Projektarbeit SPS Station 3 Bearbeiten. Erklärung zur Selbständigen Arbeit 1

Transkript

1 Erklärung zur Selbständigen Arbeit 1 Ich versichere hiermit, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig verfasst und keine anderen als die im Literaturverzeichnis angegebenen Quellen benutzt habe. Stellen, die wörtlich oder sinngemäß aus veröffentlichten oder noch nicht veröffentlichten Quellen entnommen sind, sind als solche kenntlich gemacht. Die Zeichnungen oder Abbildungen in dieser Arbeit sind von mir selbst erstellt worden oder mit einem entsprechenden Quellennachweis versehen. Jörn Rehder Wilhelmshaven, 14.Mai 2010 Seite 1 von 52

2 Vorwort 2 Ich habe mich für das Projekt SPS Station 3 Bearbeiten entschieden, da dieses Thema für mich am Interessantesten klang. Seid Jahren Programmiere ich gern SPS mit S5 oder Simatic S7. Somit war auch in diesem Fall für mich klar, mein Abschlussprojekt in diesem Bereich zu erstellen und mich damit zu Befassen. Gemeinsam mit meinen Projektkollegen, Nils Schumacher, Mario Harms und Jochen Hannsen, haben wir die 4 Festo Stationen der BBS Friedenstrasse programmiert und so einer gemeinsamen großen Station zusammengestellt. Neben der Station 3 Bearbeiten gibt es noch die Station 1 Ausgabe, Station 2 Prüfen und Station 4 Verteilen, welche von meinen Projektkollegen bearbeitet wurden. Jörn Rehder Seite 2 von 52

3 Station 3 Bearbeiten 3 Beschreibung Die Station 3 ist wie der Name schon sagt, die Station die ein Werkstück bearbeitet. Die Station verfügt über einen Drehteller, Bohrer, Spannwerk, Prüfzylinder und einen Übergabe Arm. Genauere Beschreibungen zu den Einzelnen Aktoren finden sich im Kapitel Station 3 Aktoren. Die Station hat die Aufgabe ein kommendes Werkstück aufzunehmen und einer Bohrung und Prüfung zuzuführen. Nach erfolgreicher Bohrung und Prüfung wird das Werkstück an die Station Sortieren übergeben. Ablauf In der dritten Station Bearbeiten bekommt die Station das Werkstück von Station 2 Prüfen- über eine Rutsche. Anhand Sensor B1 erkennt die Station das ein Werkstück vorhanden ist und beginnt mit seinem Programm. Der Motor M2 wird angesteuert und der Tisch dreht sich bis Sensor B2 auslöst. Das Werkstück ist somit auf seiner neuen Position eingetroffen. Der Zylinder 3A spannt das Werktstück ein und hält es fest. Gibt der Sensor 3B1 das Signal das Werkstück ist eingespannt beginnt der Bohrer M1 zu drehen. Nach einer kleinen Verzögerung (1-2 Sek.) senkt sich der Bohrer und Bohrt ein Loch in das Werkstück. Der Bohrer hebt sich wieder. Meldet 1B2 das der Bohrer wieder oben ist, schaltet M1 ab. Der Zylinder 3A fällt ab und der Drehtisch dreht zur nächsten Station bis B2 wieder auslöst. Hier Senkt sich der Prüfzylinder 2A. Gibt 2B1 kein Signal aus ist das Werkstück fehlerhaft und wird als Fehler gemerkt. Gibt 2B1 ein Signal dann ist das Werkstück in Ordnung. 2A hebt sich wieder und der Motor M2 wird angesteuert bis B2 auslöst. Der Arm 5A schwenkt rüber und saugt mit 4A das Werkstück an. Ist 4B1 aktiv schwenkt der Arm rüber zu Station 4. Ist der Schalter 5S2 aktiv hört 4A auf zu Saugen und lässt das Werkstück ab. Somit ist ein Zyklus durchlaufen. Seite 3 von 52

