Automatisieren mit SPS Übersichten und Übungsaufgaben: Von Grundverknüpfungen bis Ablaufsteuerungen: STEP 7-Operationen, Lösungsmethoden, Lernaufgaben, Kontrollaufgaben, Lösungen, Beispiele zur Anlagensimulation

258 Pages·2003·20.299 MB·German

by  Günter Wellenreuther, Dieter Zastrow (auth.)

Günter Wellenreuther
Dieter Zastrow
Automatisieren mit SPS
Übersichten und
Übungsaufgaben
Aus dem Programm ______________ ...
Automatisierungstechnik
Speicherprogrammierbare Steuerungen in der Praxis
von W.Braun
Messtechnik
von R. Parthier
Regelungstechnik für Ingenieure
von M. Reuter und S. Zacher
Kaspers / Küfner Messen - Steuern - Regeln
von B. Heinrich (Hrsg.), B. Berling, W. Thrun und W. Vogt
Automatisieren mit SPS
Theorie und Praxis
von G. Wellenreuther und D. Zastrow
Automatisieren mit SPS
Übersichten und Übungsaufgaben
von G. Wellenreuther und D. Zastrow
Steuerungstechnik mit SPS
von G. Wellenreuther und D. Zastrow
Busssysteme in der Automatisierungs
und Prozesstechnik
herausgegeben von G. Schnell
Automatisierungstechnik kompakt
herausgegeben von S. Zacher
vieweg _________________ _______
Günter Wellenreuther
Dieter Zastrow
Automatisieren
mitSPS
••
Ubersichten und
••
Ubungsaufgaben
Von Grundverknüpfungen bis Ablaufsteuerungen:
STEP 7- Operationen, Lösungsmethoden,
Lernaufgaben, Kontrollaufgaben, Lösungen,
Beispiele zur Anlagensimulation
Mit 8 Einführungsbeispielen und 51 projekthaften
Lernaufgaben, 47 prüfenden Kontrollaufgaben mit
allen Lösungen sowie vielen Abbildungen
~
Viewegs Fachbücher der Technik vleweg
Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.ddb.de> abrufbar.
1. Auflage Dezember 2003
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© Friedr. Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2003
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Technische Redaktion: Hartmut Kühn von Burgsdorff
Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de
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ISBN 978-3-528-03960-8 ISBN 978-3-322-91895-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-91895-6
v
Vorwort: Buchkonzeption und Lernmöglichkeiten
In einigen elektrotechnischen und maschinenbautechnischen Berufen und in entsprechenden
Studiengängen ist das Fachgebiet Automatisierungstechnik eng verknüpft mit Speicher
programmierbaren Steuerungen in der Ausführung als Hardware- oder Software-SPS. Art und
Umfang der Lehr-/Lerninhalte, die erforderlichen Laborausstattungen und die zur Vermittlung
überfachlicher Qualifikationen geeigneten Unterrichtsmethoden haben sich aus Sicht des Lehr
personals weitgehend geklärt. Für Lernende/Studierende besteht jedoch oftmals ein Bedarf an
zusätzlichen Übungsmöglichkeiten mit selbst kontrollierbaren Ergebnissen und einer darauf
abgestimmten informativen Arbeitshilfe, die es ihnen erleichtert, in das selbstständige und
systematische Bearbeiten von Automatisierungsaufgaben hineinzufinden. Das vorliegende
Buch mit seiner speziellen Konzeption, bestehend aus Übersichten, Übungsaufgaben, Lö
sungsvorschlägen und Simulations möglichkeiten, kann helfen, diese Lücke zu schließen.
Übersichten
Jedes der acht Programmierkapitel beginnt mit einer tabellenbuchartig gestalteten Übersicht
zu SPS-Grundlagen. Dazu zählen beispielsweise der Programmaufbau für das modeme biblio
theksorientierte Programmieren, anwendbare Lösungsmethoden zur Umsetzung einer Aufga
benstellung in ein Programm und ein auf die im Kapitel angebotenen Übungsaufgaben abge
stimmter Befehlsvorrat, der sich kapitelweise bis zur Programmierung von Ablaufsteuerungen
erweitert. Die Übersichten enthalten nur Fakten aber keine Erklärungen. Für eingehende Erklä
rungen sei auf den Unterricht bzw. die Vorlesungen oder auf das weit verbreitete Lehrbuch
Automatisieren mit SPS, Theorie und Praxis, erschienen im Vieweg Verlag, verwiesen. Jede
Übersicht schließt ab mit einem Beispiel und seiner vollständigen Lösung zum Nachmachen
und zur Vorbereitung auf die Übungsaufgaben.
