Grundlagen Speicherprogrammierbarer Steuerungen

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G rundlagen
Speiche rprog rammierba rer
S teuerungen
1 - Grundlagen Speicherprogrammierbarer Steuerungen
Impressum
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Herausgeber:
IHK für Oberfranken
Bahnhofstr. 23-27
95444 Bayreuth
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ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth
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Impressum ....................................................................................................................................2
Firmenvorstellung ..........................................................................................................................5
Leitfragen ......................................................................................................................................6
1.0 Kapitelübersicht........................................................................................................................7
1.1 Aufbau und Funktion einer SPS.....................................................................................8
1.1.0 Vorteile einer Speicherprogrammierbaren Steuerung ................................................. 11
1.1.1 Vorteile einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (2) ............................................ 12
1.1.2 Vorteile einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (3) ............................................ 13
1.3 Modulare SPS mit verschiedenen Baugruppen............................................................. 16
1.4 Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe ............................................................................... 17
1.5 Zyklische Programmbearbeitung.................................................................................. 21
1.6 Lineare und strukturierte Programmierung.................................................................... 22
2.0 Kapitelübersicht...................................................................................................................... 24
2.1.0 Signalarten in der Steuerungstechnik ........................................................................ 25
2.1.1 Signalarten in der Steuerungstechnik (2) ................................................................... 26
2.1.2 Signalarten in der Steuerungstechnik (3) ................................................................... 27
2.2 Datentypen zur Adressierung ...................................................................................... 28
2.3 Bit- und Byte-Adressen ............................................................................................... 29
2.4 Symbolische Adressierung .......................................................................................... 30
2.5 Adressierung nach IEC 61131-3 und STEP 7 ............................................................... 31
3.1 Übersicht Programmiersprachen.................................................................................. 33
3.2 Kontaktplan KOP ........................................................................................................ 34
3.3 Funktionsplan FUP ..................................................................................................... 35
3.4 Anweisungsliste AWL ................................................................................................. 36
4.1.0 Programmierung von Öffnern und Schließern ............................................................ 39
4.1.1 UND- Programmierung von Öffnern und Schließern................................................... 41
Programmdarstellung in KOP und in FUP .......................................................................... 42
4.1.2 ODER- Programmierung von Öffnern und Schließern................................................. 44
Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP ................................................................. 45
4.2.0 Füllstandssteuerung - Problematik ............................................................................ 47
4.2.1 Füllstandssteuerung - Zuordnungsliste...................................................................... 49
4.3 Abfrage von Ausgängen .............................................................................................. 53
Abfrage von Ausgängen AWL und FUP ............................................................................. 55
4.4 UND-vor-ODER-Verknüpfung ...................................................................................... 57
4.5 ODER-vor-UND-Verknüpfung ...................................................................................... 60
4.6 Verwendung von Merkern ........................................................................................... 61
4.7 Garagentorsteuerung .................................................................................................. 67
5.1 Ausgang mit Selbsthaltung .......................................................................................... 71
5.2.0 RS-Speicherfunktion mit vorrangigem Rücksetzen ..................................................... 77
5.2.1 RS-Speicherfunktion mit vorrangigem Setzen ............................................................ 79
5.3 Sammelbecken........................................................................................................... 82
6.1 Darstellung von Zeitabläufen ....................................................................................... 86
6.2 Einschaltverzögerung SE ............................................................................................ 87
6.3 Ausschaltverzögerung SA ........................................................................................... 89
6.4 Zeit als Impuls SI........................................................................................................ 91
6.5 Toiletten-Licht-Lüfter-Steuerung .................................................................................. 93
7.1 Darstellung von Zählerfunktionen ............................................................................................ 95
7.2 Ein- und Ausgänge eines Zählers bei STEP 7 .......................................................................... 96
7.3 Beispiel.................................................................................................................................. 98
7.4 Parkplatzüberwachung ........................................................................................................... 99
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8.0 Kapitelübersicht.................................................................................................................... 105
8.1 Sicherheit von Steuerungen ...................................................................................... 106
8.2 Drahtbruchsicherheit................................................................................................. 107
8.3 Erdschlusssicherheit ................................................................................................. 108
8.4 Elektromechanische Verriegelungen.......................................................................... 109
8.5.0 NOT-Halt-Bestimmungen ....................................................................................... 110
8.5.1 NOT-HALT-Schaltung ............................................................................................ 111
Bearbeitung der Fallstudie .......................................................................................................... 114
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Firmenvorstellung
Einleitung
Firmenchronik:
Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik.
Sie entstand aus einem Familienbetrieb, der sich mit Maschinen für die
Blechumformung befasste. Anfang 1995 wurde auf die stark wachsende
Automatisierungstechnik mit der Suche nach Vertriebspartnern reagiert.
Heute beschäftigt die Firma Automatico 60 Mitarbeiter, die für viele metallverarbeitende Branchen Automatisierungsmöglichkeiten konstruieren und
umsetzen.
Produktgeschichte:
Von einem reinen Maschinenbauunternehmen entwickelte sich die Automatico in den 90er Jahren zu
einer mittelständischen Automatisierungsfirma, was auch zur Umbenennung in den jetzigen Namen
führte. Nicht zuletzt bescherte der Wunsch nach mehr Automatisierung der Firma eine große Anzahl
neuer Kunden. Schon bei der ersten Herstellung von Blechbearbeitungsmaschinen lag der Firmenschwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsabläufen der Blechbearbeitung.
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Leitfragen
Einleitung
Die hier zusammen gestellten Leitfragen sollen Ihnen den Einstieg in die Qualifizierungseinheit ermöglichen. Nehmen Sie sich die Zeit und notieren Sie jetzt bitte ganz spontan, was Ihnen als Antworten
einfällt.
Im Laufe der weiteren Bearbeitung werden Sie mehrmals auf Ihre Notizen zurückgreifen. Bitte verwenden Sie daher einfach ein Blatt Papier für Ihre Antworten.
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1.0 Kapitelübersicht
1 Grundwissen zur SPS
Kapitelbezogene Eingangsfragen:
Wie sieht der Aufbau und die Funktion einer Sps aus?
Themen:
1.1 Aufbau und Funktion einer SPS
1.1.0 Vorteile einer Speicherprogrammierbaren Steuerung
1.1.1 Vorteile einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (2)
1.1.2 Vorteile einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (3)
1.2 Kompaktsteuerungen und Steuerungen in Modulbauweise
1.3 Modulare SPS mit verschiedenen Baugruppen
1.4 Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe
1.5 Zyklische Programmbearbeitung
1.6 Lineare und strukturierte Programmierung
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1.1 Aufbau und Funktion einer SPS
Eine Speicherprogrammierbare Steuerung hat die Struktur eines Rechners, deren Funktion in einem
Programm gespeichert ist. Sie werden vorzugsweise in kommerziellen und industriellen Anwendungen
eingesetzt.
Eine SPS überwacht Eingabegeräte, trifft Entscheidungen auf Grund ihres Programms und steuert
über ihre Ausgänge Maschinen und automatisierte Prozesse. In dieser Lerneinheit werden Sie grundlegende Informationen über den Aufbau und die Funktionsweise einer SPS erhalten.
