Automatisierte Anlagen in Betrieb nehmen und in Stand halten Projekte für den Lernfeldunterricht Programmierung mit STEP 7 Teil 2

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1 Karl Schmitt Automatisierte Anlagen in Betrieb nehmen und in Stand halten Projekte für den Lernfeldunterricht Programmierung mit STEP 7 Teil 2 1. Auflage Bestellnummer 44495

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3 Inhaltsverzeichnis 13 Programmieren in der Ablaufsprache mit S7-GRAPH Ablaufsprache S7-GRAPH, Betriebsarten Prägesteuerung Übung: S7-GRAPH Rührwerk Wortverarbeitung, Datentypen und arithmetische Funktionen Datentypen, Codierung, Zähler, Vergleicher Positionieren Übung: Zähler, Vergleicher Ampelsteuerung Datentypen, arithmetische Operationen Positionsberechnung Übung: Datentypen, arithmetische Operationen Thermoelement Wiederholungsfragen zu Kapitel Anlagenvisualisierung Förderband SCL- und AWL-Quellen SCL- und AWL-Quellen bearbeiten und erstellen Skalierung Übung: AWL-Quelle bearbeiten Tankanlage Bibliotheksfähige FCs in SCL erstellen Sprünge, Programmablaufplan und SCL Sprünge, WORD-Operationen Bahnkorrektur Übung: Ablaufsteuerungen mit Sprüngen Mischanlage Übung: SCL Bahnkorrektur und Mischanlage Wiederholungsfragen zu Kapitel Analogwertverarbeitung, digitale Softwareregler Analogwertverarbeitung, Zwei-/Mehrpunktregelung Siloanlage Füllstandsregelung mit Abtastregler Silo Pulsweitenmodulation Temperatursteuerung Übung: Mehrpunktregelung Druckluftnetz Wiederholungsfragen zu Kapitel Bussysteme in der Automatisierungstechnik Industrielle Kommunikation, Bussysteme Aktuator Sensor-Interface, ein Feldbus Grundlagen Aktuator Sensor-Interface Förderanlage MPI-Netzwerk einrichten Förderanlage PROFIBUS-DP, dezentrale Peripherie Übung: Temperaturregelung mit einem Zweipunktregler PROFIBUS-DP, dezentrale Peripherie, Frequenzumrichter Förderband PROFIBUS-DP, verteilte Intelligenz Förderanlage Industrial Ethernet, PROFINET-Einführung Steuern und beobachten über das Ethernet Förderband Ethernet, PROFINET, Multimaster Förderanlage

4 13 Programmieren in der Ablaufsprache mit S7-GRAPH 13.1 Ablaufsprache S7-GRAPH, Betriebsarten Prägesteuerung Auftrag 1 Erstellen Sie für die Prägeanlage ein Programm. Der Softwarebaustein für die Schrittkette soll mit der grafischen Programmiersprache S7-GRAPH geschrieben werden. Hilfen finden Sie auf der CD aus Ihrem Arbeitsheft. Funktionsbeschreibung: Wird der Schalter S0 eingeschaltet, so schiebt der Schieber das Teil aus dem Magazin in die Prägeform. Der Prägekolben fährt aus. Nach 5 s fahren die beiden Kolben zurück. Erst 0,5 s nach dem Hochfahren des Prägekolbens wird der Auswurfkolben das Teil auswerfen. Über das Magnetventil M4 wird das Teil in den Korb geblasen. Der Auswurfkolben fährt dann zurück. Kommt das Teil nach 5 s Sekunden nicht im Korb an, so schließt das Magnetventil M4 wieder und die Störung wird durch Blinken von P0 mit 0,5 Hz angezeigt (CPU-Taktmerker). Wird der Schalter S0 ausgeschaltet, so wird der laufende Prägevorgang noch zu Ende geführt. Ergänzen Sie den Grafen für den FB. 7

