Schrittkette in FC Funktionsaufruf im OB Schrittkette aus SR-Speichern in einem Funktionsbaustein FB Zuordnung des Datenbausteins DB zum Funktionsbaustein FB: Die 3 Schritte im Funktionbaustein FB in der Übersicht Im Zeitablaufplan dargestellte Abfolge Alternative Darstellung mit MOVE Schrittkette im FB mit Ausgabe der Schrittnummer als Integer-Zahl Ansteuerung der Aktoren in der Funktion FC Aufruf im OB Beispiel: Erweiterte Bandsteuerung mit 4 Schritten Beispiel: Schrittkette Beispiel: Schrittkette Abiturmusteraufgabe Aushubvorrichtung Aufgabenstellung Lösungsvorschlag Simulationsmodell SPS-Realisierung Abiturmusteraufgabe Farbmischer Aufgabenstellung Beschreibung Lösungsvorschlag Simulationsmodell SPS-Realisierung Seite 3 von 62

4 Arbeitsweise einer SPS. Warum überhaupt eine SPS? An einer Pressen darf der Motor M nur dann laufen, wenn der Bedienende beide Hände nicht in der Presse hat, sondern zwei Taster betätigt, die nicht gleichzeitig mit einer Hand gedrückt werden können. Mit einer einfachen Reihenschaltung von 2 Tastern kann man diese Aufgabe lösen. 23 V M Kommen nun weitere Bedingungen hinzu, z.b. die Maschine darf nur laufen, wenn die benachbarte Maschine nicht läuft und wenn ein Werkstück vorhanden ist und dann wird der Verdrahtungsaufwand leicht unübersichtlich und unflexibel. Daher löst man diese Aufgabe mit einer SPS. An die Eingänge (E. und E.) werden die beiden Taster als Schließer angeschlossen. Der Ausgang steuert den Motorkontakt bzw. den Motorschütz. In der SPS arbeitet ein Programm, das mithilfe von Befehlen folgende Bedingung prüft: Wenn Eingang E. logisch ist UND Eingang E. logisch ist, dann wird der Ausgang A. auch logisch (der Motor läuft), in allen anderen Fällen ist der Ausgang A. logisch und der Motor ist aus. Durch Änderung der Programmierung könenn leicht weitere Bedingungen geprüft werden V SPS E. A. wenn E.= UND E..= dann A.= 23 V M E. Programmabarbeitung Eine SPS arbeitet das Steuerungsprogramm zyklisch ab, d.h. die im Folgenden beschriebenen Abläufe werden immer wieder durchlaufen. Dadurch werden Änderungen von Signalen sofort erkannt und können entsprechend umgesetzt werden. Zu Beginn wird das Prozessabbild der Eingänge (PAE) erstellt. Darin wird der Zustand aller Eingangssignale gespeichert. Im zweiten Schritt wird das Anwenderprogramm abgearbeitet. Dabei greift die SPS nicht auf den aktuellen Zustand der Eingänge, sondern auf das Prozessabbild der Eingänge zurück. Das Anwenderprogramm wird nacheinander abgearbeitet. Dabei werden in der Regel verschiedene Funktionen und Funktionsbausteine aufgerufen. Steueranweisungen für Ausgänge und Merker werden während der Bearbeitung des Anwenderprogramms noch nicht an die Ausgänge ausgegeben, sondern in das Prozessabbild der Ausgänge (PM) geschrieben. Nachdem die letzte Steueranweisung abgearbeitet worden ist, werden die Signalzustände des PAA an die Ausgänge gegeben. Nun beginnt die Bearbeitung wieder von vorne. Die Zeit, die die SPS für die Bearbeitung eines Zyklus benötigt, bezeichnet man als Zykluszeit. Hilfe: Seite 4 von 62

5 .3 Organisationsbaustein OB und Funktionen FC lineare Programmierung: alle Anweisungen im OB nur ein Hauptprogramm strukturierte Programmierung: Aufteilung in FC und FB (DB) Aufruf von Unterprogrammen, Bibliotheken SFC und SFB (Hersteller-Bausteine (Wandler, Regler...)) Bei der strukturierten Programmierung schreibt man nicht ein einzelnes Hauptprogramm mit vielen Befehlen, sondern mein unterteilt und strukturiert das Problem in viele Unterprogramme, die Funktionen FC und Funktionsbausteine FB heißen. Das Hauptprogramm heißt Organisationsbaustein OB. Im OB werden nacheinander die einzelnen Funktionen FC aufgerufen. Ein Vorteil dieser Arbeitsweise ist die Mehrfachverwendung von Funktionen. Hat man, wie in der unteren Abbildung, 2 Motoren (z.b. von 2 Pressen wie oben), die auf die gleiche Art und Weise von je 2 Tastern bedient werden, so kann man die gesamte Motorsteuerung im FC einfach zweimal verwenden. Im OB muss man nur sagen, auf welche Ein- und Ausgänge sich die Funktion jeweils bezieht. 24 V E. zu M E. zu M2 E.2 OB E. #E E. #E call FC #A A. E.2 #E E.3 #E call FC #A A. SPS A. 23 V FC M wenn #E= UND #E= dann #A= A. 23 V M2 E.3 Seite 5 von 62

6 2 Steuerungen ohne Speicher 2. Aufgabe Prägestation 2.. Funktionsdarstellung in der Simulation 2..2 Aufgabenstellung Bei einer Prägeeinrichtung soll verhindert werden, dass sich der Benutzer beim Herunterfahren des Prägezylinders verletzt. Dazu sind hand- und fußbetätigte Taster (Schließer) vorgesehen. Der Zylinder kann nur herunterfahren, wenn alle drei Taster gleichzeitig betätigt werden. Wird die Betätigung eines der Taster aufgehoben, so ist der Prägevorgang sofort unterbrochen und der Zylinder fährt zurück Funktionsplan FUP Im Funktionsplan (FUP) stellt man mit Symbolen UND, ODER, NICHT dar, wie das Programm der SPS wirken soll. Seite 6 von 62

7 2.2 Programmeingabe am Beispiel Prägeeinrichtung WinSPS öffnen Neues Projekt Praegestation anlegen Baustein OB ist automatisch erzeugt 2.2. Funktion FC erstellen Funktion FC erstellen mit Doppelklick auf FC -> Neu erzeugen -> Nummer wählen Reiter FC wählen Name, Typ und Kommentar der Ein- und Ausgänge festlegen FUP anklicken UND & einfügen bei markiertem UND-Eingang # drücken und Eingang durch Doppleklick auswählen 3. Eingang mit hinzufügen bei markiertem Ausgang Zuweisung einfügen und mit #-Taste Ausgang wählen Die Eingabe des Programmteils als Funktion FC ist abgeschlossen, speichern. Seite 7 von 62