Taster, Schalter
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Sensoren
Meldungen
Motorstarter
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Motoren
Schütze
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1.1.0 Vorteile einer Speicherprogrammierbaren
Steuerung
Verbindungsprogrammierte Steuerung
In der herkömmlichen Schütztechnik wird das Steuerprogramm durch eine feste Verdrahtung von
Schaltern, Tastern, Schützen usw. bestimmt. Man spricht deshalb von einer verbindungsprogrammierten Steuerung. Den Ablauf des Steuerungsprogramms verändern oder die Hinzufügung zusätzlicher
Funktionen erfordert meistens umfangreiche Änderungen in der Hardware und zeitaufwendiges Umbzw. Neuverdrahten.
Speicherprogrammierbare Steuerung
Bei einer SPS erfolgt die „Verdrahtung“ der Geräte und Schaltglieder in einem Programm. Der Arbeitsaufwand in konventioneller Technik wird wesentlich reduziert und beschränkt sich hauptsächlich
auf den Hauptstromkreis elektrischer Steuerungen. Programmerstellung und Änderungen sowie Beseitigung von Fehlern sind schneller möglich.
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Steuerung (2)
Im Folgenden sind einige Vorteile einer Lösung mit SPS gegenüber einer verbindungsprogrammierten Steuerung (VPS)
§
geringerer Platzbedarf als bei einer Lösung in Schütztechnik
§
eine SPS arbeitet schneller und ist weniger störungsanfällig
§
leichter und schnellere Änderungen im Steuerungsprogramm möglich
§
weiterführende Verknüpfungsoperationen wie Zählen, Vergleichen, arithmetische Operationen
usw.
§
eine SPS hat Fehlerdiagnose- und Überwachungsfunktionen bereits integriert
§
Anwendungen können ohne zusätzlichen Aufwand dokumentiert werden
§
bereits vorhandene Lösungen lassen sich problemlos in neuen Anwendungen einbinden
VPS:
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Steuerung (3)
Bereits an dieser einfachen Steuerungsaufgabe ist zu erkennen, wie beim Einsatz einer SPS Verdrahtungsaufwand verringert wird und Einsparungen bei der Hardware, hier das Zeitrelais K4T, möglich
sind. Diese Vorteile gewinnen bei zunehmender Komplexität der Steuerung an Gewicht.
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1.2 Kompaktsteuerungen und Steuerungen in
Modulbauweise
Man unterscheidet grundsätzlich zwischen Steuerungen in Kompaktbauweise und modular aufgebauten Steuerungen.
Kompaktsteuerung
Für kleinere Steuerungsaufgaben werden kompakt aufgebaute Steuergeräte angeboten. Sie stellen in sich geschlossene Einheiten dar mit
einer fest vorgegebenen Anzahl von Ein- und Ausgängen. Ihr Einsatz
rentiert sich schon bei einfachen Aufgabenstellungen.
Die Programmierung kann auch ohne PC direkt über am Gerät befindliche Bedientasten und einem integrierten Display erfolgen.
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Modulare Steuerung
Größere Steuergeräte werden aus einzelnen Baugruppen in Modulbauweise, deren Anzahl und Kombination in weiten Grenzen vom Anwender bestimmt werden kann. Der besondere Vorteil liegt in der problemlosen Anpassung an erweiterte Aufgabenstellungen.
Die einzelnen Baugruppen werden meist auf einer Profilschiene angeordnet und über einen Hinterwandbus miteinander verbunden.
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1.3 Modulare SPS mit verschiedenen Baugruppen
Fahren Sie mit der Maus in die verschiedenen Bereiche der SPS für mehr Informationen.
Baugruppe 1: Stromversorgung (Netzteil)
Baugruppe 2: Zentraleinheit (CPU)
Baugruppe 3: Digitale Eingangsbaugruppen
Baugruppe 5: Digitale Ausgangsbaugruppen
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Eine SPS besteht grundsätzlich aus einer Eingabebaugruppe, einer Verarbeitungsbaugruppe oder
Zentraleinheit und einer Ausgabebaugruppe. Dazu gehören als Peripheriegeräte noch ein Programmiergerät und eventuell eine Bedieneinheit.
Eingabebaugruppe
Die SPS nimmt über die Eingabebaugruppe eine Vielzahl digitaler und
analoger Signale auf, die z.B. von Tastern, Endschaltern und Sensoren
aus der zu steuernden Anlage kommen.
Oftmals müssen diese für die SPS systemfremden Signale in einer
Anpassungsschaltung auf das Niveau des Verarbeitungsteiles (
0V....5V) gebracht werden. Eine galvanische Trennung zwischen Signaleingabe und Signalverarbeitung kann hier ebenfalls erfolgen.
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Verarbeitungsbaugruppe
Die Zentraleinheit bzw. CPU bildet das „Gehirn“ des Automatisierungsgerätes. Die von der Eingabebaugruppe aufgenommenen und aufbereiteten Signale werden in der Zentraleinheit entsprechend dem Steuerungsprogramm logisch verknüpft.
Je nach gewünschter Leistungsfähigkeit und Rechengeschwindigkeit
werden unterschiedliche Prozessoren eingesetzt.
Ausgabebaugruppe
Über die Ausgabebaugruppe greift die SPS in den Steuerungsprozess
ein. Ebenso werden die Signale aus dem Verarbeitungsteil so aufbereitet, dass Stellglieder wie z.B. Schütze und Magnetventile und Aktoren
wie z.B. Meldeeinrichtungen damit angesteuert werden können.
Digitale Ausgänge werden in der Regel als Transistor- oder Relaisausgänge ausgeführt.
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Programmiergerät
Ein Programmiergerät wird benötigt, um die Konfigurationsdaten für die
SPS-Hardware sowie das Anwenderprogramm in die CPU der Zentralbaugruppe zu übertragen.
Als Erstellsysteme werden PCs oder Handprogrammiergeräte verwendet.
Bedieneinheit
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Eine Bedieneinheit ermöglicht die Darstellung von Prozessinformationen sowie die Eingabe neuer Steuerungsparameter durch das Personal.
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1.5 Zyklische Programmbearbeitung
Bei der Programmbearbeitung werden durch die CPU die Adressen der Speicherzellen
nacheinander abgearbeitet. Ein Programmdurchlauf wird als „Arbeitszyklus“ bezeichnet. Die für einen
Programmdurchlauf benötigte Zeit wird „Zykluszeit“ genannt. Diese Zeit wird ständig überwacht. Überschreitet sie einen Maximalwert, wird die Steuerung unverzüglich in den STOPP-Zustand gebracht. Die
durchschnittliche Zykluszeit beträgt etwa 2.....30 ms. Auf Grund dieser Arbeitsweise ergeben sich für
die Erstellung von SPS-Programmen wichtige Gesichtspunkte, die berücksichtigt werden müssen:
§ Während der Programmbearbeitung werden Änderungen der Eingangssignale nicht berücksichtigt, und es werden auch keine neuen Ausgangssignale ausgegeben.
§
Treten in einem Programm gleichlautende Befehl auf, hat derjenige Vorrang, der als letzter
kommt, da er im PAA gespeichert wird.
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Bei der Strukturierung des Programmcodes gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten, die von der Art
der Programmierung abhängen.
Lineare Programmierung
Das gesamte Programm befindet sich im zyklisch bearbeiteten Organisationsbaustein OB1. Die CPU arbeitet die Anweisungen der Reihe
nach ab und beginnt dann wieder von vorne.
Diese Art der Programmierung wird aber nur für einfache, nicht zu
umfangreiche Steuerungsaufgaben verwendet.
