SCRIPT SPEICHERPROGRMMIERBARE STEUERUNGEN (SPS) VOLUME III

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1 SCRIPT SPEICHERPROGRMMIERBARE STEUERUNGEN (SPS) VOLUME III LEARNCHANNEL.DE

2 Inhalt 1. Parametrierbare Bausteine Analogverarbeitung Einführung, Begriffe Analoge Signale Einlesen analoger Signale Analogwerte normieren Anhang Vergleichsoperationen in der Step7 Programmiersprache Funktionsplan FUP Kapitel 4 - Seite 1

3 1. Parametrierbare Bausteine Sie wundern sich, wenn eine Variable einen Wert (0 oder 1), den Sie sich nicht erklären können? Die Ursache könnte daran liegen, dass es zu sogenannten Seiteneffekten kam! Beispiel OB 1 U I 1.0 = M Call FC1 FC 1 U I 2.0 S M U M100.0 = Q 0.0 Sie haben M in der FC 1 nicht gesetzt trotzdem geht Q0.0 auf logisch 1. Ursache dieses Seiteneffektes _ Abhilfe Erzeugung von Variablen, die nur innerhalb eines Programmmoduls erkannt werden. Man spricht auch von lokalen Variablen! Programmbausteine, die lokale Variablen beinhalten, nennt man auch parametrierbare Bausteine. Somit ist dieses Programmmodul völlig gekapselt und kann nicht von anderen Programmteilen beeinflusst werden. Trotzdem müssen weiterhin Werte (hier M 100.0) dem Programmmodul (hier FC1) übergeben werden. Dies geschieht mittels einer Parameterschnittstelle Parameterschnittstelle FC 1 Aktual- Parameter M100.0 Bool_Var Formalparameter Kapitel 4 - Seite 2

4 Bemerkung Dadurch, dass ein Programmmodul nur interne Variablen benutzt, ist diesse völlig `gekapselt`. Sie können diese für unterschiedliche Programme verwenden, ohne dass es zu unerwünschten Seiteneffekten kommen kann. Damit haben Sie ein bibliotheksfähiges Programmmodul geschaffen. Wie wird diese Parameterliste in S7 eingerichtet? Hier klicken Sie an, wenn Sie eine Eingangsvariable definieren wollen. Hier legen Sie den Variablentyp fest. Bild Parameterliste, bzw. auch als Deklarationstabelle bezeichnet einer Funktion (FC) Parametrierbarer Baustein Ein- IN... IN_OUT TEMP... STAT (nur FB) OUT gangs- daten Aus- gangs- daten Bild Demonstration des Begriffs Schnittstelle eines parametrierbaren Bausteins zu anderen Programmteilen Kapitel 4 - Seite 3

5 Folgende Variablen können Sie an dieser Software-Schnittstelle anlegen Variablentyp Funktion der Variablen IN OUT IN_OUT TEMP STAT von außen kommend (gelesen), im Baustein nicht änderbar Diese Variablen dienen zur Parameterübergabe beim Aufruf einer Funktion oder eines Funktionsbausteins. In der graphischen Darstellung stehen diese Variablen auf der linken seite des Baustein-Symbols. Es können nur Werte des deklarierten Datentyps übergeben werden. vom Baustein nauch außen geliefert (geschrieben) Mit diesen Variablen gibt der parametrierbare Baustein Informationen zurück. In der grafischen Darstellung stehen diese Variablen auf der rechten Seite des Baustein- Symbols. von außen kommend (gelesen), kann innerhalb des Bausteins geändert werden Mit diesen Variablen erhält der Baustein Eingangsinformationen und gibt diese ggf. geändert zurück. In der grafischen Darstellung stehen diese Variablen mit besonderer Kennzeichnung auf der linken Seite des Baustein-Symbols wie die Variablen des Typs IN. Zwischenspeicher ( Schmierzettel ) für temporäre Daten Eine tempräre Variable dient als Zwischenspeicher FC 3 ( Schmierzettel ), um Werte innerhalb eines Bausteins im Programmablaf von oben nach unten weiter zu geben (Prinzip erst schreiben, dann lesen ). Die information der TEMP-Variablen steht nach einem Programmzyklus im allgemeinen nicht mehr zur Verfügung. Funktionsbausteine (FB`s) besitzen ein Gedächtnis Funktionsbausteine erlauben neben temporären Variablen DB 3 (TEMP) auch statische lokale Variablen (STAT). Diese werden FB 3 in einem Instanzdatenbaustein (DB) verwaltet, so dass der Baustein über ein Gedächtnis verfügt. Die Daten bleiben so lange erhalten, bis diese mit neuen Werten überschrieben werden auch über Zyklen und Bausteinende hinaus Kapitel 4 - Seite 4

