SPS-Programmierung einer Mischanlage

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1 Fakultät für Informatik und Automatisierung Institut für Automatisierungs- und Systemtechnik Fachgebiet Automatisierungssysteme Prof. Matthias Althoff (JP) SPS-Programmierung einer Mischanlage

2 Inhaltsverzeichnis 1. ZIELSTELLUNG 2 2. GRUNDLAGEN AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE EINER SPS DIE NORM IEC PROGRAMMIERSPRACHEN PROGRAMMORGANISATIONSEINHEITEN (POE) VARIABLENARTEN VERWENDETE SOFTWARE OPENPCS SIPN-EDITOR SIEMENS SIMATIC STEP SIMATIC MANAGER SIMATIC KOP/AWL/FUP-EDITOR SIMATIC S7-GRAPH DER VERSUCHSAUFBAU VORBEREITUNG AUFGABE ZUR VORBEREITUNG DURCHFÜHRUNG AUFGABEN ANHANG FLUSSDIAGRAMM DES VERSUCHSAUFBAUS SYMBOLTABELLE 20 1

3 1. Zielstellung Dieses Praktikum dient zur Anwendung und Vertiefung der in der Vorlesung Automatisierungstechnik 1 vermittelten Kenntnisse zur Programmierung einer SPS mittels der Normsprachen der IEC-Norm Dazu steht ein Versuchsaufbau mit 3 Tanks zur Verfügung, dessen Aktoren und Sensoren über eine Siemens-SPS angesteuert und ausgelesen werden können. Ebenso wird der Umgang mit der weit verbreiteten Siemens- Software STEP 7 erlernt. Aufgabe ist die Realisierung einer Steuerung zum Mischen von Flüssigkeiten. Dabei werden die entworfenen Varianten erst als Petrinetz modelliert und dann zum Testen simuliert. Danach wird das Petrinetz in die Ablaufsprache der IEC überführt und mittels der Software Simatic Step 7 auf die Siemens-SPS übertragen. Schritt für Schritt wird der Funktionsumfang der Steuerung erweitert, bis die volle Funktionalität der Anlage genutzt wird. 2. Grundlagen 2.1 Aufbau und Funktionsweise einer SPS Eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) wird zur Steuerung oder Regelung einer Maschine oder Anlage eingesetzt. Hardwareseitig besteht sie aus den für einen Computer typischen Komponenten. Dazu gehören eine Stromversorgung, eine Zentraleinheit (CPU), EEPROM-Speicher, RAM-Speicher und verschiedene Ein-, Ausgangs- und Funktionsbaugruppen, sowie eine Schnittstelle zum Programmieren über einen PC. Die Bauform einer SPS kann sehr unterschiedlich sein, zum Beispiel als Steckkarte für den PC oder als Einzelgerät. Am gebräuchlichsten sind modulare Lösungen, wie bei der im Praktikum verwendeten Siemens ET200 S. Abbildung 1: Siemens ET200S 2

