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1 - Grundlagen Speicherprogrammierbarer Steuerungen

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Impressum

An dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirkt

Herausgeber:

IHK für Oberfranken Bahnhofstr. 23-27 95444 Bayreuth

Inhaltliche Konzeption:

ets GmbH, Halblech ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth

Produktion/ Umsetzung:

ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth

Redaktionelle Betreuung:

Andrea Nüssel, ihk.online&medien.gmbh Claudia Hohdorf, ets Halblech

Rechte:

Copyright© ets GmbH, Halblech. Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers reproduziert oder un-ter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk und Fernsehen sind vorbehalten. Text, Abbildungen und Programme wurden mit größter Sorgfalt erarbeitet. Herausgeber, Programmie-rer und Autoren können jedoch für eventuell verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen.

Namensschutz:

Die meisten in dieser Einheit erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen sind auch eingetragene Marken und unterliegen als solche den gesetzlichen Bestimmungen. Microsoft, Windows und andere Namen von Produkten der Firma Microsoft, die in dieser Qualifizie-rungseinheit erwähnt werden, sind eingetragene Warenzeichen der Microsoft Corporation.

Inhaltliche Verantwortung:

Diese Qualifizierungseinheit enthält Verweise (sogenannte Hyperlinks) auf Seiten im World Wide Web. Wir möchten darauf hin weisen, dass wir keinen Einfluss auf die Gestaltung sowie die Inhalte der ge-linkten Seiten haben. Deshalb distanzieren wir uns hiermit ausdrücklich von allen Inhalten der Seiten, auf die aus unserem Lerninhalt verwiesen wird. Diese Erklärung gilt für alle in diesem Lerninhalt aus-gebrachten Links und für alle Inhalte der Seiten, zu denen Links oder Banner führen.


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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

3.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................32 3.1 Übersicht Programmiersprachen..................................................................................33 3.2 Kontaktplan KOP ........................................................................................................34 3.3 Funktionsplan FUP .....................................................................................................35 3.4 Anweisungsliste AWL .................................................................................................36

4.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................38 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 Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP .................................................................50 4.3 Abfrage von Ausgängen ..............................................................................................53 Abfrage von Ausgängen AWL und FUP .............................................................................55 4.4 UND-vor-ODER-Verknüpfung ......................................................................................57 Programmdarstellung in KOP und in FUP ..........................................................................58 4.5 ODER-vor-UND-Verknüpfung ......................................................................................60 4.6 Verwendung von Merkern ...........................................................................................61 Programmdarstellung in KOP und in FUP ..........................................................................63 4.7 Garagentorsteuerung ..................................................................................................67 Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP .................................................................68

5.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................70 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

6.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................85 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

7.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................94 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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Einleitung

Firmenvorstellung

Firmenchronik: Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjähriger Erfah-rung 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 metall-verarbeitende 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 Firmen-schwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsabläufen der Blechbearbeitung.


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Einleitung

Leitfragen

Die hier zusammen gestellten Leitfragen sollen Ihnen den Einstieg in die Qualifizierungseinheit ermög-lichen. 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 ver-wenden Sie daher einfach ein Blatt Papier für Ihre Antworten.


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1 Grundwissen zur SPS

1.0 Kapitelübersicht

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)


1.2 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 grund-legende 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 verbindungsprogrammier-ten Steuerung. Den Ablauf des Steuerungsprogramms verändern oder die Hinzufügung zusätzlicher Funktionen erfordert meistens umfangreiche Änderungen in der Hardware und zeitaufwendiges Um- bzw. Neuverdrahten.

Speicherprogrammierbare Steuerung Bei einer SPS erfolgt die „Verdrahtung“ der Geräte und Schaltglieder in einem Programm. Der Ar-beitsaufwand in konventioneller Technik wird wesentlich reduziert und beschränkt sich hauptsächlich auf den Hauptstromkreis elektrischer Steuerungen. Programmerstellung und Änderungen sowie Be-seitigung von Fehlern sind schneller möglich.


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Im Folgenden sind einige Vorteile einer Lösung mit SPS gegenüber einer verbindungspro-grammierten 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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Bereits an dieser einfachen Steuerungsaufgabe ist zu erkennen, wie beim Einsatz einer SPS Verdrah-tungsaufwand 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 Grundwissen zur SPS 1.2 Kompaktsteuerungen und Steuerungen in Modulbauweise

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen Steuerungen in Kompaktbauweise und modular aufgebau-ten Steuerungen.

