STEUERUNGSTECHNIK KAPITEL SPS-S7 G R U N D L A G E N

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1 STEUERUNGSTECHNIK KAPITEL SPS-S7 G R U N D L A G E N D:\schule\Vorbereitung\LAÜ\STLA\S7\ von 5 / Erst.: RV

2 2/5 (s.499, Pkt.5.3) Verbindungsprogrammierte Steuerung VPS Eine herkömmliche Verdrahtung mit Schützen, Relais, Tastern usw, welche als Steuerstromkreis ausgeführt wird. Die Funktion einer verbindungsprogrammierten Steuerung liegt in der Verdrahtung der Bauteile. Bei Änderungen des Programmablaufes sind hier zeitaufwendige Umverdrahtungsarbeiten notwendig. Speicherprogrammierbare Steuerung SPS Die Verdrahtung erfolgt an eine zentrale Steuerungseinheit (sternförmig). Jedes Bauteil wird mit einer Ein- oder Ausgabe-Einheit direkt verbunden. Die Funktion wird als Anordnung von Funktionsbausteine verschiedener logischen Verknüpfungen (Steueranweisung) in einen Programmspeicher geschrieben. Bei Änderungen wird keine Verdrahtung geändert, sondern nur im Programm die Anordnung der logischen Verknüpfungen umgeschrieben. Aufbau einer SPS Kompakte SPS Kleinsteuergeräte Micro Automation In einem Gehäuse sind alle wichtigen Bauteile eingebaut: Netzteil, Digitale Eingänge, Digitale Ausgänge, SPS-Programmspeicher (eventuell könne auch Analoge Ein- und Ausgänge und weiter Funktionsbauteile eingebaut sein). Ist auch in Grenzen erweiterbar. Verstärkter Einsatz im Installationsbereich. Modulare SPS Jeder Funktionsbauteil ist in einem eigenen Gehäuse eingebaut: Netzteil, Digitale Eingangsbaugruppe, Digitale Ausgangsbaugruppe, CPU mit SPS- Programmspeicher, Analoge Ein- und Ausgangsbaugruppe,. Zur Verbindung des Systembusses werden diese Baugruppen auf Profilschienen zusammengesteckt. Hauptsächlich im Industriebereich (Pressen, Abfüllanlagen, Industrieöfen) LOGO (Kleinsteuergerät) S7-300 (Modulare SPS) / 2 von 5 Erst.: RV

3 3/5 Aufbau einer SPS Simatic S7 35 2DP Power-Supply Spannungsversorgung Digital Input Digitale Eingabebaugruppe CPU Central Processing Unit Zentrale Steuereinheit Digital Output Digitale Ausgabebaugruppe Analoge In/Output Analoge Ein/Ausgabebaugruppe Rack Profilschiene Eingabebaugruppen: Signalaufnahme aus dem Prozess. SENSOREN wie Taster, Druckschalter etc. werden angeschlossen Zentraleinheit: Signalverarbeitung entsprechend dem Steuerungsprogramm! Ausgabebaugruppen: Beeinflussung des Steuerungsprozesses durch Ansteuern von AKTOREN wie Schütze, Lampen, Magnetventile etc. Beschaltung einer SPS +24V S S2 S3 S4 SENSOREN E0.0 E0. E0.2 E0.3 SPS S V Eingabebaugruppe Powersupply / CPU A4.0 A4. Ausgabebaugruppe K P AKTOREN / 3 von 5 Erst.: RV

4 4/5 Programmieren Programmiert wird das Automatisationsgerät (AG) mit einem Programmiergerät (PG), meist ein PC mit Simatic-Manager Software. Programmiersprachen textförmig graphisch Anweisungsliste (AWL) Kontaktplan (KOP) Funktionsplan (FUP) Adressierung Bit und Byte Bit kann zwei Signalzustände haben: und 0 (high und low) Byte besteht aus 8 Bit Die Abfrage nach den Signalzuständen erfolgt durch die Operandenadresse. Der Operand besteht aus Operanden-Kennzeichen und Operanden- Parameter. Byteadresse Operanden-Kennzeichen E 2.0 Bitadresse Operanden-Parameter E...Eingang, A...Ausgang, M...Merker,... Eingangsbyte 2 besteht aus E 2.0, E 2., E E 2.7 (8 Eingänge) / 4 von 5 Erst.: RV