8 Reiter OB wählen und auf - klicken -> Symboltabelle mit Zuweisung der Ein- und Ausgänge erstellen Funktion FC im Hauptprogramm OB aufrufen im Reiter OB: FUP wählen FC aus der Projektmappe in FUP ziehen Nun müssen die Einund Ausgänge mit den in der Symboltabelle vergebenen Namen verbunden werden: bei markierten Eingang " drücken (shift 2) auswählen mit Doppelklick, für alle Ein- und Ausgänge wiederholen, EN und EN nicht anschließen. Seite 8 von 62

9 2.2.4 Funktionstest Synchronisieren (mit speichern) Beobachten einschalten AG-Maske: dies sieht man bei einer realen SPS CPU starten durch Klick auf RUN Mit Maus auf Eingänge klicken, LEDs beobachten und Funktion testen. Nach Funktionstest Beobachten wieder ausschalten Seite 9 von 62

10 2.2.5 Simulation SPS Viso starten und Datei Praegestation öffnen Auf die einzelnen Taster und den Zylinder doppelklicken und Anschlüsse und Hotkeys kontrollieren: Beispiel Taster rechts: Taster Schließer an E. angeschlossen Kann mit Maus oder Taste (Hotkey) betätigt werden Mit Run CPU (startet von VISU aus die CPU in WinSPS) und Run Taster betätigen mit PC-Tastatur,, 2 und Funktion prüfen. Simulation starten Seite von 62

11 2.3 Zwei Pägeeinrichtungen veranschaulichen die Aufgabe von Funktionen 2.3. Funktionsdarstellung in der Simulation Symboltabelle Funktionsaufruf in OB Die Funktion zur Steuerung einer Maschine wird im OB zweimal aufgerufen, einmal mit den Einund Ausgängen von Maschine, anschließend mit den Ein- und Ausgängen von Maschine 2. Seite von 62

12 2.4 Wechselschaltung 2.4. Simulationsdarstellung (statt Technologieschema) Funktionsbeschreibung Die Leuchte soll von jedem Schalter aus EIN- bzw. AUS- geschaltet werden können Funktionstabelle und abgelesene Funktionsgleichung S2 S S A aus Funktionstabelle abgelesene Funktionsgleichung (disjunktive Normalform) A= Funktionsplan (FUP) Seite 2 von 62

13 2.5 Lüfterüberwachung 2.5. Simulationsdarstellung (statt Technologieschema) Funktionsbeschreibung In einer Tiefgarage sind vier Lüfter installiert. Die Funktionsüberwachung der Lüfter erfolgt durch je einen Luftströmungswächter. An der Einfahrt der Tiefgarage ist eine Ampel angebracht. Sind alle vier Lüfter oder drei Lüftern Betrieb, ist für eine ausreichende Belüftung gesorgt und die Ampel zeigt Grün. Bei Betrieb von nur zwei Lüftern schaltet die Ampel auf Gelb. Es dürfen nur Fahrzeuge ausfahren. Sind weniger als zwei Lüfter in Betrieb, muss die Ampel Rot anzeigen Funktionstabelle und Funktionsgleichungen L4 L3 L2 L ro ge gr ro = Seite 3 von 62

14 2.6 Überlastmeldung 2.6. Simulationsdarstellung (statt Technologieschema) Funktionsbeschreibung Vier Motoren sollen durch einen Generator mit elektrischer Energie versorgt werden. Der Generator verfügt über maximal 2 kw abgebender Leistung. Die Motoren haben eine Leistung von M = kw, M2 = 5 kw, M3 = 3 kw und M4 = 8 kw. Ein Schaltnetz überwacht die Belastung des Generators. Bei seiner Überlastung wird ein optischer Melder ausgelöst. M4 8kW M3 3kW M2 5kW M kw Ueberlast 2kW Seite 4 von 62

15 3 Steuerungen mit Speicher 3. Gegenüberstellung Selbsthalte-Relais <-> Flipflop 3.. Rücksetzdominant 24V 24V R R Q S S S Q Q R Q V Funktionsbeschreibung: 3..2 Setzdominant 24V 24V R S Q S Q R R Q S Q V Funktionsbeschreibung: Seite 5 von 62

16 3.2 Kreissäge 3.2. Schaltung Funktionsbeschreibung Bei einer Kreissäge soll der Antriebsmotor über ein Schütz Q mit Hilfe eines AUS - und eines EIN-Tasters betrieben werden. Im Betrieb kann der Motor überlastet werden. Temperatursensoren melden die Überlast und schalten mit einem thermisch wirkenden Motorschutzrelais den Motor im Laststromkreis ab Schaltungsanalyse Analysieren Sie die mit dem Stromlaufplan dargestellte Funktion. Ordnen Sie die Funktionen Einund Austaster zu und geben Sie an, ob die Schaltung EIN- oder AUSschalt-dominant arbeitet. Wie wird vermieden, dass der Motor nach dem Abschalten und Abkühlen wieder anläuft? Steuerung mit SPS Der Steuerstromkreis wird durch eine SPS ersetzt. Zum Ein- und Ausschalten werden Taster verwendet (Ein -> Schließer, Aus -> Öffner). Überlast wird durch eine logische gemeldet. Entwerfen Sie eine Steuerungsfunktion mit Hilfe von UND-/ ODER- / NICHTGrundelementen sowie SRSpeicherelementen Änderung der Priorität Ändern Sie die Priorität des SR-Speichers und diskutieren Sie, welche Priorität für den Anwendungsfall "Säge" sinnvoll ist. Seite 6 von 62

17 3.3 Gegenseitige Verriegelung Motorschaltung mit gegenseitiger Verriegelung Bei dieser sicherheitsgerichteten Schaltung können die Motoren M und M2 durch den EIN-Taster S oder S2 wahlweise einzeln eingeschaltet werden und bleiben nach Loslassen der Taster an. Ein Umschalten zwischen M und M2 ist nur nach Betätigen des AUS Taster S möglich. Der gegebene Stromlaufplan ist ohne Änderung der Steuerungsstruktur in ein SPS Programm umzusetzen. Es ist ein funktionsgleiches Programm mit SR-Speichern und Verriegelungen an den Rücksetzeingängen zu entwerfen. Mit derselben Funktion soll eine zweite Gruppe (M3 & M4) angesteuert werden können. Seite 7 von 62

18 3.4 Prägeeinrichtung mit Betriebsbereitschaftsanzeige Nach Druck auf den Taster Anlage Ein wird die Betriebsbereitschaft angezeigt und beim Druck auf die Taster rechts, Fuß und links fährt der Zylinder aus. Ohne Betriebsbereitschaft kann der zylinder nicht ausfahren. Mit Druck auf den Taster Anlage aus erlischt die Betriebsbereitschaft. 3.5 Zwei Prägeeinrichtungen mit gegenseitiger Verriegelung Zwei identische Prägeeinrichtungen sind aufgebaut. Es kann aber immer nur eine Anlage in Betrieb sein. Wenn Anlage betriebsbereit ist, kann Anlage 2 nicht eingeschaltet werden und umgekehrt. Die beiden Anlagen verriegeln sich gegenseitig. Seite 8 von 62

