Titelblatt Relais und Schütz SPS und LOGO

Transkript

1 Titelblatt Relais und Schütz SPS und LOGO

2 Inhaltsverzeichnis Erster Teil: Relais und Schütz...3 Einstiegszenario: Wann wird eine Schütz oder ein Relais benötigt?...3 Wie funktioniert ein Relais?...4 Anschlüsse:...5 Schütz und Relais: die Unterschiede...5 Verschiedene Varianten von Schützen...5 Ein gutes Team: Schalter und Steuerung...6 Zweiter Teil: SPS und LOGO!...7 Was ist eine SPS und wozu braucht man sie?...7 Funktionsweise und Einsatzzweck...7 Interaktion mit dem Computer...9 Siemens LOGO!...9

3 Erster Teil: Relais und Schütz Einstiegszenario: Wann wird eine Schütz oder ein Relais benötigt? Um starke Ströme zu schalten, wie sie zum Beispiel von Motoren, Heizungen oder Autoscheinwerfern benötigt werden, benötigt man große Schalter mit massiven Kontakten. Zu kleine Schalter könnten sich durch die Funken zerstören, die beim Schalten entstehen. Ebenso müsste die Hauptleitung direkt am Schalter liegen, was nicht immer möglich und manchmal auch gefährlich ist. Nehmen wir nochmal das Scheinwerferbeispiel. Am Amaturenbrett der heutigen Autos ist wenig Platz. Es wäre technisch schwer realisierbar dort einen großen Schalter einzubauen, der direkt am Stromkreis des Scheinwerfes hängt. Daher findet das Schließen des Stromkreises über einen Fernschalter statt. Wenn wir den Scheinwerferknopf betätigen, wird ein Stromkreis mit einer geringen Spannung (der Steuerstromkreis) geschlossen. Durch diesen Stromkreis wird der Fernschalter aktiviert, welcher dann den Stromkreis für den Scheinwerfer schließt. Fernschalter werden natürlich nicht nur von Menschen betätigt. Vielmehr ermöglichen sie, dass Maschienen sich untereinander steuern können. Ein Computer kann so z.b. die Zentralheizung steuern und automatisch für eine angenehme Temperatur sorgen. Auch im Unterricht sahen wir ein Beispiel: Der Motor konnte automatisch abgeschaltet werden, sobald er zu heißt wurde. Ein Relais ist ein solch ein Fernschalter und die Schütz, wie wir sie im Unterricht kennen gesehen haben, ist eine besondere Unterart. Daher werden wir zunächst auf die Funktionsweise des Relais eingehen und anschließend den Unterschied zur Schütz erläutern.

4 Wie funktioniert ein Relais? Ein Relais ist ein elektromagnetischer Fernschalter. Um die genauere Funktionsweise zu verstehen sehen wir folgende Bilder an: Die Kontakte zwischen Verbraucher und Starkstrom sind zunächst getrennt. Der Verbraucher bekommt also keinen Strom und ist aus. Wenn wir nun den Steuerstrom (links) einschalten, fließt Strom durch die Spule und der Elektromagnet lädt sich magnetisch auf. Der Eisenanker wird dadurch an der Spitze von dem Elektromagnet anzogen und schließt somit links die Starkstromkontakte. Der Verbraucher ist jetzt an. Ein Relais benötigt also nur eine geringe, ungefährliche Leistung, um aus sicherer Entfernung einem Verbraucher die Starkstromzufuhr einzuschalten.