4 Die Software einer SPS besteht aus einem Echtzeitbetriebssystem und vorgefertigten Bausteinen, die verschiedene Grundfunktionen realisieren, wie z.b. Zeitfunktionen, Addierer, Multiplizierer. Die Anbindung einer SPS an eine Anlage erfolgt mittels Sensoren und Aktoren, die an die entsprechenden Ein- / Ausgangsbaugruppen angeschlossen werden. Die anliegenden Signale werden in analoge und digitale Signale unterteilt. Die Abarbeitung eines SPS-Programms erfolgt bei einem Großteil der SPS-Geräte zyklusorientiert. Nach Feststellung der Betriebsbereitschaft aller angeschlossenen Baugruppen werden alle Eingänge abgefragt. Danach wird das Anwenderprogramm gestartet und ermittelt aufgrund der anliegenden Eingänge die zu schaltenden Ausgänge. Nach Abschluss des Anwenderprogramms geht die Kontrolle wieder an das Betriebssystem über, welches die Ausgangsbaugruppen entsprechend ansteuert. Jetzt ist ein Zyklus abgeschlossen und ein neuer Zyklus wird gestartet. Neben den zyklusorientierten gibt es auch ereignisgesteuerte SPS, die alle eintretenden Ereignisse auflisten und in der Reihenfolge des Auftretens entsprechende Teile des Anwenderprogramms abarbeiten. Mit dem Programmieren von SPS befasst sich die im Folgenden beschriebene Norm. 2.2 Die Norm IEC Die Norm IEC befasst sich mit Grundlagen zu speicherprogrammierbaren Steuerungen einschließlich deren Peripherie, Programmier- und Testwerkzeugen. Der für dieses Praktikum relevante Teil sind die 5 Programmiersprachen, die in dieser Norm enthalten sind: Programmiersprachen Anweisungsliste (AWL) Die Anweisungsliste ist eine sehr maschinennahe Programmiersprache, ähnlich der Assemblerprogrammierung. Einzelne Anweisungen entsprechen den Arbeitsschritten, die bei der Abarbeitung des Programms von der CPU durchgeführt werden. Die Operatoren in AWL besitzen immer nur einen Operanden, deshalb ist die Strukturierung von Programmen nur sehr umständlich über Sprungbefehle zu realisieren. Die damit erstellten Programme belegen nur wenig Speicherplatz, was sich bei Speicherknappheit als Vorteil erweist. Ebenso lassen sich in AWL gut laufzeitoptimierte Programme erstellen. Viele Hersteller verwenden für ihre eigenen Programmiersprachen ebenfalls den Begriff AWL, obwohl sie nicht exakt mit der IEC übereinstimmen. Dies ist auch bei Siemens STEP 7 der Fall. Heutzutage verliert AWL auf Grund genannter Nachteile immer mehr an Relevanz. 3

5 Strukturierter Text (ST) Strukturierter Text ist eine höhere Programmiersprache, die im Gegensatz zu AWL durch ihren PASCAL-artigen Aufbau die Programmierung von Schleifen und bedingten Verzweigungen vereinfacht. Deshalb eignet sich Strukturierter Text gut für Formelberechnungen, komplexe Optimierungsalgorithmen oder die Verwaltung größerer Datenmengen. Durch ihre besseren Strukturierungsmöglichkeiten löst sie AWL immer mehr ab. Funktionsbausteinsprache (FBS) oder Funktionsplan (FUP) Bei der Funktionsbausteinsprache, die auch oft als Funktionsplan (FUP) bezeichnet wird, handelt es sich um eine grafische Programmiersprache. Sie nutzt die Logiksymbole der Booleschen Algebra zur Darstellung. Die Programmlogik lässt sich durch die Visualisierung in logischen Boxen relativ leicht nachvollziehen. FBS eignet sich durch ihren Aufbau gut für Verknüpfungssteuerungen, ist aber für Ablaufsteuerungen ungeeignet. Kontaktplan (KOP) Bei dem Kontaktplan handelt es sich um eine grafische Programmiersprache, die Stromlaufplänen nachempfunden ist. Sie ist insbesondere für Verknüpfungssteuerungen geeignet. Mit in Reihe geschalteten Elementen kann eine UND-Verknüpfung und mit parallel geschalteten eine ODER-Verknüpfung realisiert werden. Der Kontaktplan eignet sich ähnlich der FBS durch seinen Aufbau gut für Verknüpfungssteuerungen, ist aber ebenfalls für Ablaufsteuerungen ungeeignet. Ablaufsprache (AS) Bei der Ablaufsprache handelt es sich um eine Programmiersprache, die in ihrer Form einem Petrinetz ähnelt. Sie besteht aus Steuerungsschritten, in denen bestimmte Aktionen ausgeführt werden und Schaltbedingungen (Transitionen), die bei bestimmten Eingangssignalen das Weiterschalten von einem zum nächsten Schritt ermöglichen. Sie ist gut geeignet für Fehleranalyse, da jeder aktuelle Steuerungsschritt und die entsprechenden Transitionsbedingungen jederzeit visualisiert werden. Vor allem bei großen Steuerungsanlagen ist sie sehr verbreitet. Unter Siemens STEP 7 wird die Ablaufsprache als S7 Graph bezeichnet Programmorganisationseinheiten (POE) Unabhängig von den Programmiersprachen sind folgende drei Programmorganisationseinheiten (POE) definiert: Programm (program): Hauptprogramm, welches Funktionsbausteine und Funktionen enthält. Es verwaltet Ein- und Ausgänge der SPS und deklariert globale Variablen. Funktionsbaustein (function block): Parametrierbare POE, deren Ergebnis von inneren und externen Variablen abhängt. Er kann ein oder mehrere Ergebnisse liefern. Er wird nur als Instanz (Kopie) aufgerufen. Funktion (function): Parametrierbare POE, deren Ergebnis nur von externen Variablen (deren Eingangswerten) abhängt. 4