5 13 Programmieren in der Ablaufsprache mit S7-GRAPH Schreiben Sie den Operationsbuchstaben der Standard-Aktionsblöcke in die Tabelle. Standardaktionen Solange Schritt aktiv, führt Operand Signal = 1. Sobald Schritt aktiv, wird Operand auf 1 gesetzt und bleibt danach auch auf 1 (speichernd). Sobald Schritt aktiv, wird Operand auf 0 gesetzt und bleibt danach auch auf 0 (speichernd). Einschaltverzögerung (Delay): n sec. nach Schrittaktivierung führt Operand Signal = 1 für die Dauer der Schrittaktivierung. Dies ist nicht gültig, wenn die Dauer der Schrittaktivierung kürzer als n sec. ist (nicht speichernd). Zeitkonstante z. B. T#2S500MS Limitierter Impuls: Ist der Schritt aktiv, führt der Operand für n Sekunden Signal 1 (nicht speichernd). Zeitkonstante Auftrag 2 Beschreiben Sie die Betriebsarten. Automatik: Im Automatikbetrieb ist der Ablauf der Schrittkette und das Ausführen der dazugehörigen Aktionen nur von der Weiterschaltbedingung abhängig. Tipp-Betrieb: Im Tipp-Betrieb muss die Weiterschaltbedingung erfüllt sein und zusätzlich ein Taster betätigt werden, (steigende Flanke am Parameter T_PUSH) damit ein Schritt weiter geschaltet wird. Hand (manuell): Im Handbetrieb wird der Ablauf der Schrittkette gestoppt. Die Schritte werden manuell an- und abgewählt. Die Aktoren können unabhängig von der Weiterschaltbedingung aktiviert werden. Tragen Sie die Parameternamen des Schrittketten-Bausteins in die Tabelle ein. Parameter INIT_SQ ACK_EF S_NEXT SW_AUTO SW_TAP SW_MAN T_PUSH S_NO ERR_FLT AUTO_ON TAP_ON MAN_ON Beschreibung INIT_SEQUENCE: Kette initialisieren ACKNOWLEDGE_ERROR_FAULT: Alle Störungen quittieren, Weiterschalten erzwingen NEXT_STEP: Betriebsart Automatik: nächsten gleichzeitig aktiven Schritt anzeigen in S_NO Betriebsart Hand (man): nächsten Schritt anzeigen (größere Nummer) SWITCH_MODE_AUTOMATIC: Betriebsarten-Umschalter: Automatik-Betrieb SWITCH_MODE_TRANSITION_AND _PUSH: Betriebsarten-Umschalter: Tipp-Betrieb ( Halbautomatik ) SWITCH_MODE_MANUAL: Betriebsarten-Umschalter: manueller Betrieb, es wird kein selbstständiger Ablauf angestoßen PUSH_TRANSITION: Transition schaltet, wenn Bedingung erfüllt und T_PUSH eine positive Flanke erhält; Voraussetzung: Betriebsart Tippen (SW_TAP) STEP_NUMBER: Anzeige Schrittnummer IL_ERROR_OR_SV_FAULT: Sammelstörung AUTOMATIC_IS_ON: Anzeige Betriebsart Automatik T_AND_PUSH_IS_ON: Anzeige Betriebsart Tippen MANUAL_IS_ON: Anzeige Betriebsart Hand 8

6 13 Programmieren in der Ablaufsprache mit S7-GRAPH Ergänzen Sie die Aussagen 1. Eine permanente Operation im Schrittketten-Baustein wird unabhängig von der Kette einmal pro OB1-Zyklus bearbeitet. 2. Der Wert des Ausgangsparameters PRAEGEN wird dann TRUE, wenn der Schritt 3 aktiv wird und die zusätzliche Bedingung (condition) erfüllt ist, also der Wert vom Eingangsparameter AUSWERFER_OBEN FALSE ist. Der Aktionsblock PRAEGEN erhält die Operantenbuchstaben NC. 3. Ist die Supervision erfüllt, d. h. im Beispiel ist der Eingangsparameter STEMPEL_UNTEN länger als 5,5 s TRUE, so wird der Ausgangsparameter ERR_FLT (Sammelfehler) TRUE. Über den Eingangsparameter ACK_EF kann der Fehler quittiert werden. 4. Der Diagnosepuffer ist ein gepufferter Speicherbereich in der CPU, der als Ringpuffer organisiert ist. Diagnoseereignisse sind in der Reihenfolge des Auftretens abgelegt. Auftrag 3 Beantworten Sie die Fragen 1. Welche Aufgabe hat eine NOT-AUS-Einrichtung? Die NOT-AUS-Einrichtung muss die Maschine im Gefahrfall so stillsetzen, dass Personen und Maschinen nicht gefährdet werden. 2. Was ist ein Lichtvorhang in der Automatisierungstechnik? Ein optischer Sensor. Er schaltet, wenn einer von mehreren Lichtstrahlen unterbrochen wird. 3. Was ist ein remanenter Speicher? Er behält seine Daten nach einem Netzspannungsausfall. 4. Wie soll die Steuerung nach einem Stromnetzausfall reagieren? Die Anlage darf nicht selbstständig anlaufen. Die Anlage kann nur anlaufen, wenn die im FC1 als temporär deklarierte Variable #auto_freigeben den Wert TRUE hat. Der Lokalstack ist nicht remanent. Überlegungen für die Bewertung und Präsentation des Projekts in Stichworten: S7-GRAPH, Transitionen, Transitionsbedingungen, Schritte (steps) Standard-Aktionen N, S, D, L, S7-Hilfe, Bausteineinstellungen, Schrittaktivierungszeit, Betriebsarten, Vergleicher, permanente Operationen, Interlock, Supervision, Diagnosepuffer, Gefahr, Lichtgitter 9

