Lernaufgaben Mischbehälter. Lernaufgaben. zum. Prozessmodell. Mischbehälter 2

Transkript

1 Folie 1 Lernaufgaben zum Prozessmodell Mischbehälter 2

2 Folie 2 Lernaufgaben zum Prozessmodell Mischbehälter 1. Lernaufgabe: einfache Ablaufkette für den Mischbehälter zum Kennenlernen 2. Lernaufgabe: Mischbehälter mit genauer Dosierung der Rohstoffe 3. Lernaufgabe: Mischbehälter mit verschiedenen Betriebsarten und Bedienfeldern 4. Lernaufgabe: Mischbehälter mit wählbaren Rezepturen 5. Lernaufgabe: Mischbehälter mit zusätzlichem Reinigungsbetrieb 6. Lernaufgabe: Mischbehälter mit Bedien und Beobachtungssystem 7. Lernaufgabe: Erweiterung der Projektierung durch Instandhaltungs-Bausteine

3 Folie 3 Lernaufgabe Mischbehälter In einem Mischbehälter wird ein Produkt durch die Vermengung und Erhitzung zweier Rohstoffe hergestellt.

4 Folie 4 Zusammenstellung der Ein-u. Ausgänge der Anlage (Zuordnungstabelle):

5 Folie 5 1. Lernaufgabe (einfache Ablaufkette) Steuerungsablauf Wenn der Behälter leer ist, wird nach Betätigung einer Start-Taste S1 das Ventil Q1G geöffnet, bis 20% der Füllmenge erreicht sind. Danach öffnet Q2G bis der Füllstand auf 40% gestiegen ist. Mit dem Feinventil Q1F wird danach der Füllstand um 1% erhöht. Eine weitere Erhöhung des Füllstandes um 1% erfolgt mit dem Feinventil Q2F. Ist der Behälter zu 42% gefüllt wird die Heizung QH und der Rührmotor QM eingeschaltet. Die Einschaltzeit der Heizung soll 10 Sekunden betragen. 20 Sekunden nach dem Einschalten der Heizung wird der Rührmotor wieder abgeschaltet und das Ablassventil Q4 geöffnet, bis der Behälter mit B4 leer meldet.

6 Folie Arbeitsauftrag 1. Bestimmen Sie den Ablauf-Funktionsplan. 2. Geben Sie die Programmstruktur an 3. Schreiben Sie das Steuerungsprogramm unter Verwendung des Ablaufkettenbausteins FB Ermitteln Sie das Programm des Ausgabebausteins FB16 (Verwenden Sie dabei für die Zeiten die IEC1131-Zeitfunktionen mit Multiinstanzen). 3.2 Parametrieren Sie einen Normierungsbaustein für den Analogwert des Füllstandes. 4 Realisieren Sie die Steuerungsaufgabe mit einem geeigneten Programmiersystem (STEP7; STEP7_BASIC; CoDeSys; etc.).

7 Folie Lösung Ablauf-Funktionsplan

8 Folie Programmstruktur OB1 OB1 FC48 FB15 DB15 FB16 DB16

9 Folie Programm Ausgabefunktionsbaustein FB16 (STEP 7 BASIC)

10 Folie Parametrierung des Normierungsbausteins für den Analogwert

11 Folie Programm im OB1 STEP 7 BASIC

12 Folie Lerninhalte Anwendung des Standard-Ablaufkettenbausteins FB15 L- und D- Zeiten Analogwerteingabe Vergleichsfunktion Datentyp REAL Multiinstanz