4 Station 3 Bearbeiten 3 Sensoren Beschreibung Sensor B1: Der Sensor B1 befindet sich unter dem Drehteller über der Übergabeöffnung. Sobald ein Werkstück über den Sensor liegt gibt der Sensor ein High Signal aus. Wichtig ist, sobald der Drehteller sich dreht wird der Sensor ebenfalls aktiv. Sensor B2: Der Sensor B2 befindet sich ebenfalls unter dem Drehteller und gibt an ob der Drehtisch richtig Positioniert ist. Der Sensor gibt bei einer Aktivierung ein High Signal aus. Sensor 1B1: Der Sensor 1B1 befindet sich am Bohrzylinder und gibt an ob der Bohrkopf unten ist. Der Sensor gibt bei Aktivierung ein High Signal aus. Sensor 1B2: Der Sensor 1B2 ist das Gegenstück von Sensor 1B1. Er befindet sich ebenfalls am Bohrzylinder und gibt an ob der Bohrkopf sich oben befindet. Der Sensor gibt bei Aktivierung ein High Signal aus. Sensor 2B1: Der Sensor 2B1 befindet sich am Prüfzylinder. Er gibt an ob die Prüfung ausgefahren werden konnte. Ist die Prüfung ausgefahren, so gibt der Sensor bei Aktivierung ein High Signal aus. Sensor 2B2: Der Sensor 2B2 befindet sich am Prüfzylinder und ist das Gegenstück zum Sensor 2B1. Er dient zur Feststellung des Status des Prüfzylinders. Er gibt ein High Signal aus sobald der Prüfzylinder oben ist. Sensor 3B1: Der Sensor 3B1 befindet sich am Spannzylinder und dient zur Überprüfung, ob der Spannzylinder ausgefahren ist. Der Sensor gibt bei Aktivierung ein High Signal aus. Sensor 3B2: Der Sensor 3B2 befindet sich am Spannzylinder und dient ebenfalls zur Überprüfung des Spannzylinders. Der Sensor gibt an, ob der Spannzylinder eingefahren ist. Der Sensor ist bei Aktivierung High geschaltet. Sensor 4B1: Der Sensor 4B1 befindet sich auf dem Board neben der Stromeinheit. Er gibt an, ob der Vakuum Sauger ein Werkstück angesaugt hat oder nicht. Bei erfolgreichem Ansaugen gibt der Sensor ein High Signal aus. Sensor 5S1: Der Sensor 5S1 sitzt am Übergabearm und dient zur Feststellung der Position des Armes. Der Sensor gibt an ob der Arm in Richtung Station Verteilen steht. Ist der Arm in dieser Richtung gibt der Sensor ein High Signal aus. Seite 4 von 52

5 Station 3 Bearbeiten 3 Sensor 5S2: Der Sensor 5S2 ist das Gegenstück zum Sensor 5S1 und gibt an, ob der Arm in Richtung Drehteller steht. Ist dies der Fall, so gibt der Sensor ein High Signal aus. Aktoren Beschreibung Motor M1: Motor M2: Ventil A1: Ventil A2: Ventil A3: Ventil A4: Ventil A5: Der Motor M1 ist der Bohrmotor. Er wird angesteuert über das Relais K2. Der Gleichstrommotor benötigt 24V. Der Motor M2 ist der Drehtischmotor. Er sitzt unter dem Drehteller und wird über das Relais K1 angesteuert. Der Gleichstrommotor benötigt 24V. Das Ventil A1 steuert den Bohrzylinder an. Der Bohrzylinder drückt den Bohrer nach unten und hebt ihn nach oben. Das Ventil A1 sitzt auf der Ventil Insel und wird direkt über die SPS gesteuert. Das Ventil A2 steuert den Prüfzylinder. Der Prüfzylinder drückt den Prüfstab nach unten und hebt ihn wieder nach oben. Das Ventil A2 sitzt auf der Ventil Insel und wird direkt über die SPS gesteuert. Das Ventil A3 steuert den Spannzylinder. Der Spannzylinder soll das Werkstück beim Bohren in der Halterung halten. Das Ventil A4 steuert den Vakuumsauger an um das Werkstück übergeben zu können. Das Ventil A5 dient zur Steuerung des Übergabearms. Das Ventil steuert die Bewegung vom Drehtisch zum Förderband der Station 4. Seite 5 von 52

