Aufgabe A11. Sensorgesteuertes Anfahren und Bremsen

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1 Aufgabe A11 Sensorgesteuertes Anfahren und Bremsen Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben kennen Sie unterschiedliche Sensorarten kennen Sie den grundlegenden Aufbau von Sensoren und deren Schaltungsarten verstehen Sie die Funktionspläne der digitalen Ein- und Ausgänge können Sie den Frequenzumrichter MM420 für eine sensorgesteuerte Ablaufsteuerung parametrieren Problemstellung Inliner Laufrollen sind über ein Transfersystem zu transportieren. Das Transfersystem ist automatisch zu starten, sobald sich eine Inliner-Laufrolle auf ihm befindet. Anschließend verfährt das Transfersystem mit 35Hz. Am Ende des Transfersystems ist die Inliner-Laufrolle in den Stillstand abzubremsen. Präsentieren Sie Ihrem Chef und Ihren Kollegen Ihre Ergebnisse! Lageplan Versuchsaufbau Festo Didactic GmbH & Co. KG 1

2 Arbeitsauftrag 1. Erstellen Sie das Technologie-Schema und tragen Sie alle notwendigen Sensoren ein. 2. Erstellen Sie ein Ablaufdiagramm für die Aufgabenstellung. 3. Analysieren Sie die Funktionspläne der digitalen Ein- und Ausgänge und gleichen Sie diese mit der Hardware ab. 4. Ermitteln Sie alle notwendigen Parameter und deren Werte. 5. Analysieren und testen Sie Ihre Parameter-Belegung. Arbeitshilfen Transfersystem Frequenzumrichter MM420 Laborkabel Datenblätter Bedienungsanleitungen Auszüge aus Herstellerkatalogen 2 Festo Didactic GmbH & Co. KG

3 Analyse Wie detektieren Sie, ob sich eine Inliner-Laufrolle am Anfang oder am Ende des Transportbandes (Endlage) befindet? Mit Sensoren können die Endlagen des Transfersystems detektiert werden. Fertigen Sie eine einfache Skizze des Technologie-Schemas an. Tragen Sie alle notwendigen Sensoren ein! Skizze des Technologie-Schemas 1: Transfersystem 2: Getriebe 3: AC-Motor 4: Frequenzumrichter MM420 5: Sensor -1B3: Rechte Endlage 6: Sensor -1B1: Linke Endlage Welche Sensortypen gibt es? Recherchieren Sie und erstellen Sie eine Übersicht! Sensorentypen Festo Didactic GmbH & Co. KG 3

4 Welcher Sensortyp wird an Ihrem Transfersystem zur Endlagenerkennung verwendet? Optischer Sensor: Lichtschranke An welchem Baugruppenelement der Steuerung ist der Sensortyp anzuschließen? Digitaler Ausgang Digitaler Eingang Analoger Ausgang Analoger Eingang Digitaler Eingang Was ist zu beachten, wenn Sensoren für das Auslösen von Ereignissen, z.b. Start-/Stopp-Bedingungen, Reset, Quittierung usw. verwendet werden? Digitale Sensoren liefern je nach Anschlussart unterschiedliche Signale (low oder high Pegel). Entscheidend hierbei sind die positiven oder negativen Flanken bei der Aktivierung bzw. Deaktivierung, die das gewünschte Ereignis auslösen sollen. Es gibt zwei Arten einen Sensor anzuschließen: PNP NPN Definieren Sie die Schaltausgänge NPN sowie PNP und ergänzen Sie die Schaltsymbole! Recherchieren Sie dazu im Internet. NPN-Definition: Der Sensor schaltet die Last auf die negative Klemme. Die Last ist zwischen dem Schaltausgang des Sensors und der positiven Klemme anzuschließen. Vervollständigen Sie das Schaltsymbol entsprechend Ihrer Definition! Schaltsymbol nach DIN EN bzw. DIN : NPN-Schaltausgang 4 Festo Didactic GmbH & Co. KG

