Beuth Hochschule für Technik LABOR für REGELUNGSTECHNIK und PROZEßSIMULATION

(1)

und PROZEßSIMULATION

S

peicher

P

rogrammierbare

S

teuerungen

University of Applied Sciences

0. Ziel und Zweck der Aufgabe Steuerungstechnik

Bei einer Steuerung wird eine Ausgangsgröße (= Steuergröße) von einer oder mehreren Eingangs-

größen (Systemgrößen) nach einem vorgegebenen Schema

(Gleichung, Kennlinie, Kennfeld,

Programm) beeinflusst. Im Gegensatz zur Regelung erfolgen keine Rückkopplung der Ausgangs-

größe und kein Ist-Sollwertvergleich. Bei Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) ist das

„Schema“ ein Programm, das in der Steuerung gespeichert ist und schrittweise abgearbeitet wird.

Beispiel: Steuern der Einzeloperationen einer Maschine nach einem vorgegebenen Funktionsablauf.

Typische Beispiele zeigen Bild 1 und 2 im Anhang. Aus dem Alltag bekannt ist z.B. die Steuerung

der Eingangstür bei einem Supermarkt.

Weit verbreitet sind Binäre Steuerungen, die 2-wertige logische Informationen (An-/Aus-, Auf-/Zu-,

Hoch-/Tief-...) der Ein- und Ausgänge durch logische (Boolsche) Funktionen, die Schaltfunktionen,

miteinander verknüpfen (Verknüpfungssteuerung).

In der Steuerungstechnik versucht man, die Fülle möglicher Verknüpfungen auf wenige Basisfunk-

tionen (logische Grundfunktionen) zurückzuführen (Tabelle 1), aus denen komplexere Verknüpfun-

gen zusammengesetzt werden können. Vom Hersteller werden zusätzlich spezielle Steuerungen als

vorprogrammiertes Modul angeboten (z.B. „Treppenlichtschaltung“ bei Siemens).

In der Übungsaufgabe sollen das Grundprinzip der Steuerung und die Programmierung von

einfachen Steuerungsaufgaben deutlich werden.

1. Versuchsaufbau

Die Versuchseinrichtung ist die Kleinsteuerung „LOGO“ von SIEMENS, Version 12/24RC (8

Eingänge davon 2 analog, 4 Relais-Ausgänge. Der Begriff „Klein“ bezieht sich auf die begrenzte Zahl

von Ein- und Ausgängen). Sie kann über die Software „LOGOSoftComfort“

mit einem PC

programmiert werden.

Die Software bietet eine grafische Oberfläche mit Kontaktplan KOP und/oder Funktionsbaustein-

sprache FBS (bzw. Funktionsplan FUP). Zwischen den beiden Darstellungsformen kann jederzeit

(auch während der Programmierung) gewechselt werden.

Außerdem enthält sie die Möglichkeit, das erstellte Programm auf dem PC in seiner Funktions-

fähigkeit zu testen, bevor es in die Steuerung heruntergeladen wird.

Die Programmierung kann auch direkt über die Tasten am LOGO-Modul erfolgen, ist dort aber

weniger übersichtlich und schlechter dokumentierbar.

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2. Grundlagen der Steuerungstechnik

Für die Programmiersprache von Steuerungen gibt die DIN EN 61131 (Nachfolge der DIN 19239,

Ergänzung durch DIN EN 61499) folgende Möglichkeiten:

verbal => Anweisungsliste AW, strukturierter Text ST,

grafisch=> Kontaktplan KOP, Funktionsbausteinsprache FBS, Ablaufsprache AS

Darstellung der Grundfunktion „ODER“

als: Stromlaufplan, KOP-Kontaktplan, FUP- Funktionsplan, AWL- Anweisungsliste, Logiktabelle.

Parallelschaltung Schließer E1.2 E1.3 A4.2 KONTAKTPLAN ( KOP ) ANWEISUNGLISTE ( AWL ) LOGIKTABELLE O O = BE E E A 1.2 1.3 4.2 E1.2 0 1 0 E1.3 A4.2 0 0 1 0 1 1 TFH BERLIN

FB VIII,Labor f. Regel.u. Prozeßsim. Gawel Jan 19.06.01 / log1ode.skd

ODER - Verknüpfung -N° 1 E1.3 NW 1 E1.2

>

ODER A 4.2 NW 1 E1.2 E1.3 FUNKTIONSPLAN ( FUP ) = A4.2 STROMLAUFPLAN

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Darstellung der Grundfunktion „UND“

als: Stromlaufplan , Kontaktplan , Funktionsplan , Anweisungsliste, Logiktabelle.