6 Der Name von POE s ist projektweit bekannt und darf nicht mehrfach verwendet werden. Lokale Unterprogramme, wie in höheren Programmiersprachen üblich, gibt es in der IEC nicht. PROGRAM Name bzw. FUNCTION_BLOCK Name bzw. FUNCTION Name Deklarationsteil: Eingangsvariablen, Ausgangsvariablen, lokale Variablen, etc. Anweisungsteil: Programmierung der Funktion in AWL, ST, FBS, KOP, AS Figur 1: Aufbau einer POE Variablenarten Variablen sind nach Möglichkeit immer lokal zu definieren, um Auswirkungen von Programmierfehlern lokal zu halten und die Fehlersuche zu vereinfachen. Kurzbeschreibung der Variablenarten: VAR, VAR_TEMP: Lokale Variable, die nur innerhalb der POE sichtbar ist. VAR_INPUT: Eingangsvariable, die nur innerhalb der POE definiert und dort nur lesbar ist (call-by-value). VAR_OUTPUT: Ausgangsvariable, die außerhalb der POE lesbar, innerhalb les- und schreibbar ist (call-by-value). VAR_IN_OUT: Ein- und Ausgangsvariable, die intern und extern les- und schreibbar ist (call-by-reference). VAR_GLOBAL: Globale Variable, die in einer Konfiguration deklariert wird. Kann von anderen POE s gelesen und geschrieben werden. Dazu muss die Variable in den POE s als VAR_EXTERNAL mit identischem Namen deklariert sein. VAR_EXTERNAL: siehe VAR_GLOBAL VAR_ACCESS: Kommunikationskanal zwischen Ressourcen. Innerhalb einer POE wie eine globale Variable benutzbar. 5

7 Variablenart definiert für Zugriffsrechte Programm Funktionsbaustein Funktion extern intern VAR - SL VAR_INPUT * L VAR_OUTPUT L SL VAR_IN_OUT SL SL VAR_EXTERNAL SL SL VAR_GLOBAL SL SL VAR_ACCESS SL SL VAR_TEMP - SL S: schreibend, L: lesend, SL: schreibend und lesend, *: nur schreibend als Formalparameter beim Aufruf. 2.3 Verwendete Software Im Verlauf des Praktikums werden für die verschiedenen Aufgaben mehrere Programme benötigt. Dazu ein paar Hinweise zum Gebrauch und Download. Bei Bedarf, wird ein Rechner im Fachgebiet zur Verfügung gestellt OpenPCS Um im Praktikum Petrinetze zu simulieren, verwenden wir das Programm OpenPCS, welches eine Software-SPS zur Verfügung stellt. An dieser können während der Simulation mit dem SIPN-Editor die entsprechenden Eingänge gesetzt werden, um zu testen ob sich das modellierte Petrinetz korrekt verhält. Zum Download geht es über folgenden Link (Passwort benötigt): Eine neuere Version ist auch über die Herstellerseite verfügbar. Da aber der SIPN-Editor nicht weiterentwickelt wird, könnte es bei der Verwendung neuerer Versionen zu Inkompatibilitäten kommen. Deshalb nutzen Sie bitte die Version im Downloadbereich der Fachgebietsseite. Installationshinweise (nur für Microsoft Windows): Zur Installation führen Sie die heruntergeladene openpcs6.54e.exe aus und folgen dem Installationsassistenten. Danach ist ein neues Projekt zu erstellen. Dazu starten Sie OpenPCS über die auf dem Desktop angelegte Verknüpfung, wählen unter File New aus. Im sich nun öffnenden Auswahldialog wählen sie in der linken Spalte Projects aus. In der rechten Spalte muss danach Empty Project markiert sein. Geben Sie dem neuen Projekt einen Namen und wählen Sie den Speicherort aus. 6