5 PNP-Definition: Der Sensor schaltet die Last auf die positive Klemme. Die Last ist zwischen dem Schaltausgang des Sensors und der negativen Klemme anzuschließen. Vervollständigen Sie das Schaltsymbol entsprechend Ihrer Definition! Schaltsymbol nach DIN EN bzw. DIN : Zeichnen Sie das Schaltsymbol der verwendeten Endlagensensoren. Recherchieren Sie hierfür nach dem Datenblatt im Internet unter Die exakte Produktbezeichnung ist auf dem Gehäuse der Endlagensensoren abgebildet. Schaltsymbol: Wie lautet die Produktbezeichnung? SOEG-L-Q30-P-A-S-2 Welcher Norm entspricht das Produkt? DIN EN Festo Didactic GmbH & Co. KG 5

6 Benennen Sie die einzelnen Elemente des folgenden Schaltsymbols: Schaltsymbol-Bezeichnungen 1: Anschlusskontakt: Blau 2: Anschlusskontakt: Schwarz 3: Masseanschluss 4: angeschlossene Last 5: Anschluss positive Spannung 6: Anschlusskontakt: Braun 7: Schaltkontakt: Schließer 8: Sensorsymbol 9: Optischer Sensor Welcher Schaltausgang und welche Schaltkontakt-Ausführung benötigen Sie für die Aufgabenstellung A11? Begründen Sie! Schaltausgang: Schaltkontakt-Ausführung: PNP Schließer Die Sensoren sind Lichtschranken und liefern in Schließer-Stellung bei PNP-Schaltung ein kontinuierliches Eins-Signal, solange Sie nicht durchbrochen werden. Sie sind also bisher als Öffner ausgeführt. In diesem Fall lässt die positive Flanke der Lichtschranken das Transfersystem sofort loslaufen, obwohl sich gar keine Inliner-Laufrolle auf ihm befindet. Das Startereignis ist demnach so zu wählen, dass der Anlauf des Transfersystems erst beim Durchbrechen der Lichtschranke ausgelöst wird. Dazu ist das kontinuierliche Eins-Signal der Lichtschranke zu invertieren. Die Lichtschranken sind daher als PNP mit Schließer-Schaltkontakt auszuführen. 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG

7 Die Sensoren können per Software im Frequenzumrichter zwischen PNP und NPN umgeschaltet werden: DIN-Kanal Bestimmen Sie den Parameter, der für die Umschaltung zwischen NPN und PNP benötigt wird! Weisen Sie dem Parameter einen Wert zu, der dem von Ihnen gewählten Schaltausgang entspricht! S.51, Parameterliste des MM420: P0725 = 1: PNP/NPN Digitaleingänge Welche Besonderheit ist bei diesem Parameter zu beachten? Die Umschaltung zwischen NPN und PNP mit dem Parameter P0725 bezieht sich stets auf alle digitalen Eingänge des Frequenzumrichters! Untersuchen Sie nun die Aufgabenstellung hinsichtlich der Start-/Stopp-Bedingungen und des gewünschten Frequenzverhaltens! Recherchieren Sie zunächst im Internet, was Datenremanenz bedeutet! Inwiefern macht remanentes Verhalten bei Sensoren Sinn? Datenremanenz, Quelle: Wikipedia: Datenremanenz bedeutet, dass abgespeicherte Daten, z.b. auf einer Festplatte, bei einem Stromausfall erhalten bleiben, da die Teilchen auf der Festplatte ihre magnetisch Orientierung behalten, obwohl das erzeugende Signal der Schreibköpfe nicht mehr vorhanden ist. Bei Sensoren ist remanentes Verhalten sinnvoll, um den Sensor-Signalstatus zu speichern, nachdem ein Spannungssprung in positive oder negative Richtung (Flanke) am Sensor detektiert wurde. In speicherprogrammierbaren Steuerungen(SPS) wird dies mittels so genannter Flankenmerker für einen Zyklus der SPS umgesetzt. Festo Didactic GmbH & Co. KG 7