5 5/5 Darstellungsarten E.0 E. E.2 A 4. = FUP Funktionsplan U E.0 U E. O E.2 = A 4. Steuerungsanweisungen AWL Anweisungsliste E.0 E. A 4. E.2 KOP Kontaktplan Arbeitsweise der SPS NEUSTART Alle Ausgänge, Zeitglieder, Zähler und Merker auf Null setzen. Selbsttest durchführen Ausgenommen remanente Merker und Alarmmerker (remanent = bleibend, auch bei Spannungsausfall und Wiederkehr Signalzustand vorhanden, in Hardwarekonfiguration festgelegt) PAE bilden Eingänge werden eingelesen und im Prozessabbild der Eingänge (dies ist ein Zwischenspeicher) gespeichert. ZYKLUS OB aufrufen FC`s aufrufen Steueranweisungen ausführen FC`s beenden (BE) OB BE (letzte Anweisung) Das PAA (Prozessabbild der Ausgänge / Zwischenspeicher) wird mit den Zuweisungen (=A 4.) beschrieben. PAA ausgeben Das gesamte Prozessabbild der Ausgänge (PAA) wird an die Ausgänge übergeben. / 5 von 5 Erst.: RV

6 6/5 Aktuelle Signalzustände der Eingänge einlesen und im PAE (=Prozessabbild der Eingänge/Zwischenspeicher) speichern. Abarbeiten der Steuerungsanweisungen in Reihe der Anweisungen. Dabei werden nicht die Eingänge sondern die Zustände (0 oder ) im PAE abgefragt! OB Call FC Call FC 6.. BE FC.. BE FC 6.. BE OB... FC... BE... Organisationsbaustein wird immer als erstes aufgerufen. Funktion wird im OB aufgerufen. Hier stehen unsere Steuerungsanweisungen (Programm). Baustein-Ende Ergebnisse werden zunächst nicht direkt am Ausgang wirksam ( 0V oder 24V ) sondern erst im PAA (=Prozessabbild der Ausgänge/Zwischenspeicher) gespeichert. Nach der letzten Anweisung werden die im PAA gespeicherten Zuweisungen an die Ausgangsbaugruppen weitergegeben und an die Aktoren ausgegeben. Programmbearbeitung beginnt wieder von vorne => zyklischer Betrieb! ZYKLUS Einen Ablauf vom PAE lesen bis zum ausgeben des PAA nennt man einen Zyklus. Die Zykluszeitüberwachung kann in der CPU eingestellt werden. Während eines Zyklus werden Zustandsänderungen an den Eingängen nicht wahrgenommen, auch an den Ausgängen erfolgt keine Änderung. / 6 von 5 Erst.: RV

7 7/5 Steuerungsanweisung (Programm) Das Programm besteht aus aufeinander folgenden Steuerungsanweisungen: UND, ODER, NICHT, Zählen, Zeit, Setzen, Rücksetzten Operationsteil Operandenteil Was soll gemacht werden Womit soll etwas gemacht werden STEP 7 DIN EN 63-3 Bedeutung STEP 7 DIN EN 63-3 Bedeutung U AND Und E I Eingang O OR Oder A Q Ausgang N N Nicht M M Merker = ST Zuweisung T TR Zeitglied S S Setzen Z CT Zähler R R Rücksetzen ZV U Vorwärtszählen ZR D Rückwärtszählen Abarbeiten der Anweisungen (AWL ist dunkel hinterlegt) AWL Programm- zeile Signal- zustand im PAE U E.0 2 U E. 0 3 O E.2 4 = A 4. Verknüpfungsvorschrift (Operation) Lade Zustand des Prozess- Abbildes des Einganges.0 () in das VKE () VKE () UND Zustand Eingang. (0) VKE (0) ODER Zustand Eingang.2 () Speichere in das Prozess- Abbild des Ausgangs 4. () VKE 0 PAA (A 4.) Das VKE (Verknüpfungsergebnis) wird in jeder Zeile aus dem vorhergegangenen VKE, dem Operationsteil und dem zum Operanden gehörigen PAE (PAA, Speicher) gebildet. Das VKE in der ersten Zeile wird Erstabfrage genannt und gibt nur das PAE weiter. / 7 von 5 Erst.: RV

