Antriebs- und Automatisierungstechnik I Vorbereitung Versuch SPS 2 Heiko Böhmer, Dipl.-Ing. Seite 1

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1 Heiko Böhmer, Dipl.-Ing. Seite 1 SPS-gesteuertes Pneumatiksystem Stand: Laborgruppe: Name Vorname Datum:... 1 Vorbemerkung Zur Versuchsvorbereitung benötigen Sie die Demo-Version der Software AUTOMATIONWORX Software Suite welche im Internet von der Firma Phoenix Contact ( bereitgestellt wird. 2 Versuchsziel Elektropneumatische Antriebe werden vor allem dort eingesetzt, wo nicht zu hohe Antriebsleistungen kostengünstig realisiert werden sollen und wo es auf Sauberkeit ankommt. Im Praktikumsversuch werden der elektropneumatische und der steuerungstechnische Teil (nicht aber der maschinentechnische Teil) einer typischen Fertigungsaufgabe, hier einer Bohreinrichtung, realisiert. Die Versuchsziele im einzelnen sind: - Überprüfung und Inbetriebnahme des Pneumatikteiles, - äußere Beschaltung der SPS, - Programmierung der SPS, - Inbetriebnahme des Gesamtsystems, Fehlerkorrekturen. 3 Versuchsaufbau Der maschinentechnische Teil habe den Aufbau gemäß Bild 1. Der Bohrer werde mit einem Druckluftmotor betrieben. Das Einlegen und Entnehmen des Werkstückes erfolgt von Hand so, dass keine Gefährdung durch den Klemmzylinder entsteht. Die Bohreinheit und die Werkstückaufnahme sind im Versuch nicht realisiert, aber die Zylinder und der Druckluftmotor sowie die binären Sensoren. Klemmzylinder NS3 NS2 NS1 NS5 DS NS4 Vorschubzylinder pneumatischer Bohrantrieb Werkstück Bild 1: Maschinentechnischer Teil mit Aktoren und Sensoren Die Sensoren NS1, NS2 und NS3 sind rollenbetätigte Grenztaster und dienen zur Festlegung der Bereiche, in denen Eil- und Vorschubgeschwindigkeit gefahren wird. Der Klemmzylinder ist einfachwirkend (Federrückstellung). Der Druckschalter (DS) gibt ein Signal, wenn das Werkstück mit dem eingestellten Druck geklemmt wird. Der Näherungssensor 4 (NS4) dient der Kontrolle darauf, ob bei ausgefahrenem Klemmzylinder ein Werkstück eingelegt ist. Der Näherungssensor 5 (NS5) kontrolliert, ob der Bereich in Bohrer- bzw. Druckluftmotornähe frei ist. Wenn einer von beiden Näherungssensoren anspricht, soll das System sofort in den Grundzustand gehen. Unter normalen Betriebsbedingungen (NS4 und NS5 sprechen nicht an) haben die Ausgangsgrößen der drei Aktoren die Zeitverläufe in Bild 2.

2 Heiko Böhmer, Dipl.-Ing. Seite 2 Bild 2: Weg-Schritt-Diagramme der Aktoren, Schaltpunkte der binären Sensoren NS3 NS2 NS1 VW... Wegeventil Y... Magnet Y3 1 0 VWB Y Y2 VWA NS5 DS Y4 1 0 Y5 1 0 VWC NS4 VWD Bild 3: Pneumatischer Funktionsschaltplan (mit Sensoren)

3 Heiko Böhmer, Dipl.-Ing. Seite 3 Es ist zu erkennen, dass der Klemmzylinder und der Motor nur die Zustände Ein und Aus haben, der Vorschubzylinder aber die Zustände Halt, Eilvorlauf, Arbeitsvorschub und Eilrücklauf. Ein pneumatischer Funktionsschaltplan zur Realisierung dieser Funktionen ist in Bild 3 dargestellt. Anmerkung: Das Wegeventil VWB könnte ein 2/2-Wegeventil sein, da es nur eine Auf/Zu-Funktion zu erfüllen hat. Da aber weder ein 2/2- noch ein geeignetes 3/2-Wegeventil vorhanden war, wurde ein 5/2-Wegeventil für VWB eingesetzt. 4 Aufgaben zur Versuchsvorbereitung a) Beantworten Sie die Standardfragen aus Abschnitt 5. b) Machen Sie sich die in Bild 4 gegebene Beschaltung der SPS klar. IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 %I5.0 %I5.1 24V IN1.. IN8 Local Input OUT1.. OUT4 Local Output OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 %Q7.0 %Q7.1 GND T0 Start Stop DS %I5 Interbus Input %Q7 Interbus Output K1 K2 K3 K4 K5 NS1 NS2 NS3 NS4 NS5 ILC 150 ETH L1 Bild 4: Äußere Beschaltung der SPS Gehen Sie dabei davon aus, dass alle binären Sensoren Spannungen von 0V (Ruhezustand) bzw. 24V (Sensor aktiv) als Ausgangsgrösse zur Verfügung stellen, damit also direkt an die SPS-Eingänge gelegt werden können. Die Ventilansteuerungen sind über Relais zur Leistungsverstärkung zu realisieren. Das Relais K1 soll dazu den Magneten Y1 zuschalten usw. bis K5 und Y5. Der Taster Start soll die Ablaufsteuerung starten. D.h. der Initialschritt wird verlassen und die Schritte werden entsprechend Ihrem Ablauf abgearbeitet. Vom elften Schritt wird wieder zum ersten verzweigt. Über den Taster Stop soll der automatische Ablauf in der Art unterbrochen werden, dass die Steuerung im Initialschritt das erneute Betätigen des Tasters Start abwartet. Die Betätigung des Tasters T0 soll zu jedem Zeitpunkt die Rückkehr zum Grundzustand (Initialschritt) erzwingen. Die Lampe L1 soll angesteuert werden, wenn der Ablauf gestartet wurde. Bei Betätigung des Tasters Stop soll die Lampe sofort gelöscht werden. c) Erarbeiten Sie die Verschaltung der Magneten Y1 bis Y5 (Stromlaufplan). Zur Versorgung steht ein von der SPS getrenntes 24V-Netzteil zur Verfügung. Denken Sie daran, daß das gleichzeitige Betätigen der Magneten Y1 und Y2 in der äußeren Beschaltung zu verriegeln ist. Zusätzlich ist ein NOT-AUS-Schalter mit zu verschalten.

