3. Binäre Steuerungen

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1 Arbeitsblatt 31 Binärer Operationsvorrat 3. Binäre Steuerungen 3.1. Binäre Operationsvorrat Auf die logischen Grundverknüpfungen UND, ODER und NICHT lassen sich praktisch alle noch so komplizierten Verknüpfungen zurückführen. Negation: SCL: UND-Verknüpfung: SCL: ODER-Verknüpfung: SCL:

2 Arbeitsblatt 32 Binärer Operationsvorrat EXCLUSIV-ODER: SCL: Negation einer Verknüpfung: NAND SCL: Negation einer Verknüpfung: NOR SCL: Wahrheitstabelle E 1 E

3 Arbeitsblatt 33 Binärer Operationsvorrat 3.2. Zusammengesetzte logische Verknüpfungen UND -vor-oder-verknüpfung: Definitionsgemäß wird bei STEP 7 immer zuerst die UND-Verknüpfung, dann die ODER- Verknüpfung bearbeitet, deshalb kann die Anweisungsliste ohne Klammern geschrieben werden. SCL: A2.2 := Die Operation U ( wird immer dann verwendet, wenn die ODER-Verknüpfung vor der UND-Verknüpfung bearbeitet werden soll: ODER-vor-UND-Verknüpfung: SCL: A 2.3 :=

4 Arbeitsblatt 34 Binärer Operationsvorrat Sollen Klammerausdrücke negiert werden, kann das sowohl durch Negation der öffnenden Klammer UN ( als auch durch die Operation NOT vor der schließenden Klammer erreicht werden: SCL: A 2.4 := Übung: Vervollständigen Sie die unten stehende Wahrheitstabelle! E 1.0 E 1.1 E 0.2 E 0.1 A 2.2 A 2.3 A

5 Arbeitsblatt 35 Verknüpfungssteuerungen ohne Speicherverhalten 3.3. Verknüpfungssteuerungen ohne Speicherverhalten Den Signalzuständen am Eingang entsprechen bestimmte Signalzustände am Ausgang. Die Signale werden durch eine "Kombinatorische Schaltung" oder ein "Schaltnetz" verknüpft. Die Aufgabe wird zweckmäßig durch eine Funktionstabelle beschrieben. E E n n-1... E3 E2 E1 A1 A2 A 3... Am n 2 Zustände gewünschte Ausgangsbelegungen gemäß Aufgabenstellung Entwurf der Schaltfunktion für A i aus der Funktionstabelle: Entweder alle Vollkonjunktionen mit oder alle Vollkonjunktionen mit oder aus der Karnaugh - Tafel die gekürzte Schaltfunktion auslesen: Disjunktive Normalform oder Konjunktive Normalform Beispielaufgabe: 1 7 Durch sieben Lampen A bis A sollen die Würfelaugen angezeigt werden. Die anzuzeigenden Ziffern werden dabei durch drei Schalter im Dualkode vorgegeben.

6 Arbeitsblatt 36 Verknüpfungssteuerungen mit Speicherverhalten 3.4. Verknüpfungssteuerungen mit Speicherverhalten Bei einer Verknüpfungssteuerung mit Speicherverhalten hängt das Ausgangssignal von der Kombination der Eingangssignale und vom inneren, gespeicherten Signalzustand ab. Zur Beschreibung wird die Zustandsvariable Q i eingeführt. Sie beschreibt den Zustand vor dem Anlegen des Eingangssignals = status quo ante. Diese Zustandsvariable wird auf den Eingang des Schaltnetzes rückgeführt und in der Schaltbelegungstabelle wie eine Eingangsgröße behandelt. Beispiel: Entwurf von Speicherschaltungen Q E1 E2 A1 A Aus der KARNAUGH - Tafel lassen sich die Schaltfunktionen auslesen: Diesen Schaltfunktionen entsprechen die Schaltungen:

7 Arbeitsblatt 37 Verknüpfungsteuerungen mit Speicherverhalten Diesen Schaltfunktionen entsprechen die Schaltungen: In ihrer Funktionsweise entsprechen diese Schaltungen der einfachsten Speicherschaltung, dem Flipflop; deshalb werden dafür die RS-Speicherfunktionen eingeführt: AWL: U E 1 U E 2 S A 1 R A 2 U E 2 U E 1 R A 1 S A 2 wichtige Anwendungen: Verriegelung von Speichern: Ist ein Speicher gesetzt, so darf der andere nicht gesetzt werden. Die Speicherglieder dürfen nur in einer bestimmten Reihenfolge gesetzt werden.