6 Übungsteil Verknüpfungssteuerungen (d.h. keine Schrittkette) Übung 2 Rechner für die Grundrechenarten Programmieren Sie nebenstehende Funktion FC1. Die Parameterliste soll wie zu sehen übernommen werden. Rufen Sie FC1 über OB1 auf. Übung 3 Betriebsartenteil Meist haben den gleichen Steuerunkasten, wie nebenstehend abgebildet. Sie haben zur Aufgabe, den Betriebsartenteil über einen parametrierbaren Funktionsbaustein zu programmieren. Der Vorteil ligt darin, dass Sie diesen Betriebsartenteil für andere, eventuell mit geringfügigen Änderungen, übernehmen können Steuerung Ein Aus Auto Tipp Reset Start Stop Tipp Kapitel 4 - Seite 5

7 Lösungen Lösung zu Übung 3 Rechner Kapitel 4 - Seite 6

8 Übungsteil Ablaufsteuerungen Für lineare Ablaufketten kann wegen des gleichartigen Schrittaufbaus eine standardisierte Lösung verwendet werden. Da hier die Schrittnummer bei jedem Programmzyklus nicht verloren gehen darf, muss ein Funktionsbaustein (FB) mit angegliederten Instanzdatenbaustein (DB) verwendet werden. Bei Aufruf des Bausteins im OB 1 müssen nur noch die Transitionsbedingungen angegeben werden. Der standardisierte Baustein kann keine Befehlsausgabe enthalten, da diese aufgabenabhängig ist. Der Bausteinausgang SR gibt jedoch die aktuelle Schrittnummer aus. Ein aufgabenabhängig programmierter Befehlsausgabebaustein FC muss die aktuelle Schrittnummer des FB s auswerten und die Befehlsausgabe ausführen können. Übung 4 Ablaufsteuerung für Anlage Rollenrutsche 0 1 1B2 Grundstellung Λ Starttaste betätigt S 1A1 ausfahren OB 1 1B2 DB 1 FB 1 EN T0_1 T1_2 SNr T2_3 2 S 2A1 ausfahren T4_0 RESET 3 2B2 S 1A1 einfahren FC 2 EN 4 1B1 2B1 S 2A1 einfahren SNr OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 1Y1 Kapitel 4 - Seite 7

9 FB 1 Funktionsbaustein für die Schrittkette DB 1 Instanzdatenbaustein FC 2 Funktion für die Ausgabe EN Freigabe (enable) T0_1 Variable für die Annahme der Transitionsbedingung von Schritt 0 nach 1. In dieser Transitionsbedingung ist das Signal Start mit auszuwerten. T4_0 Variable für die Annahme der Transitionsbedingung von Schritt 4 nach 0. RESET Variable für die Annahme eines Signals, um die Ablaufkette in die Grundstellung zu setzen. SNr Variable für die Ausgabe der aktuellen Schrittnummer (Integer) OUT Ausgang (binär) Anleitung zur Programmierung der Schrittkette Grundschritt #STEP 4 #T 4_0 & #RESET >=1 #STEP 0 SR S Beachten Sie Bei Betätigen der Reset-Taste muss die Schrittnummer definitiv auf den Wert 0 zurückgesetzt werden. R Q 0 MOVE EN OUT IN ENO #SN Die üblichen Schrittmerker 1 bis 4 programmieren Sie wie folgt #STEP 0 #T 0_1 & #STEP 1 SR S Beispiel Schritt 1 #STEP 2 #RESET >=1 R Q 1 MOVE EN OUT IN ENO #SN Ausgabe #Snr CMP ==I IN1 1 IN2 #En & #OUT1 = Kapitel 4 - Seite 8

