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

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

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3 Vorwort Mithilfe der interaktiven CD-ROM und dem Ar - beitsheft zu den Lernsituationen aus dem Lernfeld Automatisierte Anlagen in Betrieb nehmen und instand halten Programmierung mit STEP 7 Teil 2, können Sie sich weiterführend in die Programmierung von Automatisierungssystemen mit STEP 7 einarbeiten. Die interaktive CD-ROM und das Arbeitsheft sind eine Fortführung der CD-ROM mit dem Arbeitsheft zu Lernsituationen aus dem Lernfeld Steuerungen für Anlagen programmieren und realisieren Programmierung mit STEP 7 (Teil 1). Die Nummerierung in diesem Arbeitsheft ist fortlaufend zum Arbeitsheft Teil 1. Da Programmieren mit STEP 7 nur am PC bzw. Programmiergerät möglich ist, wurden Projekte zu diesem Lernfeld und notwendige Hilfestellungen sowie virtuelle Anlagen auf einer CD-ROM zusammengestellt. Ein selbstständiges, eigenverantwortliches und ganzheitliches Lernen wird durch den Aufbau der CD-ROM mit praxisnahen Lernsituationen gefördert. Was behandeln die CD-ROM und das Arbeitsheft? Die Lernsituationen beinhalten: Betriebsarten und Ablaufsprache "GRAPH 7", Datentypen wie WORD, INT, REAL, Wort- und Analogwertverarbeitung, Sprünge, digitale Software-Regelungen, Netzwerke und Bussysteme wie AS-Interface, MPI-Bus, PROFIBUS, Profinet und Steuern eines Antriebs über einen Umrichter mit PROFIBUS-Anschluss. Sie programmieren und parametrieren mit STEP 7, nehmen Anlagen in Betrieb und verwenden die Diagnosemöglichkeiten von STEP 7, um Fehler einzugrenzen und zu beseitigen. Für wen wurde diese CD-ROM erstellt und das Arbeitsheft geschrieben? Für Auszubildende in den Ausbildungsberufen Elektroniker/in für Betriebstechnik Elektroniker/in für Automatisierungstechnik Mechatroniker/in Elektroniker/in Fachrichtung Automatisierungstechnik Elektroniker/in Fachrichtung Energie- und Ge bäudetechnik Für Schüler an Technikerschulen sowie Umsteiger von STEP 5 auf STEP 7. Welche Projekte sollten bearbeitet werden? Nach Möglichkeit sollten Sie die einzelnen Projekte in den Lernsituationen nacheinander bearbeiten, da sie meist aufeinander aufbauen. Steht Ihnen zu wenig Zeit zur Verfügung, so sollten Sie mindestens die Lernsituationen 14.1, 14.3, 18.1, 18.2, 19.2, 19.3, 19.5, 19.6 und 19.8 bearbeiten. Welche Voraussetzungen sind zur Bearbeitung der Projekte notwendig? 1. Software: Um die Projektbeschreibungen lesen zu können, muss auf Ihrem PC der Internetexplorer oder ein anderer Browser installiert sein. Achten Sie darauf, dass Javascript von Ihrem Browser ausgeführt werden kann. Um ein Programm erstellen und testen zu können, muss STEP 7 Professional von der Firma Siemens auf Ihrem PC installiert sein. Achten Sie darauf, dass eine PG/PC-Schnittstelle eingestellt ist (SIMATIC-Manager Menü Extras PG/ PC-Schnittstelle... z. B. PC-Adapter). Beachten Sie auf der CD-ROM den Link Technische Voraussetzungen. In Anlehnung an IEC sollte die Darstellung der Adressen für die Ein- und Ausgangsabbilder im SIMATIC-Manager, im Menü Extras Sprache die Mnemonik auf Englisch (International) gestellt werden. Für den Eingang E steht dann I (Input), für den Ausgang A steht dann Q (Output). Die Seiten zu den Lernsituationen (HTML-Seiten), auf denen die Projekte beschrieben sind sowie die Arbeitsblätter, sind entsprechend gestaltet. Um die Simulation der Anlage am Bildschirm beobachten und steuern zu können, muss auf Ihrem PC WinCC flexible von der Firma Siemens oder ProTool/Pro RT V6.0 SP2 installiert Bildungsverlag EINS GmbH 3