8 BITTE BEACHTEN: Den Pfad zum Projektordner bitte notieren, da Sie in diesen den SIPN-Editor installieren müssen. Nach einem Klick auf OK ist ein neues Projekt angelegt. Abbildung 2: Neues Projekt erstellen unter OpenPCS Nun muss OpenPCS entsprechend konfiguriert werden. Wählen Sie hierzu unter PLC Ressource Properties und nehmen folgende Einstellungen vor: Abbildung 3: Konfiguration von OpenPCS OpenPCS sollte jetzt korrekt konfiguriert sein. In Verbindung mit dem SIPN-Editor folgen noch einige weitere Einstellungen an entsprechender Stelle SIPN-Editor Der SIPN-Editor wurde uns freundlicherweise von der Universität Kaiserslautern zur Verfügung gestellt. Mit ihm werden im Praktikum signalinterpretierte Petrinetze modelliert und simuliert, die dann im späteren Verlauf auf die SPS übertragen werden. Um die Petrinetze zu simulieren muss zusätzlich das Programm OpenPCS installiert sein. Zum Download geht es über folgenden Link (Passwort benötigt): Installationshinweise: Als Voraussetzung zum Starten des Editors muss das Java Development Kit installiert sein (Download). Zur Installation entpacken Sie das heruntergeladene Archiv in einen zuvor erstellten Projektordner von OpenPCS, da sonst die Simulation von Petrinetzen nicht gestartet werden kann. Nach dem Entpacken ist in der petri.bat der Installationspfad des SIPN-Editors anzupassen. Dies geschieht durch einen Rechtsklick auf petri.bat und 7

9 Auswählen von Bearbeiten. Danach muss unter set BASE der entsprechende Pfad eingetragen werden. Zum Starten des SIPN-Editors ist die petri.bat auszuführen. Petrinetze erstellen Um ein leeres Petrinetzprojekt zu erstellen, genügt ein Klick auf den - Button. Zum Erstellen der einzelnen Elemente eines Petrinetzes gibt es in der Bedienleiste die folgenden vier Symbole für Plätze, Transitionen, Kanten und Marken. Nach Auswahl des entsprechenden Symbols, genügt ein Klick in das Projektfenster um einen Platz, eine Transition oder eine Marke zu erstellen. Beim Erstellen eines Platzes oder einer Transition wird man direkt nach dem Mausklick dazu aufgefordert, einen Namen einzugeben. Plätze und Transitionen verbindet man durch Kanten, indem man das erste Element mit einem Linksklick auswählt und das zweite mit einem Rechtsklick. Knickpunkte können durch zusätzliche Linksklicks eingefügt werden, bevor durch betätigen der rechten Maustaste das Erstellen der Kante abgeschlossen wird. Um einen Platz mit einer Marke zu füllen, genügt ein Klick in den entsprechenden Platz bei angewähltem Marken-Button. Zum Bearbeiten einzelner Plätze und Transitionen, sind diese bei aktiviertem - Button auszuwählen. Über Edit properties am linken Rand des Programm- Fensters wird das folgende Einstellungsfenster aufgerufen. Der im Comment-Feld eingetragene Text, erscheint neben dem Platz bzw. der Transition. Im Code-Feld wird bei Plätzen eingetragen, wie die Ausgänge zu setzen sind und bei Transitionen, unter welchen Bedingungen sie schalten. Dazu gibt es folgende Befehle: Abbildung 4: Edit properties Platz S (Ausgang setzen) R (Ausgang zurücksetzen) Transition AND ANDN (= AND NOT) OR ORN XOR XORN In einer Zeile darf dabei immer nur ein Befehl gefolgt von einer Variablen stehen. Im Fall einer Transition muss der erste Befehl immer ein AND oder ANDN sein. Außerdem dürfen Klammern genutzt werden. 8