Strukturierte Programmierung
Ein strukturiertes Programm besteht im Prinzip aus einem Hauptprogramm und mehrfach aufrufbaren Unterprogrammen. Diese Unterprogramme werden bei speicherprogrammierbaren Steuerungen z.B. als
Funktionen und Funktionsbausteine bezeichnet.
Die Reihenfolge der Bausteinbearbeitung wird im Organisationsbaustein OB1 festgelegt. Dies hat den Vorteil, Programmteile einzeln austesten zu können, bevor sie zu einem Gesamtprogramm zusammengefügt werden.
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2 Adressierung von Ein- und Ausgängen
Was versteht man unter Symbolische Adressierung?
Themen:
2.1.0 Signalarten in der Steuerungstechnik
2.1.1 Signalarten in der Steuerungstechnik (2)
2.2 Datentypen zur Adressierung
2.3 Bit- und Byte-Adressen
2.4 Symbolische Adressierung
2.5 Adressierung nach IEC 61131-3 und STEP 7
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2.1.0 Signalarten in der Steuerungstechnik
Die an den Ein- und Ausgängen einer SPS anstehenden elektrischen Signale können grundsätzlich in
zwei verschiedene Gruppen unterteilt werden:
Binäre Signale
Klicken Sie mit der linken Maustaste auf die Hand!
Drucktaster, Umschalter, Grenz- und Näherungsschalter usw. liefern Signale, die nur zwei Signalzustände annehmen können. In der Steuerungstechnik wird häufig eine Gleichspannung von +24V als
Steuerspannung verwendet, was in diesem Fall den Signalzustand „1“ am Eingang der SPS bedeuten
würde. Da aber unter realen Bedingungen nur selten exakt +24V bzw. 0V an den Eingängen anliegen,
wurde herstellerseitig ein Toleranzbereich festgelegt.
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Digitale Signale
Mehrere Binäre Signale zusammengefasst ergeben ein digitales Signal, dessen
Bedeutung durch eine Codierung festgelegt ist.
So lassen sich z.B. die Dezimalziffern 0
bis 9 mit einem 4-stelligen Dualcode darstellen.
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Analoge Signale
Analoge Signale können innerhalb eines bestimmten Bereichs jeden beliebigen Wert annehmen. Typische analoge Eingangssignale in der Automatisierungstechnik sind z.B. bei elektrischen Strömen
0.......20 mA und 4.......20 mA. Elektrische Spannungspegel sind in der Regel in den Bereichen
0.......+10 V und –10.......+10 V anzutreffen. Da eine SPS intern keine analogen Werte verarbeiten
kann, müssen die eingelesenen Spannungs- und Stromwerte in eine digitale Information umgewandelt
werden. Diesen Vorgang bezeichnet man als Analog-Digital-Wandlung.
Im folgenden Beispiel überwacht eine SPS die Füllstandshöhe eines Tankinhaltes. Der Messfühler
liefert an die SPS eine analoge Eingangsgröße.
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2.2 Datentypen zur Adressierung
Zur eindeutigen Adressierung von Ein- und Ausgängen werden bei Automatisierungsgeräten folgende
Datentypen verwendet:
Fahren Sie mit der Maus über die dargestellten Datentypen, um nähere Informationen zu erhalten.
Bit: Unter einem Bit versteht man die kleinste binäre Informationseinheit. Diese kann den Signalzustand 0 oder 1 annehmen.
Byte: Für eine Einheit von 8 Binärzeichen steht der begriff Byte. Ein Byte hat demnach die Größe von
8 Bit.
Wort: Ein Wort setzt sich aus 2 Byte oder 16 Bits zusammen. Mit Worten lassen sich Dualzahlen,
Buchstaben digital-codierte Analogwerte usw. darstellen.
Doppelwort: Beim Doppelwort entspricht die Wortlänge einer Anzahl von 32 Binärzeichen. Ein Doppelwort besitzt demnach die Größe von 2 Worten, 4 Byte oder 32 Bit.
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2.3 Bit- und Byte-Adressen
Um die einzelnen Bits einer digitalen Eingangs - oder Ausgangsbaugruppe ansprechen zu können,
wird jedem einzelnen Bit innerhalb eines Bytes eine Ziffer, die „Bitadresse“ zugeordnet. Bei der dargestellten SIMATIC-Baugruppe hat das jeweils oberste Bit die Adresse 0.
Auch die einzelnen Bytes erhalten Nummern, die „Byteadressen“. Jedes Eingangsbyte (EB) und jedes
Ausgangsbyte (AB) erhält eine Adresse abhängig vom Steckplatz der jeweiligen Baugruppe. Somit ist
jedes Bit eindeutig durch die Kombination von Bit- und Byteadresse bestimmt.
Hier finden Sie ein Beispiel.
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2.4 Symbolische Adressierung
Die symbolische Adressierung ermöglicht es, an Stelle von absoluten Adressen (z.B. E 4.1) mit Symbolen (z.B. „Motor_Ein“) zu arbeiten. Damit wird eine bessere Verständlichkeit und Lesbarkeit des
Programmcodes erreicht. Jeder symbolische Name darf nur einmal im Programm vergeben werden.
Die Symbole für Eingänge, Ausgänge, Merker, Zeiten, Zähler usw. werden in einer Symboltabelle
hinterlegt.
Beispiel einer Symboltabelle:
Symbol
Adresse
Datentyp
Kommentar
S0
E 4.0
BOOL
Taster Motor Aus
S1
E 4.1
BOOL
Taster Motor Ein
F2
E 4.2
BOOL
Motorschutzkontakt
K1
A 5.1
BOOL
Netzschütz
K2
A 5.2
BOOL
Sternschütz
K3
A 5.3
BOOL
Dreieckschütz
Anlauf
T1
S5TIME
Y-? -Anlaufzeit
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2.5 Adressierung nach IEC 61131-3 und STEP 7
Bis zur Verabschiedung eines einheitlichen Standard für die Programmierung von Automatisierungsgeräten waren Steuerungsprogramme unterschiedlicher Hersteller praktisch nicht austauschbar. Die
IEC 61131 Norm für Speicherprogrammierbare Steuerung ist als deutsche Norm DIN EN 61131 übernommen worden. Sie hat die Zielsetzung, neue herstellerunabhängige Programmierwerkzeuge zu
entwickeln, die auf herkömmlichen PCs einsetzbar sind und für nahezu jede SPS einen entsprechenden Maschinencode erzeugen.
Die in diesem Lehrgang dargestellten Programme wurden auf der Grundlage der Programmiersoftware STEP 7 von der Firma Siemens erstellt deren Befehlsvorrat auf der Norm IEC 61131 beruht.
IEC 61131-3
STEP 7
Eingangs-Bit
IX 4.0......4.7
E 4.0.......4.7
Ausgangs-Bit
QX 2.0......2.7
A 2.0.......2.7
Eingangs-Byte
IB 3
EB 3
AusgangsByte
IQB 5
AB 5
Eingangs-Wort
IW 2
EW 2
Ausgangs-Wort
QW 8
AW 8
Eingangs-Doppelwort
ID 10
ED 10
Ausgangs-Doppelwort
QD 14
AD 14
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3 Programmiersprachen nach IEC 61131-3 in
STEP 7
Haben Sie eine Übersicht der Programmiersprachen?
Themen:
3.1 Übersicht Programmiersprachen
3.2 Kontaktplan KOP
3.3 Funktionsplan FUP
3.4 Anweisungsliste AWL
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3.1 Übersicht Programmiersprachen
STEP 7
Fahren Sie mit der Maus über die einzelnen Bereiche der Grafik, um nährere Informationen zu
erhalten.
