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1 Übung -- d002_ampelsteuerung Übersicht: Der Steuerungsablauf für die Ampelanlage an einem Fußgängerübergang soll mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung für Tag- und Nachtbetrieb realisiert werden. Lehrziele: Anwendung von UND- bzw. ODER-Verknüpfungen, Zählern, Taktmerkern, Dezimales und Duales Zahlensystem. Quelle: SIEMENS AG, A&D - Fachhochschule Köln - Vorraussetzungen: Grundlagen zur SPS-Programmierung mit SIMATIC S7-300 (Anhang I, Kapitel 2.2, Zahlensysteme: Dezimalsystem, Duales Zahlensystem). Weiterhin: Grundlegende Programmierbefehle KOP/FUP/AWL in SIMATIC STEP 7 (Anhang III, Kapitel 2.1 bis 2.8, Kapitel 2.12: Taktgeber, Kapitel 2.13: Zähloperationen) Zeitaufwand: Schwierigkeit: Seite 1 von 6

2 Funktionsbeschreibung: Die automatische Steuerung des nachfolgend abgebildeten Fußgängerüberwegs erfolgt in den Betriebsarten: Tag- bzw. Nachtbetrieb. Tagbetrieb: Die Ampelschaltung läuft automatisch ab, dabei wiederholt sich ständig ein eingestellter Schaltzyklus. Das Durchschalten der Ampeln (rot, gelb, grün) Ampeln innerhalb eines Schaltzyklus ist im folgenden Impuls- Zeitdiagramm dargestellt. Zur Zeitvorgabe für das Durchschalten wird ein Zähler verwendet. Die Taktfrequenz ist durch einen Taktmerker realisiert. Die angenommene Taktfrequenz des Taktmerkers (siehe Anhang I Merker bzw. Anhang III Taktmerker) beträgt 0,5 Hz. Hinweis: Für die Taktfrequenz ist ein interner Taktmerker der CPU zu verwenden. Er muss in der Hardwarekonfiguration bei den Eigenschaften der CPU voreingestellt werden. Seite 2 von 6

3 Nachtbetrieb: Das Umschalten von Tag- auf Nachtbetrieb erfolgt mit Schalter S0. Dabei wird der Schaltzyklus des Tagbetriebes sofort unterbrochen (Zähler ohne Bedeutung) und die gelbe Signallampe der Autofahrerampel mit 0,5 Hz in Blinkschaltung (entsprechend des Taktmerkers) betrieben. Hinweis: Für die Taktfrequenz ist ein interner Taktmerker der CPU zu verwenden. Er muss in der Hardwarekonfiguration bei den Eigenschaften der CPU voreingestellt werden. Die nachfolgende Abbildung zeigt die Grobstruktur der Steuerung. Verwenden Sie für Ihre Programmierung ebenfalls das Merkerbyte 100 (MB100) als Taktmerkerbyte, wobei M für die vorgegebene Taktfrequenz (f) von 0,5 Hz (Periodendauer T = 2 Sek.) steht. Entsprechend der Taktvorgabe von M100.7 (siehe dazu auch Impuls-Zeitdiagramm) wird ein Zähler inkrementiert. Je nach Wert des Zählers (Codierung) werden die Lampen der Ampeln angesteuert. Der Schalter S0 dient zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten von Tag- und Nachtbetrieb. Seite 3 von 6