8 Welche Sensor-Flanke verwenden Sie als Start-/Stopp-Bedingung? Begründen Sie kurz. Die positive Flanke, da die Sensoren über die MM420-Parametrierung in PNP geschaltet sind. Durch das Auflegen der Inliner-Laufrolle auf das Transfersystem wird der Schaltpegel des Sensors -1B1 von Low auf High angehoben. Der MM420 detektiert den Spannungssprung an seinem digitalen Eingang, der mit dem Sensor verbunden ist. Dadurch wird das Ereignis ausgelöst, das am digitalen Eingang hinterlegt ist, z.b. der Start des Transfersystems. Die Ereignisse der digitalen Eingänge sind im Frequenzumrichter MM420 zu parametrieren. Was passiert, wenn die Inliner-Laufrolle den Erfassungsbereich des Sensors verlässt? Zeigt der Sensor remanentes Verhalten? Begründen Sie! Nachdem die Inliner-Laufrolle den Erfassungsbereich des Sensors verlassen hat, wird der Sensor- Spannungspegel von High auf Low abgesenkt. Der Sensor zeigt also kein remanentes Verhalten! Nennen Sie eine allgemeine Möglichkeit, das hinterlegte Ereignis des digitalen Eingangs bis zum Eintreten einer Abbruchbedingung aufrecht zu erhalten. Selbsthaltung des Ereignisses durch Kopplung eines digitalen Ausgangs mit einem weiteren digitalen Eingang In den bisherigen Aufgaben haben Sie mehrere Methoden kennen gelernt, den Frequenzumrichter für den Betrieb mit Sollfrequenz zu parametrieren: MOP-Sollwert Festsollwert (Direktauswahl) Festsollwert (Direktauswahl + EIN) Festsollwert (BCD-kodiert + EIN) 8 Festo Didactic GmbH & Co. KG

9 Welche Methode wählen Sie für die Aufgabenstellung A11? Begründen Sie Ihre Wahl! Wahl: Festsollwert (BCD-kodiert + EIN) MOP-Sollwert und Festsollwert (Direktauswahl): Das Anlaufen des Transfersystems wird durch den Start-Befehl (Sensor -1B1) initialisiert. Die Stopp- Bedingung kann nur durch denselben Sensor angestoßen werden (siehe S.46, Parameterliste des MM420). Daher bewegt sich die Inliner-Laufrolle nicht bis zum Ende des Transfersystems. MOP-Sollwert und Festsollwert (Direktauswahl) sind also für die Aufgabe A11 nicht geeignet! Festsollwert (Direktauswahl + EIN): Das Anlaufen des Transfersystems wird durch den Start-Befehl (Sensor -1B1) initialisiert. Durch das Anlaufen des Transfersystems wird der digitale Ausgang geschaltet und damit auch die Funktion des digitalen Einganges, auf den der digitale Ausgang geführt ist. Die Funktion des digitalen Einganges ist hier eine Festfrequenz, damit der Bandantrieb nach Verlassen des Erfassungsbereiches von Sensor -1B1 weiterhin verfährt (Selbsthaltung). Bei der Direktauswahl der Festfrequenzen summieren sich die Frequenzen zu einer Sollfrequenz (siehe ). Daher ist es nicht möglich, das Transfersystem bei Erreichen der Endlage (Sensor -1B3) in den Stillstand abzubremsen. Die Funktion von Sensor -1B3 bleibt wirkungslos. Der Festsollwert (Direktauswahl + EIN) ist für die Aufgabe A11 nicht geeignet! Festsollwert (BCD-kodiert + EIN): Wie Festsollwert (Direktauswahl + EIN), allerdings summieren sich hier die Festfrequenzen nicht auf! Die Funktion des Endlagen-Sensors -1B3 wird aktiviert. Legen Sie anhand des Technologie-Schemas der Aufgabenstellung A11 sowie der bisherigen Analyse die MM420-Funktionen der digitalen Eingänge fest! Festo Didactic GmbH & Co. KG 9

10 Digitaler Eingang Sensor Position MM420-Funktion [DIN1] -1B1 Rechte Endlage -Start-Bedingung -BCD-kodiert + EIN -Festfrequenz = 35Hz [DIN2] Selbsthaltung durch Verbindung mit digitalem Ausgang DOUT -BCD-kodiert + EIN -Festfrequenz = 35Hz [DIN3] -1B3 Linke Endlage -Stopp-Bedingung -BCD-kodiert + EIN -Festfrequenz = 0Hz Weisen Sie den Festfrequenzen Sollwerte zu für Start, Selbsthaltung und Stopp des Transfersystems! Start-Bedingung: FF Signal-Status [DIN1] Signal-Status [DIN2] Signal-Status [DIN3] Frequenz [Hz] FF FF FF FF Bedingung für Selbsthaltung: FF Signal-Status [DIN1] Signal-Status [DIN2] Signal-Status [DIN3] Frequenz [Hz] FF FF FF FF Stopp-Bedingung: FF Signal-Status [DIN1] Signal-Status [DIN2] Signal-Status [DIN3] Frequenz [Hz] FF FF FF FF Festo Didactic GmbH & Co. KG