5 Anschlüsse: Anschlüsse des Relais: An einem Relais befinden sich Anschlüsse für Spulen, Schließer und Öffner. Schließer sind Kontakte, die sich bei angelegter Spannung schließen. Öffner hingegen sind Kontakte, die sich bei angelegter Spannung öffnen. Die Anschlüsse für die Spule werden mit A1,A2 gekennzeichnet, die Anschlüsse für die Öffner mit 11,12 und die Anschlüsse für die Schließer mit 13,14. Bei mehreren Spulen werden die Anschlüsse mit A3,A4 usw. gekennzeichnet. Wenn für weitere Öffner und Schließer Anschlüsse angebracht sind, werden diese mit 21,22 bzw. 23,24 usw. gekennzeichnet, wobei die 1 und 2 bzw. die 3 und 4 an der 2. Stelle immer für Öffner bzw. Schließer steht. Schütz und Relais: die Unterschiede Der Unterschied zwischen einem Schütz und einem Relais besteht im Wesentlichen darin, dass ein Schütz für höhere Leistungen benutzt wird. Schütze besitzen einen Zuganker (anstelle des Kippankers beim Relais), welches eine höhere Schaltleistung benötigt, allerdings können so höhere Starkstromleistungen gesteuert werden. Verschiedene Varianten von Schützen Es gibt verschiedene Arten von Schützen. Grundlegend unterscheidet man zwischen Leistungsschützen (Schütze mit hoher Schaltleistung) und den Hilfsschützen. Diese dienen zum Ansteuern der Leistungsschützen oder Anzeigelampen. Weiterhin unterscheidet man noch E-Schütze und Ü-Schütze: E-Schütze haben genormte Schaltkontakte. Es öffnen sich zuerst die Öffner und dann schließen sich die Schließer. Daher gibt es keinen gleichzeitigen Kontakt. Ü-Schütze werden vor allem in Sicherheitsschaltungen verwendet. Bei Schützen kann es passieren, dass die Kontakte durch hohen Verschleiß zusammenschmelzen und das Relais so nicht mehr funktioniert. Der Stromkreis ist dann dauerhaft geschlossen und ein angeschlossener Motor würde einfach weiterlaufen. Bei der Ü-Schütze gibt es einen überlappenden Öffner und einen überlappenden Schließer. Wenn ein Kontakt kleben bleibt, kann die Ü-Schütz den Stromkreis weiterhin schließen. Neben den verbreitetet Luftschützen gibt es auch Vakuumschützen. Bei dieser befinden sich die Schaltkontakte in einem Vakuum. Somit kann nahezu kein Abbrand auf den Schaltkontakten entstehen. Theoretisch verfügen Vakuumschützen über eine unendliche Lebensdauer

6 Möchte man empfindliche Steuerelektronik schützen kann man auch eine Schutzbeschaltung anbringen: Bei Wechselstromschützen wird dazu in der Regel ein Wiederstand und ein Kondensator in Reihe geschaltet über den beiden Spulenanschlüssen angebracht. Bei Gleichstromschützen, die z.b. beim Einsatz einer SPS (dazu später mehr) verwendet werden, wird eine Freilaufdiode verbaut. Das ist eine Unterart der Schutzdiode. Ein gutes Team: Schalter und Steuerung Wie wir schon in der Einleitung beschrieben haben, eignet ein Fernschalter wie die Schütz sich gut um von einer Maschine angesteuert zu werden. Wenn ein bestimmtes Ereignis eintritt, kann eine Steuerung die Schütz benützen um zum Beispiel einen Motor einzuschalten oder ein Licht leuchten zu lassen. Und damit kommen wir zum zweiten Teil unseres Referats. In diesem werden wir euch die SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) und die LOGO! Steuerung näher bringen, welche die Schütz verwenden können.

7 Zweiter Teil: SPS und LOGO! Was ist eine SPS und wozu braucht man sie? Die 1974 entwickelte und seitdem konstant weiterentwickelte SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) ist für die Regelung und/oder Steuerung von Maschinen und Anlagen verwendbar. Gegenüber den bisher gebräuchlichen und unflexiblen Relaissteuerungen, die die Umgestaltung einer bestehenden Anlage nur mit erheblichen Aufwand und technischen Anpassungen gestatteten, überzeugt eine SPS durch eine besonders hohe Anpassungsfähigkeit und ist somit für verschiedenste Aufgaben z.b. in der Fertigung und Produktion verwendbar. Zu den Hauptaufgaben einer SPS gehört die Visualisierung des Produktionsprozesses für den Endanwender Mensch und die Dokumentation der Aufgaben und auftretenden Ausnahmefälle, sodass bspw. immer nachvollzogen werden kann, welches Teil sich wann wo in der Fertigung befindet und welche Fehler dabei aufgetreten sind. Diese Informationen werden von Sensoren erfasst, die SPS sammelt diese und bietet die Möglichkeit, entsprechend auf Ereignisse und Fehler mit Hilfe von sog. Aktoren zu reagieren. Eine SPS kann programmiert werden und individuell ohne große mechanische Umgestaltung (wie zu Zeiten der Relais- Steuerung) auf Veränderungen im Produktionsprozess reagieren, wobei sie wie besagt auch noch eine Schnittstelle zum Anwender bietet, der mit Hilfe der SPS die komplette Fertigung "im Griff" hat. Funktionsweise und Einsatzzweck Eine SPS funktioniert in der Regel "zyklusorientiert". Das heißt, dass die in der SPS verbauten Logiksysteme nach vorher bestimmter und einprogrammierter Abfolge immer wieder gewisse Handlungsschritte durchführen. So kann eine SPS bspw. genau erfassen, welches Teil sich in der Produktion an welcher Stelle befindet und leitet die entsprechenden einprogrammierten Schritte wie das in Gang setzen eines Lackierroboters und seine Fahrwege ein, bevor das lackierte Teil anschließend auf dem Fließband weiterfährt und der Prozess von vorne mit einem neuen Stück beginnt. Eine SPS arbeitet nach dem bereits im Unterricht besprochenen EVA (Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe) - Prinzip. Dabei sind die Ein- und Ausgänge mit der SPS verdrahtet, was eine volle Interaktion der Steuerung mit allen Schritten der Produktion ermöglicht.