10 Übung 5 Ablaufsteuerung für Anlage Prägestation Bei dieser Prägestation fährt der Prägezylinder aus und dann sofort wieder ein. Die Anzahl der Schritte bleibt gleich. Sie können also Programmmodul FB1 und FC2 ihrer vorherigen Übung übernehmen und entsprechend parametrieren. Prägezylinder Arretierzylinder Kapitel 4 - Seite 9

11 2. Analogverarbeitung 2.1. Einführung, Begriffe In einem Fertigungsprozess gibt es unzählige analoge Signale und Größen, die von der SPS verarbeitet werden müssen. Folgendes Schema erläutert den Zusammenhang Prozeß Analogeingabebaugruppe CPU Physikalische Größe MA Druck Temp. Durchfluß Drehzahl usw. Physik. Größe Genormtes Analogsignal MU ± 500 mv ± 10 V ± 20 ma ma usw. Analoges Stellglied MB- Modul ADU Ergebnis speicher PEW... PEW PEW... Analogausgabebaugruppe DAU PAW... PAW PAW... L PEW 256 T PAW 256 Bild Einsatz von Analogbaugruppen MA Die Messwertaufnehmer reagieren auf Veränderung der zu erfassenden Größe durch Längenausdehnung, Änderung der elektr. Leifähigkeit, etc. MU Messwertumformer wandeln oben genannte Veränderung in genormte Ausgangssignale, wie z.b V, ma, etc. Diese genormte Signale werden an die Analog-Eingabebaugruppe weitergeleitet. ADU Ergebnisspeicher Analogausgabe MB- Modul Für die Verarbeitung in der CPU müssen diese Analogwerte in digitale Form gebracht werden. Diese Aufgabe übernimmt der ADU (Analog/Digitalwandler) in der Analogbaugruppe. Das Wandlungsergebnis wird im Speicher angelegt und bleibt dort so lange erhalten, bis es von einem neuen Wert überschrieben wird. Der umgewandelte Analogwert kann mit der Ladeoperation L PEW... gelesen werden. Die vom Anwenderprogramm berechneten Analogwerte werden über die Transferoperation T PAW... zu einer Analog-Ausgabebaugruppe übertragen, wo ein DAU (Digital-Analog-Umsetzer) die Wandlung in ein genormtes Analogsignal vornimmt. Manche Syste verfügen über sogenannte Messbereichsmodule. Hier werden Messart und Messbereich eingestellt. Kapitel 4 - Seite 10

