Praktikum Steuerungstechnik

LAOR FÜR STEUERUNGS- UND REGELUNGSTECHNIK FH München University of Applied Sciences, FK 06 Raum D6/D7, r.froriep@fhm.edu Praktikum Steuerungstechnik Prof. Dr. Ing. R. Froriep, Dipl.-Ing. F. Kuplent, Dipl.-Ing. Z. Varga Experimente mit der pneumatischen Transportanlage (PTA) Inhalt 1. Versuchsaufbau 2. Inbetriebnahme 3. Aufgaben I (Unabhängige Aufgaben) 3.1 Aufnahme der Sensoren 3.2 Aufnahme der Aktoren 3.3 Verknüpfungsfunktion (rückenhubzylinder ) 3.4 Verknüpfungsfunktion (Einschieber) 3.5 Speicherfunktion (rückenhubzylinder ) 3.6 Zeitfunktion (rückenhubzylinder ) 3.7 Ereignisgesteuerte Ablauffunktion (rückenhubzylinder ) 3.8 Ablaufsteuerung (Einschieber, Heber) 3.9 Ablaufsteuerung (Ansauger, Einschieber, Heber) 3.10 Ablaufsteuerung (rückenhubzylinder, Einschieber, Heber, Stössel) 4. Aufgaben II (Zusammenhängende Aufgaben) 4.1 Ablaufsteuerung mit allen Aktoren/Sensoren (Starttaste) 4.2 Ablaufsteuerung mit allen Aktoren/Sensoren (Starttaste/Halttaste) 4.3 Ablaufsteuerung mit allen Aktoren/Sensoren (Starttaste/Halttaste/Richttaste) 1. Versuchsaufbau Die pneumatische Transportanlage ist ein Laboraufbau (Abb. 1), die beispielsweise eine transportanlage in der Fertigung nachbildet. Das (Kugel) kann auf der Laufbrücke entlang transportiert werden. Der Heber positioniert dabei den Einschieber auf Höhe des es. Der Einschieber schiebt das entlang der Laufbrücke bis zum Stössel, der einen Weitertransport des es verhindert, solange dieser ausgefahren ist. Der Stössel ist auf dem mittleren Teil der Laufbrücke befestigt, welche durch den rückenhubzylinder geschwenkt werden kann. Das kann bei eingefahrenem Stössel und Schwenklage der Laufbrücke zur anderen Seite der Anlage gelangen. Weiter positioniert der Einschieber den Ansauger über das. Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 1/11

Heber Einschieber Ansauger Druckluftventile (Mikroventilinsel) Stössel Laufbrücke rückenhubzylinder Der Heber wiederum fährt den Ansauger auf das, welcher dieses ansaugt. Nachdem das angesaugt wird, fährt der Heber zurück nach oben. Der Einschieber, mit dem der Ansauger verbunden ist, fährt ein und positioniert das über die schwenkbare Laufbrücke. Anschließend wird das Ansaugen des s deaktiviert, so dass dieses zurück auf die Laufbrücke fällt. Der rückenhubzylinder A fährt aus und versetzt die Laufbrücke in Schieflage (in Richtung Anfangszustand) und das fährt, sobald der Stössel eingefahren wird, zurück in den Anfangszustand. rückenhubzylinder A Abbildung 1: Versuchsaufbau (pneumatische Transportanlage) Die rückenhubzylinder A und, sowie der Stössel, werden einseitig mit Druckluft beaufschlagt. Das heißt diesen drei Stellgliedern ist jeweils ein Ausgang zur Ansteuerung zugewiesen. Durch das Setzen des jeweiligen Ausganges fahren die Kolben der Aktoren in ihre Endstellung und durch Rücksetzen des Ausgangs wieder in ihre Anfangsstellung. ei Stößel beiden rückenhubzylindern bewirkt das Rücksetzen die Gewichtskraft, beim Stössel die eingebaute Feder (Federkraft). Der Einschieber, der Heber und der Ansauger dagegen werden beidseitig mit Druckluft angetrieben. Das heißt diese Aktoren benötigen jeweils zwei Ausgänge zur Ansteuerung (für Anfangs- und Endstellung). Im Gegensatz zu den einseitig mit Druckluft beaufschlagten Stellgliedern fahren diese Aktoren nicht nach Rücksetzen des zugehörigen Ausgangs in ihre Anfangstellung zurück, da die Ventile für beidseitig mit Druckluft angetriebene Aktoren selbstspeichernd sind. Erst durch das Setzen des zweiten Ausgangs fahren die Kolben zurück in die Anfangsstellung. Zwischen den beiden Zuständen Kolben ausgefahren bzw. Kolben eingefahren (oder: Kolben oben bzw. unten ) wird mittels elektromagnetisch angetriebenen Druckluftventilen umgeschaltet, die ihrerseits mit den oben genannten Ausgängen (Ausgangsklemmen) einer Soft-SPS angesteuert werden (Abb. 2). Info: eachten Sie, dass bei beidseitig mit Druckluft beaufschlagten Aktoren (Einschieber, Heber, Ansauger) immer nur ein Ausgang gesetzt werden darf, um eine Ansteuerung der Positionen (z.. Kolben ausgefahren bzw. Kolben eingefahren ) zu gewährleisten. Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 2/11