8 Arbeitsblatt 38 Binärsteuerungen Flankenauswertung 3.5. Flankenauswertung Ist sinnvoll, wenn bei anhaltenden Signalzuständen nur auf den Einschalt- bzw. den Ausschaltmoment (Signalflanke) reagiert werden soll. Um eine ansteigende oder abfallende Signalflanke auszuwerten, kann die Wischfunktion verwendet werden: Ansteigende Flanke = Signalwechsel von 0 1: Zyklus: M0: Impuls von der Dauer einer Zykluszeit E = Impulsmerker M M 1: Zwischenmerker = Flankenmerker M speichert jeweils den vorherigen Signalzustand AWL (nach Step 5): Unter Step 7 ist dafür die Operation FP < Bit > (Flanke positiv) eingeführt: AWL: U E 1 // Signal /Eingang, dessen Flanke erfasst werden soll FP M 1 // Flankenmerker, speichert den vorherigen Signalzustand = M 0 // Impuls von der Dauer einer Zykluszeit, wenn eine positive // Flanke an E 1 erkannt wurde. SCL:

9 Arbeitsblatt 39 Binärsteuerungen Flankenauswertung Abfallende Flanke = Signalwechsel von 1 0: Zyklus: M0: Impuls von der Dauer einer Zykluszeit E = Impulsmerker M M 2 Zwischenmerker = Flankenmerker M speichert jeweils den vorherigen Signalzustand AWL (unter Step 5): Unter Step 7 ist dafür die Operation FN < Bit > (Flanke negativ) vorhanden: AWL: U E 2 // Signal/Eingang, dessen Flanke erfasst werden soll FN M 2 // Flankenmerker, speichert den vorherigen Signalzustand = M 0 // Impuls von der Dauer einer Zykluszeit, wenn eine // negative Flanke an E 2 erkannt wurde. SCL: Der Flankenmerker ist ein Bitoperand vom Typ BOOL, er kann aus den Speicherbereichen E, A, M, L oder D gewählt werden, (wobei E eigentlich nicht sinnvoll ist); er darf im gesamten weiteren Programm nicht mehr verwendet werden, damit er im nächsten Zyklus zum Vergleich wieder zur Verfügung steht, folglich sind temporäre Lokaldaten dafür ungeeignet. Der Impulsmerker ist ein Bitoperand vom Typ BOOL, da er nur einen Zyklus lang ansteht, kann er eigentlich selbst nicht sichtbar gemacht werden, nur seine Wirkung.

10 Arbeitsblatt 40 Binärsteuerungen Flankenauswertung Anwendungen zur Flankenauswertung bei einem Flankenwechsel einmalig in ein UP (z.b. FC 10) springen: U E 1.1 FP M 1.1 CC FC10 (Aufruf von FC 10 bei VKE = 1!) Richtimpuls erzeugen: UN M 64.1 M 64.1 muss ein nicht remanenter Merker sein! = M 64.0 der nach dem Einschalten den Wert 0 hat. S M 64.1 Binäruntersetzer bei jeder positiven Flanke an E 1.0 soll A 2.0 seinen Zustand ändern! (Kugelschreiber!) Durch Kaskadierung kann ein Zähler erzeugt werden: Beispiel: 1 Taster (E 1.0), 2 Dioden (A 2.0, A 2.1) 1 Taster, 3 Dioden (A 2.0,... 1,... 2) 1 X drücken X drücken X drücken X drücken X drücken X drücken X drücken X drücken X drücken X drücken X drücken 1 1 1

11 Arbeitsblatt 40A Binärsteuerungen Befehlsübersicht 3. Binäre Verknüpfungen Operation mögliche Operanden Bedeutung U UND mit Abfrage auf 1" UN E, A, M, L, T, Z, DBX, DIX, UND mit Abfrage auf 0" O ==0, <>0, >0, >=0, <0, <=0, ODER mit Abfrage auf 1" ON UO, OV, OS, BIE ODER mit Abfrage auf 0" X Exklusiv-ODER mit Abfrage auf 1" XN Exklusiv-ODER mit Abfrage auf 0" U( UND Klammer auf UN( UND NICHT Klammer auf O( ODER Klammer auf ON( ODER NICHT Klammer auf X( Exclusiv-ODER Klammer auf XN( Exclusiv-ODER NICHT Klammer auf ) Klammer zu O NOT SET CLR SAVE = ODER-Verknüpfung von UND VKE negieren VKE setzen VKE rücksetzen VKE ins BIE retten Zuweisung VKE auf Operanden S Setze Operand auf 1, wenn VKE = 1 R E, A, M, L, DBX, DIX, Rücksetze Op. auf 0, wenn VKE = 1 FP FN Flanke positiv Flanke negativ Statuswort: BIE A1 A0 OV OS OR STA VKE ER Digitalanzeigen Binäranzeigen