13 Folie 13 2.Lernaufgabe: Mischbehälter mit genauer Dosierung der Rohstoffe Die Messung der Füllmengen für die beiden Rohstoffe erfolgt nun über Durchflussmengenmesser mit Impulsausgängen. Das Fertigprodukt wird jetzt nach einer Rezeptur hergestellt. Die 4 Rezeptwerte Menge Q1; Menge Q2 in %; Temperatur Temp als REAL und Reaktionszeit R_Zeit einer Rezeptur sind in einem Datenfeld (DB) abzulegen. Steuerungsablauf 1. Nach dem Einschalten der Steuerung, werden durch den Initialschritt S_1 die Füllmengenzähler Q1_IST und Q2_Ist zurückgesetzt. Der Mischvorgang beginnt durch Betätigen der Starttaste S1. 2. Die beiden Grobventile Q1G sowie Q2G werden solange geöffnet, bis jeweils 90% des zugehörigen Rezeptwertes für Rohstoff 1 und Rohstoff 2 erreicht sind. Nach einer Wartezeit von 8 s wird das Rührwerk QM eingeschaltet. Die beiden Durchflussmengengeber B1 und B2 liefern der Steuerung Impulse bis maximal 10 Hz. Durch Zählen der Impulse kann die jeweilige Zuflussmenge ermittelt werden. Zehn Impulse entsprechen der Füllmenge von 1%. 3. Sind beide Grobventile geschlossen, werden die Feinventile Q1F und Q2F geöffnet, bis jeweils die restlichen 10% der Sollwertmengen aufgefüllt sind. 4. Nach Schließen der Feinventile wird die Heizung QH eingeschaltet und bei Erreichen des Temperatur-Sollwertes die Reaktionszeit gestartet. 5. Bis die Reaktionszeit abgelaufen ist, wird die Temperatur des Behälters mit einer Schalthysterese SH von 2% des Sollwertes geregelt. 6. Nach Ablauf der zur Rezeptur zugehörigen Reaktionszeit wird das Rührwerk QM ausgeschaltet und die Mischung über das Ventil Q4 abgelassen, bis die Leermeldung B4 erfolgt.

14 Folie Arbeitsauftrag 1. Bestimmen Sie den zugehörigen Ablauf-Funktionsplan. 2. Geben Sie die Programmstruktur an. 3. Geben Sie das Datenfeld für die Werte der Rezeptur als STUCT an. 4. In einem Funktionsbaustein FB17 soll eine Signalvorverarbeitung erfolgen. Darin werden die Zählimpulse verarbeitet und die jeweiligen Abschaltpunkte für die 4 Ventile ermittelt (z.b.: Abschaltpunkt für Q1G: wenn Q1_IST = 90% von Q1_Soll). 4.1 Bestimmen Sie die Übergabevariablen und statischen Lokalvariablen des Funktionsbausteins FB Geben Sie das Steuerungsprogramm des Funktionsbausteins FB17 an. 5. Parametrieren Sie den Baustein für die Zweipunktregelung. 6. Realisieren Sie die Steuerungsaufgabe mit einem geeigneten Programmiersystem (STEP7; STEP7_BASIC; CoDeSys; etc.).

15 Folie Lösung Ablauf-Funktionsplan

16 Folie Programmstruktur OB1 OB1 FC48 DB10 REZEPT_ Daten FB17 DB17 FB15 DB15 FB16 DB16

17 Folie Datenfeld für die Werte der Rezeptur STEP 7 BASIC STEP 7 CoDeSys

18 Folie Übergabevariablen des Signalvorverarbeitungsbausteins FB 17 (STEP 7 BASIC) IN: Q1_Soll (INT) Rezeptwert für Rohstoff 1 Q2_Soll (INT) Rezeptwert für Rohstoff 2 B1 (BOOL) Impulse der Durchflussgeber Stoff1 B2 (BOOL) Impulse der Durchflussgeber Stoff2 SRNR (INT) Aktuelle Schrittnummer OUT: Q1ISt_EQ_09Q1Soll (BOOL) Q2ISt_EQ_09Q2Soll (BOOL) Q1ISt_EQ_Q1Soll (BOOL) Q2ISt_EQ_Q2Soll (BOOL) Abschaltbedingung Q1G Abschaltbedingung Q2G Abschaltbedingung Q1F Abschaltbedingung Q2F Stat Variablen: Q1ISt (INT) Zähler für die Impulse Stoff 1 Q2ISt (INT) Zähler für die Impulse Stoff 2 FO1 Flankenoperand 1 FO2 Flankenoperand 2 FO3 Flankenoperand 3

