S7-Grundlagen - Berufsschule Gmunden 1

STEUERUNGSTECHNIK
KAPITEL SPS-S7
GRUNDLAGEN
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SPS - Labor
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SPS-Grundlagen
(s.499, Pkt.15.3)
Verbindungsprogrammierte
Steuerung VPS
Speicherprogrammierbare
Steuerung SPS
Eine herkömmliche Verdrahtung mit
Schützen, Relais, Tastern usw… , welche als
Steuerstromkreis ausgeführt wird.
Die Verdrahtung erfolgt an eine zentrale
Steuerungseinheit (sternförmig). Jedes Bauteil
wird mit einer Ein- oder Ausgabe-Einheit direkt
verbunden.
Die Funktion wird als Anordnung von
Funktionsbausteine verschiedener logischen
Verknüpfungen (Steueranweisung) in einen
Programmspeicher geschrieben.
Bei Änderungen wird keine Verdrahtung
geändert, sondern nur im Programm die
Anordnung der logischen Verknüpfungen
umgeschrieben.
Die Funktion einer
verbindungsprogrammierten Steuerung liegt
in der Verdrahtung der Bauteile.
Bei Änderungen des Programmablaufes
sind hier zeitaufwendige
Umverdrahtungsarbeiten notwendig.
Aufbau einer SPS
Kompakte SPS – Kleinsteuergeräte – Micro Automation
In einem Gehäuse sind alle wichtigen Bauteile eingebaut:
Netzteil, Digitale Eingänge, Digitale Ausgänge, SPS-Programmspeicher
(eventuell könne auch Analoge Ein- und Ausgänge und weiter Funktionsbauteile eingebaut
sein). Ist auch in Grenzen erweiterbar.
Verstärkter Einsatz im Installationsbereich.
Modulare SPS
Jeder Funktionsbauteil ist in einem eigenen Gehäuse eingebaut:
Netzteil, Digitale Eingangsbaugruppe, Digitale Ausgangsbaugruppe, CPU mit SPSProgrammspeicher, Analoge Ein- und Ausgangsbaugruppe, ….
Zur Verbindung des Systembusses werden diese Baugruppen auf Profilschienen
zusammengesteckt.
Hauptsächlich im Industriebereich (Pressen, Abfüllanlagen, Industrieöfen)
LOGO (Kleinsteuergerät)
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S7-300 (Modulare SPS)
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SPS-Grundlagen
Aufbau einer SPS
Simatic S7 315 2DP
Digital Input
Digitale Eingabebaugruppe
Power-Supply
Spannungsversorgung
Digital Output
Digitale Ausgabebaugruppe
CPU
Central Processing Unit
Zentrale Steuereinheit
Analoge In/Output
Analoge
Ein/Ausgabebaugruppe
Rack
Profilschiene
• Eingabebaugruppen: Signalaufnahme aus dem Prozess. SENSOREN
wie Taster, Druckschalter etc. werden angeschlossen
• Zentraleinheit: Signalverarbeitung entsprechend dem
Steuerungsprogramm!
• Ausgabebaugruppen: Beeinflussung des Steuerungsprozesses durch
Ansteuern von AKTOREN wie Schütze, Lampen, Magnetventile etc.
Beschaltung einer SPS
+24V
S1
S2
E0.0
S3
E0.1
S4
E0.2
SPS – S7
A4.0
K1
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A4.1
P1
SENSOREN
E0.3
+ 24 V
Eingabebaugruppe
Powersupply / CPU
Ausgabebaugruppe
AKTOREN
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SPS-Grundlagen
Programmieren
Programmiert wird das Automatisationsgerät (AG) mit einem
Programmiergerät (PG), meist ein PC mit Simatic-Manager Software.
Programmiersprachen
textförmig
Anweisungsliste (AWL)
graphisch
Kontaktplan (KOP)
Funktionsplan (FUP)
Adressierung
Bit und Byte
1 Bit kann zwei Signalzustände haben: 1 und 0 (high und low)
1 Byte besteht aus 8 Bit
Die Abfrage nach den Signalzuständen erfolgt durch die Operandenadresse.
Der Operand besteht aus Operanden-Kennzeichen und OperandenParameter.
Byteadresse
Bitadresse
E 2.0
Operanden-Parameter
Operanden-Kennzeichen
Eingangsbyte 2 besteht aus E 2.0,
E 2.1,
E 2.2
...
...
E 2.7
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(8 Eingänge)
E....Eingang, A....Ausgang, M....Merker,...