12 Arbeitsblatt 41 Verknüpfungssteuerungen mit Zeitverhalten 3.6. Verknüpfungssteuerungen mit Zeitverhalten Mit Zeitfunktionen können zeitliche Abläufe, wie Warte- und Überwachungszeiten, Taktimpulse oder Zeitmessungen o.ä. realisiert werden. Realisierung der Zeitfunktionen (Timer): bei älteren Maschinen analog, durch RC-Glieder im allgemeinen durch Zählung des Systemtaktes, ein Rückwärtszähler wird auf einen Zeitwert voreingestellt und meldet den Nulldurchgang. In der DIN IEC stehen drei Standardfunktionsbausteine für die Zeitbildung zur Verfügung: Erzeugen eines Impulses TP: Einschaltverzögerung TON: Ausschaltverzögerung TOF: Dabei bedeuten die Operanden: IN = Startbedingung; PT = vorgegebene Zeit (preset value); Q = Status der Zeit ; ET = abgelaufene Zeit (effective value) ; Unter Step 7 werden diese Standardfunktionen in den Systemfunktionsbausteinen SFB 3 - TP, SFB 4 - TON, SFB 5 - TOF angeboten.

13 Arbeitsblatt 42 Verknüpfungssteuerungen mit Zeitverhalten Außerdem stehen die bereits unter Step 5 verwendeten Zeitglieder zur Verfügung: Zeitglied als FUP: als AWL: Zeitvorgabe Vor dem Starten des Timers muss der Zeitwert festgelegt werden: als Konstante: L S5T#10S U E 1.0 SI T 1 U E 1.1 RT 1 L T 1 T MW 10 LC T 1 T MW 12 UT 1 = A 2.0 Beispiel: Durch S5T#10s wird ein Zeitwert von 10 s vorgegeben. durch Datenwort DW, Eingangswort EW, Merkerwort MW, Ausgangswort AW: Beispiel: durch das Datenwort wird eine Zeit von vorgegeben. Beachte: Die Zeitgeber haben die Unschärfe in der Höhe der Zeitbasis, deshalb sollte vorzugsweise die kleinstmögliche Zeitbasis gewählt werden. Bei Konstanten-Vorgabe wird die Zeitbasis vom System automatisch gewählt und auf drei Stellen gerundet.

14 Arbeitsblatt 43 Verknüpfungssteuerungen mit Zeitverhalten Starten einer Zeit als Impuls: SI SCL: Starten einer Zeit als verlängerter Impuls: SV SCL:

15 Arbeitsblatt 44 Verknüpfungssteuerunge n mit Zeitverhalten Starten einer Zeit als Einschaltverzögerung: SE Starten einer Zeit als speichernde Einschaltverzögerung: SS Starten einer Zeit als Ausschaltverzögerung: SA

16 & Umwelttechnik Arbeitsblatt 45 Anwendungsaufgaben für Timer Hupe Eine Hupe A2.0 soll bei Erreichen eines Endkontaktes (E1.0) 1 min lang in Betrieb sein oder durch Quittierung (E1.1) vorher abgeschaltet werden. Ein Durchflussmessgerät soll verhindern, dass eine Kreiselpumpe trocken läuft. Die Durchflussüberwachung (Sensor S2) beginnt erst 5 s nach dem Einschalten des Pumpenmotors P1 (Ein-Taster S1). Bleibt das Durchfluss-Signal dann aus, soll der Motor sofort abgeschaltet werden und eine Alarmleuchte H1 angehen. Mit dem Aus-Taster S0 können Motor und Lampe wieder ausgeschaltet werden. Das (obige) Durchflussmessgerät liefert beim richtigen Förderstrom 24V-Impulse mit einer Frequenz von 10 Hz. Blinker Durch den Schalter S1 (=E1.0) soll ein Blinker mit einer Blinkfrequenz von 1 Hz bei einem Hell : Dunkel -Verhältnis von 1 : 2 betätigt werden. Nach dem Ausschalten von S1 soll erst noch der vollständige Taktzyklus beendet werden. Wie arbeitet die dargestellte Schaltung? Anweisungsliste Analysieren Sie die dargestellte Anweisungsliste? L S5T#300MS UN M2.0 SE T7 U T7 = M2.0 U M2.0 S M2.1 U M2.0 U A3.0 R M2.1 U M2.1 = A3.0

