ENTWURF, TEST und BETRIEB. einer STEUERUNG für eine. Tablettenabfüllanlage. HSH FACHGEBIET AUTOMATISIERUNGSTECHNIK Fak. II Labor Steuerungstechnik

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1 ENTWURF, TEST und BETRIEB einer STEUERUNG für eine Tablettenabfüllanlage Jürgen Rößler, Christoph Göhring, Peter Hoffmann, Wolfgang Then Stand: 09 / 2014 Rößler ST-A1: Tablettenabfüllanlage 1

2 INHALT 1 EINLEITUNG 3 2 AUFBAU der TABLETTENABFÜLLANLAGE 3 3 AUFGABENTEIL VERKNÜPFUNGSSTEUERUNG (FUP) 5 4 AUFGABENTEIL ABLAUFSTEUERUNG (AS) 7 5 DOKUMENTATION 7 6 LITERATUR und SOFTWARE 7 Rößler ST-A1: Tablettenabfüllanlage 2

3 1 EINLEITUNG Neben der Mess- und der Regelungstechnik ist die Steuerungstechnik ein wichtiges Teilgebiet der Automatisierungstechnik. Für die Steuerungstechnik selbst hat der Einsatz von Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) heute große Bedeutung. Im Rahmen dieses Laborversuches soll nach der Vorstellung der Labormodells TABLETTEN- ABFÜLLANLAGE unter Anwendung des Programmiersystems CODESYS V2.3 [1] zunächst ein Steuerprogramm für die Anlage nachgebaut und per Anlagensimulation getestet werden. Die erfolgreiche Durchführung wird testiert! Anschließend soll für die im Kapitel 4 genannte Aufgabe ein Steuerungsprogramm entworfen, programmiert und getestet werden. Nach erfolgreichem Test per Simulation soll das Steuerprogramm in die reale SPS geladen (download) und zur Steuerung der Labor-Tablettenabfüllanlage eingesetzt werden!! Der erfolgreiche Test wird testiert! 2 AUFBAU der TABLETTENABFÜLLANLAGE Das Bild 2.1 zeigt schematisch das Labormodell und die Bilder die reale Laboranlage. Bild 2.1: Schema der Tablettenabfüllanlage Rößler ST-A1: Tablettenabfüllanlage 3

4 Pneumatische Förderung der Tabletten aus Behälter über Magnetventil Magnetventil Y Förderband- Motor M Förderband- Motor M Lichtschranke LI Tablettenröhrchen Sensor S2 Steuerpult Bild 2.2: Tablettenabfüllanlage Hinweis:Die Lichtschranke ist vom Typ Öffner, alle anderen Signalgeber sind vom Typ Schließer. Magnetventil: 2-2-Wegeventil mit Federrückstellung und Sperr-Ruhestellung. S1 H1 H2 H3 S3 S4 S5 Bild 2.3: Steuerpult Aus einem Behälter soll fortlaufend jeweils eine vorgewählte Anzahl N soll (3; 5; 7) von Tabletten in ein Röhrchen abgefüllt werden. Dazu ist nach dem Einschalten der Anlage über den Schalter S1 zunächst die gewünschte Tablettenmenge N soll durch Betätigung eines Tasters (A=3; B=5; C=7) entsprechend der Variablen S3, S4, S5 zu wählen. Die Soll-Anzahl/Röhrchen wird durch LED's über den Tastern angezeigt (Bild 2.3). Anschließend soll automatisch der Förderbandmotor M gestartet werden. Erreicht ein Röhrchen die Abfüllposition S2, so muss das Band angehalten und das Magnetventil Y geöffnet werden. Die aus dem Behälter fallenden Tabletten werden über das Lichtschrankensignal LI gezählt. Ist die Soll-Zahl erreicht, so muss das Ventil geschlossen und das Förderband nach Ablauf der Einschaltverzögerungszeit (Verz1, s. S.6) von 100ms erneut gestartet werden. Dieser Vorgang wiederholt sich beliebig oft. Die Soll-Anzahl/Röhrchen kann nach dem Start der Abfüllprozedur nicht (!) verändert werden. Um die Sollvorgabe zu ändern, muss die Anlage über S1 abgeschaltet werden, jedoch ist nach dem Betätigen des Schalters S1 ein ggf. noch nicht abgeschlossener Abfüllvorgang erst zu beenden, bis dann alle Stellglieder abgeschaltet werden. Rößler ST-A1: Tablettenabfüllanlage 4