4 Aufgabenstellung: Erstellen Sie ein STEP-7-Programm, dass die geforderten Funktionen erfüllt. Gehen Sie dabei schrittweise vor: Erstellen Sie eine Wertetabelle (Info). Verwenden Sie für jede Zuweisung an einen Merker oder Ausgang ein separates Netzwerk (damit auch die Darstellungen in KOP bzw. FUP möglich sind). Legen Sie, sofern nicht schon voreingestellt, das Taktmerkerbyte MB 100 in der Hardwareprojektierung fest (Bit 8 liefert den geforderten Takt von 0,5Hz). Siehe dazu auch Anhang III, Seite 21: Taktgeber. Beginnen Sie mit der Zählerprogrammierung: Vorwärts zählen, Rücksetz- und Setzbedingungen des Zählers, Ausgabe des Zählerstands auf AB1 (binär). Ampelfarbe Rot, Fahrzeuge: Entnehmen Sie der von Ihnen erstellten Wertetabelle die zur Ampelfarbe Rot gehörenden Schaltfunktionen. Schreiben Sie die einzelnen Terme untereinander. Prüfen Sie, ob eine Variable mit gleichem Signalzustand in jedem Term enthalten ist. Wenn ja, in welcher Form treten die restlichen Variablen in den Termen auf?? Ampelfarbe Gelb, Fahrzeuge: Entnehmen Sie die zugehörigen Schaltfunktionen aus der Wertetabelle und schreiben Sie diese wieder untereinander. Prüfen Sie wieder, ob eine Variable mit gleichem Signalzustand in jedem Term enthalten ist und klammern Sie diese aus. Versuchen Sie die entstandene Funktionsgleichung weiter zu vereinfachen. Ampelfarbe Grün, Fahrzeuge: Müssen hierfür die zugehörigen Schaltfunktionen der Wertetabelle unbedingt ausgewertet werden? Ampelfarbe Rot, Fußgänger: Übernehmen Sie die zugehörigen Schaltfunktionen in ein K-V-Diagramm und übertragen Sie das Ergebnis in ein STEP 7-Programm. Ampelfarbe Grün, Fußgänger: Siehe Ampelfarbe Grün, Fahrzeuge. Haben Sie für die einzelnen Ampelfarben den Nachtbetrieb berücksichtigt? Falls nicht, überlegen Sie an welcher Stelle der einzelnen Netzwerke Sie diese Bedingung noch integrieren müssen. Zuordnungsliste: OPERAND SYMBOL KOMMENTAR E0.0 S0 Tag/Nachtschalter ("1"-Signal für Nachtbetrieb) A0.0 H1 Auto - Rot A0.1 H2 Auto - Gelb A0.2 H3 Auto - Grün A0.3 H4 Fußgänger - Rot A0.4 H5 Fußgänger - Grün A1.0 ZW1 Zähler Wert 1 A1.1 ZW2 Zähler Wert 2 A1.2 ZW4 Zähler Wert 4 A1.3 ZW8 Zähler Wert 8 Z1 Zykluszähler M2.0 Rücksetzen Zähler M100.7 Taktmerker (0,5 Hz) Seite 4 von 6

5 SPS-Schema: Die nachfolgenden SPS-Anschlussschemen zeigen den Anschluss der Ampeln, des Betriebsartenwahlschalters und die Ausgabe des Zählerstandes (binär). Seite 5 von 6

6 Infos: Da die einzelnen Leuchtphasen der Ampeln vom Zählerstand des Zykluszählers (Z1) abhängig sind, empfiehlt es sich, eine Wertetabelle zu erstellen. Die Darstellung des Zählerstands erfolgt binär mit den Ausgängen A1.0 (2º), A1.1 (2¹), A1.2 (2²) und A1.3 (2³). Vervollständigen Sie daher nachfolgende Tabelle mit Hilfe des Impuls-Zeitdiagramms. Zur Reduzierung der Schreibarbeit (z. B.: Anwendung von K-V-Diagramm, Funktionsgleichung) wird für die Zählerbits von AB1 nachfolgende Festlegung getroffen: A 1.0 = A A 1.1 = B A 1.2 = C A 1.3 = D Halten Sie den Programmieraufwand möglichst gering und überprüfen Sie daher, ob eine Funktion (eine Ampelfarbe) direkt aus anderen Funktionen (restliche zugehörige Ampelfarben) abgeleitet werden kann. Seite 6 von 6

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