17 Arbeitsblatt 46 Verknüpfungssteuerungen mit Zählvorgängen 3.7. Verknüpfungssteuerungen mit Zählvorgängen Realisierung von Zählvorgängen Softwarebausteine (Funktionen oder Funktionsbausteine) Sie können je Zyklus maximal einen Vorwärts- und einen Rückwärtsimpuls verarbeiten, d.h. die erreichbare Zählfrequenz wird von der Zykluszeit und der Schaltfrequenz der Eingabebaugruppe begrenzt. Zähler in Merkerregistern oder Datenbausteinen: Auf- und Abwärtszählen durch Additions- und Subtraktionsbefehle. In einem Zyklus können mehrere interne Zählimpulse verarbeitet werden, aber nicht externe. Externe Hardwarezähler: Schnelle Zähler auf externen Peripheriebaugruppen, bei der Abfrage wird der Zähler stand durch sogn. Übergabevariablen abgerufen. In der Norm DIN EN sind die drei Standardfunktionsbausteine definiert: Name Baustein Parameter Aufwärts-Zähler CU Vorwärtszähleingang R Rücksetzeingang PV Ladewert (preset value) CV Zählerstand (current value) Q Zählerstatus: Q = 1, wenn CV >= PV Abwärts-Zähler CD Rückwärtszähleingang LD Ladeeingang Q Zählerstatus: Q = 1, wenn CV <= 0 Auf-Abwärts-Zähler QU Zählerstatus: QU = 1, wenn CV >= PV QD Zählerstatus: QD = 1, wenn CV <= 0

18 Arbeitsblatt 47 Verknüpfungssteuerungen mit Zählvorgängen Bei Step 7 sind diese drei Standardfunktionsbausteine in den Systemfunktionsbausteinen SFB0 = CTU; SFB1 = CTD und SFB2 = CTUD verfügbar. Bei ihrem Aufruf ist jeweils ein Instanzdatenbaustein zuzuordnen. Daneben sind die Zählerfunktionen, ähnlich wie bereits unter Step 5 vorhanden, die die Zähloperanden Z n benutzen: Zähler als FUP als AWL: U E 0.1 ZV Z1 U E 0.2 ZR Z1 U E 0.3 L C# 123 S Z1 U E 0.4 R Z1 L Z1 T MW 10 LC Z1 T MW12 U Z1 = A 2.0 Aufruf in SCL: BCD-Wert:= S_CUD ( C_NO:= Z1, CU:= E0.1, CD:= E0.2, S:= E0.3, PV:= 16#123, R:= E0.4, CV:= MW10, Q:= A2.0 ) ; Werden nicht alle Funktionen dieses Zählers verwendet, so lassen sich wiederum die Einzelfunktionen spezifizieren, z.b. als: Vorwärtszähler, wenn nur ZV verwendet wird: S_CU Rückwärtszähler, wenn nur ZR verwendet wird: S_CD entsprechend sind auch die abgerüsteten FUP-Boxen vorhanden. Anwendungsaufgabe: Der Korb einer Reinigungsanlage wird durch einen elektropneumatischen Antrieb in ein Reinigungsbad gesenkt, verharrt dort 10 s lang und wird dann wieder gehoben. Dieser Vorgang wird durch die Starttaste S1 ausgelöst und soll dann dreimal hintereinander ausgeführt werden. Der Arbeitszylinder ist jeweils mit den induktiven Endlagenschaltern S2 und S3 versehen. Während des Reinigungsvorganges leuchtet die Anzeigeleuchte H1. Eingänge: Starttaste S1 Ausgänge: Korb senken Y1 Geber Kolben unten S2 Korb heben Y2 Geber Kolben oben S3 Anzeigeleuchte H1