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SPS-Grundlagen
Darstellungsarten
E 1.0
&
≥1
E 1.1
A 4.1
FUP
Funktionsplan
=
E 1.2
U E 1.0
U E 1.1
O E 1.2
= A 4.1
E 1.0
AWL
Anweisungsliste
Steuerungsanweisungen
E 1.1
A 4.1
KOP
Kontaktplan
E 1.2
Arbeitsweise der SPS
NEUSTART
Alle Ausgänge, Zeitglieder, Zähler
und Merker auf Null setzen.
Selbsttest durchführen
PAE bilden
Ausgenommen „remanente“ Merker und
Alarmmerker
(remanent = bleibend, auch bei
Spannungsausfall und Wiederkehr Signalzustand
vorhanden, in Hardwarekonfiguration festgelegt)
Eingänge werden eingelesen und im
Prozessabbild der Eingänge (dies ist ein
Zwischenspeicher) gespeichert.
OB1 aufrufen
FC`s aufrufen
ZYKLUS
Steueranweisungen
ausführen
FC`s beenden (BE)
Das PAA (Prozessabbild der Ausgänge /
Zwischenspeicher) wird mit den
Zuweisungen (=A 4.1) beschrieben.
OB1 BE
(letzte Anweisung)
PAA ausgeben
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Das gesamte Prozessabbild der
Ausgänge (PAA) wird an die Ausgänge
übergeben.
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SPS-Grundlagen
• Aktuelle Signalzustände der Eingänge einlesen und im PAE
(=Prozessabbild der Eingänge/Zwischenspeicher) speichern.
• Abarbeiten der Steuerungsanweisungen in Reihe der
Anweisungen.
Dabei werden nicht die Eingänge sondern die Zustände
(0 oder 1) im PAE abgefragt!
FC 1
.
.
OB 1
BE
Call FC 1
Call FC 6
..
FC 6
.
.
BE
BE
OB 1...
FC 1...
BE...
Organisationsbaustein 1 wird immer als erstes aufgerufen.
Funktion 1 wird im OB 1 aufgerufen. Hier stehen unsere
Steuerungsanweisungen (Programm).
Baustein-Ende
• Ergebnisse werden zunächst nicht direkt am Ausgang wirksam
( 0V oder 24V ) sondern erst im PAA (=Prozessabbild der
Ausgänge/Zwischenspeicher) gespeichert.
• Nach der letzten Anweisung werden die im PAA
gespeicherten Zuweisungen an die Ausgangsbaugruppen
weitergegeben und an die Aktoren ausgegeben.
• Programmbearbeitung beginnt wieder von vorne =>
zyklischer Betrieb!
ZYKLUS
Einen Ablauf vom PAE lesen bis zum ausgeben des PAA nennt
man einen Zyklus.
Die Zykluszeitüberwachung kann in der CPU eingestellt werden.
Während eines Zyklus werden Zustandsänderungen an den
Eingängen nicht wahrgenommen, auch an den Ausgängen erfolgt
keine Änderung.
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SPS-Grundlagen
Steuerungsanweisung (Programm)
Das Programm besteht aus aufeinander folgenden
Steuerungsanweisungen:
UND, ODER, NICHT, Zählen, Zeit, Setzen, Rücksetzten
STEP 7
U
O
N
=
S
R
ZV
ZR
Operationsteil
Operandenteil
Was soll gemacht werden?
Womit soll etwas gemacht werden?
DIN EN 61131-3 Bedeutung
STEP 7
DIN EN 61131-3 Bedeutung
AND
E
I
Und
Eingang
OR
A
Q
Oder
Ausgang
N
M
M
Nicht
Merker
ST
T
TR
Zuweisung
Zeitglied
S
Z
CT
Setzen
Zähler
R
Rücksetzen
U
Vorwärtszählen
D
Rückwärtszählen
Abarbeiten der Anweisungen (AWL ist dunkel hinterlegt)
ProgrammProgramm-
AWL
zeile
SignalSignal-
Verknüpfungsvorschrift
zustand
(Operation)
VKE
PAA
(A 4.1)
im PAE
1
U E 1.0
1
Lade Zustand des ProzessAbbildes des Einganges 1.0
1
(1) in das VKE (1)
2
U E 1.1
0
VKE (1) UND Zustand
3
O E 1.2
1
VKE (0) ODER Zustand
4
= A 4.1
Eingang 1.1 (0)
Eingang 1.2 (1)
Speichere in das ProzessAbbild des Ausgangs 4.1 (1)
0
1
1
Das VKE (Verknüpfungsergebnis) wird in jeder Zeile aus dem
vorhergegangenen VKE, dem Operationsteil und dem zum
Operanden gehörigen PAE (PAA, Speicher) gebildet.