A C D E F Zylinder mit Kolben A A A Druckluftventile mit Elektromagneten A C D E F 6 bar Labor Druckluft- Versorgung Abbildung 2: Pneumatikschaltplan für die Transportanlage Die Stellglieder sowie die Kolbenstelllungen sind am Versuchsaufbau wie folgt gekennzeichnet: Stellglied Kennzeichnung Kolbenstellung im Kolbenstellung im eingefahrenen Zustand ausgefahrenen Zustand rückenhubzylinder A A keine a 1 rückenhubzylinder keine b 1 Stössel C c 1 keine Heber D d 1 d 0 Einschieber E e 0 e 1 Ansauger F keine keine Aus der Transportanlage werden binäre Signale von Sensoren (Gelbe LED leuchtet) und Tasten an die Eingangsklemmen der SPS übertragen. Für die Experimente wird eine Soft-SPS eingesetzt. Eine Soft-SPS ist eine speicherprogrammierbare Steuerung, die als Software auf einem PC realisiert wird. Dabei wird mit einer bildlichen Darstellung der augruppen einer realen SPS auf dem ildschirm gearbeitet (Abb. 3). In Abbildung 4 wird ein Hilfsprogramm dargestellt, das die Datenübertragung zwischen der Soft-SPS und der Anlage herstellt. Details der Verbindung zwischen PC und Transportanlage zeigt Abbildung 5. Abbildung 3: Soft-SPS S5 für Windows (IH-softec) Abbildung 4: Handshake-Programm Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 3/11

PC als Soft-SPS COM RS232 RS485 Konverter // Parallel - Seriell - Umsetzer usw. Eingangssignale Ausgangssignale usw. E 0.0 E 0.1 A 0.0 A 0.1 Transportanlage Abbildung 5: Verbindung zwischen PC und Transportanlage 2. Inbetriebnahme Führen Sie folgende Schritte aus: Stromversorgung (Netzgerät in Steckdose) und PC einschalten. Druckluftversorgung noch aus! Windowsanmeldung: enutzername wird vom etreuer vergeben, Kennwort nicht erforderlich, Domain: LSR-Server, Handshake-Programm (Abb. 4) öffnet sich automatisch. S5 für Windows starten, Simulations-SPS (Abb. 3) mittels Symbolleiste (4. Symbol von rechts) aufrufen. Datenübertragung starten (Abb. 4: Open Link und dann Start (Request und Data beginnen zu blinken). Soft-SPS konfigurieren (Abb. 3): Zwei augruppen mit E (Eingangsbaugruppe), eine mit A (Ausgangsbaugruppe) und eine mit M (Merkerbaugruppe) markieren. SPS-Eingänge prüfen: Wenn auf dem ildschirm mindestens eine Klemme an den Eingangs- augruppen ein Häkchen anzeigt (= logische 1), ist die Datenübertragung aktiv. SPS-Ausgänge prüfen: Klicken Sie auf dem ildschirm in der Ausgabebaugruppe alle Klemmen A 0.0 bis A 0.7 an. Die Datenübertragung ist aktiv, wenn bei mindestens einer Klemme ein Klicken (eines Druckluftventils) zu hören ist und am Druckluftventil die jeweilige Kontroll- LED leuchtet. Ein eispiel zeigt Abbildung 6. Abbildung 6: Aktive Datenübertragung an der Mikroventilinsel, angezeigt durch Kontroll-LED. Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 4/11