19 Arbeitsblatt 48 Zustandsbeschreibung für Verknüpfungssteuerungen 3.8. Zustandsdarstellung für Verknüpfungssteuerungen Steuerungsaufgaben, bei denen unterscheidbare Aktionen in einer ereignis- oder zeitgesteuerten Reihen-/ (oder auch Parallel-) Folge ablaufen und die auf Wiederholung gerichtet sind, lassen sich geeignet durch einen Ablauf-Funktionsplan (Zustandsgraph, Ablaufgraph) beschreiben. Die Entwurfsmethode besteht darin, dass Steuerungszustände (Schritte) eingeführt, mit Aktionen verknüpft sowie die Übergangsbedingungen (Weiterschaltbedingungen, Transitionen) zwischen diesen Zuständen definiert werden. Diese Art der Beschreibung einer Steuerung bildet den fließenden Übergang zur Ablaufsteuerung! Als Beschreibungsmittel ist in IEC EN die Ablaufsprache (AS), in STEP 7 als S7-Graph definiert, geeignet. Jeder mögliche Zustand einer Steuerung wird im Ablauf-Funktionsplan durch einen SCHRITT repräsentiert, der entweder aktiv oder inaktiv sein kann und graphisch durch einen Block mit Schrittnamen oder Schrittnummer dargestellt wird. Eine Sonderstellung nimmt der Anfangsschritt (Grundschritt, Initialschritt) ein, der beim Start als einziger Schritt aktiviert wird. Jedem Schritt sind Aktionen zugeordnet, die in einem Aktionsblock angegeben werden und mit dem Schritt verknüpft werden. Diese Aktionen können mitunter mit zusätzlichen Bedingungen gekoppelt sein. Die Übergänge zwischen den einzelnen Schritten werden durch senkrechte Wirkungslinien dargestellt, an die die Weiterschaltbedingungen angetragen werden. Diese Übergangsbedingungen können als KOP, FUP oder in SCL formuliert werden. Ein Folgeschritt wird jeweils gesetzt, wenn der Vorgängerschritt gesetzt ist UND die Weiterschaltbedingung erfüllt ist, dabei wird der Vorgängerschritt rückgesetzt. Führt die Wirkungslinie zu einem Zustand, der schon einmal im Zustandsgraphen vorkommt, so wird dieser durch einen Pfeil mit der Schrittnummer gekennzeichnet.

20 Arbeitsblatt 49 Zustandsbeschreibung für Verknüpfungssteuerungen Das Bild zeigt die Grundelemente einer Graph-Ablaufkette (nur) die Schritte 1,2,3 einfache, lineare Ablaufkette Alternativ-Verzweigung: (ODER-Verzweigung) - organisiert die bedingungsabhängige Programmverzweigung, die grundsätzlich unmittelbar nach einem Schritt folgt und jeder Zweig beginnt mit einer Transition. Für den Fall, dass beide Weiterschaltbedingungen gleichzeitig erfüllt sein können, müssen Vorrangregeln geschaffen werden, damit der Zweig mit geringerer Priorität verriegelt wird. Mit dem () wird angegeben, dass die Transitionen von links nach rechts bearbeitet werden. Alternativzweige münden nach einer späteren Transition wieder in der Kette oder schließen als Kettenende mit einer Transition und einem Sprung auf einen Schritt ab. Simultan-Verzweigung: (UND-Verzweigung) - führt zu parallel laufenden Teilprozessen, die sich nicht in einem Kettenzweig unterbringen lassen. Sie werden von einer gemeinsamen Transition ausgelöst und müssen beide durchlaufen werden. Sie münden vor einer Transition ( T23) wieder in die gemeinsame Kette. REGEL: Alternativ- und Simultanzweige dürfen sich nicht kreuzen, sondern es muss immer ein Zweig vollständig innerhalb des anderen liegen, wenn der Alternativzweig wieder in der Kette münden soll. Sprünge führen über eine Transitionsbedingung zu einem anderen, entfernten Schritt, wobei der durch den Sprung gebildete Zweig keine weiteren Schritte enthält.

21 Arbeitsblatt 50 Zustandsbeschreibung für Verknüpfungssteuerungen Umsetzung des Zustandsgraphen durch RS-Speicherglieder Für jeden Zustand (Schritt) wird ein RS-Speicherglied für einen Schrittmerker eingeführt. Setzbedingung für diesen Merker ist der Merker des Vorgängerschrittes und die Weiterschaltbedingung. Rücksetzbedingung ist der jeweilige Nachfolgemerker. Die Befehlsausgabe zu den einzelnen Schritten wird separat anhand der jeweiligen Schrittmerker realisiert. Nach dem Einschalten der Steuerung muss gesichert werden, dass der Grundzustand gesetzt wird. Dies kann durch einen Richtimpuls mit der folgenden die Befehlsfolge erreicht werden: UN M x = M y S M x Der Merker M x muss beim Einschalten den Wert "Null" haben, also ein nichtremanenter Merker sein, dann entsteht an M y ein Impuls von der Dauer einer Zykluszeit. Treten Schleifen im Zustandsgraphen, d.h. der Wechsel zwischen zwei Zuständen auf, kann diese Art der Umsetzung Schwierigkeiten geben, denn S 4 würde hier durch S 3 gesetzt und auch rückgesetzt werden, deshalb die Regel: Bei Schleifen im Zustandsgraph müssen die beiden zugehörigen Zustände mit dem Merker des Folgezustandes und der Setzbedingung des Folgezustandes rückgesetzt werden. Bei Alternativ- Verzweigungen können weniger priorisierte Schritte über die Rücksetz- oder die Setzbedingung verriegelt werden. Zur Realisierung der Aktionen werden die entsprechenden Schrittspeicher ODER-verknüpft, wenn ein Ausgang von mehreren Schritten angesteuert werden soll. Zur Realisierung von Zeitbedingungen empfiehlt sich die Einschaltverzögerung.