10 Die genutzten Variablen können über den - Button erstellt und editiert werden. Unter Name wird der Variablenname, unter Kind der Variablentyp (IN, OUT oder INOUT) und unter Type der Datentyp (meist BOOL) eingetragen. Im Feld Assigned wird ein physikalischer Ein- bzw. Ausgang der virtuellen SPS zugewiesen. Dies geschieht in folgender Form: %IX0.0 für Eingänge %QX0.0 für Ausgänge Bei 0.0 steht die erste Ziffer für das virtuelle SPS-Modul (hier 0 oder 1). Ein- und Ausgänge werden separat nummeriert. Die zweite Ziffer steht für den jeweiligen Anschluss des Moduls, wobei jedes 16 Anschlüsse besitzt. Simulation mit OpenPCS Abbildung 5: IL Button Um die Simulation eines Petrinetzes durchzuführen, ist OpenPCS vor dem Starten des SIPN-Editors auszuführen. Ist das zu simulierende Petrinetz erstellt, wird es mit einem Klick auf den IL-Button in eine Anweisungsliste umgewandelt. Den erstellten Programmcode legt der Editor in der Datei MAIN.poe ab, welche automatisch von OpenPCS in das Projekt eingelesen wird. Danach ist die MAIN.poe noch der aktiven Ressource zuzuweisen. Dies geschieht durch einen Rechtsklick auf die Datei und Auswahl des Menüpunktes Link To Active Ressource. Abbildung 6: Link To Active Ressource 9

11 Nach der Zuweisung ist der Task zu konfigurieren. Dazu wechselt man auf den Reiter Ressourcen, wählt mit einem Rechtsklick den Eintrag MAIN aus und klickt auf Properties. Dort sind die Einstellungen wie auf Abbildung 7 gezeigt zu wählen. Abbildung 7: MAIN Properties Abschließend werden im SIPN-Editor unter Edit Edit Preferences Simulation die Einstellungen wie in folgender Abbildung übernommen. Zum Starten einer Simulation betätigt man unter OpenPCS den Online/Offline-Button in der Bedienleiste oder unter PLC Online. Daraufhin erscheinen 2 Abfragen die man mit OK bestätigt und die virtuelle SPS wird gestartet. Abbildung 8: SIPN-Editor Preferences Die Inputs können durch einen Mausklick auf die entsprechende Adresse gesetzt und zurückgesetzt werden. Zum Simulieren des erstellten Petrinetzes im SIPN-Editor genügt ein Klick auf den Button. Die rot dargestellten Plätze sind während der Simulation aktiv. Abbildung 9: virtuelle SPS 10

12 2.3.3 Siemens SIMATIC STEP 7 Bedienhinweise zu den STEP 7 Programmen finden Sie in Auszügen aus der Siemens Dokumentation als Download auf der Fachgebietsseite. Die komplette Dokumentation finden Sie auf dem Praktikumsrechner unter Start Programme SIMATIC Dokumentation. In allen Editoren können mit dem beobachtet werden. -Symbol in der oberen Bedienleiste geöffnete Bausteine SIMATIC Manager Der SIMATIC Manager ist die Einstiegsoberfläche, mit der Projekte erstellt, Hardware konfiguriert und SPS Programme geschrieben werden können. Bei hergestellter Online- Verbindung zur projektierten SPS können laufende Programme beobachtet oder neue hochgeladen werden. Damit bildet er die Grundlage zum Arbeiten mit einer Siemens SPS. Die für das Praktikum relevanten Bereiche findet man über die Projektbaumstruktur unter dem S7 Programmnamen (in diesem Fall Mischanlage ) und dem Ordner Bausteine. Abbildung 10: Projektbaumstruktur im SIMATIC Manager Unter Mischanlage findet man die für das symbolische Programmieren wichtige Symboltabelle. Dort werden jedem physikalischen Ein- bzw. Ausgang der SPS ein Name oder Symbol zugewiesen, welches dann zum Programmieren anstatt der physikalischen Adresse verwendet werden kann. Abbildung 11: Auszug aus der Symboltabelle Die vollständige Symboltabelle finden Sie im Anhang. Unter Bausteine sind alle verwendeten Funktionen, Funktions- und Organisationsbausteine zu finden. Ein Organisationsbaustein (OB) ist das Pendant zu einem Programm der IEC- Norm Dies ist nicht der einzige Unterschied zur IEC-Norm, da auch die Sprachen Anweisungsliste, Kontakt- und Funktionsplan von ihr abweichen. Nur die Ablaufsprache und der Strukturierte Text sind normkonform. 11