12 2.2. Analoge Signale Analoge Signale gibt es in der Automatisierungstechnik zu genüge. Beispiele hierfür sind Messungen für Dicke eines Werkstückes, Temperatur, Durchfluss, Drehzahl, etc.. Diese nichtelektrischen Größen werden mit Hilfe eines Messumformers in eine elektrische Größe (Strom oder Spannung) umgewandelt, um vom Analogeingang der SPS eingelesen werden zu können V Beispiel Die Werkstückdicke wird mittels eines Messpotentiometers gemessen und vom Analogeingang Ihrer SPS eingelesen. 0 V Über diesen Messumformer wird z.b. eine Dicke von 4 cm in einen Spannungsbereich von V umgewandelt. Bei einer gemessenen Dicke von 1cm würde dann der Messumformer einen Spannungswert von ca 2,5 V ausgeben. R 0 cm 1 cm 2,5 V V Analogeingang SPS 4 cm 0 V 10 V 2.3. Einlesen analoger Signale Werden analoge Größen mit einer SPS verarbeitet, so muss der eingelesene Spannungs-, Stromoder Widerstandswert in eine digitale Information umgewandelt werden. Diese Wandlung bezeichnet man als Analog - Digital - Wandlung (A/D- Wandlung). Je mehr Binärstellen hierbeifür die digitale Darstellung verwendet Wenn für einen Spannungsbereich V nur rein Bit zur Verfügung stände, kann man die Spannungsbereiche unterscheiden von V und +5 V Volt. Mt zwei Bits kann man schon vier Spannungsbereiche bilden / / / V. Die Auflösung kann mit folgender Gleichung berechnet werden 11 7,5V 10V Auflösung = Messbereich 2 n n = Anzahl der Bits V 7,5 V 2,5V 5V 00 0V 2,5V Abb. Auflösung eines 2-Bit-AD Wandlers? Wie groß ist die Auflösung eines 11-Bit AD-Wandlers? _ Kapitel 4 - Seite 11

13 Analogwerte werden als Wortinformationen in die SPS eingelesen bzw. ausgegeben. Der Zugriff auf diese Worte geschieht mit den Anweisungen L PEW x für Lade Analogeingangswort T PAW x für Transferiere Analogausgangswort Jeder Analogwert ( Kanal ) belegt ein Peripherieeingangs- bzw. Peripherieausgangswort. Das Format ist INT eine Integer- Ganzzahl. Die Adressierung der Ein- bzw. Ausgangsworte richtet sich nach der Baugruppen- Anfangsadresse. Die hier verwendete CPU313 DP hat einen integrierten Analogeingang, der die Default- Anfangsadresse 256 besitzt. Die Anfangsadresse jeder weiteren Analogbaugruppe erhöht sich je Steckplatz um 16. (Diese Default- Anfangsadresse kann in der Hardwarekonfigurationstabelle unter Detailansicht nachgesehen werden). Die Analogwerttransformation zur Weiterverarbeitung in der SPS (digitalisiert) ist bei Analogein- und Analogausgängen gleich. Der Spannungsbereich 0 bis 10V sowie der Stromwert 0 bis 20mA sehen die digitalisierten Wertebereiche für die von uns eingesetzetn Anaelogbaugruppen der Fa. Seiemens (SM 334) wie folgt aus Obere Grenze Max Spannungs bereich 11,7589 V 10,00 V dezimal Überlauf Übersteuerungsbereich 0 V Nennbereich Nennbereich Min - 10,00 V Untere Grenze 11,7589 V Übersteuerungsbereich Überlauf Kapitel 4 - Seite 12

14 2.4. Analogwerte normieren Diese digitalisierten Werte müssen häufig durch entsprechende Weiterverarbeitung in der SPS noch normiert werden. Normieren bedeutet bedeutet, den Integerwert, den ein analoger Wert zur Verfügung stellt, in eine Realzahl mit dem richtigen Wert darzustellen. Beispielweise sollte eine gemessene Spannung von 0-10 V einer Realzahl von entsprechen * V 5 V * V Analoges Signal 0 Signal digitalisiert 0 * normierter Wert Verwendung der Standardbibliothek Zum Normieren von Analogwerten gibt es in der Standardbibliothek unter den TI-S7-Converting Blocks die Funktion FC 105 `SCALE`. Die Parameterschnittstelle dieser von Siemens bereitgestellten Fuinktion ähnelt sehr Ihrer selbst geschriebenen Funktion. HI_LIM und LO_Lim sind die Grenzen des skalierten Bereichs. Bipolar ist `false, weil unser Messwert zwischen 0 10 V schwankt und somit kein Vorzeichenwechsel statfindet. OUT liefert den skalierten bzw. normierten Bereich als Real-Zahl zurück. Greifen Sie auf die Online-Hilfe zurück, um sich über die Funktion FC105 zu informieren. Kapitel 4 - Seite 13