Seite 1.2 Reihenschaltung Schlieser U U = = E E A A 1.0 1.1 4.0 4.1 LOGIKTABELLE E1.0 0 0 1 E1.1 0 1 1 A4.0 0 0 1 A4.1 0 0 1 ANWEISUNGLISTE ( AWL ) E1.1 & = A4.0 = A4.1 NW 2 E1.0 E1.1 A4.1 A4.0 KONTAKTPLAN ( KOP ) NW 2 TFH BERLIN

FB VIII,Labor f. Regel.u. Prozeßsim. Gawel Jan 19.06.01 / log2und.skd

UND - Verknüpfung - N° 2 E1.0 NW 2 A4.0 UND A4.1 E1.1 E1.0 FUNKTIONSPLAN ( FUP ) NW 2 STROMLAUFPLAN

Darstellung der Verknüpfung „UND vor ODER“

als: Kontaktplan , Funktionsplan, Logiktabelle

E0.4 E0.3 E0.1 E0.2 E0.0 Seite1.3 Die UND- vor-ODER- Verknüpfung entspricht

einer Parallelschaltug mehrerer in Reihe geschalteter Kontakte im Stromlaufplan.

UND vor ODER Verknüpfung N° 3

0 0 0 0 1 0 E0.3 LOGIKTABELLE 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 TFH BERLIN

FB VIII,Labor f. Regel.u. Prozeßsim. Gawel Jan19.06.01\ log3UvO.skd

E0.0 E0.1 E0.2

0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 A4.0 E0.4 E0.2 E0.3 A4.0 E0.1 E0.0 STROMLAUFPLAN E0.4 ODER

_

>

&

UND A4.0

=

FUNKTIONSPLAN ( FUP ) E0.4 E0.2 E0.0 E0.3 E0.1 KONTAKTPLAN ( KOP ) A4.0

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Darstellung der Grundfunktion „ODER mit Sonderfunktion Ausschaltverzögerung“

als: Kontaktplan, Funktionsplan

Seite1.4a

Program - LOGO N° 4 a

ODER-Block mit Sonderfunktion

TFH BERLIN

FB VIII,Labor f. Regel.u. Prozeßsim. Gawel Jan 19.06.01 log4son1.skd

Vedratung X I1 I2 Vedratung Program

_

>

Q1 Q1 entspricht K1 Relais K1 (in LOGO:Q1)

S2 S1 NW 1 Parallelschaltung Schließer S1 ODER E1 S2 K1

Das ist der neue Block -Ausschaltverzögerung I2 I1 X T

_

>

Das Relais soll den Verbraucher 12 Min verzögert ausschalten.

BO2

Q1 Relais K1 (in LOGO:Q1)

BO1 ODER Parallelschaltung Schließer S1 S2 E1 K1

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RS-Speicherglied (Selbsthalterelais)

Bei einer Speicherschaltung nimmt der Ausgang den Signalzustand “1” an, wenn der Eingang S (=Setzen, Set) kurzzeitig “1”-Signal führt. Der “1” Ausgangssignalzustand bleibt so lange erhalten (wird gespeichert

) auch wenn das Signal am Eingang S verschwindet, bis am Eingang R (=Rücksetzen, Reset) ein “1” Signal angelegt wird. Dann nimmt der Ausgang wieder “0“-Signal an.

Funktionaler Aufbau aus Einzelbausteinen:

Benötigt wird ein solcher Baustein, um einen Vorgang zu Ende zu führen, obwohl das auslösende Signal bereits verschwunden ist.

Beispiel: Füllen eines Behälters

Das Füllen beginnt bei der Meldung „Leer“ des Behälters (Eingang S). Sind die ersten Liter hineingeflossen, verschwindet das „Leer“-Signal, das Füllen würde also wieder aufhören, der Behälter nie voll werden. Hier wird durch das Speicherglied das „Leer“-Signal solange künstlich aufrechterhalten, bis der Behälter „Voll“ (Eingang R) meldet. Damit wird das Speicherglied gelöscht, das Füllen beendet.

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3. Aufgabenstellung

3.1.

Realisieren Sie die in Kapitel 2 dargestellten Funktionen (UND, ODER, UND vor ODER, ODER mit

Ausschalt- bzw. Einschaltverzögerung, Selbsthalterelais) am PC mit LOGOSoft als Kontakt- und/oder Funktionsplan und testen Sie die Schaltung mit der Simulation.

3.2

Entwickeln Sie am PC oder direkt am LOGO aus dem folgenden Stromlaufplan ein Programm in allen drei Darstellungsarten (KOP, FBS (FUP), AW):

H1

(A4.0)

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

(E1.0)

(E1.1)

(E1.2)

(E1.4)

(E1.3)

(E1.5)

(E1.6)

AWL: FUP: U E 1.0 ... ... ... ... ... ... ... ... =... KOP :

Beschreiben Sie die Funktion dieser Steuerung in Worten:...

3.3

Entwickeln Sie am PC ein Steuerungs-Programm in den Darstellungsarten KOP und/oder FBS (FUP) für eine Wechselschaltung und eine Kreuzschaltung von Leuchten.