Für die Programmierung der Soft-SPS wird STEP 5 (Siemens) verwendet, und zwar die anschauliche FUP-Darstellung (Funktionsplan, Abb. 9). Diese Programme werden als P (Programmbaustein, z.. P1, P2 etc.) im austeinverzeichnis (Abb. 7) abgelegt. Für die zyklisch zu wiederholende Abarbeitung der P ist ein O (Organisationsbaustein) erforderlich mit der AWL (Anweisungsliste) von Abb. 8. Abbildung 7: austeinverzeichnis Abbildung 8: O mit AWL (Rahmenprogramm) Abbildung 9: P in FUP (erstes Netzwerk) Mit dem grünen Pfeil ganz links in der Symbolleiste (Abb. 3 und 7 bis 9) kann zyklisch zwischen den geöffneten Ansichten umgeschaltet werden. Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 5/11

Erzeugen eines austeins: Im austeinverzeichnis (Abb. 7) Menüleiste austein, darin Neuen austein, im Fenster Typ eingeben (O oder P), gefolgt von einer Nummer, z.. P1. Nach estätigung öffnet sich ein Editierfenster für den austein. Editieren eines austeins: Im austein-editierfenster (Abb. 8 oder 9) Menüleiste Darstellung, darin auswählen FUP (im Fenster eines P) oder AWL (im Falle eines O). Die Elemente des FUP können aus der Symbolleiste direkt über der Editierfläche (Abb. 9) bezogen werden. Abspeichern eines neuen austeines: Im austeinverzeichnis (Abb. 7) Menüleiste Datei, darin Speichern unter. austeinnamen eingeben. Folgendes Verzeichnis auswählen: enutzername auf lsr.server\homes (G:) (enutzername von der Windowsanmeldung). Das Verzeichnis befindet sich auf dem LSR-Server, wo die abgespeicherten austeine während des gesamten Praktikums verfügbar bleiben. Sie werden jeweils in Form von mehreren gleichnamigen Dateien mit verschiedenen Erweiterungen abgelegt. Öffnen eines vorhandenen austeins: Im austeinverzeichnis (Abb. 7) Menüleiste Datei und darin Öffnen anklicken. Im Server-Verzeichnis enutzername auf lsr-server\homes (G:) den gewünschten austeinnamen markieren und öffnen. Im austeinverzeichnis erscheint z.. P1 und der zugehörige O1. Eventuell zuvor im austeinverzeichnis enthaltene austeine werden aus dem Verzeichnis entfernt. Mit einem Doppelklick auf z.. P1 wird das zugehörige Editierfenster geöffnet. Ausdrucken eines austeins: Im austeinverzeichnis (Abb. 7) Menüleiste Datei, darin Drucken. Im Fenster z.. P1 eingeben und drucken. Mit RUN bzw. STOP wird die Soft-SPS (Abb. 3) ein- bzw. abgeschaltet. Mit RESET wird der Zähler auf Null zurückgesetzt. Zu eachten: Der an E 0.5 anliegende Sensor am rückenhubzylinder A ist defekt. Dieser gibt ständig ein Eingangssignal ab. Daher E 0.5 nicht beachten. Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 6/11