19 3.6 Wendeschützschaltung für Drehstrommotor-Richtungsumschaltung 3.6. Schaltung Allgemeine Funktionsbeschreibung Durch Vertauschen der Phasen L und L3 wird die Drehrichtung des Drehstrommotors gewechselt. Die Umschaltung erfolgt über die Taster S und S2. Dabei dürfen die Schütze Q und Q2 niemals gleichzeitig angezogen sein, das es sonst zu einem Kurzschluss kommt. Der Motor wird ausgeschaltet mit Taster E Beispiel Taster S2 betätigen Realisierung mit SPS Seite 9 von 62

20 3.6.5 Variante: Drehrichtungsumschaltung nur über "Aus". Falls Sie dies nicht schon in berücksichtigt haben: Die Drehrichtung kann nur umgeschaltet werden, wenn vorher die Taste "Aus" betätigt wurde Variante2: Drehrichtungsumschaltung nur über "Aus" mit Zeitverzögerung Die Drehrichtung kann nur umgeschaltet werden, wenn vorher die Taste "Aus" betätigt wurde und eine Zeitverzögerung von Sekunden abgelaufen ist, in der der Motor bis zum Stillstand abgebremst wurde. 3.7 Kiesförderanlage Eine Kiesförderanlage besitzt 3 aufeinanderfolgende Förderbänder, die einzeln mit Tastern einund ausgeschaltet werden können. Damit es zu keinen Kies-Stauungen kommt, soll Band nur eingeschaltet werden können, wenn Band 2 läuft, ebenso kann Band 2 nur eingeschaltet werden, wenn Band 3 läuft. Jegliches Einschalten wird verhindert, wenn die Anlage mit dem Schalter AnlageEin ausgeschaltet ist. Beim Ausschalten ist die umgekehrte Reihenfolge einzuhalten, zuerst Band, dann Band 2, dann Band 3. Wenn man jedoch mit dem Drehschalter die Anlage ausschaltet, sollen sofort alle Bänder still stehen. Die Rückmeldung, ob ein Band läuft, wird nicht von der Anlage (z.b. durch Impulsgeber) geliefert, sondern erfolgt durch Auswertung der Motorschütze M, M2, M3. Seite 2 von 62

21 4 Zeitgeber, Timer 4. Gegenüberstellung der Timertypen Öffnen Sie das SPS-Programm Timerest und die Simulation Timertest und überprüfen Sie die in den Ablaufdiagrammen angegeben Funktionen der 3 Timer durch Betätigung der Schalter Start und Stopp. Die Timer arbeiten gleichzeitig parallel und sind auf 9 Sekunden eingestellt. Im grauen Anzeigefeld sehen Sie, wie die Zeit herunterzählt. 4.2 Eigene Kurzbeschreibungen 4.2. Timer Impuls Timer Einschaltverzögerung Timer Ausschaltverzögerung Seite 2 von 62

22 4.3 Timerdarstellungen in der Formelsammlung Zeitglieder IEC STEP 7 TP (Timer Pulse) Zeitverhalten als Impuls Instanzname Zeitoperand TP S_IMPUS Impuls IN Q PT ET S TW R DUAL DEZ Q Einschaltverzögerung TON (Timer ON delay) Zeitverhalten als Einschaltverzögerung Instanzname Zeitoperand TON S_EVERZ IN Q PT ET S TW R DUAL DEZ Q Ausschaltverzögerung TOF (Timer OFF delay) Zeitverhalten als Ausschaltverzögerung Instanzname Zeitoperand TOF S_AVERZ IN Q PT ET S TW R DUAL DEZ Q Beschreibung IEC Step 7 IN : Start-Bit (BOOL) PT : Zeitvorgabe (TIME) Q : Zeitstatus-Bit (BOOL) ET: Aktueller Zeitwert Typ -INTIGER (DWORD) S : Start-Bit (BOOL) TW : Zeitwort (WORD) BCD R : Reset-Bit (BOOL) DUAL : Dualcodierter aktueller Zeitwert (WORD) DEZ : BCD-codierter aktueller Zeitwert (WORD) Q : Zeitstatus-Bit (BOOL) Zeitvorgabe: Tag(d)-Std(h)-Min(m)-Sek(s)-Millisek(ms) Zeitbereich: (32 Bit DWORD) ms bis 24d 29h 3m 23s 647ms Zeitvorgabe PT: T#.. (Bsp.: T#2m5s) Zeitvorgabe: Std(h)-Min(m)-Sek(s)-Millisek(ms) Zeitbereich: (6 Bit WORD) ms bis 2h 46m Zeitvorgabe TW: S5T#.. (Bsp.: S5T#2m5s) Seite 22 von 62

23 4.4 Beispiel: Energiesparende Flurbeleuchtung mit Bewegungssensoren 4.4. Funktion des Bewegungssensors Bei jeder der 6 Lampen (A. bis A.5) ist ein Bewegungssensor (E. bis E.5) angebracht. Diese liefern immer dann eine logische, wenn sich die Person im Erfassungsbereich des Sensors bewegt Steuerung der Lampen ohne Timer Im ersten Programm werden die 6 Sensoren ohne Timer direkt mit den zugehörigen Lampen verbunden. Beim Programmtest erkennen Sie, dass die Lampen immer nur dann angehen, wenn die Person im Erfassungsbereich des Sensors ist und die Person sich bewegt. Person im Erfassungsbereich von Sensor und aber ohne Bewegung => Lampen sind aus Bitte nur Bewegung links oder Bewegung rechts wählen! Person im Erfassungsbereich von Sensor und 2 mit Bewegung nach rechts => Lampen und 2 sind an, die anderen aus. Seite 23 von 62

24 4.4.3 Steuerung der Lampen mit Timer Kopieren Sie das SPS-Projekt von (ohne Timer) und geben Sie der Kopie den Namen Flurbeleuchtung_Timer. Ändern Sie nun die gewünschte Funktion: Die Lampe unter dem Sensor soll angehen, wenn sich die Person darunter bewegt. Sobald sie stehen bleibt oder den Erfassungsbereich verlässt, soll die Lampe weitere 5 Sekunden nachleuchten. Realisieren Sie diese Aufgabe mit Ausschaltverzögerungen Steuerung der Lampen mit Timer 2 Kopieren Sie Ihr funktionierendes Programm von und geben Sie der Kopie den Namen Flurbeleuchtung_Timer2. Ersetzen Sie Ihre Timer durch solche vom Typ SV. (Doppelklick auf Timer -> SV wählen) Informieren Sie sich über die Funktionsweise dieser Timer. (Timer anklicken -> F drücken) Beschreiben Sie, warum diese Steuerung fast genauso wirkt wie die Steuerung Flurbeleuchtung_Timer Steuerung der Lampen mit Timer 3 Kopieren Sie Ihr funktionierendes Programm von (Flurbeleuchtung_Timer, nicht Timer 2!) und geben Sie der Kopie den Namen Flurbeleuchtung_Timer3. Nehmen wir mal an, wir hätten intelligente Bewegungssensor, die erkennen, in welche Richtung sich die Person bewegt. Dies können wir ganz einfach nachbilden, indem wir die Eingänge Bewegung links E.6 und Bewegung rechts E.7 auswerten. Nun möchte man als Flurbenutzer ja gerne sehen, wohin man gehen wird. Daher soll zusätzlich die nächste Lampe in Bewegungsrichtung leuchten. Beispiel Bild 2: Person steht zwischen Lampe und 2 und bewegt sich nach rechts. Es soll nun zusätzlich Lampe 3 leuchten, weil sich die Person dorthin bewegt. Seite 24 von 62