8 8/5 UND-Verknüpfung Sind zwei Schalter in Reihe zu einer Lampe geschaltet, so ergibt sich als Funktion ein UND. Man sagt: Die Lampe leuchtet nur, wenn beide Taster zur gleichen Zeit betätigt werden. Schaltung S S2 Wahrheitstabelle E E2 Q P ODER-Verknüpfung Sind zwei Schalter parallel und eine Lampe in Reihe dazu geschaltet, so C ein ODER. Man sagt: Die Lampe leuchtet, sobald einer der beiden Taster betätigt wird. Schaltung S S2 P Wahrheitstabelle E E2 Q Blockschaltbild / Symbol UND ODER E Q E Q E2 E2 NICHT-Verknüpfung Wird die Funktion eines Schalters umgedreht, so ergibt sich als Funktion ein NICHT Man sagt: Die Lampe leuchtet, sobald der Taster nicht betätigt wird. Schaltung S K Wahrheitstabelle E Q P E Q K / 8 von 5 Erst.: RV

9 9/5 Ersetze die Fragezeichen durch oder 0 I I2 0 I3 I I2 0 0 I I2 I3 0 I I2 0 I3 I I2 I3 0 / 9 von 5 Erst.: RV

10 0/5 Schließer und Öffner als Sensoren: Grundverknüpfungen wurden in SRT schon besprochen. Schließer und Öffner sagen nicht unbedingt aus, dass ein Eingang negiert werden muss. Folgende Situation: Bei einem Sessellift für 3 Plätze öffnen die Schranken nur wenn 2 Skifahrer anstehen (3 sind zu schwer, alleine bringt in zum Kippen). Aufgrund eines technischen Defektes wurde ein neuer Sensor eingebaut. Zu 2 Schließern kam ein Öffner. Ein Umbau ist aus Zeitgründen nicht möglich. So wurde das Programm geändert. Beschaltung der SPS: +24V S S2 S3 E0.0 E0. E0.2 SPS S7 A4.0 Fall : Es kommen 2 Skifahrer auf S und S2. Ergänzen Sie die Negation(en) mit ROT. Fall 2: Es kommen 2 Skifahrer auf S2 und S3. Ergänzen Sie die Negation(en) mit BLAU. Fall 3: Es kommen 2 Skifahrer aus S und S3. Ergänzen Sie die Negation(en) mit GRÜN. Q Eine Negation wird auf Grund des erforderlichen Signalzustands eingesetzt und nicht ob ein Schließer oder Öffner eingebaut wurde. E0.0 E0. E0.2 Fall E0.0 E0. E0.2 A4.0 Fall 2 E0.0 E0. E0.2 A4.0 Fall 3 A4.0 An der Grundfunktion UND müssen 3 Einsen anliegen, damit die Schranken öffnen. / 0 von 5 Erst.: RV

11 /5 Lösungen: E0.0 E0. E0.2 () (0) (0) Fall E0.0 E0. E0.2 A4.0 Fall 2 E0.0 E0. E0.2 A4.0 Fall 3 A4.0 Am besten ist, man schreibt sich die Signalzustände zu den Eingängen. / von 5 Erst.: RV

12 2/5 Unterschied Automatik- und Tippbetrieb Tippbetrieb: Solange der Taster gedrückt gehalten wird, wird die Bewegung ausgeführt. z.b.: Eine Jalousie fährt nur hinauf, solange der Taster gedrückt wird. Wird dieser losgelassen, bleibt die Jalousie stehen. Programmtechnische Lösung erfolgt mit UND und ODER Verknüpfungen. Automatikbetrieb: Ein Taster wird einmal gedrückt und die Bewegung wird solange ausgeführt, bis ein Stopptaster oder Endschalter die Bewegung stoppt. z.b.: Eine Jalousie fährt nach oben und die Aufwärtsbewegung wird von einem Endschalter Oben abgeschaltet. Programmtechnische Lösung erfolgt mit einem Flip-Flop (SR- Merker /=Selbsthaltung). Merke: Wird in einer Funktionsbeschreibung ein Stopp- oder Austaster (Vorsicht: NOTAUS ist kein Stopptaster) erwähnt, ist dies ein Automatikbetrieb. / 2 von 5 Erst.: RV