Kompaktsteuerung Für kleinere Steuerungsaufgaben werden kompakt aufgebaute Steuer-geräte 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 befind-liche Bedientasten und einem integrierten Display erfolgen.


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Modulare Steuerung Größere Steuergeräte werden aus einzelnen Baugruppen in Modul-bauweise, deren Anzahl und Kombination in weiten Grenzen vom An-wender bestimmt werden kann. Der besondere Vorteil liegt in der prob-lemlosen Anpassung an erweiterte Aufgabenstellungen. Die einzelnen Baugruppen werden meist auf einer Profilschiene ange-ordnet und über einen Hinterwandbus miteinander verbunden.


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1.3 Modulare SPS mit verschiedenen Baugrup-pen

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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1.4 Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe


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1 Grundwissen zur SPS 1.4 Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe

Eine SPS besteht grundsätzlich aus einer Eingabebaugruppe, einer Verarbeitungsbaugruppe oder Zentraleinheit und einer Ausgabebaugruppe. Dazu gehören als Peripheriegeräte noch ein Program-miergerät 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 Sig-naleingabe und Signalverarbeitung kann hier ebenfalls erfolgen.


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Verarbeitungsbaugruppe Die Zentraleinheit bzw. CPU bildet das „Gehirn“ des Automatisierungs-gerätes. Die von der Eingabebaugruppe aufgenommenen und aufbe-reiteten Signale werden in der Zentraleinheit entsprechend dem Steue-rungsprogramm 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 aufberei-tet, 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 Relaisaus-gänge ausgeführt.


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Programmiergerät Ein Programmiergerät wird benötigt, um die Konfigurationsdaten für die SPS-Hardware sowie das Anwenderprogramm in die CPU der Zentral-baugruppe zu übertragen. Als Erstellsysteme werden PCs oder Handprogrammiergeräte verwen-det.

Bedieneinheit Eine Bedieneinheit ermöglicht die Darstellung von Prozessinformatio-nen sowie die Eingabe neuer Steuerungsparameter durch das Perso-nal.


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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. Über-schreitet 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 berück-sichtigt, 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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1.6 Lineare und strukturierte Programmierung


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1 Grundwissen zur SPS 1.6 Lineare und strukturierte Programmierung

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 Organi-sationsbaustein 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 Programmie-rung

Ein strukturiertes Programm besteht im Prinzip aus einem Hauptpro-gramm und mehrfach aufrufbaren Unterprogrammen. Diese Unterpro-gramme werden bei speicherprogrammierbaren Steuerungen z.B. als Funktionen und Funktionsbausteine bezeichnet. Die Reihenfolge der Bausteinbearbeitung wird im Organisationsbau-stein OB1 festgelegt. Dies hat den Vorteil, Programmteile einzeln aus-testen zu können, bevor sie zu einem Gesamtprogramm zusammenge-fügt 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 Signalzu-stände 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 zusammenge-fasst ergeben ein digitales Signal, dessen Bedeutung durch eine Codierung festge-legt ist. So lassen sich z.B. die Dezimalziffern 0 bis 9 mit einem 4-stelligen Dualcode dar-stellen.


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Analoge Signale Analoge Signale können innerhalb eines bestimmten Bereichs jeden beliebigen Wert annehmen. Ty-pische 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 erhal-ten.

Bit: Unter einem Bit versteht man die kleinste binäre Informationseinheit. Diese kann den Signalzu-stand 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 Dop-pelwort 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 darge-stellten 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 Sym-bolen (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 Automatisierungs-geräten waren Steuerungsprogramme unterschiedlicher Hersteller praktisch nicht austauschbar. Die IEC 61131 Norm für Speicherprogrammierbare Steuerung ist als deutsche Norm DIN EN 61131 über-nommen worden. Sie hat die Zielsetzung, neue herstellerunabhängige Programmierwerkzeuge zu entwickeln, die auf herkömmlichen PCs einsetzbar sind und für nahezu jede SPS einen entsprechen-den Maschinencode erzeugen. Die in diesem Lehrgang dargestellten Programme wurden auf der Grundlage der Programmiersoft-ware 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

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 be-nutzt. 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 Sym-bolen der Digitaltechnik nach DIN 40 700. Anweisungsliste: In der Anweisungsliste werden die einzelnen Programmzeilen untereinander ge-schrieben. 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