5 3 AUFGABENTEIL VERKNÜPFUNGSSTEUERUNG (FUP) Als Beispiel für die Entwicklung eines Steuerprogramms unter dem CAE-Paket Codesys [1] wurde eine Verknüpfungssteuerung für die oben beschriebene Abfüllanlage in der Programmiersprache CFC (Continous Function Chart) entwickelt (Bild 3.1). Dieser Funktionsplan ist unter Codesys in Netzwerk- Struktur (Programmiersprache FUP) zu editieren. Dazu ist der CFC-Funktionsplan an geeigneten Stellen zu trennen. Ordnen Sie den Schnittstellen SPS-interne Bezeichner / Merker zu (z.b. M_FF1), die in den Netzwerken dann als Eingangsbezeichner verwendet werden können. Ein entsprechendes Beispiel zeigt Bild 3.0 zusammen mit Bild 3.1! Bild 3.0: Beispiel einer FUP-Aufteilung in Netzwerke (vgl. Bild 3.1) Testen Sie die editierte Netzwerkstruktur und schließlich die gesamte Verknüpfungssteuerung mit Hilfe des zur Verfügung gestellten Prozessmodells (Simulationsmodell der Tablettenabfüllung in Codesys). Beim Programmtest unter Verwendung des Prozessmodells ist die Verzögerungszeit (Verz1, s. S.4) im Programm vorübergehend auf 1s zu setzen, beim Betrieb mit der SPS wieder auf 100 ms. Welcher Fehler tritt z.b. bei folgendem Ablauf auf? Während des Betriebs Anlage mit S1 ausschalten (Abfüllung noch nicht beendet) Abfüllvorgang beenden Anlage mit S1 wieder einschalten, und Tablettenanzahl wählen Programmieren Sie dazu: Ergänzung der gegebenen Visualisierung des Prozessmodells um das Steuerpult mit o Anzeigen für gewählte Tablettenanzahl H1, H2, H3 und Zustand S1 o Simulation des Schalters S1 (Variable toggeln) und der Taster S3, S4 und S5 (Variablen tasten) Lassen Sie sich die Funktion des Steuerprogramms testieren! Rößler ST-A1: Tablettenabfüllanlage 5

6 Legende: Eingänge: E/A-Schalter Lagesensor N soll =3 N soll =5 N soll =7 Lichtschranke Ausgänge: Motor Förderband Behälterventil LEDs S1 S2 S3 S4 S5 LI M Y H1 H2 H3 Bild 3.1: Verknüpfungssteuerung der Tablettenabfüllanlage als CFC Rößler ST-A1: Tablettenabfüllanlage 6

7 4 AUFGABENTEIL ABLAUFSTEUERUNG (AS) Für die im Kapitel 2 beschriebene Tablettenabfüllanlage soll alternativ zu der entsprechend Kapitel 3 nachgebauten Verknüpfungssteuerung eine Ablaufsteuerung entwickelt, in der Ablaufsprache AS programmiert und getestet werden. Der in der gegebenen Verknüpfungssteuerung enthaltene Fehler (s. S.5) soll dann nicht mehr auftreten. Dabei ist die ausschließliche Verwendung von IEC-Schritten gefordert, und es soll das gesamte Programm (ggf. mit Ausnahme der Zähler) aus FUP in AS umgesetzt werden. Nach erfolgreichem Test am Codesys-Prozessmodell ist das funktionsfähige SPS-Programm anschließend in die an die reale Labormodellanlage angeschlossene SPS (Moeller easycontrol EC4P) zu laden (download). Dabei ist das Prozessmodell zu löschen oder vom Übersetzen auszuschließen sowie die korrekte Verzögerungszeit (Verz1) einzutragen. Überzeugen Sie die staunende Umgebung von der Leistungsfähigkeit ihrer Anlagensteuerung. Lassen Sie sich das Ergebnis testieren! 5 DOKUMENTATION Dokumentieren Sie die erfolgreiche Arbeit in einem kurzen, vollständigen, übersichtlichen Bericht ( 13 Seiten) u.a. mit folgenden Angaben: - Deckblatt (m. zuständigem Professor, Namen d. Teilnehmer, Gruppennummer) - Inhaltsverzeichnis und Einleitung - Problembeschreibung (Aufgabenstellung und Versuchsaufbau) - Dokumentation des 1. Teils Umsetzung FUP (inkl. gefundene Fehler, Zweck der Einschaltverzögerungszeit Verz1 für den Förderbandmotor, ) - Zeitdiagramm der Signalgeber (Taster, Schalter, Sensoren) und Aktoren als zeitlicher Ablauf des Arbeitsprozesses und Grundlage der Lösung des 2. Aufgabenteils (Schrittkette in AS) - Programmablaufplan (PAP). Der PAP kann ggf. sinnvoll vereinfacht dargestellt werden, Programmverzweigungen müssen aber enthalten sein. Das Erstellen des PAP kann z.b. mit Microsoft-Visio oder dem PapDesigner [3] erfolgen. - Dokumentation des 2. Teils Schrittkette (AS) (m. Kommentaren, passend zum vorab erstellten Zeitdiagramm, wie wurde der Fehler aus dem 1. Teil behoben, ) - Fazit Testate und Eigenständigkeitserkärung (m. Unterschriften) an das Ende des Berichtes! 6 LITERATUR und SOFTWARE [1] 3S-Smart Software Solutions GmbH: [2] Rößler: Skript Steuerungstechnik, HS Hannover, Fak. II, FG Automatisierungstechnik [3] Friedrich Folkmann: Ω Rößler ST-A1: Tablettenabfüllanlage 7

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