4 Heiko Böhmer, Dipl.-Ing. Seite 4 d) Machen Sie sich mit dem Programm PC Worx vertraut. Legen Sie als erstes ein neues Projekt an (Menü Datei\Neues Projekt...). Verwenden Sie eine SPS vom Typ RFC 430 ETH IB, da nur für Steuerungen mit x86-cpu die Simulation zur Verfügung steht. Zur Programmierung und Projektierung des Steuerungssystems gibt es in PC Worx drei wichtigen Ansichten (IEC-Programmierung, Buskonfiguration, Prozessdatenzuordnung) zwischen denen entsprechend Bild 5 gewechselt wird. Bild 5: Umschaltung der Ansichten in PC Worx Legen Sie für die Sensor- und Aktor-Signale entsprechend Bild 4 globale Variablen an. Da in der Simulation die lokalen Ein- und Ausgänge der SPS nicht zur Verfügung stehen, sind für alle I/O-Signale Variablen im Abschnitt 'Default' des Arbeitsblattes Global_Variables anzulegen. Diese sind erst danach mit konkreten Interbus-IOs zu verknüpfen sind. Dazu ist zunächst entsprechend Bild 6 digitale Interbus-I/O-Module an die SPS anzuschließen. Bild 6: Einfügen von Interbus-I/O-Modulen

5 Heiko Böhmer, Dipl.-Ing. Seite 5 In der Ansicht Prozessdatenzuordnung können nun per 'drag and drop' die Variablen aus dem Abschnitt 'Default' mit Interbus-Prozessdaten verknüpft werden. e) Ermitteln Sie aus dem Weg-Schritt-Diagramm in Bild 2 und dem pneumatischen Funktionsschaltplan in Bild 3 den Ablauf der Steuerung. Nutzen Sie die folgende Tabelle, um die Zustände aller Magneten bei jedem Schritt sowie die Weiterschaltbedingungen zu dokumentieren. Beachten Sie, dass neben den 11 Ablaufschritten der Initialschritt zu programmieren ist. Schritt Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Beschreibung Weiterschaltbedingung 0 Initialschritt: Vorschub einfahren, Klemmzylinder aus 1 Run = TRUE Eilvorlauf NS2 = TRUE f) Programmieren Sie eine Ablaufkette ohne die Detallierung der Schritte und ohne Einbeziehung von NS4 und NS5. Legen Sie dazu eine neue POE in der Sprache AS an. Die Weiterschaltbedingungen ergeben sich durch die Signalzustände der Sensoren und die Zeitverzögerungen (Bild 2). Bild 7 zeigt, wie die ersten Aktionen und Transitionen programmiert werden könnten. g) Vervollständigen Sie nun Ihr Steuerungsprogramm. Dazu ist zunächst die Detallierung der Aktionen zu programmieren. Die Ausgänge sind entsprechend dem gegebenen Weg-Schritt-Diagramm zu setzen. Die Zeitverzögerungen sollen zwei Sekunden betragen, in Schritt 11 acht Sekunden. Abfragen von Eingängen, die unabhängig von der Ablaufsteuerung immer durchgeführt werden sollen, können in die POE Main programmiert werden, welche automatisch beim Erstellen des Projektes angelegt wurde. Beispielsweise kann ein Run-Speicher angelegt werden, der die Taster Start und Stop abfragt (Bild 8).

6 Heiko Böhmer, Dipl.-Ing. Seite 6 Bild 7: Programmbeispiel für die ersten Schritte der Ablaufsteuerung Bild 8: Run-Speicher Fügen Sie eine Programm-Instanz Ihrer Ablaufsteuerungs-POE in die Task Default ein. Übersetzen Sie Ihr Programm (Menü: Code\Projekt neu erzeugen). Aktivieren Sie die Simulation (Bild 8) und testen Sie Ihr Programm (Menüpunkte Online\Debug, Online\Projektkontrolle...).

7 Heiko Böhmer, Dipl.-Ing. Seite 7 Bild 9: Aktivierung der Simulation 5 Standardfragen a) In welchem Druckbereich arbeitet ein Industrie-Pneumatiksystem? b) Welche Vor- und Nachteile hat die Pneumatik? c) Welche Gruppen von Ventilen gibt es? d) Welche Unterschiede bestehen zwischen Verknüpfungs- und Ablaufsteuerung? e) Was sind wichtige Regeln und Bestimmungen für die Steuerungssicherheit? f) Welche Sprachelemente bietet die Ablaufsteuerung (AS) nach IEC ? g) Welche Mittel bietet die AS für eine zeitgeführte Steuerung?