8 Wie oben bereits beschrieben, kann eine SPS im durch die Sensoren erkannten Fehlerfall entsprechende Routinen einleiten und den Endanwender darüber in Kenntnis setzen. Dieses IRS (Interrupt Service Routline) genannte Verfahren stoppt den Produktionsprozess, behebt nach einer vorher definierten Strategie eventuell auftretende Anomalien und setzt danach an der Stelle das eigentliche Programm fort, an der es verlassen wurde. Die zu solcher Flexibilität fähigen Steuerungen gelten als "ereignisgesteuert", da sie auf auftretende Ereignisse mit entsprechenden Aktionen reagieren. Weiterhin erlauben Steuerungen dieser Art auch die Vernetzung mit anderen IT-Anlagen und die Ausführung völlig unterschiedlicher Anwendungsaufgaben, wohingegen allerdings hochqualifiziertes Personal erfodert wird, um Programmierung und Bedienung der SPS zu koordinieren. Nicht sinnvoll sind solche Steuerungen trotz aller ihrer beschriebenen Vorteile in Bereichen, in denen der Aufwand zur Implementierung größer als der Nutzen ist. So wäre z.b. eine Aufzugssteuerung selbstverständlich auch per SPS realisierbar, allerdings fallen in diesem Andwendungsfall nur sehr wenige Ein- und Ausgangssignale an, die Steuerungsaufgaben können also über konventionelle Relais- Technik besser realisiert werden, da wenig Flexibilität erfordert wird (man baut ja

9 schließlich nicht einfach nochmal ein Stockwerk aufs Haus drauf). Weiterhin ist der Einsatz einer SPS für explosionsgefährdete Regionen zu riskant, man könnte die Steuerung zwar in einem versiegelten Behälter mit pneumatischen Signalen ansteuern und betreiben, dies würde allerdings wieder auf Kosten der Flexibilität gehen. Eine SPS gilt als besonders "manipulationssicher", was man von pur mechanischen Steuerungsmethoden nicht behaupten kann. Deswegen ist sie bspw. auch für Geldautomaten oder andere in anderen hochsensiblen Einsatzgebieten geeignet. Interaktion mit dem Computer Eine SPS kann mit verschiedenen Programmiersprachen (typspezifisch differierend) programmiert werden, jedoch sind teilweise auch Module für konventionelle Programmiersprachen wie C erhältlich. Somit sind Änderungen am Ablauf (wie besagt) softwareseitig schnell realisierbar. Weiterhin gibt es auch so genannte "Soft SPS"-Programme, die die Funktionsweise einer SPS auf einem normalen Home- Computer simulieren. Allerdings ist diese Alternative nur zu Testzwecken zu empfehlen und kann speziell in puncto Geschwindigkeit nicht mit der "Hardware-SPS" konkurrieren. Darüber hinaus sind auch so genannte "Slot SPS"-Einbaukarten existent, die mit einem SPS-Betriebssystem ein Stück näher an die "echte" SPS herankommen. Solch eine vollwertige SPS bietet eine Steuerung durchs Netzwerk oder Internet an, sodass der wartende Ingenieur evtl. nicht mal mehr vor Ort sein muss. Siemens LOGO! Die "Logo!"-SPS von Siemens ist eine so genannte "Kleinsteuerung" und hilft bei der Realisierung von weniger umfangreichen Projekten und Steuerungsaufgaben. Verglichen mit bisher gebräuchlichen Relais ist die Logo!-Steuerung relativ günstig (bei ebay neu für 83 ), allerdings auch in ihrem Funktionsumfang gegenüber Hochleistungssteuerungen mit mehr Ausgängen und einer geringeren Zykluszeit wie der Simatic S7 (~12000 ) weniger leistungsfähig. Für die Automatisierung kleinerer Prozesse wie das Ansteuern von Kompressoren, Hebebühnen, Förderbändern, Garagentorsteuerungen oder eine Schaufensterbeleuchtung bietet die Logo! aber ausreichend Leistung und Ausgänge an.