15 Aufgabe 1 1. In diese Aufgbe sollen Sie eine Funktion FC 10 programmieren, die einen Wert von 0 bis 10V einliest (PEW256) und diesen normiert. Er liegt anfangs als GANZZAHL (16 Bit) vor und soll auf 0.0 bis 10.0 im Gleitpunktformat normiert und in dem Merkerdoppelwort MD10 abgespeichert werden. 2. Programmieren Sie eine Parameterschnittstelle! Übergeben werden soll das Prozesseingangswort PEW 256 an den Eingang IN, die obere Grenze des normierten Wertes (HI_LIM). Das Ergebnis der Normierung soll am Ausgang OUT abgegriffen werden können. Zusätzlich soll ein Enable-Eingang zur Verfügung stehen! 3. Erweitern Sie die Parameterschnittstelle um einen weiteren Eingang LO_LIM, um den Nullpunkt des normierten Signals frei zu wählen zu können. FC 10 E PEW 256 O EN IN e e000 HI_LIM LO_LIM OUT MD 10 Lösung in AWL In STEP7- Programmen wird zur Normierung auf die Rechenoperationen zurückgegriffen. Damit dies möglichst exakt erfolgen kann müssen die Werte zum Normieren noch in den Datentyp REAL umgewandelt werden, damit die Rundungsfehler minimal sind. L PEW 256 // Analogwert einlesen 0 bis 10 V entspricht 0 bis Ganzzahl (16 Bit) ITD // Wert von Ganzzahl (16 Bit) in Ganzzahl (32 Bit) umwandeln DTR // Wert von Ganzzahl (32 Bit) in Gleitpunktzahl umwandeln L e+4 // /R // Division mit Gleitpunktzahl L 1.000e+1 // *R // Multiplikation mit Gleitpunktzahl 10 T MD10 // normierter Wert 0.0 bis 10.0 im Gleitpunktformat Kapitel 4 - Seite 14

16 Aufgabe 2 Die Messung der Werkstückdicke erfolgt über ein Messpoti. Das analoge Messergebnis wird weitergegeben an einen Analogeingang der SPS. Ihre Aufgabe ist es, eine bibliotheksfähige Funktion zu schreiben, der Sie eine untere Toleranzgrenze und eine obere Toleranzgrenze übergeben können und als Ergebnis eine Entscheidung bekommen Werkstück ok bzw. Werkstück nicht ok. Bild Parameterschnittstelle der oben beschriebenen Funktion Kapitel 4 - Seite 15

17 3. Anhang 3.1. Vergleichsoperationen in der Step7 Programmiersprache Funktionsplan FUP In der Programmiersprache Funktionsplan FUP könne die beiden Eingänge IN1 und IN2 folgendermaßen miteinander verglichen werden == IN1 ist gleich IN2 < IN1 ist kleiner als IN2 <> IN1 ist ungleich IN2 >= IN1 ist größer als oder gleich IN2 > IN1 ist größer als IN2 <= IN1 ist kleiner als oder gleich IN2 Wenn einer dieser Vergleich die Aussage "True" (Wahr) ergibt, so hat das Verknüpfungsergebnis den Wert "1", in allen anderen Fällen den Wert "0". Negationen des Ergebnisses sind überflüssig, da dies durch die Verwendung eines anderen Vergleiches erfolgen kann (umgekehrte Vergleichsoperation). Folgende Symbolboxen stehen im FUP für das Vergleichen von 16 Bit Ganzzahlen zur Verfügung Folgende Symbolboxen stehen im FUP für das Vergleichen von 32 Bit Ganzzahlen zur Verfügung Folgende Symbolboxen stehen im FUP für das Vergleichen von 32 Bit Gleitpunktzahlen sprich reelle Zahlen zur Verfügung Kapitel 4 - Seite 16