6 Station 3 Bearbeiten 3 Bedienfeld Beschreibung Das Bedienfeld zur Steuerung der SPS bzw der Station wird am SPS Gestell angeschlossen. Auf dem Bedienfeld befinden sich 8 Taster. Davon ein Not-Aus Schalter und ein Hand / Auto Schalter. Bis auf den Ein und Stop Taster sind alle Beleuchtet. Taster Beschreibung Not Aus: Der Not Aus Schalter sperrt und schaltet die ganze Anlage Stromfrei. Somit werden alle Funktionen gestoppt. Erst mit dem Entriegeln des Not Aus Schalters und bestätigen des Ein Schalters kann die Anlage wieder unter Strom gesetzt werden. Ein: Der Einschalter ist nicht mit der SPS verbunden. Er liegt auf dem Not Aus Gerät der Firma Pilz. Der Ein Schalter schaltet das Not Aus Gerät wieder frei. Stopp: Der Stopp Taster ist für das unterbrechen des Zyklus zuständig. Er beendet und setzt die Programm Merker und Status Merker zurück. Nachdem der Stopp Taster betätigt worden ist, muss die Anlage gerichtet werden. Hand/Auto: Der Hand/Auto Schalter dient dazu zwischen Hand Betrieb und Automatik Betrieb umzuschalten. Wird der Hand Betrieb gewählt müssen die einzelnen Schritte der Anlage durch den Start Taster bestätigt werden. Der Automatik Betrieb durchläuft alleine den Zyklus. Start: Richten: Fehler: Störung: Der Start Taster dient im Hand Betrieb dafür, um die Schrittkette Schritt für Schritt durchzugehen. Der Richten Taster leuchtet auf wenn die Anlage keine Grundstellung hat. Richten kann nur ausgeführt werden wenn die Anlage im Hand Betrieb steht. Nach dem ausgeführten Richten erlischt die Leuchte im Taster. Der Fehler Taster ist in dieser Programmierung nicht vorgesehen. Störung wird angezeigt wenn ein Bauteil fehlerhaft ist. Mit Bestätigung des Tasters wird der Fehler akzeptiert und die Anlage kann weiter laufen. Seite 6 von 52

7 SPS Gestell und Module 4 CPU DP Erklärung SPS Bausteine Die Station wird angesteuert durch eine CPU von Siemens. Untenstehend eine Abbildung einer CPU DP, die ich verwendet habe. Abb1.0 Siemens CPU DP Seite 7 von 52

8 SPS Gestell und Module 4 Betriebsarten Steuerung Über die Betriebsart wird eingestellt in welchen Modus die CPU läuft. Abb1.1 Betriebsarten Anschluss für die Spannungsversorgung Jede CPU verfügt über eine 2-polige Buchse als Anschluss für die Stromversorgung. Auf dieser Buchse ist im Auslieferzustand der Stecker mit Schraubanschlüssen bereits aufgesteckt. Status und Fehleranzeige der CPU DP Jede CPU verfügt über eine Status Anzeige, an der man ablesen kann ob die CPU einen Fehler vorweist oder ob die CPU regelmäßig läuft. Abb1.2 Fehleranzeigen Seite 8 von 52