Ablaufsprachen: Die Ablaufsprache orientiert sich an der Darstellung von Ablaufsteuerungen in Form
von Schritten und Weiterschaltbedingungen. Sie wird im Laufe dieser Qualifizierungseinheit nicht benutzt.
Kontaktplan: Der Kontaktplan ist die grafische Darstellung eines Steuerungsprogramms mit Symbolen
nach DIN 19 239, wie sie auch in den USA üblich sind.
Funktionsplan: Der Funktionsplan ist die grafische Darstellung eines Steuerungsprogramms mit Symbolen der Digitaltechnik nach DIN 40 700.
Anweisungsliste: In der Anweisungsliste werden die einzelnen Programmzeilen untereinander geschrieben. Sie kann den gesamten Befehlsvorrat einer SPS ausnutzen.
Strukturierter Text: Der Strukturierte Text ist eine höhere Programmiersprache geeignet für komplexe
Rechenaufgaben, vergleichbar mit PASCAL oder C++. Sie wird im Laufe dieser Qualifizierungseinheit
nicht benutzt.
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3.2 Kontaktplan KOP
STEP 7
Der Kontaktplan gleicht einem Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung. KOP-Anweisungen bestehen
aus Elementen und Boxen, die grafisch zu Netzwerken verbunden werden. Ausgangsgrößen werden
als Spulen dargestellt.
Der Signalzustand an Ausgang A 4.0 ist ”1”, wenn:
§
am Eingang E 0.0 der Signalzustand „1“ ODER am Eingang E 0.2 der Signalzustand ”0” ist
§
UND am Eingang E 0.1 der Signalzustand „1“ ist.
Möglichkeiten des Signalflusses
§
Kann Strom über den Stromkreis bis zur Spule fließen, so wird die Spule stromführend.
§
Kann der Strom nicht über den gesamten Stromkreis bis zur Spule fließen, so wird die Spule
nicht stromführend.
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3.3 Funktionsplan FUP
STEP 7
Die Programmiersprache FUP beruht auf der zweiwertigen Logik der Booleschen Algebra, in der Variablen die Werte ”wahr” (1) oder ”falsch” (0) annehmen können. FUP -Anweisungen bestehen aus Elementen und Boxen, die graphisch zu Netzwerken verbunden werden.Die Eingänge befinden sich auf
der linken, die Ausgänge auf der rechten Seite der Box. Beispiel:
§
am Eingang E 0.0 der Signalzustand „1“ ODER am Eingang E 0.2 der Signalzustand ”0” ist
§
Möglichkeiten des Signalflusses:
§
Sind die Bedingungen der FUP–Verknüpfungen erfüllt, so ist der Signalzustand an der Ausgangs–Box ”1”.
§
Sind die Bedingungen der FUP–Verknüpfungen nicht alle erfüllt, so ist der Signalzustand
an der Ausgangs–Box ”0”.
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3.4 Anweisungsliste AWL
STEP 7
Abhängig von ihrem Aufbau werden Anweisungen in eine der beiden folgenden Hauptgruppen eingeordnet:
§
Anweisungen, die nur aus der Operation bestehen.
Beispiele:
NOT
CLR
§
Anweisungen, die aus einer Operation und einem Operanden bestehen.
Beispiele:
U E 0.2
O A 4.1
§
Hier sehen Sie ein Beispiel.
§
am Eingang E 0.0 der Signalzustand „1“ ODER am Eingang E 0.2 der Signalzustand
”0” ist
§
Möglichkeiten des Signalflusses:
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§
Dem Ausgang A 4.0 wird das Verknüpfungsergebnis „1“ zugewiesen,
wenn alle AWL-Verknüpfungen erfüllt sind.
§
Dem Ausgang A 4.0 wird das Verknüpfungsergebnis „0“ zugewiesen,
wenn nicht alle AWL-Verknüpfungen erfüllt sind.
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4 Programmbeispiele ohne Speicherverhalten
Was ist die Schützschaltung?
Themen:
4.1.0 Programmierung von Öffnern und Schließern
4.2.0 Füllstandssteuerung - Problematik
4.3 Abfrage von Ausgängen
4.4 UND-vor-ODER-Verknüpfung
4.5 ODER-vor-UND-Verknüpfung
4.6 Verwendung von Merkern
4.7 Garagentorsteuerung
4.7.0 Garagentorsteuerung (2)
4.7.1 Garagentorsteuerung (3)
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4.1.0 Programmierung von Öffnern und Schließern
Bei der Erstellung eines SPS-Programms, unabhängig davon, ob es als Funktionsplan, Anweisungsliste oder Kontaktplan dargestellt wird, ist die Ausführung der Geber zu beachten. Es muss vor der
Programmerstellung bekannt sein, ob der verwendete Geber ein Öffner oder ein Schließer ist.
Merksatz:
Ist ein an einem Eingang angeschlossener Geber ein Schließer, führt der Eingang bei Betätigung Signalzustand „1“. Ist der Geber ein Öffner, so führt der Eingang bei Betätigung den Signalzustand „0“.
Das Automatisierungsgerät hat keine Möglichkeit festzustellen, ob ein Eingang mit einem Schließer
oder einem Öffner belegt ist. Es kann nur den Signalzustand „1“ oder den Signalzustand „0“ erkennen.
Siehe hierzu die Tabelle der Signalzustände.
Eine Kurzübersicht der digitalen Grundfunktionen können Sie sich mit diesem Dokument ausdrucken lassen.
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Digitale Grundfunktionen
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4.1.1 UND- Programmierung von Öffnern und
Schließern
Das Schütz K1 soll anziehen, wenn der Taster S1 betätigt und der Taster S2 nicht betätigt ist.
§
Der Taster S1 ist ein betätigter Schließer
und wird auf „1“ abgefragt.
§
Der Taster S2 ist ein nicht betätigter
Schließer und wird auf „0“ abgefragt.
§
Beide SPS-Operanden werden mit UND
verknüpft
Beispiel AWL
Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in KOP und in FUP auf einem Blatt Papier und
vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der UND- Programmierung von Öffner und Schließer in der
Dokumentenbox.
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Ausbildung zum Mechatroniker
Programmdarstellung in KOP und in FUP
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Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in KOP und in FUP und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der UND- Programmierung von Öffner und Schließer in der Dokumentenbox.
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UND- Programmierung von Öffner und Schließer
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4.1.2 ODER- Programmierung von Öffnern und
Schließern
Das Schütz K1 soll anziehen, wenn der Taster S1 betätigt oder der Taster S2 nicht betätigt ist.
§
Der Taster S1 ist ein betätigter Schließer
und wird auf „1“ abgefragt.
§
Der Taster S2 ist ein nicht betätigter Öffner und wird ebenfalls auf „1“ abgefragt.
§
Beide SPS-Operanden werden mit ODER
verknüpft
Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP auf einem Blatt Papier
und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der ODER- Programmierung von Öffner und Schließer
in der Dokumentenbox.
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Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP
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Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP und vergleichen Sie Ihre
Aufzeichnung mit der ODER- Programmierung von Öffner und Schließer in der Dokumentenbox.