3.4 Entwickeln Sie am PC ein Programm in den Darstellungsarten KOP und/oder FBS (FUP) für eine

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3.5 Beantworten Sie die Fragen (Mehrfachnennungen möglich):

1. Bei einer SPS bedeutet eine Änderung der Funktion 2. Welche Aussage ist zutreffend ? θ den Austausch von Schaltelementen. θ Funktionsplan ist eine andere

Bezeichnung für Kontaktplan. θ eine Verdrahtungsänderung. θ Im Funktionsplan verläuft der

Signalfluss von rechts nach links.

θ eine Programmänderung. θ FUP und KOP beschreiben dieselbe Funktion in unterschiedlicher Darstellung.

3. Die Anweisungsliste 4. Ein Schalter als Steuerelement liefert ein θ gewinnt zunehmend an Bedeutung θ binäres Ausgangssignal.

θ zeigt das Programm nicht

Programmspeicher steht θ digitales Ausgangssignal.

so, wie es im θ zeitdiskretes (analoges) Ausgangssignal θ enthält einzelne Steuerungsanweisungen

5. Welche Aussagen über die Reihenschaltung sind richtig ? 6. Ein Pt 100 -Temperatursensor oder ein Thermoelement liefern ein

θ Darstellung im KOP mit dem & -Symbol

θ Darstellung im FUP mit dem > -Symbol θ analoges Ausgangssignal. θ Darstellung im FUP mit dem & -Symbol θ zeitdiskretes Ausgangssignal. θ Anweisung “U” in der AWL θ binäres Ausgangssignal. θ Anweisung” O” in der AWL

7. Aus der Reihenschaltung von Bauelementen (Schaltern, Funktionsbausteinen) wird die ...-Funktion und aus der Parallelschaltung die ...-Funktion.

8. Ein „Schreib-Lese-Speicher“ wird als... bezeichnet, ein „Nur-Lese-Speicher“ als ..., ein „Programmierbarer Nur-Lese-Speicher“ als ……..

Die Festplatte oder ein USB-Stick ist ein...Speicher

9. Ein durch UV-Licht löschbarer „Programmierbarer Nur-Lese-Speicher“ ist ein ..., ein elektrisch löschbarer „Programmierbarer Nur-Lese-Speicher“ ein…………

10. Zur Programmierung einer Steuerung gibt es nach DIN drei graphischeDarstellungsarten: ...

11. Mit einem Funktionsbaustein kann θ nur aus einem

θ maximal aus zwei θ aus beliebig vielen

Eingangssignalen ein Ausgangssignal erzeugt werden Ein Funktionsbaustein bildet

θ Wenn-Dann-Funktion eine θ Sowohl-als-Auch-Funktion θ Entweder-Oder-Funktion ab

12. Dem Leiter eines Hotels wurde das Ergebnis einer Umfrage zum Genuss von Kaffee und Tee in seinem Restaurant vorgelegt.

Es trinken Kaffee: 78 Es trinken Tee: 71 Es trinken Kaffe und Zahl der Befragten: 100

Tee: 48

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3.6 Entwickeln und testen Sie am PC ein Programm zur Steuerung einer ” Drei-Behälter-Füllanlage” .

Es existieren drei Vorratsbehälter mit den Signalgebern (Schaltern) S1, S3 und S5-für die „Voll“-Meldung und S2, S4 und S6- für die „Leer“-Meldung.

Die „Leer“-Meldung verschwindet, wenn die Füllung des Behälters beginnt, die „Voll“-Meldung kommt erst, wenn der Behälter ganz gefüllt ist.

Die Vorratsbehälter können in beliebiger Reihenfolge entleert werden (auch mehrere Behälter gleichzeitig).

Die Steuerung soll bewirken, dass stets nur ein Behälter nach erfolgter „Leer“-Meldung gefüllt werden kann (also nur eines der Ventile Y geöffnet wird), weil die Pumpenleistung begrenzt ist. Die „Leer“-Meldungen“ müssen also gegebenenfalls gespeichert und der Reihe nach abgearbeitet werden.

Das Füllen eines Behälters dauert solange bis die entsprechende Voll“-Meldung erfolgt ist.

Dann soll „automatisch“ der nächste leere Behälter gefüllt werden, die Reihenfolge soll der zeitlichen Folge der Leer“-Meldungen entsprechen.

Zu betätigende Ausgänge oder Merker Variablen für “ SETZEN” Variablen für “ RÜCKSETZEN” Ventil Behälter 1 Y1 S 2 S1 VERRIEGELUNGEN: Y2, Y3 Ventil Behälter 2 Y2 S 4 S 3 VERRIEGELUNGEN: Y1, Y3 Ventil Behälter 3 Y3 S 6 S 5 _{VERRIEGELUNGEN: Y1, Y2}

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