4 Vorwort sein. Für das Kapitel Anlagen visualisieren benötigen Sie WinCC flexible Advanced oder ProTool/Pro CS V6.0 SP2. 2. Hardware: Eine CPU, z. B. 314C-2DP, sowie Förderbänder usw. sind bis zur Lernsituation 19.3 nicht unbedingt erforderlich, da die Funktion des Anwenderprogramms am PC getestet werden kann. Dazu muss PLCSIM, ein Programmmodul für den SIMATIC- Manager, installiert sein. Dieses Modul ist in STEP 7 Professional enthalten. Ist WinCC flexible oder ProTool/Pro RT V6.0 SP2 installiert, so kann eine Simulation der Anlage auf dem PC-Bildschirm visualisiert und gesteuert werden. Die jeweilige Runtime-Datei finden Sie als Download auf der Lernsituation-Seite (HTML-Seite). Anlagenmodelle sind daher nicht erforderlich. Um die Projekte zu den Bussystemen durchführen zu können, ist Hardware erforderlich. Auf den jeweiligen HTML-Seiten ab 19.3 finden Sie die notwendigen Geräte aufgelistet. 3. Die interaktive CD-ROM und das Arbeitsheft Steuerungen für Anlagen programmieren und realisieren Programmierung mit STEP 7 (Teil1) ISBN bieten eine gute Einführung in das Thema. Sulzbach, im Frühjahr 2010 Karl Schmitt So arbeiten Sie mit der CD-ROM Wie gelangen Sie zur Startseite auf der CD- ROM? Legen Sie die CD-ROM ins Laufwerk ein, das Programm startet nach einigen Sekunden automatisch. Sollte auf Ihrem PC die Autostartfunktion abgeschaltet sein, öffnen Sie durch Doppelklicken den Arbeitsplatz und dann das CD-ROM Laufwerk. Doppelklicken Sie die Datei Start auf der CD-ROM. Es öffnet sich in Ihrem Browser die Startseite. Wie gelangen Sie zum Inhaltsverzeichnis? Klicken Sie den Link Inhaltsverzeichnis auf der Startseite an. Was finden Sie im Inhaltsverzeichnis? Außer den Links in der linken Spalte, über die Sie zu den Lernsituationen gelangen, sind in der mittleren Spalte stichpunktartig die angestrebten Kompetenzen beschrieben. In der rechten Spalte des Inhaltsverzeichnisses finden Sie Links zu Hilfe stellungen und den Selbsttest, den Sie nicht vergessen sollten. Wie gelangen Sie zu den Lernsituationen? Vom Inhaltsverzeichnis aus gelangen Sie über Links zu den HTML-Seiten auf denen die Lernsituationen beschrieben, Arbeitsaufträge erteilt, Hilfestellungen angeboten und Bilder und Animationen gezeigt werden. Sie finden Links: zu verwandten Themen, zu Tabellen mit technischen Daten, zu Katalogauszügen und zu einem Selbsttest, zu archivierten STEP 7-Projekten, die Sie weiter bearbeiten können, zur Visualisierung der Simulation der Anlage auf dem PC-Bildschirm. Weiterhin sind Hinweise zur Bearbeitung der Arbeitsblätter aus dem Arbeitsheft vorhanden. Die Schriftgröße der HTML-Seite können Sie durch klicken auf deren Überschrift verändern. Wie gelangen Sie zum Selbsttest? Am Ende einer Lerneinheit oder im Inhaltsverzeichnis finden Sie den Link. Sie sollten nie vergessen, den Test zu bearbeiten. Außerdem können Sie ein Memory-Spiel von der Selbsttestseite aus erreichen. Wie gelangen Sie zum Schlagwortregister? Im Schlagwortregis ter kön nen Sie nach Begriffen suchen. Sie erreichen es über das Inhaltsverzeichnis oder über das Bild oben rechts auf den HTML-Seiten zu den Lernsituation. Im Schlagwortregister können Sie ebenfalls die HTML-Seiten zu den Lernsituationen und Hilfestellungen öffnen. 4 Bildungsverlag EINS GmbH