9 SPS Gestell und Module 4 MPI Das MPI (Multi Point Interface) ist die Schnittstelle der CPU zu einem PG/OP bzw. für die Kommunikation in einem MPI-Subnetz. Die voreingestellte Baudrate beträgt bei allen CPUs 187,5 kbaud. Zur Kommunikation mit einer S7-200 können Sie auch 19,2 kbaud einstellen. Baudraten bis max. 12 MBaud sind bei CPU PN/DP, CPU und bei der CPU PN/DP möglich. Die CPU verschickt an der MPI-Schnittstelle automatisch ihre eingestellten Busparameter (z. B. die Baudrate). Damit kann sich beispielsweise ein Programmiergerät mit den richtigen Parametern versorgen und automatisch an ein MPI-Subnetz anschließen. Profibus DP CPUs mit dem Namenszusatz "DP" besitzen mindestens eine DP-Schnittstelle. Die CPU PN/DP besitzt somit eine MPI/DP-Schnittstelle. Eine MPI/DP-Schnittstelle ist im Auslieferungszustand der CPU immer als MPI- Schnittstelle eingestellt. Wenn man die DP-Schnittstelle nutzen will, muss man diese in STEP 7 als DP-Schnittstelle umprojektieren. Die PROFIBUS DP-Schnittstelle dient hauptsächlich zum Anschluss von dezentraler Peripherie. Mit PROFIBUS DP können Sie beispielsweise ausgedehnte Subnetze aufbauen. Die PROFIBUS DP-Schnittstelle können Sie als Master oder Slave konfigurieren und ermöglicht eine Übertragung von bis zu 12 MBaud. Die CPU verschickt an der PROFIBUS DP-Schnittstelle beim Betrieb als Master ihre eingestellten Busparameter (z. B. die Baudrate). Damit kann sich beispielsweise ein Programmiergerät mit den richtigen Parametern versorgen, so dass Sie ohne weitere Einstellungen mit dem PG online gehen können. Das Verschicken der Busparameter ist in der Projektierung abschaltbar. Abb1.3 Betriebsarten für CPUs mit 2 Schnittstellen Seite 9 von 52

10 SPS Gestell und Module 4 Technische Daten CPU 315-2DP Jede CPU besitzt die gleiche Höhe und Tiefe, die Maße unterscheiden sich nur in der Breite. Höhe: 125 mm Tiefe: 115 mm, bzw. 180 mm mit geöffneter Frontklappe. Breite: 40mm Abb1.4 Maße der CPU 315-2DP Abb1.5 Ansicht der CPU 315-2DP Seite 10 von 52

11 SPS Gestell und Module 4 Seite 11 von 52

18 SPS Gestell und Module 4 Bausteine Digitaleingabebaugruppe SM 312 DI16xDC24V Die SM 321; DI 16 x DC 24 V zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus: 16 Eingänge, potenzialgetrennt in Gruppen zu 16 Eingangsnennspannung DC 24 V geeignet für Schalter und 2-/3-/4-Draht-Näherungsschalter (BEROs) Abb1.6 SM321 Schaltbild Seite 18 von 52

20 SPS Gestell und Module 4 Digitalausgabegruppe SM 322 DO16xDC24V/0,5A Die SM 322; DO 16 x DC 24 V/0,5 A zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus: 16 Ausgänge, potenzialgetrennt in Gruppen zu 8 Ausgangsstrom 0,5 A Lastnennspannung DC 24 V geeignet für Magnetventile, Gleichstromschütze und Meldeleuchten Abb1.7 SM322 Schaltbild Seite 20 von 52

22 SPS Gestell und Module 4 Basismodul ET200X 4DO 24VDC 2A Das Basismodul ET200X 4DO 24VDC 2A dient dafür um Entfernte Anlagen mit der SPS über Profibus zu verbinden. In meinen Fall verband das Basismodul sämtliche Eingänge und Ausgänge der Station mit dem SPS Gestell. Am Basismodul waren zusätzliche Erweiterungsmodule mit Digitalen Eingängen und Ausgängen. Ebenfalls befindet sich eine Ventilinsel am Basismodul. Bei dem Basismodul muss die angegebene Profibus Adresse eingestellt werden. Dafür muss das Profibuskabel entfernt werden. Abb1.8 Basismodul ET200X Wichtig ist das wenn die Anlage alleine Betrieben wird, der Abschlusswiderstand eingeschaltet wird. Dieser befindet sich ebenfalls unter dem Bus Anschluss. Mit dem Basismodul ist eine Weiterleitung des Profibus Signals, sowie die Weiterleitung von 24 V DC, möglich. Dies wird aber beim Einzelbetrieb nicht gebraucht. Seite 22 von 52