11 Welche Bedeutung hat die Festfrequenz FF0? Die Festfrequenz FF0 ist fest auf 0Hz projektiert. Um diese Frequenz zu aktivieren darf an keinem der digitalen Eingänge DIN1-3 des MM420 ein Signal anliegen. Die Lichtschranken -1B1 und -1B3 dürfen demnach nicht unterbrochen sein und der digitale Ausgang DOUT darf nicht angesteuert sein. FF0 ist aktiv, bevor eine Inliner-Laufrolle auf das Transfersystem gelegt wird bzw. nachdem sich keine Inliner-Laufrolle mehr auf dem Transfersystem befindet und dieses in den Stillstand abgebremst wurde. Welche der drei Bedingung hat Vorrang und warum? Die Stopp-Bedingung hat stets Vorrang! Aus Sicherheitsgründen müssen Maschinen jederzeit kontrolliert in den Ruhezustand versetzt werden können! Ist dies nicht der Fall, können -Sachschäden, -sowie schwere Personenschäden resultieren. Geben Sie in der folgenden Tabelle die Sollfrequenzen, sowie die zugehörigen Parameter für die gegebenen Festfrequenzen an! FF Parameter Sollfrequenz [Hz] FF1 P FF2 P FF3 P FF4 P FF5 P FF6 P FF7 P Warum ist es wichtig auch diejenigen Festfrequenzen zu parametrieren, bei denen mehrere Sensoren aktiv sind? Durch die Selbsthaltung überschneidet sich die Sensor-Aktivierung paarweise. Des Weiteren sind die Auswirklungen von fehlerhaften Sensoren abzufangen. Diese Fehler können z.b. durch Verschmutzung oder Drahtbruch auftreten. Daher ist es empfehlenswert, eine definierte Festfrequenz für jede mögliche Sensorkombination vorzugeben. Festo Didactic GmbH & Co. KG 11

12 Erstellen Sie ein Ablaufdiagramm! Tragen Sie den Status der digitalen Eingänge [DIN1-3], sowie den Status der angegebenen Festfrequenzen ein! Gehen Sie bei Ihrer Betrachtung davon aus, dass der digitale Ausgang [DOUT] gesetzt wird, sobald die Motorfrequenz größer als 1Hz (Abschaltfrequenz) wird! Ablaufdiagramm 12 Festo Didactic GmbH & Co. KG

13 Beschreiben Sie den Ablauf, vom Start bis zum Stopp des Transfersystems anhand des Diagramms! Durch das Auflegen der Inliner-Laufrolle auf das Transfersystem wird die Lichtschranke (Sensor -1B1, [DIN1]) unterbrochen. Die positive Flanke startet den Transfersystem-Motor mit der Festfrequenz FF1. Steigt die Motorfrequenz über 1 Hz, wird der digitale Ausgang ([DOUT]) gesetzt und damit auch der digitale Eingang [DIN2]. FF1 wird nun von FF3 abgelöst. Nachdem die Inliner-Laufrolle den Erfassungsbereich von Sensor -1B1 verlassen hat, wird FF2 aktiv. Nach Erreichen der rechten Endlage (Sensor -1B3, [DIN3]), wird die Festfrequenz FF6 (0Hz) aktiviert und der Bremsvorgang eingeleitet. Sinkt die Frequenz unter 1Hz, fällt [DOUT] ab und FF4 (0Hz) wird aktiviert. Der Frequenzumrichter MM420 steuert den Motor weiterhin mit einem theoretischen Wert von 0Hz an. Wird nun die Inliner-Laufrolle aus dem Erfassungsbereich von Sensor -1B3 entfernt, wird FF0 aktiviert. Der MM420 fährt hörbar herunter und ein neuer Zyklusstart kann initiiert werden. Bestimmen Sie den Parameter und dessen Wert, um den digitalen Ausgang [DOUT] mit der Funktion Ist_Frequenz f_act > P2167 (f_off) zu belegen! S.52, Parameterliste des MM420: P0731 = 53.1: Ist_Frequenz f_act > P2167 (f_off) Worauf müssen Sie bei der Kopplung von [DOUT] und [DIN2] achten? Beziehen Sie sich auf das Ablaufdiagramm! Alle digitalen Eingänge [DIN1-3] sind auf PNP geschaltet. Der digitale Ausgang [DOUT] ist daher so zu parametrieren, dass er bei Aktivierung eine positive Flanke am digitalen Eingang [DIN2] erzeugt. [DOUT] bleibt in diesem Fall solange inaktiv, bis die Motorfrequenz größer als 1Hz wird (Ereignis für [DIN2]). Steigt die Motorfrequenz über 1Hz, zieht [DOUT] an und schaltet 24VDC auf [DIN2], bis die Motorfrequenz wieder unter 1Hz fällt. DOUT-Kanal Festo Didactic GmbH & Co. KG 13