19 Folie Programm Signalvoerverarbeitungs-Funktionsbaustein FB17 (STEP 7 BASIC)

20 Folie Parametrierung der Funktion für die Zweipunktregelung

21 Folie Programm im OB1 STEP 7 BASIC

22 Folie Programm im OB1 STEP 7 BASIC

23 Folie Lerninhalte Anlegen eine Datenfeldes mit einer STRUCT-Variablen Signalvorverarbeitung für die Schrittkette Zweitpunktregelung in Verbindung mit einer Schrittkette Zähler realisiert mit einer Variablen

24 Folie Lernaufgabe: Mischbehälter mit verschiedenen Betriebsarten Mit einem Bedien-und Anzeigefeld sollen unterschiedliche Betriebsarten für den Mischbehälter gewählt werden können. Der bisherige Steuerungsablauf soll dabei beibehalten werden. Anzeige- und Bedienfeld 3 Betriebsarten 4 Betriebsarten

25 Folie Arbeitsauftrag 1. Bestimmen Sie die neue Programmstruktur unter Verwendung der Bibliotheksbausteine FB24 (Betriebsartenteil) und FB25 Schrittkettenbaustein mit Betriebsartenwahl. 2. Parametrieren Sie den Betriebsarten-Funktionsbaustein FB24 3. Bestimmen Sie die Änderungen im neuen Ausgabe-Funktionsbaustein FB26 4. Die Aktuelle Schrittnummer soll bei eingeschaltetem Steuerungsprogramm angezeigt werden. Ist das Steuerungsprogramm über das Bedienfeld ausgeschaltet, soll 0 angezeigt werden

26 Folie Lösungen Programmstruktur OB1 OB1 FC48 DB10 REZEPT Daten FB27 DB27 FB24 DB24 FB25 DB24 FB26 DB26

27 Folie Parameter am Betriebsartenbaustein FB24 für das 3-Betriebsarten-Bedienfeld (STEP 7 BASIC)

28 Folie Änderungen im Ausgabefunktionsbaustein FB26 (STEP 7 BASIC) NEU NEU NEU

29 Folie Ausgabe der aktuellen Schrittnummer (STEP 7 BASIC)

30 Folie Lerninhalte Verschiedene Betriebsarten Einbindung und Parametrierung des Betriebsartenbausteins FB24 Einbindung und Parametrierung des Betriebsartenbausteins FB25 Ausgabe der aktuellen Schrittnummer

31 Folie Lernaufgabe: Mischbehälter mit wählbaren Rezepturen Das Fertigprodukt soll im Mischbehälter jetzt wählbaren Rezepturen hergestellt werden. Eine Rezeptur besteht aus den Sollwerten für den Vorlage- Stoff1 (in %), Vorlage-Stoff2 (in %), Temperatur TEMP (in C) und Reaktionszeit T (in Sekunden). Zehn solcher Rezepturen sind in einem Datenfeld hinterlegt Zur Bedienung der Anlage soll das Bedien- und Anzeigefeld mit den vier wählbaren Betriebsarten verwendet werden. Im Automatikbetrieb wird die gewünschte Rezeptur mit dem Drehschalter der Aktor-Anwahl ausgewählt. 4 Betriebsarten

32 Folie Arbeitsauftrag 1. Bestimme Sie die Veränderung im Ablauffunktionsplan durch die Möglichkeit unter 10 verschiedenen Rezepten auszuwerten. 2. Legen Sie ein Datenfeld als Array of STRUCT für die Rezeptwerte an. 3. Bestimmen Sie die Änderungen der Übergebeparameter im Signalvorverarbeitungsbaustein FB27 4. Gebe Sie die Anweisungen für das Laden der gewählten Rezeptwerte an. 5. Parametrieren Sie in der Zyklischen Task (OB1 od. OLC-Prog.) alle Bausteinaufrufe