23 SPS Programm 5 SPS Verbindungen Abb1.9 Verbindungen der SPS Seite 23 von 52

24 SPS Programm 5 Seite 24 von 52

47 Abschluss 6 Probleme und Schwierigkeiten Bei der Programmierung gab es ein Paar Schwierigkeiten im Sensoren Bereich. Manche Sensoren haben anders Reagiert als von Anfang an gedacht. Aber dieses wurde schnell erkannt und konnte problemlos gelöst werden. Ein etwas größeres Problem hat sich in der Anlage selber gefunden. Angefangen von Kurzschlüssen in Bedienpulten und einer defekten CPU bis hin zu Übertragungsfehlern hat das Testen des Programms Schwierigkeiten bereitet. Erst durch Erneuerung von Software und neuer CPU konnten diese Probleme beseitigt werden. Abschließendes Wort Trotz teils Schwierigkeiten und nicht immer klaren Verständnis des Projekts hat das Arbeiten und Programmieren sehr viel Spass gemacht und hat mich persönlich im Bereich der Automatisierungstechnik und Datenübertragungstechnik weiter gebildet. Leider konnten nicht alle persönlichen Ziele erreicht werden, wodurch ich mich auf die Projektaufgabe beschränkt habe. Ich danke Herrn Tröck als Projektleiter und Herrn Fiedler als Unterstützung, die mir bei der Gestaltung und Planung sowie Programmierung und Versorgung mit Dokumentationen sehr geholfen haben. Seite 47 von 52

48 Anhang 7 Abbildungsverweis Abb1.0 Siemens CPU DP 7 Abb1.1 Betriebsarten 8 Abb1.2 Fehleranzeigen 8 Abb1.3 Betriebsarten für CPUs mit 2 Schnittstellen 9 Abb1.4 Maße der CPU 315-2DP 10 Abb1.5 Ansicht der CPU 315-2DP 10 Abb1.6 SM321 Schaltbild 18 Abb1.7 SM322 Schaltbild 20 Abb1.8 Basismodul ET200X 22 Abb1.9 Verbindungen der SPS 23 Seite 48 von 52

49 Projektarbeit SPS Station 3 Bearbeiten Anhang 7 Fotos ET 200X mit Ventil Insel und Erweiterungsmodul Gleichstrommotor mit Sensor B2 zur Tischpositionierung Seite 49 von 52

50 Anhang 7 Saugventil Drehtisch mit Werkstück Sensor Seite 50 von 52

51 Projektarbeit SPS Station 3 Bearbeiten Anhang 7 Gesamtanlage von Oben Ventil Insel Seite 51 von 52

52 Wochenbericht 8 Wochenbericht Übernahme der SPS Stationen Überprüfung Funktion Aufteilung der SPS Stationen im Team Überprüfen von Sensoren und Aktoren Überprüfen von Sensoren und Aktoren Erstellung von Ablaufplänen Überprüfung von SPS Gestell und Module Überprüfung von Aktoren und Sensoren Festlegung der Programmiersprache S Programmieren in S Programmieren in S Ferien Ferien Ferien Ferien Ferien Programmieren in S Programmieren in S Ändern der Programmiersprache von S5 in S Festlegung Programmablauf Programmierung der Hardware Programmierung der Hardware und SPS Gestell Programmierung von Sensoren und Aktoren Programmierung von Sensoren und Aktoren Abänderung der Programmierung Beenden der Programmierung in S Gesamtüberprüfung der Anlage Abnahme durch Projektbetreuer Seite 52 von 52