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

Die Programmiersprache FUP beruht auf der zweiwertigen Logik der Booleschen Algebra, in der Vari-ablen die Werte ”wahr” (1) oder ”falsch” (0) annehmen können. FUP -Anweisungen bestehen aus Ele-menten und Boxen, die graphisch zu Netzwerken verbunden werden.Die Eingänge befinden sich auf der linken, die Ausgänge auf der rechten Seite der Box. Beispiel:




Möglichkeiten des Signalflusses:

§ Sind die Bedingungen der FUP–Verknüpfungen erfüllt, so ist der Signalzustand an der Aus-gangs–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

Abhängig von ihrem Aufbau werden Anweisungen in eine der beiden folgenden Hauptgruppen einge-ordnet:

§ 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.




Möglichkeiten des Signalflusses:

§ 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 Schlie-ßern

Bei der Erstellung eines SPS-Programms, unabhängig davon, ob es als Funktionsplan, Anweisungs-liste 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 Sig-nalzustand „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 ausdru-cken 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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Programmdarstellung in KOP und in FUP

Name:

Vorname:

Klasse/Kurs:

Datum:

Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in KOP und in FUP und vergleichen Sie Ihre Auf-

zeichnung mit der UND- Programmierung von Öffner und Schließer in der Dokumentenbox.

Ausbildung zum Mechatroniker

Grundlagen Speicherprogrammierbarer Steuerungen


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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 Öff-ner 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 wer-den, wenn die Anlage durch den Schalter S0 eingeschaltet wurde. Die Auslassventile der drei Behäl-ter 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 entsprechen-den Ein- und Ausgänge der SPS zugewiesen werden. Kommentare erhöhen die Verständlichkeit für andere Personen die das Programm nicht selbst erstellt haben.

Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP auf einem Blatt Papier 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 Schützschal-tung 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 1-Signal 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 ver-gleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Abfrage von Ausgängen AWL und FUP in der Dokumenten-box.


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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 r-

gleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Abfrage von Ausgängen AWL und FUP in der Dokumenten-

box.




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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. Hier sehen Sie die Schützschaltung mit weiteren Erklärungen hinter den orangemarkierten Begriffen.

In der IEC 61131-3 ist definiert, dass zuerst die UND-Verknüpfungen bearbeitet werden. Danach er-folgt die ODER-Verknüpfung der Ergebnisse der UND-Verknüpfungen. Die Programmierung der An-weisungsliste in STEP 7 entspricht dieser Norm. SPS-Programm in der Darstellung AWL

Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in KOP und in FUP auf einem Blatt Papier und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der UND- vor ODER Verknüpfung KOP und FUP in der Do-kumentenbox.


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Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in KOP und in FUP und vergleichen Sie Ihre Auf-

zeichnung 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“. Hier sehen Sie die Schützschaltung mit weiteren Erklärungen hinter den orangemarkierten Begriffen.

Merksatz Damit die ODER-Verknüpfungen Vorrang vor der UND-Verknüpfung haben, müssen sie durch Klam-mern zusammengefasst werden. SPS-Programm in der Darstellung AWL

Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in KOP und in FUP auf einem Blatt Papier und 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: Hier sehen Sie die Schützschaltung mit weiteren Erklärungen hinter den orangemarkierten Begriffen.

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 Auf-

zeichnung 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 zusätz-lich 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 ausge-führt werden müssen.

Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP auf einem Blatt Papier und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit der Garagentorsteuerung in der Dokumentbox.


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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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5.1 Ausgang mit Selbsthaltung


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5 Programme mit Speicherverhalten 5.1 Ausgang mit Selbsthaltung

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

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Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL und FUP und vergleichen Sie Ihre Auf-

zeichnung 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 Doku-mentenbox.


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Programmdarstellung in AWL, KOP und FUP

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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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5.2.0 RS-Speicherfunktion mit vorrangigem Rücksetzen

Kurzzeitiger Signalzustand „1“ am Setzeingang (S) setzt den Ausgang Q auf „1“. Kurzzeitiger Signal-zustand „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 SR-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. Prä-gen 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 Signal-zustand „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 Rück-setzeingang 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.

Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP auf einem Blatt Papier und vergleichen Sie Ihre Aufzeichnung mit dem vorrangigen Setzen von AWL, KOP und FUP .


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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 .

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 Dokumen-tenbox.