13 Je nach dem, in welcher der fünf Sprachen man einen Baustein erzeugt, öffnen sich verschiedene STEP 7 Editoren SIMATIC KOP/AWL/FUP-Editor Hier können Bausteine in den drei Sprachen Kontaktplan, Anweisungsliste und Funktionsplan erstellt werden. Dabei werden die Eingaben sofort auf syntaktische Korrektheit überprüft und Fehler angezeigt. Vor dem Abspeichern und Beenden des Editors sind alle Fehler zu beseitigen. Vor dem Erstellen eines Programms sind Symbole, die verwendet werden sollen, zu definieren, da sonst der Baustein nicht übersetzt werden kann. In folgendem Beispiel ist das gleiche Programm in den drei verschiedenen Sprachen dargestellt. Die Pumpe P101 wir eingeschaltet, wenn Schalter S111 und S112 auf EIN (1) sind oder wenn Schalter S113 auf AUS (0) ist SIMATIC S7-GRAPH Abbildung 12: Beispiel in FUP, KOP und AWL Mit diesem Editor ist es möglich Ablaufsteuerungen übersichtlich und schnell in Ablaufsprache zu erstellen. Ein Prozess wird dabei in Schritte und Transitionen mit überschaubarem Funktionsumfang zerlegt. In den Schritten werden auszuführende Aktionen festgelegt und die Transitionen beinhalten die Bedingungen, um in den nächsten Schritt zu schalten, ähnlich wie bei einem signalinterpretierten Petrinetz. Die Bedingungen der Transitionen können entweder als Kontaktplan oder Funktionsplan definiert werden. Folgende Abbildungen zeigen das Beispiel aus als Petrinetz und als Ablaufsteuerung in Ablaufsprache. Abbildung 14: Petrinetz Abbildung 13: Ablaufsteuerung mit S7-Graph 12

14 2.4 Der Versuchsaufbau Die Versuchsanlage besteht aus drei Wassertanks, einem Drucktank und verschiedenen Sensoren und Aktoren, die über ein Rohrleitungssystem miteinander verbunden sind. Durch die entsprechende Anordnung der einzelnen Komponenten wird eine Mischanlage für das Vermengen zweier Flüssigkeiten realisiert. Das folgende Flussdiagramm veranschaulicht den Aufbau. Abbildung 15: Flussdiagramm Die Ansteuerung erfolgt über eine SPS des Modells ET200 S von Siemens. Diese ist entweder direkt, über Messwandler oder Relais mit den folgenden Sensoren und Aktoren verbunden. Sensoren: Digital: vier Schwimmerschalter zwei kapazitive Näherungssensoren ein Not-Aus-Schalter ein Durchflusssensor Analog: ein Durchflusssensor ein Drucksensor ein Ultraschallsensor zur Füllstandsmessung zwei Temperatursensoren 13

15 Aktoren: Digital: sieben Magnetventile drei Pumpen ein Heizstab eine Fehler-LED Analog: ein Proportionalventil eine Pumpe Um die am PC erstellten Programme auf die SPS zu übertragen, wird der Siemens MPI-Adapter verwendet, der per USB an den Rechner und per Profi-DP an die SPS angeschlossen wird. Abbildung 16: Siemens MPI-Adapter Um mögliche Fehler abzufangen, die beim Lösen der Praktikumsaufgaben gemacht werden können, ist in der SPS eine Sicherungssteuerung implementiert. Sollte ein Fehler auftreten, werden die auslösenden Aktoren abgeschaltet und es leuchtet für 5 Sekunden die rote Fehler-LED, die sich zwischen SPS und Netzteil befindet. Im Leitsystem der Mischanlage blinkt zusätzlich eine rote Fehleranzeige rechts oben. 14