25 4.5 Förderbandwächter zur Störungserkennung Ein Bandwächter am Motor erzeugt immer dann Impulse, wenn sich das Förderband bewegt. Von der Frequenz der erzeugten Impulse kann man auf die Geschwindigkeit der Bewegung schließen. Werden keine Impulse erzeugt, dann steht das Band oder es liegt ein Bandriss vor. Physikalisch ist der Bandwächter aufgebaut aus Markierungen am Band oder an der nicht M angetriebenen Welle und einem Sensor, der die Markierung erkennt. Mit zwei Sensoren Bandantrieb kann man sogar die Drehrichtung erkennen, siehe 5. Drehrichtungserkennung durch Flankenauswertung. Sensor Markierung an der nicht angetriebenen Welle 4.5. Aufgabe Eine Welle besitzt einen Impulsgeber. Schließen Sie einen geeigneten Timer an den Geber an, so dass der Timerausgang dauerhaft an bleibt, wenn die Welle sich mit einer minimalen Drehzahl dreht. Dadurch kann ein Bandriss oder ein Schlupf erkannt werden. (Schlupf: Band dreht sich langsamer als der Motor) P2 soll zunächst noch nicht angeschlossen werden. Die Drehgeschwindigkeit kann analog mit dem Schieberegler eingestellt werden. Verwenden Sie eine Ausschaltverzögerung Impusdiagramm Drehzahl OK Impulsgeber Timer Drehzahl zu klein t t 5ms t 5ms 5ms Erklärungen: Programm Seite 25 von 62

26 5 Flankenauswertung 5. Drehrichtungserkennung durch Flankenauswertung Eine Welle besitzt eine Markierung oder einen Exzenter. Zwei nebeneinander angebrachte Sensoren erkennen die Markierung nacheinander. Durch Auswertung, bei welchem der Sensoren die Markierung zuerst vorbei kommt, kann die Drehrichtung erkannt werden. Dazu benötigt man eine Flankenauswertung: Es handelt sich um eine Linksdrehung, wenn eine ansteigende Flanke an B (Übergang ) während B2 = ist. Rechtsdrehung, wenn eine ansteigende Flanke an B2 (Übergang ) während B = ist. B t B t B2 t B2 t Die Auswertung der positiven Flanke ( ) erfolgt mit der Bitverknüpfung P: Die Flankenauswertung P muss als statische Variable deklariert werden, weil der Zustand des Signals gespeichert werden muss: Eine Flanke kann man nur detektieren, wenn man den Vorzustand kennt! Wegen der statischen Variablen muss man einen FB statt einem FC verwenden! Die Variablen merkt sich der Funktionsbaustein FB im zugehörigen Datenbaustein DB. Dies gibt man an durch Eingabe des Textes DB beim "Beschalten" des FB. Seite 26 von 62

27 5.2 Ein- Ausfahrts-Erkennung eines Parkhauses 5.2. Anpassung der des bestehenden Programms Drehrichtungserkennung Passen Sie das Programm 5. zur Richtungserkennung für die Parkhauseinfahrt an. Die beiden Lichtschranken B und B2 sind dicht nebeneinander angeordnet und können immer nur von einem Auto unterbrochen werden. Die Richtungserkennung Linkslauf wird zur "Einfahrt". Die Richtungserkennung Rechtslauf wird zur "Ausfahrt". Ein- und Ausfahrtssignale werden wieder null, wenn beide Lichtschranken sind. Dadurch entstehen "Zählimpulse" für Einfahrt und Ausfahrt Berücksichtigung auftretender logischer Fehler Falls der Fahrer nach der. Lichtschranke bis zur 2. Lichtschranke einfährt und es sich anders überlegt und wieder zurückfährt, wird trotzdem ein einfahrendes Auto gezählt! Wenn ein einfahrendes und ein ausfahrendes Auto gezählt werden würde, würde die Summe wieder stimmen. Ändern Sie daher das Programm wie folgt: Ein Einfahrtsimpuls entsteht wenn B = ist und eine ->-Flanke an B2 auftritt. Ein Ausfahrtsimpuls entsteht, wenn B = ist und eine ->-Flanke an B2 auftritt. B t B2 t Einfahrt Ausfahrt Einfahrtsimpuls t Ausfahrtsimpuls t Seite 27 von 62

28 5.3 Förderbandwächter 2 Erweiterung des Förderbandwächters um die Meldung: F (dauerhaft) größer als Fmin. In 4.5 hatten wir ja noch das Problem, dass der Ausgang des Timers bei zu kleiner Frequenz kurzzeitig auf geht. Dieses Problem soll nun behoben werden Aufgabe Wenn bei der ansteigenden Flanke des Impulses (vom Impulsgeber) der Timer noch ist, kam der nächste Impuls schnell genug, d.h. die minimale Drehzahl ist erreicht. Sobald der Timer auf geht (Flanke ->), ist die minimale Drehzahl unterschritten und die Meldung F groesser Fmin erlischt Impulsdiagrann mit Erklärung Drehzahl OK Impulsgeber Timer F größer Fmin Drehzahl zu klein t t 5ms 5ms An der 2. ansteigenden Flanke des Impulsgebers ist der Timer=, daher geht die Anzeige F_größer_Fmin an. t 5ms t An der ansteigenden Flanke des Impulsgebers ist der Timer (noch), dies stimmt jedoch nur, wenn diese Abfrage im Netzwerk vor dem Timernetzwerk steht! Programm Seite 28 von 62