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Abwasser-Sammelbecken KOP und FUP

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Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in KOP und in FUP auf einem Blatt Papier und ver-

gleichen 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 Zeitfunktionen

6.1 Darstellung von Zeitabläufen

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 Anwenderpro-gramm. Die Programmiersprache STEP 7 stellt fünf verschiedene Zeittypen zur Verfügung:

§ Impuls SI

§ Verlängerter Impuls SV

§ Einschaltverzögerung SE

§ 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 wer-den.


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6 Zeitfunktionen

6.2 Einschaltverzögerung SE

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 Ein-schaltverzögerung SE zu erfahren.


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6 Zeitfunktionen

6.3 Ausschaltverzögerung SA

Wechselt das Signal von „0“ nach „1“ am Starteingang der Zeitfunktion „Ausschaltverzögerung“, schal-tet 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 Aus-gang auf Signal „0“ geschaltet.

Klicken Sie mit der Maus auf die Begriffe AWL, KOP und FUP, um Einzelheiten über die Programmie-rung der Ausschaltverzögerung SA zu erfahren.


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6 Zeitfunktionen

6.4 Zeit als Impuls SI

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 eingestell-ten 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 Zeitfunktionen

6.5 Toiletten-Licht-Lüfter-Steuerung

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 Dokumen-tenbox.


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7 Zählfunktionen

7.0 Kapitelübersi cht


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 Zählfunktionen

7.1 Darstellung von Zählerfunktionen

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 Verfü-gung:

§ Vorwärtszähler

§ Rückwärtszähler

§ Vor-Rückwärtszähler

Der Zählerstand ergibt sich aus der Anzahl der positiven Signalflanken an den Eingängen für das Vor- und 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 Mög-lichkeit, 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 Signal-zustand 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 Operandenbe-reiche transferiert werden. Beispiel in AWL: L Z1 Über Ladebefehle kann der Zählerstand abgefragt werden. Der im Zähler ste-hende 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 kön-nen wie gewohnt mit den binären Operationen verknüpft werden.


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7 Zählfunktionen

7.3 Beispiel


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7 Zählfunktionen

7.4 Parkplatzüberwachung

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 Ausgangszu-stand 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, wer-

den in diesem Beispiel nicht berücksichtigt.

Funktionsschema :


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Überlegen Sie sich bitte die Programmdarstellung in AWL, KOP und in FUP auf einem Blatt Papier 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 Automatisie-rungsgeräten



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 Sicherheitsbestim-mungen 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 ei-ner Steuerung nicht blockiert oder verhindert werden.

§ Schütze, die widersprüchliche Einschaltbefehle erhalten, müssen hardwaremäßig gegenein-ander 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-ter, Sensor usw.) und dem Eingang der SPS unter-brochen ist, liegt ein Drahtbruch vor. An den Eingang der SPS gelangt dann keine Span-nung mehr, der Eingang führt „0“-Signal. Wie wird dieses „0“-Signal verarbeitet und welche Auswirkunen ergeben sich für den betrieb der Anla-ge?

Schaltungsbeispiel

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 je-weiligen Eingang der SPS gelangt. Weiter Fehler können auftreten, wenn es in einem Steuerstromkreis gleich zu zwei Erdschlüssen kommt. Dadurch kann die Steuerung ungewollt eingeschaltet werden.

Schaltungsbeispiel

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

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 Verarbeitungs-geschwindigkeit eines SPS werden die SPS-Ausgänge schneller umgeschaltet als die entspre-chenden Schütze. Dadurch könnte es zu einem Kurz-schluss 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 SPS-Programm erfolgen. Merksatz: Bei Steuerungen mit Automatisierungsgeräten ist eine zusätzliche elektromechanische Verriegelung von sich widersprechenden Ausgangsbefehlen zwingend vorgeschrieben.

Schaltungsbeispiel


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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 ei-nen sicheren Zustand schalten können.

§ Überlastschutzeinrichtungen müssen unter Umgehung der SPS auf die entsprechenden Anla-genteile 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 ge-klickt 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 NOT-HALT-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 Kel-

ler genau angesehen und erklären lassen. Huber: Wunderbar. Habt Ihr auch über speicherprogrammierte Steuerungen gespro-

chen? Wolf: ..hm, nein. Ich kann mich zumindest nicht daran erinnern. Huber: Na, gut, dann passt mal schön auf....


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Abschluss Lerneinheit

Bearbeitung der Fallstudie

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 Ant-wortdokument 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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Trainingsaufgaben

Trainingsaufgabe 5


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grundlagen speicherprogrammierbarer steuerungen - · pdf file1 - grundlagen...

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