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ODER- Programmierung von Öffner und Schließer
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4.2.0 Füllstandssteuerung - Problematik
Die Füllstände von 3 Behältern in einer Tankanlage sollen mit einer SPS kontrolliert und gesteuert
werden. Sprechen jeweils nur die unteren Sensoren B1, B3 und B5 (alles Schließer) an, öffnen die
Ventile entsprechenden Ventile. Melden die Sensoren B2, B4 oder B6 (alles Schließer), dass die
Tanks voll sind, werden die zugehörigen Ventile geschlossen. Die Ventile können nur geöffnet werden, wenn die Anlage durch den Schalter S0 eingeschaltet wurde. Die Auslassventile der drei Behälter werden per Hand betätigt.
Bitte klicken Sie orangemarkierten Griffe!
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4.2.1 Füllstandssteuerung - Zuordnungsliste
Bevor man sich über die eigentliche Programmierung der Steuerung macht, ist im Sinne einer guten
Dokumentation eine Zuordnungsliste zu erstellen, in der den Sensoren bzw. Aktoren die entsprechenden Ein- und Ausgänge der SPS zugewiesen werden. Kommentare erhöhen die Verständlichkeit für
andere Personen die das Programm nicht selbst erstellt haben.
und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Füllstandssteuerung AWL, KOP und FUP in der
Dokumentenbox.
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Aufzeichnung mit der Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP in der Dokumentenbox.
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4.3 Abfrage von Ausgängen
Ausgänge können wie Eingänge vom SPS-Programm abgefragt werden. In der vorliegen Schützschaltung kann das Schütz K2 nur dann eingeschaltet werden, wenn das Schütz K1 nicht eingeschaltet ist.
Die Leuchtmelder H1 und H2 zeigen den jeweiligen Schaltzustand der Schütze an.
Hier sehen Sie die Schützschaltung mit weiteren Erklärungen hinter den orangemarkierten Begriffen.
An der Beschaltung der SPS ist zu erkennen, dass der Öffner von K1 im Strompfad 2 und die Schließer
von K1 und K2 in den Strompfaden 3 und 4 nicht mehr als wirkliche Kontakte existieren. Deren Aufgabe
wird im SPS-Programm mit logischen Verknüpfungen nachgebildet.
Wie lässt sich die Schützschaltung mit einer SPS-Steuerung realisieren und welche Programmierregeln
sind dabei zu beachten?
SPS-Programm in der Darstellung KOP
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Netzwerk 1:Damit der Ausgang A 4.1 Signalzustand 1 führt, muss der Schließer S1 betätigt werden. Ein
betätigter Schließer gibt ein 1-Signal an die SPS, der Eingang E 0.1 wird deshalb auf 1 abgefragt.
Netzwerk 2: Damit der Ausgang A 4.2 Signalzustand 1 führt, muss der Schließer S2 betätigt werden.
Der Eingang E 0.2 wird deshalb auf 1 abgefragt. Zusätzlich muss der Ausgang A 4.1 0 führen, bzw. das
Schütz K1 darf nicht angezogen haben. Der Ausgang A 4.1 wird deshalb auf 0 abgefragt.
Netzwerk 3: Der Ausgang A 4.3 für den Melder H1 führt dann 1-Signal, wenn der Ausgang A 4.1 1Signal führt, bzw. das Schütz K1 angezogen hat. Der Ausgang A 4.1 wird deshalb auf 1 abgefragt.
Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL und in FUP auf einem Blatt Papier und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Abfrage von Ausgängen AWL und FUP in der Dokumentenbox.
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Abfrage von Ausgängen AWL und FUP
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Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL und in FUP auf einem Blatt Papier und ve rgleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Abfrage von Ausgängen AWL und FUP in der Dokumentenbox.
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Abfrage von Ausgängen AWL und FUP
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4.4 UND-vor-ODER-Verknüpfung
Bei der UND-vor-ODER-Verknüpfung handelt es sich um eine „Parallelschaltung“ mehrerer „in Reihe“
geschalteter Signalgeber.
In der IEC 61131-3 ist definiert, dass zuerst die UND-Verknüpfungen bearbeitet werden. Danach erfolgt die ODER-Verknüpfung der Ergebnisse der UND-Verknüpfungen. Die Programmierung der Anweisungsliste in STEP 7 entspricht dieser Norm.
SPS-Programm in der Darstellung AWL
vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der UND- vor ODER Verknüpfung KOP und FUP in der Dokumentenbox.
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Datum:
Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in KOP und in FUP und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der UND- vor ODER Verknüpfung KOP und FUP in der Dokumentenbox.
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UND- vor ODER Verknüpfung KOP und FUP
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4.5 ODER-vor-UND-Verknüpfung
Bei der ODER-vor-UND-Verknüpfung handelt es sich um eine „Reihenschaltung“ mehrerer parallel
geschalteter „Signalgeber“.
Merksatz
Damit die ODER-Verknüpfungen Vorrang vor der UND-Verknüpfung haben, müssen sie durch Klammern zusammengefasst werden.
SPS-Programm in der Darstellung AWL
vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der ODER-vor-UND Verknüpfung in der Dokumentenbox.
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4.6 Verwendung von Merkern
Mit Merkern lassen sich Zwischenergebnisse bei der Programmbearbeitung speichern. Sie werden
wie Ausgänge programmiert, können aber nur innerhalb der SPS benutzt werden. Ein Beispiel soll die
Verwendung von Merkern veranschaulichen:
SPS-Programm in der Darstellung KOP
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Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL und in FUP auf einem Blatt Papier und
vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Verwendung von Merkern in der Dokumentenbox.
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Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL und in FUP und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Verwendung von Merkern in der Dokumentenbox.
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4.7 Garagentorsteuerung
Ein Garagentor lässt sich über einen Motor M1 mit Rechts- und Linkslauf öffnen bzw. schließen. Zwei
Endschalter sorgen dafür, dass der Motor ausgeschaltet wird, wenn das Tor vollständig geöffnet oder
geschlossen ist.
Das Garagentor kann im Tippbetrieb von außen und von innen bedient werden. Von außen ist zusätzlich ein Schlüsselschalter notwendig, da unbefugte keinen Zutritt haben sollen. Klicken sie auf den
Begriff Schützsteuerung um sie anzeigen zu lassen. An der Beschaltung der SPS ist zu erkennen,
dass bei Automatisierungsgeräten Schützverriegelungen zusätzlich verbindungsprogrammiert ausgeführt werden müssen.
und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Garagentorsteuerung in der Dokumentbox.
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Klasse/Kurs:
Datum:
Aufzeichnung mit der Garagentorsteuerung in der Dokumentbox.
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5 Programme mit Speicherverhalten
Können Sie den Begriff Sammelbecken erklären?
Themen:
5.1 Ausgang mit Selbsthaltung
5.2.0 RS-Speicherfunktion
5.2.1 RS-Speciherfunktion (2)
5.3 Sammelbecken
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Die in Schützsteuerungen übliche Schaltung für eine Speicherfunktion ist die „Selbsthalteschaltung“.
Für das Ausschalten des Schützes sind 2 Varianten möglich, je nachdem, ob der Einschaltbefehl oder
der Ausschaltbefehl vorrangig ist.
Vorrangiges Ausschalten
Bei gleichzeitiger Betätigung des Ein- und des Austasters ist das
Schütz ausgeschaltet.
Wird der Kontaktplan KOP als Programmiersprache verwendet, lässt
sich die Selbsthalteschaltung direkt in ein SPS-Programm umsetzen.
Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL und in FUP
auf einem Blatt Papier und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der
Selbsthaltung in AWL und FUP aus der Dokumentenbox.