22 Arbeitsblatt 51 Zustandsbeschreibung für Verknüpfungssteuerungen Umsetzung des Zustandsgraphen mit Zählern Ein Zähler enthält die aktuelle Schrittnummer und wird mit jedem Weiterschalten vorwärts gezählt. Die Schrittmerker werden aus dem aktuellen Zählerstand abgeleitet. Den Grundschritt setzen bedeutet Rücksetzen des Zählers "Sprünge" oder Verzweigungen der Ablaufkette bedeutet Setzen des Zählers auf die jeweilige Schrittnummer. Zur Bildung der Schrittmerker kann die Vergleichsfunktion verwendet werden: Die Zahlen werden als vorzeichenbehaftete Dualzahlen (16-bit-Integer) verglichen. Wird beim Vergleich die Frage bejaht, so führt der Boolsche Ausgang 1-Signal, anderenfalls 0 - Signal. Außer dem Vergleich auf Gleichheit gibt es noch: <>, <, <=, >, >=. Bildung der Schrittmerker mit Hilfe der Vergleichsfunktion: Man braucht dabei so viele Vergleiche, wie Schritte vorhanden sind. Oder Bildung der Schrittmerker durch Entschlüsselung des dualen Zählerstandes: z.b. bei sieben Schritten: * Schritt 3: oder * Schritt 6:

23 Arbeitsblatt 52 Übung zur Zustandsbeschreibung Übung zum Zustandsgraphen Baustellenampel Wegen Bauarbeiten muss der Verkehr über eine Fahrspur geleitet werden. Dazu wird eine Bedarfsampelanlage installiert. In der Straße befinden sich induktive Initiatoren (I1 bzw. I2), die den Bedarf übermitteln. Beim Einschalten der Anlage sollen beide Ampeln ROT anzeigen. Wird einer der Initiatoren betätigt, soll die entsprechende Ampel nach 10s auf GRÜN umschalten. Die GRÜN-Phase soll mindestens 20 s andauern, bevor durch eventuelle Betätigung des anderen Initiators beide Signallampen wieder ROT anzeigen. Nach 10s wird dann die andere Fahrspur mit GRÜN bedient. Liegt keine Meldung eines Initiators vor, bleibt die Ampel in ihrem jeweiligen Zustand. Das Ausschalten der Anlage soll nur nach der GRÜN-Phase einer Fahrspur möglich sein. Türsteuerung einer Schleuse Damit ein Raum möglichst staubfrei bleibt, ist eine Schleuse mit zwei Schiebetüren A und B eingebaut. Zum Passieren der Schleuse müssen die Taster S1 (außen) oder S2 (innen) betätigt werden. Möchte man zum Beispiel von außen nach innen, wird Taster S1 betätigt. Danach öffnet sich Tür A und man betritt die Schleuse. Nachdem Tür A 3s lang offen war, schließt sich Tür A wieder und erst, wenn Tür A geschlossen ist, öffnet sich Tür B automatisch. Der entsprechende Ablauf gilt auch für die umgekehrte Bewegungsrichtung.

24 Arbeitsblatt 53 Übung zur Zustandsbeschreibung Neben den Tastern sind Meldeleuchten (H1 bzw. H2) angebracht, die anzeigen, dass die Steuerung den Tastendruck verstanden hat, falls er nicht sofort bedient werden kann. In jeder Tür sind zwei induktive Endschalter angebracht, die melden, wenn die Tür geöffnet bzw. geschlossen ist. Außerdem wird jeder Eingang der Schleuse mit einer Lichtschranke überwacht. Solange die Lichtschranke unterbrochen ist, darf die geöffnete Tür nicht zugehen, In jeder Schleuse sind zur Sicherheit zwei weitere Taster S3 und S4 angebracht, die die zugehörige Tür im Notfall öffnen, wenn jemand die Schleuse betreten hat, ohne vorher einen der Taster S1 oder S2 betätigt zu haben. Dies wäre denkbar, wenn jemand gerade von der anderen Seite her gekommen ist und so die eine Tür gerade offen war. War jedoch der Taster S1 bzw. S2 gedrückt worden, so öffnet sich die zweite Tür automatisch. Wird während des Schließens einer Tür die zugehörige Lichtschranke unterbrochen oder der zugehörige Taster S1,S2, S3 oder S4 gedrückt, so öffnet die Tür sofort wieder. Umsetzung des Zustandsgraphen Setzen Sie den dargestellten Zustandsgraphen in ein Steuerprogramm um.