Das VKE in der ersten Zeile wird Erstabfrage genannt und gibt nur
das PAE weiter.
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SPS-Grundlagen
UND-Verknüpfung
Sind zwei Schalter in Reihe zu einer Lampe geschaltet, so ergibt sich als Funktion ein UND.
Man sagt: “Die Lampe leuchtet nur, wenn beide Taster zur gleichen Zeit betätigt werden.“
Schaltung
Wahrheitstabelle
S1
S2
E1
E2
Q
P1
ODER-Verknüpfung
Sind zwei Schalter parallel und eine Lampe in Reihe dazu geschaltet, so C ein ODER.
Man sagt: “Die Lampe leuchtet, sobald einer der beiden Taster betätigt wird.“
Schaltung
Wahrheitstabelle
S1
E1
P1
E2
Q
S2
Blockschaltbild / Symbol
UND
E1
&
ODER
E1
≥1
Q
Q
E2
E2
NICHT-Verknüpfung
Wird die Funktion eines Schalters umgedreht, so ergibt sich als Funktion ein NICHT
Man sagt: “Die Lampe leuchtet, sobald der Taster nicht betätigt wird.“
Schaltung
S1
Wahrheitstabelle
K1
E1
P1
Q
E1
1
K1
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Q
SPS - Labor
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SPS-Grundlagen
Ersetze die Fragezeichen durch 1 oder 0
I1 1
I2 0
&
?
&
?
≥
?
≥
?
&
1
≥
?
I3 1
I1
0
1
?
I2 0
I1
I2
I3
I1
I2
I3
I1
I2
I3
0
&
?
1
1
0
≥
?
?
1
1
?
&
?
1
0
?
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SPS - Labor
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SPS-Grundlagen
Schließer und Öffner als Sensoren:
Grundverknüpfungen wurden in SRT schon besprochen.
Schließer und Öffner sagen nicht unbedingt aus, dass ein Eingang
negiert werden muss.
Folgende Situation:
Bei einem Sessellift für 3 Plätze öffnen die Schranken nur wenn 2 Skifahrer
anstehen (3 sind zu schwer, 1 alleine bringt in zum Kippen). Aufgrund eines
technischen Defektes wurde ein neuer Sensor eingebaut. Zu 2 Schließern
kam ein Öffner. Ein Umbau ist aus Zeitgründen nicht möglich. So wurde das
Programm geändert.
Beschaltung der SPS:
+24V
S1
S2
E0.0
S3
E0.1
Fall 1: Es kommen 2 Skifahrer auf S1 und S2.
E0.2
Ergänzen Sie die Negation(en) mit ROT.
Fall 2: Es kommen 2 Skifahrer auf S2 und S3.
SPS – S7
Ergänzen Sie die Negation(en) mit BLAU.
Fall 3: Es kommen 2 Skifahrer aus S1 und S3.
A4.0
Ergänzen Sie die Negation(en) mit GRÜN.
Q1
Eine Negation wird auf Grund des erforderlichen
Signalzustands eingesetzt und nicht ob ein Schließer oder
Öffner eingebaut wurde.
Fall 2
Fall 1
E0.0
E0.0
1
E0.1
1
E0.2
1
1
E0.1
&
1
E0.2
1
1
A4.0
&
1
E0.0
1
E0.1
1
E0.2
1
A4.0
&
1
Fall 3
An der Grundfunktion UND müssen 3 Einsen
anliegen, damit die Schranken öffnen.
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A4.0
SPS - Labor
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SPS-Grundlagen
Lösungen:
Fall 2
Fall 1
E0.0
(1)
E0.1
(0)
E0.2
(0)
E0.0
1
E0.1
1
E0.2
1
1
&
1
1
1
A4.0
&
1
E0.0
1
E0.1
1
E0.2
1
A4.0
&
1
Fall 3
Am besten ist, man schreibt sich die Signalzustände zu den
Eingängen.
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A4.0
SPS - Labor
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SPS-Grundlagen
Unterschied Automatik- und Tippbetrieb
Tippbetrieb:
Solange der Taster gedrückt gehalten wird, wird die Bewegung
ausgeführt.
z.B.: Eine Jalousie fährt nur hinauf, solange der Taster gedrückt
wird. Wird dieser losgelassen, bleibt die Jalousie stehen.
Programmtechnische Lösung erfolgt mit UND und ODER
Verknüpfungen.