5 Vorwort Wie können Sie Projektvorlagen für STEP 7 und WinCC flexible bzw. ProTool/Pro benutzen? Auf den HTML-Seiten zu den Lernsituationen finden Sie auch Links zu Dateien, die Sie herunterladen und als Vorlage benutzen können. Archiv-Dateien für den SIMATIC-Manager: 1. Den Link der Vorlage markieren und die rechte Maustaste klicken. Im sich öffnenden Kontextmenü den Punkt Ziel speichern unter und als Speicherort z. B. den Desktop im Listenfeld wählen. 2. Um die gespeicherte Archiv-Datei zu dearchivieren, öffnen Sie den SIMATIC-Manager über die Windows-Taskleiste und wählen Start, Simatic, SIMATIC-Manager. 3. Im SIMATIC-Manager wählen Sie die Archiv- Datei über Menü, Datei, Dearchivieren, um das dearchivierte Projekt zu öffnen und es zu bearbeiten. 4. Soll das Projekt auf eine reale SPS übertragen werden, so müssen Sie, falls die Hardware- Konfiguration mit der der realen SPS nicht übereinstimmt, die Konfiguration und die Adressen in der Symboltabelle anpassen. Beachten Sie: Werden die Ein- und Ausgangsadressen geändert, so ist eine Visualisierung mit der Vorlagedatei in WinCC flexible bzw. ProTool/Pro nicht mehr möglich. Prozessvisualisierung Wenn Sie ProTool/Pro installiert haben, können Sie über den Link mit der Endung *.fwd eine Runtime-Datei zur Visualisierung der virtuellen Anlage öffnen. Wenn Sie WinCC flexible Runtime installiert haben, laden Sie die Datei mit der Endung *.fwx herunter (linke Maustaste Ziel speichern unter...), speichern diese auf Ihrem Desktop und öffnen die Datei durch Doppelklicken. Im sich öffnenden Visualisierungsfenster können Sie die Simulation der Anlage steuern. Sie finden den Link auf der HTML-Seite zu der jeweiligen Lernsituation. Wie können Sie die Animationen steuern? 1. Über Schaltflächen, die unter einigen Bildern auf den HTML-Seiten angeordnet sind, können dynamische Bilder erzeugt werden. Dazu muss Java-Script im Browser interpretiert werden können. Das Bild rechts zeigt solche Schaltflächen. 2. Der zeitgesteuerte Ablauf einer Bilderfolge auf den HTML-Seiten kann über die Tastatur mit den Tasten (Esc) und (F5) beeinflusst werden. 3. Verweilen Sie kurzzeitig mit der Maus über einem Bild, so werden weitere Informationen zum Bild angezeigt. Wie können Sie diese HTML-Seiten ausdrucken? Wählen Sie vor dem Ausdrucken folgende Einstellungen im Internetexplorer: 1. Im Menü Ansicht, Schriftgrad, Mittel aktivieren 2. Im Menü Datei, Seite einrichten Kopfzeileneinträge löschen, in der Fußzeile eventuell w&b&b Seite &p von &P eingeben und als Ränder links 12 mm, alle anderen 8 mm, als Orientierung A4 Hochformat. 3. Im Menü Datei, Druckvorschau ge wünschte Seiten drucken. Bildungsverlag EINS GmbH 5

6 Inhaltsverzeichnis 13 Programmieren in der Ablaufsprache mit S7-GRAPH Ablaufsprache S7-GRAPH, Betriebsarten Prägesteuerung 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 Wiederholungsfragen zu Kapitel Netzwerksysteme in der Automatisierungstechnik Industrielle Kommunikation, Netzwerke 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, verteilte "Intelligenz" Förderanlage Profinet-IO, Dezentrale Peripherie PROFINET CBA, Component Based Automation Bildungsverlag EINS GmbH

7 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. Bildungsverlag EINS GmbH 7

8 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: Tipp-Betrieb: Hand (manuell): Tragen Sie die Parameternamen des Schrittketten-Bausteins in die Tabelle ein. Parameter 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 Bildungsverlag EINS GmbH

9 13 Programmieren in der Ablaufsprache mit S7-GRAPH Ergänzen Sie die Aussagen 1. Eine permanente Operation im Schrittketten-Baustein wird pro OB1-Zyklus bearbeitet. 2. Der Wert des Ausgangsparameters PRAEGEN wird dann TRUE, wenn der Schritt aktiv wird und die zusätzliche Bedingung (condition) erfüllt ist, also der Wert vom Eingangsparameter FALSE ist. Der Aktionsblock PRAEGEN erhält die Operantenbuchstaben. 3. Ist die Supervision erfüllt, d. h. im Beispiel ist der Eingangsparameter länger als s TRUE, so wird der Ausgangsparameter (Sammelfehler) TRUE. Über den Eingangsparameter kann der Fehler quittiert werden. 4. Der Diagnosepuffer ist ein gepufferter in der CPU, der als Ringpuffer organisiert ist. Diagnoseereignisse sind in der Reihenfolge des abgelegt. Auftrag 3 Beantworten Sie die Fragen 1. Welche Aufgabe hat eine NOT-AUS-Einrichtung? 2. Was ist ein Lichtvorhang in der Automatisierungstechnik? 3. Was ist ein remanenter Speicher? 4. Wie soll die Steuerung nach einem Stromnetzausfall reagieren? Überlegungen für die Bewertung und Präsentation des Projekts in Stichworten: Bildungsverlag EINS GmbH 9

10 Wortverarbeitung, Datentypen und arithmetische Funktionen Datentypen, Codierung, Zähler, Vergleicher Positionieren Auftrag 1 Wie sieht das Bitmuster an den Eingängen und am Ausgang aus? IW0 2# XOR IW4 2# MW0 2# Das Bit 0 des Eingangsworts IW4 ist über die Adresse I 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. IW0 PV C#18 C#255 C#256 C# 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 zurückzufahren. Mit einem Stopp-Taster kann jederzeit angehalten werden. Die Wegmessung erfolgt über den fotoelektrischen Inkrementalgeber B2. MW0 MW0 MW2 MB0 MB1 MB0 MB1 MB2 MB3 CV CV CV_BCD _ _ # 16# 16# 16# _ Ergänzen Sie den Grafen nach IEC 61131, um daraus das Programm zu entwickeln. Überlegungen für die Bewertung und Präsentation des Projekts in Stichworten: 10 Bildungsverlag EINS GmbH