33 Folie Lösungen Funktions-Ablaufplan

34 Folie Datenspeicher Rezeptwerte DB10 Deklarationsansicht STEP 7 Datenansicht

35 Folie 35 DBNR: Angabe der Datenbausteinnummer, der die Rezeptwerte enthält. RZNR: Anschluss für den Rezeptwertwahlschalter. Q1_IMP: Impulse von Q1. Q2_IMP: Impulse von Q2. SCHRITT: Angabe der aktuellen Schrittnummer der Ablaufkette. Q1Ist_GL_Q1Soll: Bedingung Q1Ist = Q1Soll Q2Ist_GL_Q2Soll: Bedingung Q1Ist = Q1Soll Q1Ist_GL_09Q1Soll: Bedingung: Q1Ist = 0,9 *Q1Soll Q2Ist_GL_09Q2Soll: Bedingung Q1Ist = 0.9 * Q1Soll TEMP_Soll (Real): Temperatursoll Zeit_Soll (S5Time): Zeitsollwert. STEP Änderung im Signal-Vorverarbeitungsbaustein FB27 Laden der Sollwerte aus dem Rezeptwertspeicher L #SCHRITT L 2 ==I FP #FO2 SPBN M002 L #DBNR T #DBNRW AUF DB[#DBNRW] L #RZNR L B#16#F UW L 10 *I SLW 3 T #ZEIG L DBW [#ZEIG] L 10 *I T #Q1_Soll L #ZEIG SRW 3 L 2 +I SLW 3 T #ZEIG L DBW [#ZEIG] L 10 *I T #Q2_Soll L #ZEIG SRW 3 L 2 +I SLW 3 T #ZEIG L DBD [#ZEIG] T #Temp_Soll L #ZEIG SRW 3 L 4 +I SLW 3 T #ZEIG L DBW [#ZEIG] T #Zeit_Soll M002: NOP 0

36 Folie Aufruf der Bausteine im OB1 STEP 7

37 Folie Datenspeicher Rezeptwerte CoDeSys Datentyp TYPE REZW: STRUCT Q1,Q2:INT; TEMP:REAL; ZEIT:TIME; END_STRUCT END_TYPE ARRAY VAR_GLOBAL REZEPTE: ARRAY[0..9] OF REZW := (Q1:=10,Q2:=20,TEMP:=30.0,ZEIT:=T#10S), (Q1:=11,Q2:=21,TEMP:=31.0,ZEIT:=T#11S), (Q1:=12,Q2:=22,TEMP:=32.0,ZEIT:=T#12S), (Q1:=13,Q2:=23,TEMP:=33.0,ZEIT:=T#13S), (Q1:=14,Q2:=24,TEMP:=34.0,ZEIT:=T#14S), (Q1:=15,Q2:=25,TEMP:=35.0,ZEIT:=T#15S), (Q1:=16,Q2:=26,TEMP:=36.0,ZEIT:=T#16S), (Q1:=17,Q2:=27,TEMP:=37.0,ZEIT:=T#17S), (Q1:=18,Q2:=28,TEMP:=38.0,ZEIT:=T#18S), (Q1:=19,Q2:=29,TEMP:=39.0,ZEIT:=T#19S); END_VAR

38 Folie Änderung im Signal-Vorverarbeitungsbaustein FB27 CoDeSys LD SCHRITT EQ 2 ST FO2.CLK CAL FO2 LD FO2.Q NOT JMPC M002 REZEPT:Übergabe der Feldvariablen, welche die Rezeptwerte enthält. RZNR: Anschluss für den Rezeptwertwahlschalter. Q1_IMP: Impulse von Q1. Q2_IMP: Impulse von Q2. SCHRITT: Angabe der aktuellen Schrittnummer der Ablaufkette. Q1Ist_GL_Q1Soll: Bedingung Q1Ist = Q1Soll Q2Ist_GL_Q2Soll: Bedingung Q1Ist = Q1Soll Q1Ist_GL_09Q1Soll: Bedingung: Q1Ist = 0,9 *Q1Soll Q2Ist_GL_09Q2Soll: Bedingung Q1Ist = 0.9 * Q1Soll TEMP_Soll (Real): Temperatursoll Zeit_Soll (S5Time): Zeitsollwert. LD Rezepte[RZNRI].Q1 MUL 10 ST Q1_Soll LD Rezepte[RZNRI].Q2 MUL 10 ST Q2_Soll LD Rezepte[RZNRI].TEMP ST Temp_Soll LD Rezepte[RZNRI].ZEIT ST Zeit_Soll M002:

39 Folie Aufruf der Bausteine im PLC-Programm NW1: NW5: CoDeSys NW2: NW3: NW6: NW4: NW7: NW8: NW9: NW10: NW11: NW12: NW13: NW14: NW15:

40 Folie Aufruf der Bausteine im PLC-Programm NW5: CoDeSys

41 Folie Lerninhalte Anlagen eine Datenfeldes als ARRAY of STRUCT Indirekter Aufruf eines Datenbausteins Indirektes Laden der Rezeptwerte Parametrierung der Bausteine

42 Folie Lernaufgabe Mischbehälter mit zusätzlichem Reinigungsbetrieb Der Steuerungsablauf des Mischbehälters soll durch einen Reinigungsbetrieb erweitert werden. Ist eine vorgebbare Anzahl von Chargen im Mischbehälter hergestellt, muss eine Reinigung des Behälters durchgeführt werden. Steuerungsablauf des Reinigungsvorgangs 1. Nach der vorgegebenen Anzahl von Chargen startet der Reinigungsbetrieb automatisch. 2. Der Chargenzähler CZAE wird auf Null gesetzt und der Zulauf für das Reinigungsmittel Q3 geöffnet, bis der Behälter zu 60% gefüllt ist. 3. Nachdem die Füllmenge erreicht ist, wird das Rührwerk QM und die Heizung QH eingeschaltet. 4. Erreicht die Reinigungsflüssigkeit die Temperatur von 90 C wird die Heizung ausgeschaltet und das Abflussventil Q5 für das Reinigungsmittel geöffnet. 5. Ist der Behälter vollständig entleert, wird das Ventil Q3 für die Reinigung erneut geöffnet und der Behälter zu 100% für einen Spülgang gefüllt. 6. Danach wird das Ablassventil Q5 für die Reinigungsflüssigkeit wird geöffnet.

43 Folie Arbeitsauftrag 1. Zeigen Sie mögliche Strukturen für die Realisierung der Steuerungsaufgabe mit einem Ablauffunktionsplan 2. Bestimmen Sie für den Mischbetrieb und den Reinigungsbetrieb je einen Ablauffunktionsplan, welche korrespondieren. 3. Bestimmen Sie die Änderungen im neuen Ausgabe-Funktionsbaustein FB Im Einzelschrittbetrieb ohne Bedingungen soll der Wahlschalter für die Aktoren im Einrichtbetrieb die Kette vorgeben 5. Mit einem Schalter soll ausgewählt werden, welche Schrittnummer auf dem Bedienfeld angezeigt wird. 6. Geben Sie die neue Programmstruktur mit dem Aufruf aller Bausteine an.

44 Folie Lösung Mögliche Strukturen der Funktionsablaufpläne 1. Kette mit Verzweigung 2. Zwei parallele Ketten

45 Folie Lösung Funktionsablaufplan Mischbetrieb

46 Folie Funktionsablaufplan Reinigungsbetrieb

47 Folie Abzuarbeitende Kette im Einzelschrittbetrieb

48 Folie Auswahl der Schrittanzeige

49 Folie Programmstruktur OB1 OB1 FC48 DB10 REZEPT Daten FB27 DB27 FB24 DB24 FB25 DB25 FB25 DB15 FB26 DB26

50 Folie Lerninhalte Zerlegung einer komplexen Steuerungsaufgabe in Teilfunktionen Entwurf linearer korrespondierender Ketten Realisierung zweier korrespondierender Kette mit dem Schrittkettenbaustein FB25 Parametrierung des Betriebsarten-Funktionsbausteins FB24 Parametrierung des Schrittkettenbausteins FB25 mit Berücksichtigung des Einzelschrittbetriebs ohne Bedingung Wahlweise Anzeige der Schrittnummer auf dem Bedienfeld