7 13 Programmieren in der Ablaufsprache mit S7-GRAPH 13.2 Übung: S7-GRAPH Rührwerk Mit der Programmiersprache S7-GRAPH (Ablaufsprache - AS) können sequentielle Abläufe, die mit der SPS gesteuert werden sollen, übersichtlich programmiert werden. Der Prozess wird in Einzelschritte mit eigenem Funktionsumfang zerlegt Auftrag: Das Anwenderprogramm eines Rührwerks soll mit der Programmiersprache AS geschrieben werden. Hilfen finden Sie auf der CD aus Ihrem Arbeitsheft. Technologieschema Funktionsplan in AS Analysieren Sie den Funktionsplan und beantworten Sie die Fragen. a. Welche Aktionen werden im Schritt 3 ausgeführt? Nichtspeichernd Magnetventil 2 auf und speichernd Rührer ein. b. Wie würde sich ein Fehler im Füllstand-Sensor FS1 (ein Schließer) auswirken? Immer offen: Schritt 3 kann nicht aktiv werden, MV1 bleibt offen und die Pumpe bleibt eingeschaltet. Immer geschlossen: MV1 wird nicht geöffnet, da Schritt 2 nur ein CPU-Zyklus lang aktiv ist. Nach dem Start werden sofort die Pumpe, MV2 und der Rührer einschalten bis der FS2 erreicht ist. c. Die Anlage befindet sich im Schritt 3, der Taster S1 wird kurz betätigt. Welche Auswirkungen hat dies? Begründen Sie Ihre Antwort. Keine, erst wenn Schritt 1 aktiv ist, kann mit dem Taster S1 in den Schritt 2 geschaltet werden. d. Weshalb ist die Aktion Pumpe eine speichernde Aktion? Weil sie über mehrere Schritte eingeschaltet sein soll. 10

8 14 Wortverarbeitung, Datentypen und arithmetische Funktionen 14.1 Datentypen, Codierung, Zähler, Vergleicher Positionieren Auftrag 1 Wie sieht das Bitmuster an den Eingängen und am Ausgang aus? IW0 2# 1001_0001_1111_0101 XOR IW4 2# 0001_0111_1010_1000 MW0 2# 1000_0110_0101_1101 Das Bit 0 des Eingangsworts IW4 ist über die Adresse I 5.0 ansprechbar. Auftrag 2 Vergleichen und interpretieren Sie die Bitstrukturen des CV- und CV_BCD-Ausgangs eines S7-Zählers. Verändern Sie den Vorgabewert PV und füllen Sie die Tabelle aus. MW0 MW0 MW2 IW0 PV C#18 C#255 C#256 C#356 MB0 MB1 MB0 MB1 MB2 MB3 CV CV CV_BCD _ _ _ _ # #00FF 16# # _ _ _ _ Auftrag 3 Ein Förderband soll bei Betätigung des Start-Tasters im Eilgang zunächst zum Referenzpunkt (0-Punkt) B1 fahren, ab hier einen Weg von 14 cm und dann im Schleichgang weitere 8 cm zurücklegen. An diesem Punkt stoppt das Band für 5 s, um dann zum Referenzpunkt zurück zu fahren. Mit einem Stopp-Taster kann jederzeit angehalten werden. Die Wegmessung erfolgt über den fotoelektrischen Inkrementalgeber B2. Ergänzen Sie den Grafen nach IEC um daraus das Programm zu entwickeln. Überlegungen für die Bewertung und Präsentation des Projekts in Stichworten: BYTE, WORD, DWORD, 2#, 16#, WORD-Operationen, BCD-Code, INT, DINT, Datentypenumwandlung, Inkrementalgeber, Absolutwertgeber, Referenzpunkt, Binär-, Gray-Code 11

9 14 Wortverarbeitung, Datentypen und arithmetische Funktionen 14.2 Übung: Zähler, Vergleicher Ampelsteuerung Sie erhalten den Auftrag eine Ampelanlage, für einen Fußgängerübergang, zu projektieren. Die Lampen in den Ampeln werden abhängig vom Zählerstand geschaltet. 1. Zunächst unabhängig vom Tag/Nachtschalter. 2. Im Nachtbetrieb (Tag/Nacht-Schalter ein) blinkt die gelbe Autoampel mit 0,5 Hz. Hilfen finden Sie auf der CD aus Ihrem Arbeitsheft. Ordnen Sie in der Tabelle den Zählwerten die Ausgangswerte von Agruen bis Frot zu. Tragen Sie die Adressen ins Technologieschema ein. CV Agruen Agelb Arot Fgruen Frot Ergänzen Sie die Aussagen und die Programmausschnitte. 1. Der Zähler wird mit Hilfe eines Taktgebers hoch gezählt. Wie könnte der Taktgeber programmiert werden? Eine Zeitverzögerung, die sich selbst startet, wenn ihr Ausgang FALSE ist. 2. Wenn der CV > 6 ist, muss der Zähler zurückgesetzt werden. 3. Weshalb ist bei der Verwendung des S_CU und einem Vergleicher eine Datentypenumwandlung notwendig? Der Vergleicher benötigt am INx den Datentyp INT und nicht WORD. 4. Was beachten Sie bei der Programmierung der Ausgänge? Ein Ausgang darf nur in einem Netzwerk beschrieben werden. Stichworte: Zeitgeführte Ablaufsteuerung, Taktgeber, Datentypenumwandlung BCD-INT 12