29 6 Übungsaufgaben mit Speicher und Zeitfunktionen 6. Umschaltung einer Transportbandneigung (Abi TGTM 22) 6.. Funktionsbeschreibung Um das Transportband in seiner Neigung verstellen zu können, ist ein doppeltwirkender Hubzylinder mit Endlagedämpfung auszulegen und die Steuerung zu entwickeln. Die Basissteuerung für das Anheben des höhenverstellbaren Förderbands muss folgende Randbedingungen erfüllen: Die Anlage wird mit dem Taster S in Betrieb genommen. Die Betriebsfähigkeit wird mit einer grünen Lampe signalisiert. Die Anlage wird mit dem Taster S2 ausgeschaltet. Das höhenverstellbare Transportband kann aus seiner horizontalen Lage auf α = 5 bzw. von α = 5 in die horizontale Lage bewegt werden. Zwischenstellungen sind nicht möglich. Die Hubbewegung wird mit dem Taster S3 und die Senkbewegung mit dem Taster S4 initiiert. Die Lage α = bzw. α = 5 wird durch die Tastrollen S5 und S6 festgestellt. Während eines Hub- bzw. Senkvorgangs leuchtet eine orangefarbene Lampe. Bei NOT-AUS durch die Betätigung von S fährt das höhenverstellbare Transportband in seine horizontale Grundstellung. Bei NOT-AUS leuchtet eine rote Lampe. Aus Sicherheitsgründen müssen die Hub- und Senkbewegungen langsam erfolgen Aufgaben. Der Zylinder hat einen Wirkungsgrad von 93 % und muss einer Belastung von 9 kn standhalten. Der Arbeitsdruck der Anlage beträgt 5,2 bar. 2. Dimensionieren Sie den erforderlichen Normzylinder. 3. Stellen Sie den Pneumatikplan dar und benennen Sie die Bauteile mit Namen. 4. Erstellen Sie die entsprechende Belegungsliste (Zuordnungstabelle) für eine SPSSteuerung. 5. Entwerfen Sie das Programm für die entsprechende SPS-Steuerung in der Funktionsbausteinsprache (FBS) für den Betrieb des Transportbandes. 6. Gegen Aufpreis kann die Steuerung mit einer Laufzeitüberwachung für das Heben ausgeliefert werden. Sollte das Transportband zehn Sekunden nach Start des Hubvorgangs nicht in seiner Endlage angekommen sein, ist der Senkvorgang automatisch einzuleiten. Entwerfen Sie ein Konzept zur Anpassung der Steuerung und dokumentieren Sie dieses Konzept nachvollziehbar. Seite 29 von 62

30 6..3 Lösungsvorschlag Quelle: ulrich-rapp.de 3 Belegungsliste, Zuordnungstabelle Bauteil Anschluss Funktion - Bemerkung S E. -Signal Not-Aus S E. Taster -Signal schaltet Anlage ein S2 E.2 Taster -Signal schaltet Anlage aus S3 E.3 Taster -Signal hebt Transportband S4 E.4 Taster -Signal senkt Transportband S5 E.5 Sensor -Signal bedeutet Transportband untere Lage S6 E.6 Sensor -Signal bedeutet Transportband obere Lage Y A. -Signal Zylinder fährt aus, hebt Transportband Y2 A. -Signal Zylinder fährt ein, senkt Transportband L A.2 Leuchte Grün an Anlage ist betriebsfähig L2 A.3 Leuchte 2 Orange an Hub- oder Senkvorgang L3 A.4 Leuchte 3 Rot an Not-Aus Seite 3 von 62

31 6..4 SPS-Simulation 6..5 SPS-Programm Seite 3 von 62

32 6..6 SPS-Programm aus Musterlösung Seite 32 von 62

33 7 Ablaufsteuerungen mit Schrittketten Die wesentlichen Prinzipien einer Ablaufsteuerung und die SPS-Realisierung mit einer Schrittkette werden an folgendem Beispiel erklärt. 7. Im Grundzustand steht das Band und der Zylinder ist in der unteren (gezeichneten) Position. Eine Kiste wird von einem anderen Ablauf auf diese Band gebracht. Wenn der Sensor B eine Kiste erkannt hat, startet das Band und die Kiste wird nach rechts transportiert. Sensor B2 erkennt, wenn die Kiste über dem Zylinder angekommen ist. Das Band wird gestoppt und der federrückstellende Zylinder wird ausgefahren. (Nun übernimmt ein anderer Prozess die Kiste). Nach 4 Sekunden geht das Signal M2 wieder auf, der Zylinder fährt selbständig ein und die Anlage ist wieder im Grundzustand. Grafische Beschreibung mit der Ablaufsprache (AS) Der Ablauf wird in einzelne Schritte aufgeteilt. In jedem Schritt ist die Anlage in einem anderen Zustand. Jeder Schritt erhält eine Nummer. Schritt ist der Grundzustand der Anlage und wird Initialschritt genannt. Die Abfolge der Zustände nennt man Ablaufkette. Rechts neben dem Schritt wird die Befehlsart (R, N, S, L, s.u.), die Aktion und der ausführende Aktor (M, P) angegeben. Sensor Anfang B Startschalter S Sensor Ende B2 Step R N In Bearbeitung Gundzustand P2 P Step 2 N S Bandtransport In Bearbeitung M P2 & & Step 3 Timer T L Zylinder ausfahren T#4s Timer T M2 & An der Wirkungslinie zwischen 2 Step Schritten geben Transitionsbedingungen an, wann die Anlage in den nächsten Schritt wechselt. (z.b. wenn der Startschalter S = und der Sensor S = ist) Wenn Aktionen nur genau einen Schritt andauern, ist die Befehlsart N Nicht speichernd. Dauert eine Aktion mehrere Schritte an, so wird sie im ersten Schritt, in der sie ausgeführt werden soll, gesetzt (S Set) und nach dem Schritt, in dem sie letztmals ausgeführt wird, rückgesetzt R Reset. Eine zeitlich begrenzte Aktion wird mit L Limited bezeichnet unter Angabe der Zeitdauer. Die exakte Aufstellung der Befehlsarten folgt auf der folgenden Seite. Seite 33 von 62

34 7.2 Befehlsarten der Ablaufsprache N-Befehl ( Nicht speichernd) Step_2 N Motor an M Schritt 2 Motor ist an, solange der Schritt aktiv ist Motor S-Befehl ( Setzen, speichernd) R-Befehl ( Rücksetzen, speichernd) Step_3 S Heizung ein E5 Schritt 3 Heizung wird eingeschaltet und bleibt an bis zu einem Reset Heizung Step_6 R Heizung aus E5 Schritt 6 Heizung zu Beginn des Schritts ausschalten L-Befehl ( zeitbegrenzt, Limited) Step_7 L Pumpe ein M2 T#4s Schritt 7 Ist Schritt 7 kürzer als 4s, geht die Pumpe aus 4s Pumpe Pumpe wird für bestimmte Zeit aktiviert, solange der Schritt aktiv ist Schritt 8 Schritt 8 muss länger als 4s sein, sonst wird der Zylinder nicht angesteuert. D-Befehl ( zeitverzögert, Delayed) Step_8 D Stanze ein M3 T#4s 4s LS-Befehl ( zeitbegrenzt, speichernd Limited, Stored) Step_9 LS Pumpe ein M2 T#4s DS-Befehl ( zeitverzögert, speichernd Delayed, Stored) Step DS Stanze ein M3 T#4s Pumpe bleibt 4s an, obwohl Schritt 9 kürzer ist Schritt 9 4s Pumpe Pumpe wird für bestimmte Zeit aktiviert, auch wenn der Schritt deaktiviert wurde Schritt Schritt muss länger als 4s sein, sonst wird der Zylinder nicht angesteuert. 4s Stanze Step2 R Stanze aus M3 M3 SD-Befehl (speichernd, zeitverzögert Stored, Delayed) Step3 SD Stanze ein M3 T#4s R Stanze aus M3 M3 Schritt 2 Stanze wird zeitverzögert aktiviert, sofern der Schritt aktiv noch ist und wird deaktiviert mit Reset. Step5 Stanze wird zeitverzögert aktiviert, solange der Schritt aktiv ist. Stanze Schritt 3 kann kürzer als 4s sein, Stanze wird trotzdem zeitverzögert angesteuert. Schritt 3 4s Stanze Schritt 5 Stanze wird zeitverzögert aktiviert, auch wenn der Schritt deaktiviert wurde und wird deaktiviert mit Reset. Seite 34 von 62

