Automatisierungstechnik Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik 30.01.2014 Fachhochschule Südwestfalen Raum K206 Seite 0
I. Lehrziele Verfahren zum Testen von SPS-Programmen ohne Controller (CPU-Hardware) einsetzen Simulationssysteme zur Prozesssimulation anwenden Eine einfache Verknüpfungssteuerung im FUP für eine Anlage erstellen Programmtest mit einem simulierten Anlagenmodell durchführen II. Grundlagen Simulationssysteme können die Entwicklung von Programmen und den daran anschließenden produktiven Einsatz wirkungsvoll unterstützen. In der Automatisierungswelt verkürzt eine simulierte Testumgebung, einschließlich Steuerung und Prozess, z.b. Inbetriebnahmezeiten und verringert damit Kosten. Durch frühzeitiges Auffinden von Programmierfehlern und frühzeitiges Optimieren von Programmteilen kommen die Programme bereits fehlerfrei und optimiert an der Anlage zum Einsatz. Bei Programmänderungen ist es möglich, das Programm zu testen, bevor es in die Steuerung der Anlage geladen wird. S7-PLCSIM (SIEMENS) SIMATIC S7-PLCSIM simuliert einen Controller (CPU) zum funktionalen Test von Anwenderbausteinen und Programmen für S7-300 und S7-400 auf dem PG/PC. Online-Zugriffe und Testfunktionen der Programmierwerkzeuge können ohne Unterschied so durchgeführt werden wie mit einem realen Controller. Damit kann der komplette Programmtest vor Ort im Entwicklungsbüro erfolgen. S7-PLCSIM arbeitet das Anwenderprogramm wie ein realer Controller ab. Während der Programmbearbeitung können über eine einfache Bedienoberfläche unterschiedliche Prozesswerte überwacht und geändert werden (z.b. Ein-/Ausschalten von Ein-/Ausgängen oder Vorgeben von Werten). S7-PLCSIM ist Bestandteil des TIA-Portal Softwarepakets oder als eigenständiges Softwareprodukt erhältlich. PLCSIM eignet sich gut zu Übungszwecken, wenn keine Hardware-SPS zur Verfügung steht. Ein im TIA-Portal erstelltes Automatisierungsprojekt wird dabei nicht in die reale Hardware CPU der SPS-Station sondern nach PLCSIM geladen. Die Software-CPU in PLCSIM bearbeitet dann im RUN-Modus dieses Programm. Dabei können zum Testen des Anwendungsprogramms Eingangssignale und Werte gesetzt und das Verhalten von Ausgangssignalen und Werten beobachtet werden. Seite 1
WinMOD (Mewes & Partner) Mit der WinMOD-Systemsoftware wird eine Maschine/Anlage virtualisiert und das Verhalten simuliert. Das Automatisierungssystem oder ein gleichwertiges PC-basiertes System wird über die emulierte Feldbusperipherie oder eine gleichwertige echtzeitfähige Kommunikation mit dem WinMOD-System verbunden. Das Verhalten der realen Peripherie, Maschine oder Anlage wird mit einem WinMOD-Projekt in Echtzeit simuliert. Visualisiert werden Signalwerte, Zustände, Signalverläufe oder kinematische Bewegungen in Echtzeit. Das Ergebnis ist eine virtuelle Peripherie oder eine Virtuelle Maschine/Anlage bei der eine Inbetriebnahme durch das Automatisierungssystem getestet werden kann. Simulation Wildlife (Dipl.-Ing. Martin Hemmecke) Anhand von 3D-Modellen ermöglicht Simulation Wildlife die Programmierung und Simulation von Automatisierungssystemen offline direkt am PC. Da die Software für Schüler, Studenten und Privatpersonen kostenlos ist, kann der Lernende das im Unterricht erworbene Wissen zu Hause aufarbeiten und vertiefen www.zebra-one.com. Die Programmierung kann entweder über den systemeigenen Editor (nur AWL) oder mittels externer SoftSPS (WinSPS S7 der Firma MHJ Software GmbH oder PLCSIM der Firma Siemens AG) erfolgen. Auch die Anbindung als OPC Client ist möglich. Dadurch können gängige IEC 61131-3 SPS- Programmiersysteme wie z.b. CoDeSys der Firma 3s Smart Software Solutions eingesetzt werden. Studierende der FH Südwestfalen können unter folgendem Link eine kostenlose Vollversion zur Nutzung laden: http://www.zebra-one.com/index-dateien/download/student/wildlife_setup.exe Seite 2