25 Arbeitsblatt 54 Ablaufsteuerungen 3.9. Ablaufsteuerungen Steuerungen, bei denen ein zwangsweiser Ablauf von einzelnen, meist technologisch bedingten Schritten zu sichern ist, werden als Ablaufsteuerung realisiert. Dabei gibt es eine eindeutige funktionelle und zeitliche Zuordnung der einzelnen Schritte zu den technologischen Abläufen, wobei immer nur ein Schritt aktiv ist und das Weiterschalten von einem Schritt zum nächsten von den Weiterschaltbedingungen (Transitionen) abhängt. Der gewünschte Funktionsablauf wird in einer Ablaufkette oder Schrittkette dargestellt. Zu unterscheiden sind: zeitgeführte Ablaufsteuerungen, bei denen die Weiterschaltbedingungen nur von der Zeit abhängen und häufig durch Timer realisiert werden, und prozessgeführte Ablaufsteuerungen, bei denen die Weiterschaltbedingungen bestimmte Antwortsignale aus der gesteuerten Anlage sind Struktur einer Ablaufsteuerung Kernstück einer Ablaufsteuerung ist die Ablaufkette. Sie stellt das Programm für den schrittweisen Funktionsablauf bereit und sichert die Aktivierung der einzelnen Ablaufschritte durch die jeweiligen Weiterschaltbedingungen. Für die graphische Darstellung und die programmtechnische Umsetzung gelten die gleichen Regeln wie für den Zustandsgraphen. Die Auswirkung der einzelnen Schritte auf den gesteuerten Prozess, also die aufgabengemäße Ansteuerung der Stellglieder wird in der Befehlsausgabe festgelegt. Dabei werden diejenigen Schrittmerker, bei denen ein bestimmtes Stellsignal ausgegeben werden soll, durch eine ODER-Verknüpfung zusammengeführt und mit Freigabesignalen aus dem Betriebsartenteil verknüpft. Damit der Bediener den gesteuerten Prozess beobachten und gegebenenfalls eingreifen kann (Starten, Stoppen u.a.), werden für Ablaufsteuerungen in der Regel mehrere Betriebsarten vorgesehen: Automatikbetrieb: Nach dem Startsignal (vom Bediener) läuft der in der Ablaufkette festgelegte Prozessablauf ohne weiteren Eingriff des Bedieners ab. Einzelschrittbetrieb: Schrittweise Weiterschalten der Ablaufkette von Hand. Man unterscheidet zwischen: * Weiterschalten mit (bei erfüllten Weiterschalt-) Bedingungen und * Weiterschalten ohne ( unabhängig von den Weiterschalt-) Bedingungen. Diese Betriebsart erleichtert die Prüfung des Programmes bei der Inbetriebnahme und der Störungsbeseitigung. Einrichtbetrieb: Die Stellgeräte können einzeln von Hand angesteuert werden, Sicherheitsverriegelungen bleiben dabei wirksam. Die Realisierung dieser Betriebsarten wird durch spezielle Software-Tools wie z.b. S7-GRAPH unterstützt.

26 Arbeitsblatt 55 Ablaufsteuerungen Steht S7-GRAPH nicht zur Verfügung, sollten diese Betriebsarten werden von einem eigenen Programmteil, dem Betriebsartenteil, realisiert werden, der die Signale vom Bedienfeld übernimmt, Rückmeldesignale aus der gesteuerten Anlage abfragt und Freigabesignale an die Befehlsausgabe und Weiterschalt- und Verriegelungssignale an die Ablaufkette ausgibt., vgl S. 56. Dem Bediener sollten außerdem Informationen über den aktuellen Stand der Steuerung und die jeweilige Betriebsart mitgeteilt werden. Dies erfolgt durch einen Meldeteil, der mindestens die eingestellte Betriebsart, die aktuelle Schrittnummer und eventuelle Störungen anzeigt. Eine vollständige Ablaufsteuerung gliedert sich somit in die vier Bestandteile: * Ablaufkette * Befehlsausgabe * Betriebsartenteil * Meldeteil mit der im folgenden Bild gezeigten Struktur: Bei dieser Aufteilung der Funktionen ist eine weitgehende Standardisierung möglich: da der Betriebsartenteil und die Meldungen weitgehend einheitlich sind, d.h. als bibliotheksfähige Unterprogramme erstellt und wiederverwendet werden können, und die Ablaufkette und die Befehlsausgabe projektgebunden sind. Dadurch werden Projektier- und Programmieraufwand gespart.