Übungsaufgaben
Die Übungsaufgaben umfassen einfache und komplexe Problemstellungen, die hier in pro
jekthafte Lernaufgaben und prüfende Kontrollaufgaben unterschieden werden und die durch
eine stets angegebene Lösungsleitlinie zu selbstständigem Lernen anleiten soll. Die Beschäfti
gung mit den Lemaufgaben hat die Durchdringung und Aneignung der in den Übersichten
angebotenen Grundlagen zum Ziel und erfordert einen entsprechenden Zeitaufwand. Das Be
arbeiten der Kontrollaufgaben dient der Selbstkontrolle in Hinblick auf eine schnelle Verfüg
barkeit des Gelernten in Prüfungssituationen. Im Unterschied zu den Lemaufgaben, die mit
dem SPS-Programm abschließen, verlangen die Kontrollaufgaben nur die grundSätzlichen
Lösungsschritte ohne Programmausführung.
Lösungsvorschläge
Die Lösungen der Lemaufgaben umfassen im Buch je nach Aufgabenstellung eine allgemein
gültige Funktionsplandarstellung des Programms, eine Deklarationstabelle mit den Variablen,
eine Zuordnungstabelle für die SPS-Eingänge/-Ausgänge, einen Ablauf-Funktionsplan und die
Transitionstabelle bei Ablaufsteuerungen sowie eine Begründung für die Auswahl des verwen
deten Bausteintyps (Funktion Fe oder Funktionsbaustein FB) und die Bausteinaufrufe im
Hauptprogramm (OBi) sowie ggf. Funktionsdiagramme (Weg-Schritt-Diagramme für pneu
matische Zylinder und Zustandsdiagramme für Magnetventile).
VI Vorwort: Buchkonzeption und Lernmöglichkeiten
Programmierung und Simulation
Aufgabenlösungen sollten nicht rein theoretisch bleiben, sondern die Programmierung und
Testung umfassen. Im Laborbetrieb der SchulelHochschule wird dafür eine entsprechende
Ausrüstung zur Verfügung stehen. Für den eigenen Computer zu Hause kann eine Schü
lerlStudentenversion des Siemens STEP7-Programms (Vollversion einschließlich PLCSIM)
kostengünstig über die Schule oder Hochschule bezogen werden S7-PLCSIM erlaubt das
1).
Laden des erstellten Programms in die eigene SPS und das Austesten der Funktion. Im Nor
malfall genügt diese Möglichkeit, um sich von der aufgabengemäßen Funktion der selbster
stellten oder der angebotenen Lösungsprogramme zu überzeugen.
Leichter durchführbar und vor allem anschaulicher sind Simulationen mit dynamisierten Anla
genmodellen passend zu den AufgabensteIlungen. Um den Arbeitsaufwand zum Erstellen
dieser Anlagenmodelle einzusparen, können diese auf Grund einer Vereinbarung zwischen
dem Vieweg-Verlag und der Firma Siemens von deren Downloadbereichen heruntergeladen
werden. Man braucht nun zusätzlich zur STEP7-Software das Simulationsprogramm SIMIT,
das über die Schnittstellen S7-PLCSIM, MPI, OPC-Server und Mircosoft EXCEL verfügt und
somit koppelbar ist mit der CPU einer echten S7-SPS oder mit S7-PLCSIM. Im Anhang des
Buches findet man eine kurzgefasste Übersicht zu SIMIT.
Auch bei PLCSIM und SIMIT müssen Grenzen der Simulations möglichkeiten beachtet wer
den, beispielsweise bei der Verarbeitung von Impulsen, wenn diese Programme - wie über
wiegend der Fall-auf einem Standard-PC mit nicht echtzeitfähigem Betriebssystem laufen.
Beiliegende CD
Die beiliegende CD enthält eine vollfunktionsfähige Simulation des Beispiels "Biegewerk
zeug" aus dem Kapitel 7, das in eine SIMIT Runtime-Version integriert ist und alle Funktions
und Kopplungsmöglichkeiten der Vollversion des Programms erlaubt. Dieses Simulationsbei
spiel ist zum Ausprobieren gedacht und um einen Einblick in professionelle Projektabwicklung
zu geben.
Auf der CD befinden sich noch weitere sechs Anlagenmodelle für das jeweilige Beispiel der
Kapitel 2, 3, 4, 5, 6 und 8, die jedoch nur genutzt werden können, wenn eine lizensierte Ver
sion von SIMIT zur Verfügung steht, die dann auch erlaubt, alle anderen SIMIT-Anlagen
modelle für die Lernaufgaben des Buches zu nutzen, die nach und nach erstellt und zum ko
stenfreien Download zur Verfügung gestellt werden. Des Weiteren findet man im Ordner
"Dokumente" noch Hilfen zur Nutzung von SIMIT.
Ebenfalls auf der beiliegenden CD verfügbar sind die STEP7-Programme für die Lösungsvor
schläge der Lernaufgaben und die PDF-Dateien mit den Lösungen der Kontrollaufgaben.