III. Versuchsablauf Dieser Versuch baut auf eine Gerätekonfiguration und Parametrierung der Hardware für die SPS-Station auf. In diesem Versuch soll ein Programm für eine einfache Wendeschützsteuerung eines Motors erstellt werden. Die Wendeschützsteuerung ändert bei einem Drehstrommotor M die Drehrichtung. Zur Umkehr der Drehrichtung sind zwei Schütze (K1, K2) notwendig, die die zwei Außenleiter L1 und L3 des Drehstromnetzes vertauschen. An den Schützen befindet sich jeweils ein Hilfskontakt (Sensor) der den Zustand des Schützes abfragt. Die beiden Schütze dürfen nicht gleichzeitig eingeschaltet werden, da es sonst zu einem Kurzschluss kommt. Im WinMOD Simulationsmodell der Wendeschützsteuerung muss Q1 manuell eingeschaltet sein, damit auch die beiden Schütze K1, K2 mit dem Drehstromnetz verbunden sind. Q1 schützt Leitungen und Motor gegen Überlastung. Im Fehlerfall wird eine Fehleranzeige unten am Bildschirm erscheinen, die manuell quittiert werden muss. Am Bedienfeld befinden sich Taster für die Umschaltung der Drehrichtungen. Zusätzlich kann die Stellzeit des Motors verändert werden. Die Steuerung soll folgende Funktionalität umsetzen: Nach Betätigung der Taster S5 bzw. S6 soll der Motor durch den entsprechenden Schütz im Links- bzw. Rechtslauf gestartet werden. Dabei darf der Motor nur laufen wenn Q1 eingeschaltet ist. Ist/Wird Q1 ausgeschaltet darf der Motor nicht anlaufen oder der bereits laufende Motor muss sofort ausgeschaltet werden. Durch Betätigung des Tasters S8_STOP soll der laufende Motor sofort ausgeschaltet und kann durch S5/S6 wieder in einer gewünschten Drehrichtung gestartet werden. Beim laufenden Motor darf eine Umschaltung der Drehrichtung erst nach einem vorherigen STOP möglich sein. Nach einem erfolgten Motorstop darf ein erneuter Motoranlauf erst nach einer Auslaufzeit von 5s wieder möglich sein. Die Leuchtmelder H1 (Linkslauf) und H2 (Rechtslauf) zeigen die Drehrichtung an. Nach dem Einrichten einer Testumgebung mit PLCSIM und dem WinMOD Simulationsmodell Wendeschütz soll die Funktionalität des erstellten Steuerungsprogramms an dem Software-Modell getestet werden. Versuchsablauf zu TIA Test & Simulation 1. Projektierung Projekt mit Gerätekonfiguration öffnen und speichern PLC-Variablentabelle erstellen 2. Programmierung Steuerungsprogramm erstellen 3. Simulation PLCSIM konfigurieren WinMOD Simulationsmodell anbinden 4. Funktionstest Funktionalität Steuerungsprogramm testen Versuchsende Seite 3
WinMOD Simulationsmodell Wendeschütz Symboltabelle / Variablentabelle Wendeschütz Seite 4
1. Projektierung 1.1 Öffnen Sie das Projekt: C:\TIA\Konfiguration\SPS_ Nr. Ihrer SPS-Station als Bestehendes Projekt mit dem TIA Portal. In die Projektansicht wechseln und unter Projekt Speichern unter mit einem neuen Dateinamen im Pfad C:\TIA\Student speichern. 1.2 In der Projektnavigation unter PLC_1 [CPU 3 ] PLC-Variablen auf Neue Variablentabelle hinzufügen doppelklicken und dann die Variablentabelle_1 öffnen. 1.3 In der Variablentabelle folgende symbolische Adressierung mit Eingaben für Name, Datentyp und Adresse machen: Seite 5
2. Programmierung 2.1 In der Projektnavigation unter PLC_1 [CPU 3 ] Programmbausteine den Main [OB1] öffnen. Fügen Sie nun im OB1 die Netzwerke zur Programmierung (Sprache FUP) der Wendeschützsteuerung ein. Symbol 2.2 Realisieren Sie in den Netzwerken dann die erforderlichen logischen Verknüpfungen zur Umsetzung der vorgegebenen Funktionalität der Wendeschützsteuerung: Motor mit K1_Ein_Linkslauf wenn S5_Taster_Linkslauf Betätigt und Q1_Ein = TRUE. Linkslauf stoppt oder ist nicht möglich wenn S8_STOP betätigt oder Q1_Ein = FALSE oder K2_ist_Ein_Rechts = TRUE. Anzeige durch H1_Leuchte_Links. Motor mit K1_Ein_Rechtslauf wenn S6_Taster_Rechtslauf Betätigt und Q1_Ein = TRUE. Rechtslauf stoppt oder ist nicht möglich wenn S8_STOP betätigt oder Q1_Ein = FALSE oder K1_ist_Ein_Links = TRUE. Anzeige durch H2_Leuchte_Rechts. Erst nach Auslaufzeit von 5s soll ein erneuter Motoranlauf nach erfolgtem Motorstopp möglich sein. Fügen Sie dazu aus Anweisungen Einfache Anweisungen die erforderlichen Bausteine aus dem Katalog unter Bitverknüpfungen und Zeiten (IEC-Zeiten) in die Netzwerke ein und versehen Sie mit den PLC-Variablen. Falls zusätzliche Operanden benötigt werden können Sie Merker (%My.x) verwenden. Erstellen Sie jetzt hier Ihr Programm für die Wendeschützsteuerung! Erst dann geht es weiter mit dem nächsten Schritt Seite 6