14 Welchen Parameter müssen Sie wie belegen, um die gewünschte Funktion zu realisieren? Berücksichtigen Sie hierfür den Funktionsplan von [DOUT]! S.52, Parameterliste des MM420: P0748 = 0: Digitalausgang [DOUT] nicht invertieren Was müßen Sie beachten, wenn am Motor ein Getriebe verbaut ist? Die Drehrichtung des Motors kehrt sich um. Wie können Sie diesen Effekt mit dem Frequenzumrichter-Board beheben? Nehmen Sie hierfür die Aufgabenstellung A8 zur Hilfe. Die Drehrichtung des Motors muß umgekehrt werden. Dies ist über den vierten digitalen Eingang [DIN4] möglich, wenn dieser mit dem Analog-Eingang gebrückt ist. Welchen Parameter müssen Sie wie belegen, um die gewünschte Funktion zu realisieren? S.48, Parameterliste des MM420: P0704 = 12 : Reversieren Vervollständigen Sie den Aufbauplan und bauen Sie das System auf! Aufbauplan ACHTUNG! LEBENSGEFÄHRLICHE SPANNUNGEN! Ziehen Sie zunächst den Netzstecker und schalten Sie alle spannungsführenden Geräte des Systems aus! Überprüfen Sie den mechanischen Aufbau! 14 Festo Didactic GmbH & Co. KG

15 Fassen Sie nochmals alle Parameter und deren Werte für die Erfüllung der Aufgabenstellung A11 zusammen! Berücksichtigen Sie, dass der Motor mit einem Getriebe ausgestattet ist! Parameter Wert Parameter Wert P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P Parameteränderung entsprechend Analyse Ändern Sie die Parameter-Werte gemäß der Analyse Festo Didactic GmbH & Co. KG 15

16 Funktionstest P11 Schreiben Sie Ihren eigenen Funktionstest! Lassen Sie Ihren Funktionstest von einem Kollegen durchführen! Funktionstest für Projektauftrag P11: Das Transportband steht still. Schalter [DIN1], [DIN2] und [DIN3] befinden sich in der Aus-Stellung (links). Wenn Sie die Spannungsversorgung einschalten, läuft der Frequenzumrichter nicht an. Das Transfersystem steht still. Wenn Sie die Inliner-Laufrolle in den Erfassungsbereich des Sensors -1B1 legen, läuft der Frequenzumrichter an und damit auch das Transfersystem. Wenn die Inliner-Laufrolle den Erfassungsbereich von Sensor -1B1 verlässt, verfährt das Transfersystem weiterhin mit 35Hz. Wenn die Inliner-Laufrolle den Erfassungsbereich des Sensors -1B3 erreicht, wird das Transfersystem auf 0Hz heruntergebremst. Das Transfersystem steht still. Wenn die Inliner-Laufrolle aus dem Erfassungsbereich des Sensors -1B3 entfernt wird, steuert der Frequenzumrichter das Transfersystem nicht mehr an. Der Frequenzumrichter fährt hörbar herunter. Wenn Sie die Inliner-Laufrolle erneut in den Erfassungsbereich des Sensors -1B1 legen, beginnt der Ablauf erneut von vorn. 16 Festo Didactic GmbH & Co. KG