13 3/5 Hardwarekonfiguration Starten des PC`s oder Programmiergerät (PG) und des Automatisationsgerätes (AG). SIMATIC-Manager Verwaltet die Programmierung der S7. Anlegen eines Projektes Hardwarekonfiguration Eingabe der Baugruppen mit Kontrolle der Nummer, welche am unteren Rand steht.. Profilschiene anlegen 2. Power Supply einfügen 3. CPU einfügen (MPI = Multi Point Interface Verbindung AG - PG) 4. Eingabebaugruppe einfügen 5. Ausgabebaugruppe einfügen 6. Kontrolle der Adressen 7. gegebenenfalls CPU Konfigurieren Programmierung der Steuerungsanweisung Anlegen der FC (2,3,...) danach Erstellen des OB Aufruf der FC`s im OB (sehr wichtig) Testphase Mit Beobachten oder mit dem Simulator / 3 von 5 Erst.: RV

14 4/5 Taktmerker Taktmerker werden verwendet um eine Leuchte blinken zu lassen (Ampelsteuerung) oder um ein periodisch wiederkehrendes Ereignis auszulösen. Welches Merkerbyte (8 Bit) zu einem Taktmerker wird, bestimmt der Programmierer durch Einstellung in der CPU. Unter Hardware im Hardware-Konfigurator kann man unter Zyklus/Taktmerker das Merkerbyte für den Taktmerker festlegen. Man nimmt immer ein sehr hohes Merkerbyte oft MB 00. Jedem Bit des Merkerbytes (z.b. MB 00) ist eine Frequenz zugeordnet. Bit des Taktmerkers M 00.0 M 00. M 00.2 M 00.3 M 00.4 M 00.5 M 00.6 M00.7 Periodendauer in s 0, 0,2 0,4 0,5 0,8,0,6 2 Frequenz in Hz 0 5 2,5 2,25 0,625 0,5 Soll nun eine Leuchte mit Hz, also im Sekundentakt blinken muss der Merker M00.5 verwendet werden. Ist das Merkerbyte 50, dann hat der Sekundentakt die Adresse M50.5. Taktmerker sind Zykluszeitabhängig, das heißt bei längeren Zeiten kann es zu ungleichmäßigem Blinken kommen. Lösung ist das Programmieren eines eigenen Timers in AWL: UN T L S5T#00MS SE T U T SPBN blk UN A 4. = A 4. blk: NOP 0 Wichtig bei Übung 3 im S7-Lehrstoff / 4 von 5 Erst.: RV

15 5/5 Wichtiges zum Programmieren: Sollte vor Ihnen jemand die Steuerung schon Programmiert haben, dann sollten Sie sie URLÖSCHEN. Sie vermeiden langwierige Fehlersuche. Der Organisationsbaustein OB wird am Schluss programmiert. Auf Grund dezentraler Programmierung, weiß man vorher nicht wie viele Bausteine verwendet werden. Packen Sie nicht zu viele Anweisungen in ein Netzwerk. Es wird zu unübersichtlich. Beschriften Sie jedes Netzwerk mit aussagekräftigen Namen. Geben sie kurze Erklärungen in das Kommentarfeld ein. So finden Sie sich später wieder zurecht. Wählen sie eine sinnvolle Bezeichnung Ihrer Symbole aus. Das Programmieren mit der Symbolbezeichnung erleichtern kurze Namen. Geben Sie Ihrem Programm eine Struktur indem sie einzelne Funktionalitäten in eigene Netzwerke Programmieren (z.b.: Meldeleuchten in ein eigenes Netzwerk). Bei Drehstrommotoren ist eine softwaremäßige Verriegelung genauso notwendig wie eine hardwaremäßige Verriegelung. Es könnte auf die Schützenverriegelung vergessen worden sein. / 5 von 5 Erst.: RV