35 7.3 Grundregeln einer Schrittkette In unseren SPS-Programmen werden Schrittketten mit SR-Speichern aufgebaut. Damit keine ungültigen Zustände auftreten, gelten strenge Regeln für den Aufbau von Schrittketten. Beim Setzen eines Schrittes wird dieser aktiv geschaltet, die Variable hat den Wert true, die zugeordnete Aktion wird ausgeführt. Rücksetzen eines Schrittes schaltet diesen inaktiv, die Variable hat den Wert false, die zugeordnete Aktion wird nicht ausgeführt. Bei der Aktivierung einer Schrittkette wird der Initialschritt und nur dieser gesetzt. Alle anderen Schritte werden gesetzt, wenn der vorhergehende Schritt aktiv und die Weiterschaltbedingung (Transition) erfüllt ist. Ein Schritt wird zurückgesetzt, wenn der nachfolgende Schritt gesetzt wird. 7.4 Richtimpuls zur Aufbau einer Schrittkette in einer Funktion FC Um den sicheren Start im Initialschritt zu gewährleisten, muss ein sogenannter Richtimpuls programmiert werden. In der Symboltabelle wird dafür Merker M. verwendet: Im OB ist das Netzwerk für den Richtimpuls angegeben: Merker M. ist beim Programmstart und wird auf gesetzt,der Ausgang Richtimpuls ist. Beim nächsten Abarbeitungszyklus ist M. =, durch die Invertierung wird der Richtimpuls wieder, M. bleibt gesetzt. Der Richtimpuls ist also genau einen Zyklus lang und kann die Schrittkette damit zuverlässig starten. 7.5 Aufbau einer Schrittkette aus SR-Speichern in einer Funktion FC 7.5. Schrittkette in FC In der Funktion werden die für die Transitionen notwendigen Eingänge und die Aktoren als Ausgänge definiert. Die Ausgänge der SR-Speicher, die definieren, in welchem Schritt sich die Anlage befindet, werden als (nur in der Funktion gültige,) temporäre Variablen definiert: Seite 35 von 62

36 Schritt wird gesetzt beim ersten Funktionsaufruf durch den Richtimpuls oder nachdem der Timer abgelaufen ist und der letzte Schritt 3 aktiv ist. Schritt wird rückgesetzt, wenn Schritt2 aktiv ist. In diesem Schritt wird die nicht speichernde Aktion (N) "Melder Grundzustand anzeigen" ausgeführt. Schritt2 kann nur gesetzt werden, wenn Schritt aktiv ist, Sensor B eine Kiste erkennt und der Startschalter betätigt ist. In Schritt wird der Bandtransport als nicht speichernde Aktion (N) aktiviert. Schritt2 wird rückgesetzt wenn Schritt3 aktiv ist. Schritt3 wird aktiviert, wenn Schritt2 aktiv ist und die Kiste am Ende des Bands bei Sensor B2 eintrifft. Der Timer T gibt die Zeitdauer an, wie lange der Zylinder ausgefahren bleiben soll. Denn danach wird wieder Schritt aktiv, wie aus der Übergangsbedingung zu Schritt abzulesen ist. Die zeitliche Begrenzung dieser Aktion wird auch in der Angabe L (Limited) im Ablaufplan deutlich. Die Timerzeit wird mit T#4s für 4 Sekunden angegeben, in Step7 muss S5T#4S als Zeitwert angeschlossen werden. Die Melde-Anzeige "in Bearbeitung" soll in Schritt2 und Schritt3 leuchten, daher können beide Variablen ODER-verknüpft werden. Einsichtiger wird die Angabe "speichernde Aktion" jedoch, wenn ein weiterer Speicher "in Bearbeitung" in Schritt2 gesetzt wird. In Schritt3 bleibt er gesetzt und wird im nachfolgenden Schritt (zu Beginn) wieder rückgesetzt. Wenn man die speichernde Aktion nicht in einem eigenen Netzwerk, sondern direkt in den Schritten, in den gesetzt (S) und rückgesetzt (R) wird, sichtbar machen möchte, verwendet man die S- und R-Boxen: Seite 36 von 62

37 7.5.2 Funktionsaufruf im OB Im OB wird die Schrittkette aufgerufen. An der linken Seite werden die Eingänge für die Transitionsbedingungen angeschlossen und rechts die Aktoren. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die Erzeugung des Richtimpulses ebenfalls in einem Netzwerk des OB stehen muss. 7.6 Schrittkette aus SR-Speichern in einem Funktionsbaustein FB Die Verwendung eines Funktionsbausteins FB zur Realisierung einer Schrittkette gegenüber der Verwendung einer Funktion FC bringt 2 Vorteile: Es entfällt die lästige Programmierung des Rechtimpulses: Ein FB kann Variablenwerte speichern. Dadurch kann man den Anfangswert von Schritt auf setzen, wodurch die Schrittkette automatisch mit Schritt beginnt, auch ohne Richtimpuls. Die im FC nur in der Funktion verfügbaren Schrittmerker können im FB durch statische Variablen ersetzt werden und sind so auch außerhalb des FB als Werte verfügbar. In der nebenstehenden Abbildung sieht man den Unterschied im Deklarationsteil des Funktionsbausteins FB: Die Ausgänge der SR-Speicher werden als statische Variablen deklariert. Als Anfangswert für Schritt wird true eingetragen, alle anderen Schritte erhalten false. (Da die Variable Timer in ProgrammVariante 7.7 als statische Variable definiert sein muss, ist dies hier bereits geschehen.) Jeder FB erhält einen Datenbaustein DB, der die Werte der Variablen speichert. Auf diese könnte nun auch von anderen Programmteilen zugegriffen werden. Seite 37 von 62

38 7.6. Zuordnung des Datenbausteins DB zum Funktionsbaustein FB: Ziehen Sie im OB den erstellten FB durch Drag 'n Drop in den Funktionsplan (FUP). Für???(DB) geben Sie einfach DB ein. Nun ist DB dem FB zugeordnet. Nach Doppelklick auf DB in der Projektmappe sehen Sie den aktuellen Wert der Variablen. Bei step muss True stehen. Sollte dies nicht der Fall sein, klicken Sie auf den Button Aktualwerte auf Anfangswerte setzen. Nach Eingabe der Symboltabelle kann FB mit Ein- und Ausgängen verbunden werden. Wie in jeder Schrittkette werden die von durch Sensoren und Schalter realisierten Übergangsbedingung links angeschlossen und die Aktoren rechts. Sensor Anfang B Startschalter S Sensor Ende B2 Step R N In Bearbeitung Gundzustand P2 P Step 2 N S Bandtransport In Bearbeitung M P2 & & Step 3 Timer T L Zylinder ausfahren T#4s Timer T M2 & Step Seite 38 von 62