16 3. Vorbereitung Zu Beginn des Praktikums findet ein Testat statt, dessen Ergebnis zu einem Viertel mit in die Endnote einfließt. Dazu sollten Sie die Praktikumsanleitung gründlich gelesen haben und den entsprechenden Stoff aus dem Vorlesungsskript von Automatisierungstechnik 1 noch einmal aufarbeiten Aufgabe zur Vorbereitung Entwerfen Sie ein Petrinetz, das folgende Steuerungsaufgabe realisiert: Füllen von Tank 1 bis zum MAX-Füllstandssensor. Danach umfüllen einer bestimmten Wassermenge in Tank 3, die daraufhin abgelassen wird. Fehler, die möglicherweise auftreten können, sind durch die Steuerung abzufangen, wie z.b. das Überlaufen von Tank 3. Das entworfene Petrinetz wird im SIPN-Editor erstellt und dann mit OpenPCS simuliert, um es auf korrektes Verhalten zu überprüfen. Bringen Sie das abgespeicherte Petrinetz auf einem USB-Stick mit zum Praktikum, oder lassen Sie es dem Praktikumsbetreuer vorher per Mail zukommen, da es die Grundlage für die Versuchsdurchführung bildet. Vor dem Praktikumsbeginn muss das korrekte Verhalten des Petrinetzes dem Betreuer demonstriert werden. 4. Durchführung Um sich mit dem Versuchsaufbau vertraut zu machen, starten Sie die Verknüpfung Mischanlage Leitsystem auf dem Desktop. Daraufhin startet eine Bedienoberfläche. Auf dieser lassen sich alle wichtigen Daten ablesen. Durch einen Klick auf die Buttons lassen sich die verschiedenen Aktoren aktivieren bzw. deaktivieren. 15

17 Abbildung 17: Leitsystem der Mischanlage Nachdem Sie die Anlage ausgetestet haben, beginnen Sie mit den Aufgaben. Hinweise zur Bearbeitung der Aufgaben: In allen Aufgaben sind mögliche auftretende Fehlerzustände zu berücksichtigen. Im Organisationsbaustein OB1 sind nur das Netzwerk 1 und 2 zu verändern, Netzwerk 3 darf nicht verändert werden. Darin befindet sich die Sicherungssteuerung. Gehen Sie in den Aufgaben eins bis sechs immer erst vom Petrinetz als Modellierungsgrundlage aus. Vor dem Implementieren im SIMATIC Manager ist das erstellte Netz erst zu simulieren und zu überprüfen. Speichern Sie für jede Aufgabe ein separates Petrinetz ab und verwenden Sie einen neuen Funktionsblock. Wählen Sie die zu mischenden Wassermengen sinnvoll, da der Abfluss über Ventil V106 aufgrund des kleineren Querschnittes sehr gering ist. Beim Testen kann zum schnelleren Abfließen das Handventil neben V106 verwendet werden. Zeiten sind in folgendem Format anzugeben: S5T#3s (Zeit ist hier 3 Sekunden). 16

18 4.1 Aufgaben Aufgabe 1 Implementieren Sie das vorbereitete Petrinetz im SIMATIC Manager in Ablaufsprache. Legen Sie dazu einen Funktionsblock mit dem Namen FB1 an. Um den erstellten Funktionsblock auszuführen, fügen Sie ihn im Organisationsbaustein OB1 im Netzwerk 1 ein. Prüfen Sie, ob die Steuerung korrekt funktioniert, entweder über das Leitsystem oder mit der Beobachten -Funktion im SIMATIC Manager. Aufgabe 2 Da die unter Aufgabe 1 implementierte Steuerung noch keine Flüssigkeiten mischt, wird diese hier um das Befüllen von Tank 2, als parallel ablaufender Prozess zum Befüllen von Tank 1, erweitert. Sind beide Tanks gefüllt, erfolgt der Mischvorgang in Tank 3 im Verhältnis 1:1. Die Pumpe P102 ist dazu noch nicht zu verwenden. Die erweiterte Steuerung ist als FB2 zu speichern und im OB1 auszuführen. Aufgabe 3 Als Teil eines größeren verfahrenstechnischen Prozesses sollen zwei Chemikalien gemischt werden. Um die Reaktion der Chemikalien zu beschleunigen, soll die Chemikalie aus Tank 2 vor dem Mischvorgang auf 35 C erhitzt werden. Erweitern Sie die Steuerung aus Aufgabe 2 um einen Heizvorgang als dritten parallelen Prozess. Die Heizung E104 ist erst einzuschalten, wenn sie mit Wasser bedeckt ist und sofort auszuschalten, wenn der Wasserstand zu weit abfällt. Speichern Sie die Steuerung als FB3 und führen Sie sie aus. Aufgabe 4 Um den Mischvorgang zu beschleunigen ist nun Pumpe P102 zu verwenden. Führen Sie die erweiterte Steuerung mit Hilfe von OB1 aus, nachdem sie unter FB4 abgespeichert wurde. 17