27 Arbeitsblatt 56 Betriebsartenteil Gesamtüberblick Gesamtüberblick über den Betriebsartenteil Der Betriebsartenteil verarbeitet die Signale vom Bedienfeld und der Anlage und stellt Steuersignale für die Ablaufkette: * B 0 - Richtimpuls für die Grundstellung der Ablaufkette * B 1 - Freigabe der Schrittweiterschaltung mit Bedingungen * B 2 - Freigabe der Schrittweiterschaltung ohne Bedingungen * B 3 - Startbedingung für die Ablaufkette Anzeigesignale für das Bedienfeld Freigabesignale für die Befehlsausgabe B bereit. 4 Signale vom Bedienfeld EIN-Taster: Mit dem EIN-Taster (Schließer) wird die Steuerung betriebsbereit geschaltet. Mit dem Richtimpuls B 0 wird der Grundschritt der Ablaufkette gesetzt, alle anderen Schritte werden zurückgesetzt. Ist die Anlage betriebsbereit, kann die Betriebsart gewählt werden. AUS-Taster: Mit dem AUS-Taster (Öffner) wird in jeder Betriebsart die Bearbeitung sofort abgebrochen. NOT-AUS: muss über einen getrennten Hardwarekreis geschaltet werden. Das Schalten über die Logik der SPS ist aus Sicherheitsgründen nicht zulässig (DIN VDE 0113). Aber die NOT-AUS-Betätigung wird von der SPS abgefragt und verarbeitet. Nach NOT-AUS-Betätigung ist ein Wiedereinschalten der Anlage mit dem EIN-Taster erforderlich.

28 Arbeitsblatt 61 Ablaufsteuerungen Ablaufkette Verarbeitung der Signale vom Betriebsartenteil in der Ablaufkette Vom Betriebsartenteil werden folgende Signale geliefert: B 0: Richtimpuls = Grundschritt setzen und alle anderen Schritte rücksetzen B 1: Freigabe der Schrittweiterschaltung = Weiterschalten ist bei erfüllten Weiterschaltbedingungen erlaubt; B 1 = 1 bei Automatikbetrieb und bei Weiterschalten mit Bedingung und Start/Weiter B 2: Weiterschalten ohne Bedingung B 2 = 1 bei Weiterschalten ohne Bedingung und Start/Weiter B : Ablaufkette darf gestartet werden, 3 die in der Ablaufkette mit verarbeitet werden müssen. Deshalb ergibt sich das erweiterte Schrittsymbol: Die übergeordneten Signale vom Betriebsartenteil werden bei der Darstellung der Ablaufkette normalerweise nicht mit gezeichnet, sie müssen aber mit programmiert werden. Somit ergibt sich bei Realisierung der Ablaufkette mit RS-Flipflop für das vollständige Schrittsymbol Beachte: Wenn in der Ablaufkette weitergeschaltet werden kann (mit B 2), ohne dass die Weiterschaltbedingungen erfüllt sind, dann muss M n-2 mit abgefragt werden, damit immer nur um einen Schritt weitergeschaltet wird.

29 Arbeitsblatt 62 Ablaufsteuerungen Ablaufkette Realisierung Grundschritt: Schritt 1: Wird die Ablaufkette mit Zählern realisiert, gilt für den Übergang von Schritt n nach n+1: letzten Schritt der Ablaufkette:

30 Arbeitsblatt 63 Ablaufsteuerungen Befehlsausgabe Vorteile der Ablaufkette mit Zählern: Mit dem Signal B 2 (Schrittweiterschaltung ohne Bedingung) wird der Zähler einfach hochgezählt. Die BCD-codierte Schrittanzeige kann direkt vom BCD-Ausgang des Zählers abgenommen werden. Die Grundstellung der Ablaufkette entspricht einem RESET des Zählers. Im Einzelschrittbetrieb wäre eine direkte Schrittanwahl, etwa durch einen Zifferneinsteller, über den Setzeingang des Zählers möglich. Sprünge und Verzweigungen in der Ablaufkette werden durch Setzbefehle realisiert Aktion Rechts neben dem Schrittsymbol werden die Aktionen in einem dreigeteilten Kästchen angegeben, nach DIN IEC : A: Art des Befehles (kann auch entfallen) kein: nicht gespeichert N: nicht gespeichert R: vorrangiges Rücksetzen S: vorrangiges Setzen L: zeitbegrenzt D: zeitverzögert P: Impuls (Flanke) SD: gespeichert und zeitverzögert DS: verzögert und gespeichert SL: gespeichert und zeitbegrenzt B: Wirkung des Befehles = Aktionsname C: Abbruchstelle für den Befehl oder Nummerierung der Befehle pro Schritt (kann auch entfallen) E: zusätzliche Verriegelungsbedingung (kann auch entfallen) B : Befehlsfreigabe vom Betriebsartenteil 4

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