39 7.6.2 Die 3 Schritte im Funktionbaustein FB in der Übersicht Sensor Anfang B Startschalter S Sensor Ende B2 Step R N In Bearbeitung Gundzustand P2 P Step 2 N S Bandtransport In Bearbeitung M P2 & & Step 3 Timer T L Zylinder ausfahren T#4s Timer T M2 & Step Im Zeitablaufplan dargestellte Abfolge step step2 step3 S_Start B_Anf B2_End Timer P_Grundz P2_Bearbeitg M_Band M2_Zylinder Schritt Schritt2 Schritt3 Schritt Schritt2 Schritt3 Schritt Schritt Seite 39 von 62

40 7.7 Alternative Darstellung mit MOVE 7.7. Schrittkette im FB mit Ausgabe der Schrittnummer als Integer-Zahl Seite 4 von 62

41 7.7.2 Ansteuerung der Aktoren in der Funktion FC Aufruf im OB Die vom Funktionsbaustein FB ausgegebene Schrittnummer wird im Merkerword MW zwischengespeichert und an die Funktion FC weitergegeben. Seite 4 von 62

42 7.8 Beispiel: Erweiterte Bandsteuerung mit 4 Schritten Im Projekt Band4Schritte wird die Aufgabe 7 um einen Schritt erweitert. Sensor Anfang B Startschalter S Sensor Ende B2 Sensor oben B3 Step R R N In Bearbeitung Zylinder einfahren Gundzustand P2 M2 P Step 2 N S Bandtransport In Bearbeitung M P2 Step 3 S Zylinder ausfahren M2 L Zylinder2 ausfahren T#4s Timer T M3 & & & Step 4 Timer T & Step Ergänzen Sie das SPS-Programm. Seite 42 von 62

43 7.9 Beispiel: Schrittkette mit 6 Schritten: Reaktionsbehälter 7.9. Technologieschema rechts Prozessablauf Zwei chemische Ausgangsstoffe werden über die Zuläufe Q und Q2 eingefüllt, erwärmt und durch Rühren gemischt. Wenn der Behälter leer ist und Temperatur- und Drucksensoren keine Grenzwerte melden, kann die Bearbeitung gestartet werden. Q Zulauf M Rührmotor Bedien- und Anzeigefeld Q2 Zulauf2 Q4 Druckablass Start (Taster) B5 Reset (Taster) Sensor Überdruck Grundzustand Sensor Niveau3 B3 in Bearbeitung H B2 Heizung Q wird solange geöffnet, bis Niveauschalter B2 anspricht. Sensor Niveau2 Rührer Dann schaltet das Rührwerk ein, Q schließt, Q2 wird geöffnet bis Niveauschalter B3 anspricht. Ablauf Nach 5s wird die Heizung eingeschaltet bis B4 das Erreichen der gewünschten Temperatur meldet. B4 Sensor Temperatur B Q3 Sensor leer Nach Beendigung des Heizvorgangs läuft das Rührwerk noch s weiter, bevor das Ablassventil solange öffnet, bis der Behälter leer ist, das Ablassventil geschlossen wird und der Prozess wiederholt werden kann. Sollte während des Heizens und Rührens ein Überdruck entstehen (B5 =), so wird das Druckablassventil solange geöffnet, bis keine Meldung mehr vorliegt. Mit der Reset-Taster kann die Steuerung in den Grundzustand gebracht werden. Je eine LED zeigt den Grundzustand der Anlage und den Bearbeitungsprozess an Zuordnungstabelle "Start" E. BOOL Starttaster = für Start "Leer" E. BOOL B = wenn leer "Niveau2" E.2 BOOL B2 = wenn Niveau2 erreicht "Niveau3" E.3 BOOL B3 = wenn Niveau3 erreicht "Temperatur" E.4 BOOL B4 = wenn Temperatur erreicht "Ueberdruck" E.5 BOOL B5 = bei Überdruck "Reset" E.7 BOOL Zum Grundzustand der Schrittkette wenn betätigt "Zulauf" A. BOOL Q = Ventil Zulauf auf "Zulauf2" A.2 BOOL Q2 = Ventil Zulauf2 auf "Ablass" A.3 BOOL Q3 = Ventil Ablass auf "Druckablass" A.4 BOOL Q4 = Druckablassventil auf "Heizung" A.5 BOOL H = Heizung an "Rührmotor" A.6 BOOL M = Motor an "Grundzustand" A. BOOL P = Anzeige Grundzustand "InBearbeitung" A.7 BOOL P2 = Anzeige InBearbeitung Seite 43 von 62

44 7.9.4 Funktionsablaufplan Starttaster S Leermeldung B Step N R Gundzustand In Bearbeitung P P2 Step2 N S Zulauf AUF In Bearbeitung Q P2 & & & D Heizung EIN H T#5s N Druckablass AUF Q4 Q4 = Step4 & Ueberdruck_B5 & & & Step Simulationsdarstellung Seite 44 von 62

45 7.9.6 Programm mit Erklärungen 7. Beispiel: Schrittkette2 hier folgt ein weiteres Beispiel Seite 45 von 62

46 8 Abiturmusteraufgabe Aushubvorrichtung 8. Aufgabenstellung In einer Fertigungsstraße werden Werkstückträger zur Weiterbearbeitung aus einem Transportband ausgehoben. B2 B Aushubeinheit Stopper A Hubzylinder Hubzylind 2A er 2A Skizze ohne Werstückträger Das Band wird eingeschaltet und der Stopper ausgefahren, wenn sich an den beiden Sensoren kein Werkstückträger befindet. Erreicht der Werkstückträger den ausgefahrenen Stopper, schaltet das Band nach 2 Sekunden verzögert aus und die Aushubeinheit fährt aus. Die Aushubeinheit verbleibt für die Bearbeitungszeit von Minute in der ausgefahrenen Position. Anschließend fährt die Aushubeinheit wieder ein, der Stopper gibt den Werkstückträger frei und das Band wird wieder gestartet. Das Band schaltet ab, sobald der Werkstückträger das Bandende erreicht hat. Der Werkstückträger wird nun vom nachfolgenden Prozess vom Band genommen. Zuordnungsliste: Symbol Logische Zuordnung B Werkstückträger in Position - Aushubeinheit B = B2 Werkstückträger in Position - Bandende B2 = B Stopper ausgefahren B = B2 Stopper eingefahren B2 = 2B Aushubvorrichtung ausgefahren 2B = 2B2 Aushubvorrichtung eingefahren 2B2 = M Ventil: Stopper A ausfahren (mit Federrückstellung) M = 2M Ventil: Aushubvorrichtung 2A ausfahren 2M = 2M2 Ventil: Aushubvorrichtung 2A einfahren 2M2 = Q Bandmotor ein Q = Seite 46 von 62