19 Aufgabe 5 In dieser Aufgabe werden die Chemikalien zur besseren Reaktion separat anstatt gleichzeitig in Tank 3 geleitet. Erweitern Sie die Steuerung entsprechend und mischen Sie die Chemikalien im Verhältnis 3:1. Das neue Steuerungsprogramm ist unter FB5 abzuspeichern und danach im OB1 auszuführen. Aufgabe 6 Da das Mischverhältnis mit dem Ultraschallsensor nicht genau genug umgesetzt werden kann, ist die Messung der Flüssigkeitsmenge mit dem Durchflusssensor zu realisieren. Dabei ist von einem während des Umfüllvorgangs konstantem Durchfluss auszugehen. Speichern Sie das erstellte Programm unter FB6 und führen Sie es aus. Aufgabe 7 Um im Notfall die Anlage schnell abschalten und entleeren zu können, ist ein NOT-AUS- Schalter rechts neben Tank 2 angebracht. Dieser ist von Ihnen mit einer entsprechenden Funktionalität zu versehen. Programmieren sie eine Funktion (FC) also Funktions- (FUP) oder Kopplungsplan, die bei betätigtem NOT-AUS-Schalter die Anlage abschaltet und komplett entleert. Wenn der Schalter nicht betätigt ist, dürfen keine Funktionsabläufe gestört oder blockiert werden. Die Funktion ist im OB1 im Netzwerk 2 einzufügen. Aufgabe 8 Das Rohrleitungssystem ist auf Dichtheit zu prüfen. Dazu werden die Rohrleitungen einem Druck von Millibar ausgesetzt. Entwerfen Sie eine Funktion in AWL, die diese Aufgabe realisiert. Die Funktion wird zum Testen im OB1 im Netzwerk 1 anstelle der Steuerung zum Mischen eingefügt. Beachten Sie, dass ein ständiges Ein- und Ausschalten der verwendeten Pumpe vermieden wird. 18

20 5. Anhang 5.1 Flussdiagramm des Versuchsaufbaus 19

21 5.2 Symboltabelle Symbol Adresse Datentyp Kommentar B101 PEW 272 INT Füllstand B102 PEW 288 INT Durchfluss B102dig E 9.0 BOOL Durchflusssensor B103 PEW 274 INT Druck B104 PEW 290 INT Temperatur Tank 2 B105 PEW 304 INT Temperatur Tank 3 B113 E 9.3 BOOL Grenztaster max. Füllstand Tank 2 B114 E 9.4 BOOL Grenztaster max. Füllstand Tank 3 E104 A 8.1 BOOL Heizung in Tank 2 LED A 7.7 BOOL Fehler-LED NOT_AUS E 10.4 BOOL Not-Aus-Schalter P101 A 8.3 BOOL Pumpe 1 digital ein-/ausschalten P101_dreh PAW 322 INT Drehzahl Pumpe 1 P102 A 8.5 BOOL Pumpe 2 digital ein-/ausschalten P103 A 8.7 BOOL Pumpe 3 digital ein-/ausschalten PumpPreset A 8.2 BOOL Vorwahl Pumpenansteuerung: 0=digital / 1=analog S111 E 9.1 BOOL Schwimmerschalter Überlauf Tank 2 S112 E 9.2 BOOL Schwimmerschalter min. Füllstand Tank 1 S113 E 10.0 BOOL Schwimmerschalter min. Füllstand Tank 2 S114 E 10.2 BOOL Schwimmerschalter Überlauf Tank 3 V101 A 7.0 BOOL Ventil 1 auf/zu V102 A 7.2 BOOL Ventil 2 auf/zu V103 A 7.4 BOOL Ventil 3 auf/zu V104 A 7.6 BOOL Ventil 4 auf/zu V105 A 7.1 BOOL Ventil 5 auf/zu V106 PAW 320 INT Hub von Proportionalventil 6 V106_On A 8.4 BOOL Proportionalventil einschalten V107 A 7.3 BOOL Ventil 7 auf/zu V108 A 7.5 BOOL Ventil 8 auf/zu Variablen: DB 10 DB 10 Datenbaustein für Variablen: FUELL REAL Füllstand in Tank 3 DUFLU REAL Durchfluss in L/Min DRUCK REAL Druck in mbar TEMP1 REAL Temperatur in Tank 2 in C TEMP2 REAL Temperatur in Tank 3 in C EIN BOOL TRUE AUS BOOL FALSE 20