REGELUNGSTECHNIK
und PROZEßSIMULATION
SpeicherProgrammierbare Steuerungen
University of Applied Sciences
0. Ziel und Zweck der Aufgabe Steuerungstechnik
Grundprinzip: Bei einer Steuerung wird eine Ausgangsgröße (Steuergröße) von einer oder mehreren Eingangsgrößen (Systemgrößen) nach einem vorgegebenen Schema (Gleichung, Kennlinie,
Kennfeld, Programm) beeinflusst.
Bei Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) ist das „Schema“ ein Programm, das in der Steuerung gespeichert ist und Schritt für Schritt abgearbeitet wird (Bild 3).
Beispiel: Steuern der Einzeloperationen einer Maschine nach einem vorgegebenen Funktionsablauf. Typische Beispiele zeigen Bild 1 und 2 im Anhang. Aus dem Alltag bekannt ist die Steuerung der Eingangstür bei einem Supermarkt.
Am meisten verbreitet sind Binäre Steuerungen, die 2-wertige logische Informationen (An-, Aus-, Auf-, Zu-,...) durch BOOLEsche Gesetzmäßigkeiten verarbeiten. Die Ein- und Ausgänge einer Steuerung werden durch logische Funktionen, die Schaltfunktionen, verknüpft.
Eine Verknüpfungssteuerung ist eine Steuerung, die den binären Signalzuständen der
Eingangssignale bestimmte Signalzustände der Ausgangssignale im Sinne BOOLEscher (logischer) Verknüpfungen unmittelbar zuordnet. In der Steuerungstechnik versucht man die Fülle möglicher Verknüpfungen auf wenige Basisfunktionen bzw. logische Grundfunktionen zurückzuführen. Diese werden im folgenden dargestellt (Tabelle 1).
Automaten sind realisierte Steuerungen mit logischen Funktionen und zusätzlichen
Speicherfunktionen, bei denen die Ausgänge auch vom aktuellen Zustand der Steuerung abhängen können.
In der Übungsaufgabe sollen das Grundprinzip einer Steuerung und die prinzipielle Form der Programmierung der Steuerung 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 Dastellungsformen kann jederzeit (auch während der Programmierung) gewechselt werden.
Außerdem enthält sie die Möglichkeit, das erstellte Programm auf dem PC in seiner Funktions- fähigkeit zu simulieren, 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.
2. Grundlagen der Steuerungstechnik
Für die Programmiersprache von Steuerungen gibt die DIN EN 61131 (Nachfolge der DIN 19239) folgende Möglichkeiten:
verbal => Anweisungsliste AW, strukturierter Text ST,
grafisch=> Kontaktplan KOP, Funktionsbausteinsprache FBS, Ablaufsprache AS
SPS-Programmiersprachen
DIN EN 61131
Darstellung der Grundfunktion „ODER“
als: Stromlaufplan, KOP-Kontaktplan, FUP- Funktionsplan, AWL- Anweisungsliste, Logiktabelle.
Seite 1.1 E1.2 A4.2 Parallelschaltung Schließer E1.3 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 E1.3 E1.2 STROMLAUFPLAN FUNKTIONSPLAN ( FUP ) A4.2 =
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
Darstellung der Grundfunktion „ODER mit Sonderfunktion Ausschaltverzögerung“
als: Kontaktplan, Funktionsplan
Darstellung der Grundfunktion ODER mit Einschaltverzögerung bzw. Ausschaltverzögerung
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 K1 E1
RS-Speicherglied (Selbsthalterelais)
Bei einer Speicherschaltung nimmt der Ausgang den Signalzustand “1” an, wenn der Eingang S (=Setzen) 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) 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). Kaum sind die ersten Liter
hineingeflossen, verschwindet das „Leer“-Signal, das Füllen würde 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.
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- 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:
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 :3.3. Beantworten Sie die Fragen:
1. Bei einer SPS bedeutet eine Änderung der Funktion 2. Welche Aussage ist zutreffend ?
Bezeichnung für Kontaktplan.
Signalfluss von rechts nach links.
Funktion in unterschiedlicher Darstellung.
3. Die Anweisungsliste 4. Ein Schalter liefert ein
Programmspeicher steht
5. Welche Aussagen über die Reihenschaltung sind richtig ? 6. Ein Pt 100 -Temperatursensor liefert ein
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 ……..
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 Darstellungsarten:
...
11. Mit einem Funktionsbaustein kann
Eingangssignalen ein Ausgangssignal erzeugt werden
Ein Funktionsbaustein bildet immer eine
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 Tee: 48 Zahl der Befragten: 100
3.4 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
Programm mit RS-Speicherglied (SF-Sonderfunktion)
Bild 2: Montageband für einen Motor (Automaten)