47 Nr Aufgabe 3.2 Die Aushubvorrichtung wird mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) gesteuert Die Aushubvorrichtung soll mit einer Ablaufsteuerung realisiert werden. Erstellen Sie einen grafischen Ablaufplan für diese Steuerung.Die logischen Zuordnungen sind der Zuordnungsliste zu entnehmen Das SPS-Programm der Ablaufsteuerung soll in einem Funktionsbaustein FB geschrieben werden Erläutern Sie die Vorteile der Umsetzung einer Ablaufsteuerung in einem Funktionsbaustein (FB) im Vergleich zu einer Funktion (FC) Erstellen Sie anhand Ihres Funktionsablaufplanes ein SPS-Programm für die ersten drei Schritte Punkte 2 Lösungsvorschlag 3.2. R Band ausschalten Q 2B 2B2 S Seite 47 von 62

48 Vorteile: -Schritt wird initialisiert durch den Anfangswert (TRUE) in der Deklarationstabelle - Schrittmerker können durch Statische Variable ersetzt werden Seite 48 von 62

49 8.3 Simulationsmodell 8.4 SPS-Realisierung Seite 49 von 62

50 FB Schritt Seite 5 von 62

51 Schritt2 Schritt3 Schritt4 Seite 5 von 62

52 Schritt5 Schritt6 Seite 52 von 62

53 9 Abiturmusteraufgabe Farbmischer 9. Aufgabenstellung In einer Farbmischanlage sollen zwei verschiedene Farben vermischt werden. 9.. Beschreibung Bei Betätigung des Start-Tasters wird der Mischvorgang gestartet. Das Ventil Y wird geöffnet und die erste Farbe fließt in den Mischbehälter. Erreicht die Farbe die Füllhöhe mit dem Sensor B2, wird das Ventil Y geschlossen und das Ventil Y2 geöffnet. Dieses bleibt solange geöffnet, bis die zweite Farbe den maximalen Füllstand erreicht hat. Nun beginnt der Mischvorgang der Farben, indem der Drehstrom-Asynchronmotor M jeweils für zwei Minuten zuerst im Rechtslauf und anschließend im Linkslauf geschaltet wird. Nach diesem Mischvorgang wird das Abflussventil Y3 geöffnet und somit wird der Behälter geleert. Ein erneuter Mischvorgang kann erst wieder gestartet werden, wenn der Behälter vollständig geleert ist. Die Meldeleuchten P bis P4 signalisieren den Zustand der Anlage bzw. des Mischprozesses. Seite 53 von 62

54 4. Die Mischanlage wird mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) gesteuert. Punkte 4.. Der Farbmischvorgang soll mit einer Ablaufsteuerung realisiert werden. Erstellen Sie einen grafischen Ablaufplan für diese Steuerung Das Steuerprogramm für die Ablaufsteuerung soll in einen Funktionsbaustein (FB) geschrieben werden. Erstellen Sie mit Hilfe Ihres erstellten Ablaufplans das SPS-Programm für das Ventil Y und für die Ansteuerung des Drehstrommotors M. 6 Dabei gelten folgende logische Zuordnungen: Symbol Logische Zuordnung START Taster: Mischvorgang wird gestartet START = B Niveau-Sensor: Maximaler Füllstand ist erreicht B = B2 Niveau-Sensor: Mittlerer Füllstand ist erreicht B2 = B3 Niveau-Sensor: Mischbehälter ist vollständig geleert B3 = Y Ventil: Zulaufventil Y ist geöffnet Y = Y2 Ventil: Zulaufventil Y2 ist geöffnet Y2 = Y3 Ventil: Abflussventil Y3 ist geöffnet Y3 = M_Rechts Motor: Rechtslauf des Motors M M_Rechts = M_Links Motor: Linkslauf des Motors M M_Links = P Melder: Mischvorgang läuft P = P2 Melder: Zufuhrventil Y ist geöffnet P2 = P3 Melder: Zufuhrventil Y3 ist geöffnet P3 = P4 Melder: Abflussventil Y3 ist geöffnet P4 = 4..3 SensorüberwachungIst einer der drei Sensoren (B, B2, B3) defekt, so sendet dieser der SPS ein ständiges -Signal.Erstellen Sie ein SPSProgramm, das dem Bediener meldet, dass der Sensor B2 ausgefallen ist. 2 Seite 54 von 62

55 9.2 Lösungsvorschlag 4.. Funktionsablaufpan nach IEC 63-3: Step START B3 & Step 3 B Timer T Timer T P S Melder Mischer läuft P N Zufuhrventil öffnen Y N Melder Ventil Y geöffnet P2 N Zufuhrventil öffnen Y2 N Melder Ventil Y2 geöffnet P3 & Step 4 L Motor M in Rechtslauf T#2m Timer T M_Rechts Step 5 L Motor M in Linkslauf T#2m Timer T M_Links & & Step 6 B3 Mel der Mischer läuft & Step 2 B2 R & N Abflussventil öffnen N Melder Ventil Y3 geöffnet Y3 P4 Step Hinweis: Je nach verwendetem Timer sind die Übergangsbedingungen auch nicht invertiert. Seite 55 von 62

56 4..2 Steuerprogramm für das Ventil Y und der Ansteuerung des Motors M Lösung in IEC 63-3 Darstellung: Schr itt 2: Aktor - Zuflussventil Y Step Start B3 & Step 2 S Step 3 R Q Y = Schritt 4: Aktor - Drehstrommotor M - Rechtslauf Step 3 & B Step 4 S Step 5 Timer TP R Q T#2m IN Q PT ET M_Rechts = Schritt 5: Aktor - Drehstrommotor M - Linkslauf Step 4 & Timer T Step 5 S Step 6 TP R Q T#2m Timer IN Q PT ET M_Links = Seite 56 von 62

57 Lösung in STEP 7 Darstellung: Schritt 2: Aktor - Zuflussventil Y Schritt 4: Aktor - Drehstrommotor M in Rechtslauf Schritt 5: Aktor - Drehstrommotor M in Linkslauf 4..3 Seite 57 von 62

58 9.3 Simulationsmodell 9.4 SPS-Realisierung Seite 58 von 62

59 Schrittkette bestehend aus step bis step6 Die lokale Variable step muss den Anfangswert True besitzen, ebenso im DB weil step der Initialschritt ist. Schritt Schritt2 Seite 59 von 62

60 Schritt3 Schritt4 Wenn Timer SE (Zeit als Einschaltverzögerung) verwendet wird: M_Rechts an Ausgang SR-FF #step4 anschließen -> #M_Rechts schaltet in step4 an, #timer =. Nach Ablauf der Zeit wird #timer = -> Dann muss aber die Übergangsbedingung zu Schritt5 nicht invertiert werden. Seite 6 von 62

61 Schritt5 siehe Bemerkungen zum Timer Schritt4 Schritt6 Seite 6 von 62

62 Variablendeklarationen FB und Aktualwerte DB Seite 62 von 62