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Selbsthaltung Vorrang „AUS“ in AWL und FUP
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL und FUP und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Selbsthaltung in AWL und FUP aus der Dokumentenbox.
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Vorrangiges Einschalten
Bei gleichzeitiger Betätigung des Ein- und des Austasters ist das
Schütz eingeschaltet.
Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL, KOP und in
FUP auf einem Blatt Papier und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung
mit der Programmdarstellung in AWL, KOP und FUP in der Dokumentenbox.
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Programmdarstellung in AWL, KOP und FUP
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Klasse/Kurs:
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und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Programmdarstellung in AWL, KOP und FUP in der
Dokumentenbox..
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5.2.0 RS-Speicherfunktion mit vorrangigem
Rücksetzen
Kurzzeitiger Signalzustand „1“ am Setzeingang (S) setzt den Ausgang Q auf „1“. Kurzzeitiger Signalzustand „1“ am Rücksetzeingang (R) setzt den Ausgang Q auf „0“ zurück. Liegt an beiden Eingängen
der Signalzustand „1“ an, führt der Ausgang Q bei rücksetzdominanten S R-Speicher „0“-Signal. Der
Setz- und der Rücksetzeingang kann mit einem 0-Signal belegt werden.
Betrachten sie sich die Funktion des SR-Speichers durch abwechselndes Betätigen der Schalter. Prägen Sie sich die Programmierung für AWL, KOP und FUP ein, indem Sie auf die Begriffe klicken.
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5.2.1 RS-Speicherfunktion mit vorrangigem
Setzen
Kurzzeitiger Signalzustand „1“ am Setzeingang (S) setzt den Ausgang Q auf „1“. Kurzzeitiger Signalzustand „1“ am Rücksetzeingang (R) setzt den Ausgang Q auf „0“ zurück. Liegt an beiden Eingängen
der Signalzustand „1“ an, so führt der Ausgang Q bei einem setzdominanten RS -Speicher „1“-Signal.
Setz- und Rücksetzeingang kann mit einem 0-Signal (Werden sowohl der Setz- als auch der Rücksetzeingang mit einem 0-Signal belegt, behält der Ausgang Q seinen aktuellen Wert bei.) belegt
werden. (Werden sowohl der Setz- als auch der Rücksetzeingang mit einem 0-Signal belegt, behält
der Ausgang Q seinen aktuellen Wert bei.)
Betrachten sie sich die Funktion des RS-Speichers durch abwechselndes Betätigen der Schalter.
und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit dem vorrangigen Setzen von AWL, KOP und FUP.
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Name:
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Klasse/Kurs:
Datum:
und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit dem vorrangigen Setzen von AWL, KOP und FUP in der
Dokumentenbox.
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5.3 Sammelbecken
Der Inhalt eines Abwasser-Sammelbeckens wird mit zwei Schwimmschaltern überwacht. Übersteigt
der Füllstand eine bestimmte Höhe, so meldet der obere Schalter B2 „1“-Signal und das Becken wird
über das Ablassventil Y vollständig entleert. Ist das Becken leer, so meldet der untere Schalter B1 „0“Signal.
Klicken Sie mit der linken Maustaste in das Netzwerk, um nähere Erläuterungen zum Programm zu
erhalten. Hier sehen Sie die Anweisungsliste.
vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit Abwasser-Sammelbecken KOP und FUP in der Dokumentenbox.
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Abwasser-Sammelbecken KOP und FUP
Name:
Vorname:
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Datum:
Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in KOP und in FUP auf einem Blatt Papier und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit Abwasser-Sammelbecken KOP und FUP in der Dokumentenbox.
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6 Zeitfunktionen
Wie funktioniert eine Toiletten-Licht-Lüfter-Steuerung?
Themen:
6.1 Darstellung von Zeitabläufen
6.2 Einschaltverzögerung SE
6.3 Ausschaltverzögerung SA
6.4 Zeit als Impuls SI
6.5 Toiletten-Licht-Lüfter-Steuerung
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6.1 Darstellung von Zeitabläufen
6 Zeitfunktionen
In der Steuerungstechnik werden häufig Zeitabläufe wie z.B. Einschalt- oder Ausschaltverzögerungen
benötigt. Die Zeitfunktionen sind in der Zentralbaugruppe des Automatisierungsgeräts integriert. Die
Einstellung der gewünschten Zeit und das Starten der Zeitfunktion erfolgt über das Anwenderprogramm.
Die Programmiersprache STEP 7 stellt fünf verschiedene Zeittypen zur Verfügung:
§
Impuls SI
§
Verlängerter Impuls SV
§
Einschaltverzögerung S E
§
Speichernde Einschaltverzögerung SS
§
Ausschaltverzögerung SA
Drei dieser Zeitfunktionen, der Impuls SI, die Einschaltverzögerung SE und die Ausschaltverzögerung
SA finden sich auch in der Norm IEC 61131-3 wieder und sollen im Folgenden näher untersucht werden.
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6.2 Einschaltverzögerung SE
6 Zeitfunktionen
Wechselt das Signal von „0“ nach „1“ am Starteingang der Zeitfunktion „Einschaltverzögerung“, wird
die Zeit „T“ gestartet. Der Ausgang führt erst dann „1“-Signal, wenn die programmierte Zeit abgelaufen
ist und am Starteingang immer noch „1“-Signal anliegt. Der Ausgang wird ausgeschaltet, wenn das
Eingangssignal „0“ wird. Eingangssignale, die kürzer als die eingestellte Zeit sind, haben am Ausgang
keine Wirkung.
Klicken Sie auf die Begriffe AWL, KOP und FUP, um Einzelheiten über die Programmierung der Einschaltverzögerung SE zu erfahren.
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6.3 Ausschaltverzögerung SA
6 Zeitfunktionen
Wechselt das Signal von „0“ nach „1“ am Starteingang der Zeitfunktion „Ausschaltverzögerung“, schaltet der Ausgang unverzögert ein. Erst wenn am Starteingang das Signal wieder von „1“ nach „0“
wechselt, läuft die programmierte Zeit „T“ ab. Nach Ablauf der eingestellten Zeit wird auch der Ausgang auf Signal „0“ geschaltet.
Klicken Sie mit der Maus auf die Begriffe AWL, KOP und FUP, um Einzelheiten über die Programmierung der Ausschaltverzögerung SA zu erfahren.
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6.4 Zeit als Impuls SI
6 Zeitfunktionen
Wechselt das Signal von „0“ nach „1“ am Starteingang der Zeitfunktion „Impuls“, schaltet der Ausgang
unverzögert ein und die programmierte Zeit läuft ab. Die Dauer des Impulses entspricht der eingestellten Zeit „T“. Tritt während der Laufzeit des Timers am Starteingang ein Signalwechsel von „1“ nach „0“
auf, wird der Impuls vorzeitig beendet. Hierin unterscheidet sich die Impulspunktion unter STEP 7 zur
Norm IEC 61131-3.
Klicken Sie mit der Maus auf die Begriffe AWL, KOP und FUP, um Einzelheiten über Zeit als Impuls
SI zu erfahren.
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6.5 Toiletten-Licht-Lüfter-Steuerung
6 Zeitfunktionen
Wird der Schalter zum Einschalten der Beleuchtung in einer Toilette betätigt, so geht das Licht sofort
an. 10 Sekunden später soll der Motor für die Toilettenbelüftung anlaufen. Nach dem Ausschalten der
Beleuchtung soll die Belüftung noch für weitere 15 Sekunden in Betrieb sein.
Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL und in KOP auf einem Blatt Papier und
vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Toiletten-Licht-Lüfter-Steuerung in FUP in der Dokumentenbox.
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7.0 Kapitelübersi cht
7 Zählfunktionen
Kennen Sie die Darstellung von Zählerfunktionen?
Themen:
7.1 Darstellung von Zählerfunktionen
7.2 Ein- und Ausgänge eines Zählers bei STEP 7
7.3 Beispiel
7.4 Parkplatzüberwachung
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7.1 Darstellung von Zählerfunktionen
7 Zählfunktionen
Um z.B. Stückzahlen zu erfassen, enthalten Automatisierungsgeräte Zählfunktionen. Bei der SIMATIC
S7 sind diese in der Zentraleinheit integriert. Der Bereich eines Zählers liegt zwischen 000 und 999.
Die Anzahl der zur Verfügung gestellten Zähler ist von der gewählten CPU abhängig.
Die Programmiersprache STEP 7 stellt wie die IEC 61131-3 drei verschiedene Zählertypen zur Verfügung:
§
Vorwärtszähler
§
Rückwärtszähler
§
Vor-Rückwärtszähler
Der Zählerstand ergibt sich aus der Anzahl der positiven Signalflanken an den Eingängen für das Vorund Rückwärtszählen. Der Zählwert kann auf einen bestimmten Anfangswert eingestellt oder auf den
Wert „0“ zurückgesetzt werden.
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7 Zählfunktionen
7.2 Ein- und Ausgänge eines Zählers bei STEP
7
In der Darstellung FUP sind nachfolgend alle Ein- und Ausgangsparameter der Zählerfunktion in
STEP 7 dargestellt.
Beispiele in AWL: U Z1; O Z1; UN Z1
Bei einem Zustandswechsel von 0 nach 1 am Vorwärtszähleingang ZV wird der Zählwert ums eins
erhöht. Erreicht der Zählwert die obere Grenze von 999, wird er nicht mehr erhöht.
Bei einem Zustandswechsel von 0 nach 1 am Rückwärtszähleingang ZR wird der Zählwert um eins
verringert. Erreicht der Zählwert die untere Grenze von 0, wird er nicht weiter verringert. Ein Zählen
mit negativen Zählwerten findet nicht statt.
Mit einer positiven Flanke am Eingang S wird die Zählfunktion auf einen Anfangswert gesetzt.
Wird ein Zähler gesetzt, so wird der Inhalt des Akkumulators 1 als Zählwert geladen. Man hat die Möglichkeit, den Zählwert entweder binär-codiert oder BCD-codiert einzuladen. Wird der Vorgabewert als
Konstante angegeben, so kann der Wert mit C# in Verbindung mit drei Dezimalziffern geschrieben
werden.
Beispiel Vorgabewert 120: L C#120 Über den Rücksetzeingang R wird die Zählerfunktion bei Signalzustand 1 auf den Zählwert 0 zurückgesetzt. Bei erfüllter Rücksetzbedingung kann weder gesetzt
noch gezählt werden.
Beispiel Vorgabewert 120: L C#120 Über Ladebefehle kann der Zählerstand abgefragt werden. Der im
Zähler stehende Wert kann als Dualzahl in den Akku geladen und von dort in andere Operandenbereiche transferiert werden.
Beispiel in AWL: L Z1 Über Ladebefehle kann der Zählerstand abgefragt werden. Der im Zähler stehende Wert kann als BCD-Zahll in den Akku geladen und von dort in andere Operandenbereiche
transferiert werden.
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Beispiel in AWL: LC Z1 Der Ausgang Q ist ein binärer Ausgang. Er hat 1-Signal, wenn der Zählerstand
ungleich 0 ist. Nur bei Zählerstand 0 führt der Ausgang Q auch 0-Signal. Diese Signalzustände können wie gewohnt mit den binären Operationen verknüpft werden.
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7.3 Beispiel
7 Zählfunktionen
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7.4 Parkplatzüberwachung
7 Zählfunktionen
Ein- und Ausfahrt: Der Zugang zum Parkplatz wird über einen Magnetkartenleser kontrolliert. Ist die
Karte gültig, wird der Kontakt „S2“ kurzzeitig geschlossen. Ein ausfahrendes Fahrzeug schließt den
Kontakt „S1“ über eine im Boden eingelassene Induktionsschleife. Durch eine Anzeigetafel soll bereits
in der Zufahrt signalisiert werden, ob noch Parkplätze zur Verfügung stehen. Liegt am Schütz „K2“
Spannung an, zeigt die Tafel „Besetzt“, andernfalls „Frei“.
Zählung der Fahrzeuge: Ein- und ausfahrende Fahrzeuge werden mit einem Vor-Rückwärtszähler
gezählt. Die maximale Anzahl der parkenden Fahrzeuge kann am Zähler über den Setzeingang „S5“
vorgegeben werden. Ist Parkraum vorhanden, wird die Einfahrt freigegeben. Um einen Ausgangszustand herstellen zu können, kann über den Schlüsselschalter „S4“ der Zähler auf „0“ zurückgesetzt
werden.
Manueller Betrieb: Der Pförtner hat über den Taster „S3“ jederzeit die Möglichkeit, die Schranke „K1“
zu öffnen, unabhängig davon, ob der Parkplatz besetzt ist oder nicht.
Anmerkung: Verzögerungszeiten, damit die Fahrzeuge die offene Schranke passieren können, werden in diesem Beispiel nicht berücksichtigt.
Funktionsschema :
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und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Parkplatzüberwachung in AWL, KOP und FUP in der
Dokumentenbox.
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Parkplatzüberwachung in AWL, KOP und FUP
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Parkplatzüberwachung in AWL, KOP und FUP in der
Dokumentenbox.
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8 Sicherheit von Steuerungen mit Automatisierungsgeräten
Können Sie die NOT-HALT-Schaltung erklären?
Themen:
8.1 Sicherheit von Steuerungen
8.2 Drahtbruchsicherheit
8.3 Erdschlusssicherheit
8.4 Elektromechanische Verriegelungen
8.5.0 NOT-Halt-Bestimmungen
8.5.1 NOT-HALT-Schaltung
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8.1 Sicherheit von Steuerungen
Eine SPS-Steuerung muss ebenso wie jede konventionelle Verbindungsprogrammierte Steuerung die
Sicherheit von Personen und Anlagen gewährleisten. Hierzu gibt es eindeutige Sicherheitsbestimmungen nach deutscher und europäischer Norm, die unbedingt zu beachten sind.
Aus diesen Bestimmungen lassen sich folgende Sicherheitsmaßnahmen ableiten:
§
Durch Leiterbruch, Erdschluss oder Fehler in den Geberstromkreisen darf das Abschalten einer Steuerung nicht blockiert oder verhindert werden.
§
Schütze, die widersprüchliche Einschaltbefehle erhalten, müssen hardwaremäßig gegeneinander verriegelt werden.
§
Bei Spannungswiederkehr nach einem Spannungsausfall dürfen Maschinen nicht selbsttätig
anlaufen können.
§
Bei Störungen im Automatisierungsgerät müssen Befehle von NOT-HALT – und Endschaltern
unbedingt wirksam bleiben.
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8.2 Drahtbruchsicherheit
Wenn die Steuerleitung zwischen einem Geber (Tas- Schaltungsbeispiel
ter, Sensor usw.) und dem Eingang der SPS unterbrochen ist, liegt ein Drahtbruch vor.