3. Aufgaben I (Unabhängige Aufgaben) Die folgenden Aufgaben sind unabhängig voneinander lösbar. 3.1 Aufnahme der Sensoren Prüfen Sie, inwieweit welche Sensoren (Eingänge E 0.0 - E 0.7 und E 1.0 - E 1.7) folgenden Anlagezuständen zugeordnet werden. Verschieben Sie dazu die Aktoren an der Transportanlage manuell. Zustand Eingang emerkungen rückenhubzylinder ist ausgefahren Heber ist unten Heber ist oben Einschieber ist ausgefahren Einschieber ist eingefahren Taste Start (Grün) ist betätigt Taste Halt (Rot) ist betätigt Taste Richten (Orange) ist betätigt 3.2 Aufnahme der Aktoren Druckluftversorgung öffnen (Abb. 10). Vorsicht: Anlage fährt automatisch in den Anfangszustand, falls sie sich nicht in diesem befindet! Prüfen Sie, inwieweit durch Anklicken der Ausgangsklemmen A 0.0 bis A 0.7 in der Simulations-SPS die folgenden Aktionen in der Anlage ausgelöst werden können. rückenhubzylinder fährt aus Heber fährt nach unten Heber fährt nach oben Einschieber fährt aus Hebel nach unten umlegen Einschieber fährt ein Abb. 10: Öffnungsventil Ansaugen wird aktiviert Ansaugen wird deaktiviert (rückenhubzylinder A wird mitgeführt) Stössel fährt ein Ausgang Aktion emerkung A 0.0 A 0.1 A 0.2 A 0.3 A 0.4 A 0.5 A 0.6 A 0.7 Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 7/11

3.3 Verknüpfungsfunktion (rückenhubzylinder ) Der rückenhubzylinder soll aus dem Anfangszustand (Abb. 11 (a)) durch etätigung der Starttaste in den Endzustand (Abb. 11 (b)) ausfahren und nach loslassen der Starttaste wieder einfahren. Verwenden Sie dazu die im Anfangszustand der Transportanlage (Abb. 11 (a)) aktiven Sensoren. Das Programm soll nur UND- oder ODER-Glieder enthalten. PTA01 Abbildung 11: Anlagezustände in Aufgabe 3.3 3.4 Verknüpfungsfunktion (Einschieber) Durch etätigung der Starttaste soll der Einschieber aus dem Anfangszustand (Abb. 12 (a)) heraus in den Endzustand (Abb. 12 (b)) ausfahren und bei etätigung der Halttaste zurück in den Anfangszustand einfahren. PTA02 Abbildung 12: Anlagezustände in Aufgabe 3.4 3.5 Speicherfunktion (rückenhubzylinder ) Der Ablauf soll aus dem Anfangszustand (Abb. 13 (a)) durch die Starttaste ausgelöst werden. Der rückenhubzylinder soll solange im Endzustand (Abb. 13 (b)) verweilen, bis die Halttaste gedrückt wird. Verwenden Sie hierzu einen Merker (S-R-Flip Flop). PTA03 Abbildung 13: Anlagezustände in Aufgabe 3.5 Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 8/11