10 14 Wortverarbeitung, Datentypen und arithmetische Funktionen 14.3 Datentypen, arithmetische Operationen Positionsberechnung Erweitern Sie das Programm POSITIONIEREN aus 14.1 mit dem Baustein FC2. Im Baustein soll ab dem Referenzpunkt die zurückgelegte Strecke der Palette in mm berechnet werden. Hilfen finden Sie auf der CD aus Ihrem Arbeitsheft. Berechnen Sie für eine Umdrehung = 20 Impulse bei einem Scheibendurchmesser = 6 cm den zurückgelegten Weg der Palette. 6 cm 3,14 = 18,8 cm/umdrehung Für einen Impuls ergibt sich ein Weg von 18,8 / 20 = 9,4 mm. Für die Berechnung des zurückgelegten Wegs, muss die Anzahl der Impulse mit 9,4 mm multipliziert werden. Dazu ist eine Gleit -punkt-funktion MUL_R notwendig. Ergänzen Sie den Programmcode und beantworten Sie die Fragen. FC2: Berechnung der Position Netzwerk 1: Datentypenumwandlung, berechnen der Position in mm Weshalb ist eine Datentypenumwandlung notwendig? Da das Ergebnis als Gleitpunktzahl (REAL) vorliegen soll, muss die Impulszahl, die eine Ganzzahl (INT) ist, umgewandelt werden, um sie mit 9,4 multiplizieren zu können. Begründen Sie, weshalb die Variable des Zählwerts aus dem FC1 nicht lokal deklariert werden darf. Der FC2 "POS_RECHNEN" kann auf Lokaldaten vom FC1 nicht zugreifen. Daher wird als Speicher für den Zählwert der Merkerbereich benutzt. Für die Variable Pos_mm ist als Speicherbereich ein Doppel-WORD im Speicher notwendig. Begründen Sie dies. Der Datentyp REAL belegt für seinen Wert 32 Bit = vier Byte = ein Doppel-WORD. Überlegungen für die Bewertung und Präsentation des Projekts in Stichworten: Gleitpunkt-Funktionen z. B. MUL_R, Datentypenumwandlung wie I_DI, DI_R, MW, MD, Lokal- und Globaldaten. 13

11 14 Wortverarbeitung, Datentypen und arithmetische Funktionen 14.4 Übung: Datentypen, arithmetische Operationen Thermoelement Ein Thermoelement vom Typ N, das in einem Behälter eingebaut ist, ist an einer SPS-Analogeingabebaugruppe angeschlossen. Die Baugruppe wandelt den Temperaturwert 270 C 1300 C in eine Zahl um und speichert diesen digitalisierten Wert im Peripheriespeicher. Der vorhandene FC1-Baustein rechnet den digitalisierten Wert wieder in um. Sie erhalten den Auftrag die Genauigkeit der Umrechnung zu erhöhen. Erstellen Sie dazu den Baustein FC2. Verwenden Sie die Programmelemente-Gleitpunktfunktionen. Hilfen finden Sie auf der CD aus Ihrem Arbeitsheft. Ergänzen Sie den Programmcode und schreiben Sie die Funktionen der Programmelemente auf. Die Variable OUT wurde als Durchgangsparameter IN_OUT deklariert, da sie vom Baustein beschrieben und gelesen wird. Variablen vom Datentyps INT belegen 16 Bit, die vom Typ REAL 32 Bit. Werte von #OUT bei unterschiedlichen #IN-Werten FC-Baustein FC1- mit Festpunkt-Funktionen FC2- mit Gleitpunkt-Funktionen #IN -> #OUT -> #OUT -> Erkenntnis: Mit Gleitpunkt-Funktionen kann der digitalisierte Wert genauer umgerechnet werden Überlegungen für die Bewertung und Präsentation des Projekts in Stichworten: Datentypen INT, REAL, arithmetische Operationen z. B. DIV_I, DIV_R, Umwandlungsfunktionen wie I_DI, DI_R, 2.7e+2 = 270.0, Analogeingang, Peripheriespeicher z. B. PIW256 14