51 Folie Lernaufgabe: Mischbehälter mit Bedien und Beobachtungssystem Die bisherige Projektierung soll durch ein Bedien und Beobachtungssystem erweitert werden. Einsatz eines Operatorpanels oder eines PC s mit WinCCFlexible RUN_TIME

52 Folie Arbeitsauftrag 1. Binden Sie ein Bedien-und Beobachtungssystem in die bestehende Projektierung ein 2. Projektieren Sie einen Datenbaustein für die Verbindungsvariablen CPU- BB 3. Projektieren Sie drei Bilder 3.1 Bild 1: Prozessbild 3.2 Bild 2: Rezepteingabe 3.3 Bild 3: Regelungsverlauf

53 Folie Lösung Hardwareprojektierung

54 Folie DB für die Visualisierungsvariablen

55 Folie Bild1: Prozessbild

56 Folie Bild2: Rezepteingabe Anzeigeauswahl mit einem Auswahlfeld. Die mit dem Auswahlfeld bestimmten Rezeptwerte werden angezeigt und können geändert werden.

57 Folie Bild2: Rezepteingabe

58 Folie 58 7.Lernaufgabe: Erweiterung der Projektierung durch Instandhaltungs-Bausteine Die bisherige Projektierung soll durch einen Funktionsbaustein FB28 erweitert werden, der die Instandhaltungs-Bausteine aller Aktoren enthält. Für jeden Aktor mit zugehörigem Sensor ist ein Instandhaltungsbaustein zu programmieren, der im Fehlerfalle des Aktor eine Störmeldung ausgibt. Für die vorbeugende Instandhaltung sind die Schaltspiele zu zählen oder die Einschaltzeit zu messen und eine Instandhaltungsmeldung auszugeben, wenn die vorgegebene Anzahl von Schaltspielen oder die vorgegebene Laufzeit des Aktors erreicht ist.

59 Folie Arbeitsauftrag 1. Erweitern Sie die Zuordnungsliste durch Eingänge für Störmeldungen 2. Ordnen Sie den Aktoren der Anlage die Instandhaltungsbausteine zu 3. Bestimmen Sie die neue Programmstruktur 4. Geben Sie den Aufruf der Instandhaltungsbausteine in einem Funktionsbaustein (FB28) an. 5. Bestimmen Sie den Aufruf des Funktionsbausteins FB28 im OB1 6. Zeigen Sie eine Störmeldeauswertung im Multiinstanzdatenbaustein DB28

60 Folie Lösungen Erweiterung der Eingänge:

61 Folie Zuordnung der Aktoren zu den Funktionsbausteinen: Q1F B1_IMP Q3 L_Ist Q1G B1_IMP Q4 L_Ist Q2F B2_IMP Q5 L_Ist Q2G B2_IMP QH T_Ist Q1H QM Q1M I_Unter I_ueber

62 Folie Programmstruktur OB1 OB1 FC48 DB10 REZEPT Daten FB27 FB24 FB25 DB27 DB24 DB25 FB1111 FB1111 FB1111 FB1111 FB25 FB26 FB28 DB15 DB26 DB28 FB1113 FB1113 FB1113 FB1115 FB1115

63 Folie Aufruf der IH-FBs im FB28

64 Folie Aufruf der IH-FBs im FB28

65 Folie Aufruf der IH-FBs im FB28

66 Folie Aufruf der IH-FBs im FB28

67 Folie Aufruf der IH-FBs im FB28

68 Folie Aufruf der IH-FBs im FB28

69 Folie Aufruf von FB28 im OB1

70 Folie Störungsanalyse im DB28 Störmeldung von Q1G Vorzustand 5: Aktueller Zustand 1 (Störung) Daraus folgt: Q1G war angesteuert und keine Impulse an B1 Mögliche Störung: Q1G öffnet nicht oder B1 liefert keine Impulse