3.6 Zeitfunktion (rückenhubzylinder ) Der Ablauf soll aus dem Anfangszustand (Abb. 14 (a)) durch die Starttaste ausgelöst werden. Der rückenhubzylinder soll für fünf Sekunden im Endzustand (Abb. 14 (b)) verweilen, bevor er wieder in den Anfangszustand zurückfährt. PTA04 Abbildung 14: Anlagezustände in Aufgabe 3.6 3.7 Ereignisgesteuerte Ablauffunktion (rückenhubzylinder ) Der rückenhubzylinder soll automatisch hoch und runter fahren. Der Ablauf soll aus dem Anfangszustand (Abb. 15 (a)) durch die Starttaste ausgelöst und durch die Halttaste beendet werden. Ausgefahren befindet sich der Aktor im Endzustand (Abb. 15 (b)). PTA05 Abbildung 15: Anlagezustände in Aufgabe 3.7 3.8 Ablaufsteuerung (Einschieber, Heber) ringen Sie die Anlage aus dem Anfangszustand (Abb. 16 (a)) durch etätigung der Starttaste in den Endzustand (Abb. 16 (b)). Dazu soll zuerst der Heber nach unten positioniert werden und dann der Einschieber ausfahren. Anschließend soll der Heber wieder nach oben positioniert werden und der Einschieber dann einfahren. PTA06 Abbildung 16: Anlagezustände in Aufgabe 3.8 Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 9/11

3.9 Ablaufsteuerung (Ansauger, Einschieber, Heber) ringen Sie das per Hand in den in Abbildung 17 (a) dargestellten Anfangszustand. Anschließend soll der Einschieber ausfahren und der Heber dann runter fahren. Nachdem der Ansauger auf dem aufliegt, soll das Ansaugen aktiviert werden. Folgend soll der Heber wieder hochfahren und der Einschieber dann in den Endzustand (Abb. 17 (b)) einfahren. Nach Erreichen des Endzustandes soll das Ansaugen wieder deaktiviert werden. Starten Sie das Programm mit der Starttaste. PTA07 Abbildung 17: Anlagezustände in Aufgabe 3.9 3.10 Ablaufsteuerung (rückenhubzylinder, Einschieber, Heber, Stössel) Das soll durch etätigung der Starttaste aus dem Anfangszustand (Abb. 18 (a)) in den Endzustand (Abb. 18 (b)) auf der anderen Seite der Anlage befördert werden. Dazu soll zuerst der Heber nach unten fahren. Anschließend soll der Einschieber gefolgt vom rückenhubzylinder ausfahren. Als nächstes soll der Heber wieder nach oben fahren und der Stössel einfahren. PTA08 Abbildung 18: Anlagezustände in Aufgabe 3.10 Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 10/11

4. Aufgaben II (Zusammenhängende Aufgaben) Diese Aufgaben bauen aufeinander auf und alle zur Verfügung stehenden Stellglieder und Sensoren werden mit eingebunden. 4.1 Ablaufsteuerung (Starttaste) Das soll durch etätigung der Starttaste aus dem Anfangszustand (Abb. 19 (a)) in den Endzustand (Abb. 19 (b)) transportiert und wieder zurück in den Anfangszustand befördert werden. PTA09 Abbildung 19: Anlagezustände in Aufgabe 4.1 4.2 Ablaufsteuerung (Starttaste, Halttaste) Die Aufgabenstellung ist die gleiche wie in Aufgabe Ablaufsteuerung (Starttaste). Zusätzlich soll der Ablauf durch etätigung der Halttaste zwischen den einzelnen Ablaufschritten (Netzwerke) angehalten werden können und dann in diesem Zustand (Haltzustand) verbleiben. Durch erneute etätigung der Starttaste soll die Ablaufsteuerung aus dem jeweiligen Haltzustand wieder weiterlaufen. PTA10 4.3 Ablaufsteuerung (Starttaste, Halttaste, Richttaste) Aufgabenstellung wie unter 4.2. Zusätzlich soll die Anlage nur aus einem Haltzustand heraus (siehe Aufgabe 4.2), durch etätigung der Richttaste in den Anfangszustand (Abb. 19 (a)) gebracht werden. Die Position des es nach dem Richten spielt dabei keine Rolle. Nach dem Richten soll die Ablaufsteuerung von neuem gestartet werden können. PTA11 Froriep/Kuplent/Varga, PTA_Aufgaben.doc, 0507 Seite 11/11