An den Eingang der SPS gelangt dann keine Spannung mehr, der Eingang führt „0“-Signal.
Wie wird dieses „0“-Signal verarbeitet und welche
Auswirkunen ergeben sich für den betrieb der Anlage?
Merksatz: Drahtbruchsicherheit fordert, dass Einschaltbefehle durch Schließer und Ausschaltbefehle
durch Öffner erfolgen.
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8.3 Erdschlusssicherheit
Erdschlüsse können zu unterschiedlichen Fehlern
führen. Zunächst ähnelt der Erdschluss dem Draht bruch, da auch bei Erdschluss „0“-Signal an den jeweiligen Eingang der SPS gelangt.
Schaltungsbeispiel
Weiter Fehler können auftreten, wenn es in einem
Steuerstromkreis gleich zu zwei Erdschlüssen kommt.
Dadurch kann die Steuerung ungewollt eingeschaltet
werden.
Merksatz: Erdschlüsse in Steuerstromkreisen dürfen weder zum unbeabsichtigten Anlaufen einer
Maschine führen, noch deren beabsichtigtes Stillsetzen verhindern.
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8.4 Elektromechanische Verriegelungen
Schaltungsbeispiel
Ein Beispiel für eine notwendige Verriegelung ist die
gegenseitige „Schützverriegelung“ durch Öffner z.B.
bei einer Schaltung zur Drehrichtungsumkehr von
Elektromotoren. Auf Grund der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit eines SPS werden die SPSAusgänge schneller umgeschaltet als die entsprechenden Schütze. Dadurch könnte es zu einem Kurzschluss im Leistungsteil kommen.
Im Gegensatz zur elektromechanischen Verriegelung
der Schütze ist eine mechanische Verriegelung der
EIN-Taster für Rechts- und Linkslauf nicht unbedingt
erforderlich. Diese kann allein über das SPSProgramm erfolgen.
Merksatz:
Bei Steuerungen mit Automatisierungsgeräten ist eine
zusätzliche elektromechanische Verriegelung von
sich widersprechenden Ausgangsbefehlen zwingend
vorgeschrieben.
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8.5.0 NOT-Halt-Bestimmungen
Bei Gefahr müssen durch NOT-HALT-Einrichtungen gefährliche Teile einer Anlage stillgesetzt werden.
Bei Betätigung des NOT-AUS-Schalters darf weder das Bedienpersonal noch die Maschine gefährdet
werden. Folgende Bestimmungen sind deshalb zu beachten:
§
NOT-HALT-Funktionen düfen nicht ausschließlich durch eine SPS programmiert werden.
§
NOT-HALT-Einrichtungen und Sicherheitsgrenzschalter müssen auch bei einem Fehler oder
einem Ausfall des Automatisierungsgerätes wirksam bleiben.
§
Stellglieder wie z.B. Schütze und Ventile müssen bei Gefahr unabhängig von der SPS in einen sicheren Zustand schalten können.
§
Überlastschutzeinrichtungen müssen unter Umgehung der SPS auf die entsprechenden Anlagenteile wirken.
§
Hilfseinrichtungen, die im Notfall weiterarbeiten müssen, dürfen nicht abgeschaltet werden.
§
Das Rückstellen der NOT-Halt-Einrichtung darf nicht zum automatischen Wiederanlauf der
Maschine führen.
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8.5.1 NOT-HALT-Schaltung
Erkunden Sie die Aufgabe und Funktion der Sicherheitsbeschaltung, nachdem Sie auf die Grafik geklickt haben.
Der NOT-AUS -Schalter S0 muss gut sichtbar und leicht erreichbar sein. Nach Betätigung muss er sich
arretieren und darf nur an Ort und Stelle nach Lösen der Entriegelung wieder einschaltbar sein.
Das Freigabeschütz K1A fällt bei Betätigung des NOT-AUS-Schalters ab. Die Spannungsversorgung
der Ausgänge A 4.0 bis A 4.3 wird dadurch unterbrochen, das Ventil und die Lastschütze fallen ab.
Der Schließerkontakt von K1A ist in Reihe zum Austaster S1 am Eingang der SPS mit angeschlossen.
Dadurch hat eine Abfall von K1A die gleiche Wirkung auf das SPS-Programm wie eine Betätigung des
Austasters.
Die Sicherheitsgrenztaster B1 und B2 haben nur Einfluss auf das Steuerungsprogramm. Dagegen
wirken B3 und B4 direkt auf den NOT-HALT-Kreis außerhalb der SPS.
Die Ausgänge der Schütze für Rechts- und Linkslauf müssen durch Öffnerkontakte hardwaremäßig
gegenseitig verriegelt werden.
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Die Öffner der Motorschutzrelais F5 und F6 werden vor den jeweiligen Schützspulen angeordnet. Bei
Überlast wird die Schützspule unter Umgehung der SPS direkt über die Verdrahtung abgeschaltet.
Die Ausgänge A 4.4 bis A 4.7 der SPS haben Meldefunktionen und müssen auch bei einem Auslösen
der NOT-HALT-Einrichtung angesteuert werden können. Deshalb werden sie über eine vom NOTHALT-Kreis getrennte Leitung mit Spannung versorgt.
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Abschluss Lerneinheit
Fallstudie
Fallstudie zu diese Qualifizierungseinheit
Sprecher:
Herr Huber, Ausbilder in der Firma Automatico kommt von einem Lehrgang
zurück und trifft sich mit seinem Auszubildenden.
Huber:
Na, und, was habt Ihr während meiner Abwesenheit getan?
Wolf:
Nicht viel....
Huber:
Ich habe es befürchtet. Also?
Wolf:
...war ja nur ein kleiner Scherz! Wir haben uns die Pressensteuerung im Keller genau angesehen und erklären lassen.
Huber:
Wunderbar. Habt Ihr auch über speicherprogrammierte Steuerungen gesprochen?
Wolf:
..hm, nein. Ich kann mich zumindest nicht daran erinnern.
Huber:
Na, gut, dann passt mal schön auf....
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Bearbeitung der Fallstudie
Abschluss Lerneinheit
Bitte bearbeiten Sie zur Fallstudie folgende Aufgabe:
Die Steuerung einer Zerkleinerungsanlage für Steingut ist in herkömmlicher Schütztechnik aufgebaut.
Da die Anlage um eine zusätzliche Möglichkeit zum Abtransport des Schüttgutes erweitert werden
soll, wurde von der Betriebsleitung beschlossen, die Steuerung mit einer SPS auszurüsten, um damit
auch gleichzeitig eine Option zu haben, zukünftige zusätzliche Funktionen ohne größere Eingriffe in
die hardwaremäßige Verdrahtung zu ermöglichen.
Sie erhalten den Auftrag das dafür notwendige SPS-Programm zu erstellen.
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Scripts.
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Anlagen
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LEITFRAGEN
Hinweis:
Anhand dieser Leitfragen werden Sie die Qualifizierungseinheit erarbeiten. Notieren Sie die Antworten
zu den Fragen, die Ihnen spontan einfallen.
Speichern Sie diese Datei anschließend in einem Ordner, auf den Sie stets zugreifen können und
ergänzen jeweils diese Fragen um das erlernte Wissen.
Am Ende der Qualifizierungseinheit sollten Sie die Antworten komplett überarbeitet haben.
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Trainingsaufgabe 5
Trainingsaufgaben
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Grundlagen Speicherprogrammierbarer Steuerungen

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