Automatikbetrieb:
Ein Taster wird einmal gedrückt und die Bewegung wird solange
ausgeführt, bis ein Stopptaster oder Endschalter die Bewegung
stoppt.
z.B.: Eine Jalousie fährt nach oben und die Aufwärtsbewegung wird
von einem Endschalter Oben abgeschaltet.
Programmtechnische Lösung erfolgt mit einem Flip-Flop (SRMerker /=Selbsthaltung).
Merke: Wird in einer Funktionsbeschreibung ein Stopp- oder
Austaster (Vorsicht: NOTAUS ist kein Stopptaster) erwähnt, ist dies
ein Automatikbetrieb.
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SPS-Grundlagen
Hardwarekonfiguration
Starten des PC`s oder Programmiergerät (PG) und des
Automatisationsgerätes (AG).
SIMATIC-Manager
Verwaltet die Programmierung der S7.
• Anlegen eines Projektes
• Hardwarekonfiguration
Eingabe der Baugruppen mit Kontrolle der Nummer, welche am unteren Rand steht.
1. Profilschiene anlegen
2. Power Supply einfügen
3. CPU einfügen (MPI = Multi Point Interface Verbindung AG - PG)
4. Eingabebaugruppe einfügen
5. Ausgabebaugruppe einfügen
6. Kontrolle der Adressen
7. gegebenenfalls CPU Konfigurieren
• Programmierung der Steuerungsanweisung
Anlegen der FC 1 (2,3,...)
danach Erstellen des OB 1
Aufruf der FC`s im OB 1 (sehr wichtig)
• Testphase
Mit „Beobachten“ oder mit dem Simulator
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SPS-Grundlagen
Taktmerker
Taktmerker werden verwendet um eine Leuchte blinken zu lassen (Ampelsteuerung) oder
um ein periodisch wiederkehrendes Ereignis auszulösen.
Welches Merkerbyte (8 Bit) zu einem Taktmerker wird, bestimmt der Programmierer durch
Einstellung in der CPU.
Unter Hardware im Hardware-Konfigurator kann man unter Zyklus/Taktmerker das
Merkerbyte für den Taktmerker festlegen. Man nimmt immer ein sehr hohes Merkerbyte oft
MB 100.
Jedem Bit des Merkerbytes (z.B. MB 100) ist eine Frequenz zugeordnet.
Bit des Taktmerkers
Periodendauer in s
Frequenz in Hz
M 100.0
0,1
10
M 100.1
0,2
5
M 100.2
0,4
2,5
M 100.3
0,5
2
M 100.4
0,8
1,25
M 100.5
1,0
1
M 100.6
1,6
0,625
M100.7
2
0,5
Soll nun eine Leuchte mit 1 Hz, also im Sekundentakt blinken muss der Merker M100.5
verwendet werden.
Ist das Merkerbyte 50, dann hat der Sekundentakt die Adresse M50.5.
Taktmerker sind Zykluszeitabhängig, das heißt bei längeren Zeiten kann es zu
ungleichmäßigem Blinken kommen.
Lösung ist das Programmieren eines eigenen Timers in AWL:
SPBN
blk:
UN
L
SE
U
blk
UN
=
NOP
T
1
S5T#100MS
T
1
T
1
A
A
0
4.1
4.1
Wichtig bei Übung 13 im S7-Lehrstoff-2006.
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SPS-Grundlagen
Wichtiges zum Programmieren:
Sollte vor Ihnen jemand die Steuerung schon Programmiert haben, dann sollten Sie sie
URLÖSCHEN. Sie vermeiden langwierige Fehlersuche.
Der Organisationsbaustein OB1 wird am Schluss programmiert. Auf Grund dezentraler
Programmierung, weiß man vorher nicht wie viele Bausteine verwendet werden.
Packen Sie nicht zu viele Anweisungen in ein Netzwerk. Es wird zu unübersichtlich.
Beschriften Sie jedes Netzwerk mit aussagekräftigen Namen. Geben sie kurze
Erklärungen in das Kommentarfeld ein. So finden Sie sich später wieder zurecht.
Wählen sie eine sinnvolle Bezeichnung Ihrer Symbole aus. Das Programmieren mit der
Symbolbezeichnung erleichtern kurze Namen.
Geben Sie Ihrem Programm eine Struktur indem sie einzelne Funktionalitäten in eigene
Netzwerke Programmieren (z.B.: Meldeleuchten in ein eigenes Netzwerk).
Bei Drehstrommotoren ist eine softwaremäßige Verriegelung genauso notwendig wie
eine hardwaremäßige Verriegelung. Es könnte auf die Schützenverriegelung vergessen
worden sein.
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