3. Simulation 3.1 Markieren Sie in der Projektnavigation PLC_1 [CPU 3 ] und wählen dann in der oberen Menüleiste Online Simulation Starten oder Symbol aus. (Warnung mit OK bestätigen.) Es öffnet sich S7-PLCSIM und das Fenster Erweitertes Laden. 3.2 Für Erweitertes Laden die Einstellungen vornehmen: Typ der PG/PC-Schnittstelle: PROFIBUS PG/PC-Schnittstelle: PLCSIM Verbindung mit Subnetz: PROFIBUS_1 Danach Laden Das Steuerungsprogram wird damit in die simulierte CPU von PLCSIM übertragen. 3.3 Zum Fenster S7-PLCSIM wechseln. Über Menüpunkt Einfügen sämtliche Eingänge und Ausgänge einfügen, die in dem zu testenden Programm verwendet werden und deren Adressen eingeben: Einfügen Eingang Einfügen Ausgang Byteadressen eingeben: Eingangsbytes: IB 64 und IB 65 Ausgangsbytes: QB 64 u. QB65 Seite 7
3.4 Damit das Steuerungsprogramm in der CPU von PLCSIM abgearbeitet wird muss die CPU auf RUN gesetzt werden. Das Programm kann jetzt auch getestet werden: Setzt man z.b. die Eingang-Bits I65.2 (Q1_Ein) und I65.3 (S5_Taster_Linkslauf) per Mausklick auf TRUE so sollten die Ausgang-Bits Q64.0 (K1_Ein_Linkslauf) und Q65.0 (H1_Leuchte_Links) auf TRUE wechseln. Falls die Funktionalität so programmiert wurde Jetzt alle gesetzten Eingang- Bits wieder ausschalten! 3.5 Über den Windows-Desktop WinMODiQ starten. Unter Datei Projekt öffnen die Datei C:\TIA\WinMOD Modelle \Wendeschütz\ Wendeschütz.wmp auswählen. 4. Funktionstest 4.1 Das simulierte Anlagenmodell Wendeschütz kann dann in WinMOD50iQ mit dem Menüpunkt Start/Stop Projekt starten aktiviert werden. Per Mausklick können nun die Buttons am Bedienpult oder für Q1 betätigt werden um Signale für die SPS-Eingänge vorzugeben. Seite 8
4.2 Damit das Modell gemäß dem Steuerungsprogramm in PLCSIM reagiert muss dort die CPU auf RUN stehen. Testen Sie nun die Funktionalität ihres Steuerungsprogrammes mit dem Anlagenmodell: Bedienen Sie das Modell zur Überprüfung 4.3 Falls Ihr Steuerungsprogramm die Funktionalität noch nicht erfüllt wechseln Sie wieder in den Main [OB1], editieren die entsprechenden Netzwerke und laden die Programmbausteine wieder in das Gerät (Die CPU in PLCSIM muss für das Laden auf STOP stehen danach wieder auf RUN). Zur Fehlersuche kann auch der Online-Beobachtungsmodus genutzt werden. Dazu Brillensymbol Die Signalzustände der logischen Verknüpfungen und Bausteine werden dann grafisch dargestellt. 4.4 Zum Versuchsende sind die nebenstehenden Punkte in der Reihenfolge durchführen: Das war`s Im WinMODiQ Menü Start/Stop Projekt stoppen WinMODiQ beenden (Fenster schließen) In S7-PLCSIM die CPU auf STOP S7-PLCSIM Simulation Beenden (Fenster schließen) Nein - Nicht speichern! Im TIA-Portal Main [OB1] öffnen dann Projekt Drucken Hiermit alle Netzwerke des OB1 ausdrucken. TIA-Portal Projekt Beenden (Fenster schließen) Seite 9
Vorbereitungsbogen Drucken Sie diese Seite aus und beantworten Sie als Vorbereitung zu diesem Praktikumsversuch die folgenden Verständnisfragen handschriftlich und bringen Sie den Bogen zum Versuch mit! 1. Wozu dient S7-PLCSIM? 2. Wofür werden Simulationsmodelle verwendet? 3. An welchen Signalen lässt sich am Simulationsmodell Wendeschütz erkennen, ob sich der Motor gerade im Links- oder Rechtslauf befindet? 4. Dürfen im Simulationsmodell Wendeschütz die Ausgangssignale Q64.0 und Q64.1 gleichzeitig aktiviert sein? Seite 10