Die Autoren des Buches bedanken sich sehr herzlich für die Unterstützung im Vieweg Verlag
und bei Herrn Dipl. Phys. Franz Deutel von der Firma Siemens AG. Schließlich danken wir
auch noch unseren Ehefrauen, die viel Verständnis für unsere Schreibtischarbeit aufbrachten.
Verbesserungsvorschläge aus dem Leserkreis sind uns immer willkommen.
Mannheim, Ellerstadt, im Oktober 2003 Günter Wellenreuther
Dieter Zastrow
1) Die aktuellen Bezugsbedingungen für die Schüler-/Studentenversionen der STEP7- und SIMIT-Soft
ware sind im Ordner "l_Infomaterial_SIMIT" auf der beiliegenden CD zu finden.
VII
Inhaltsverzeichnis
1. Programmautbau und Variablendeklaration: Übersicht ............. ........................... 2
1.1 Beispiel: Motorgruppenüberwachung .................................................................... 4
1.2 Lemaufgaben ..... ....................................... ............................ ................................. 6
Lemaufgabe 1.1: Belüftungsanlage ....... ............................ ....................... ... ......... 6
Lemaufgabe 1.2: Schlossschaltung....................................................................... 7
Lernaufgabe 1.3: Torsteuerung ............................................................................. 7
Lemaufgabe 1.4: Prägevorrichtung. .............. ........... ........... .................................. 8
1.3 Kontrollaufgaben 1 -3 ................ ................... ............. ........................... ................ 10
2. Logische Grundverknüpfungen und Funktionstabellen: Übersieht........................ 12
2.1 Beispiel: Generatorüberwachung........................... ................................................ 14
2.2 Lernaufgaben .............................................. ........................................................... 16
Lemaufgabe 2.1 : Wahlfreie Schaltstellen .......... ......... ................................... ... .... 16
Lemaufgabe 2.2: Siloentleerung ........................................................................... 16
Lemaufgabe 2.3: Lüfterüberwachung................................................................... 17
Lemaufgabe 2.4: Füllung zweier Vorratsbehälter ................................................ 17
Lemaufgabe 2.5: 7-Segment-Anzeige .................................................................. 18
Lemaufgabe 2.6: Durchlauferhitzer ...................................................................... 18
Lernaufgabe 2.7: Codewandler ............................................................................. 19
2.3 Kontrollaufgaben 1 -5 ........................................................................................... 20
3. Speicherfunktionen, Flankenauswertung, Umwandlung von Sehütz-und
elektropneumatischen Steuerungen: Übersicht .... ................. ......................... .......... 22
3.1 Beispiel: Schützschaltung mit gegenseitiger Verriegelung.................................... 26
3.2 Lemaufgaben ......................................................................................................... 28
Lemaufgabe 3.1: Torsteuerung .... .................................... ..................................... 28
Lemaufgabe 3.2: Vier Vorratsbehälter ................................................................. 29
Lemaufgabe 3.3: Poliermaschine.......................................................................... 29
Lemaufgabe 3.4: Biegewerkzeug ......................................................................... 30
Lemaufgabe 3.5: Verpackungsrollenbahn ............................................................ 32
Lemaufgabe 3.6: Belüftungsanlage ...................................................................... 33
Lemaufgabe 3.7: Reklamebeleuchtung................................................................. 34
Lemaufgabe 3.8: Verstift-Einrichtung.................................................................. 35
Lemaufgabe 3.9: Drei Zylinder-Steuerung ........................................................... 36
3.3 Kontrollaufgaben 1 -9 ........................................................................................... 37
VIII Inhaltsverzeichnis
4. Zeitfunktionen, Taktsignale, Zählfunktionen, freigrafischer Funktionsplan:
Übersicht ..................... ................................................................................................. 42
4.1 Beispiel: Überwachung eines Mengenverhältnisses .............................................. 48
4.2 Lemaufgaben ......................................................................................................... 50
Lemaufgabe 4.1: Stem-Dreieck-An1auf einer Kompressoranlage........................ 50
Lemaufgabe 4.2: Anlassersteuerung ..................................................................... 50
Lemaufgabe 4.3: Automatische Stem-Dreieck-Wendeschaltung ......................... 51
Lemaufgabe 4.4: Füllmengenkontrolle ................................................................. 52
Lemaufgabe 4.5: Zerkleinerungsanlage................................................................ 53
Lemaufgabe 4.6: Zwei Zylinder-Ansteuerung mit Zeitfunktionen....................... 54
Lemaufgabe 4.7: Verkehrs-Lauflichtanlage ......................................................... 55
Lemaufgabe 4.8: Palettierungs-Anlage................................................................. 56
Lemaufgabe 4.9: Parkhauseinfahrt ....................................................................... 56
4.3 Kontrollaufgaben 1 -8 ........................................................................................... 58
5. Übertragungsfunktionen, Vergleichsfunktionen, Sprünge: Übersicht ................... 64
5.1 Beispiel: Drehzah1-und Stillstandsüberwachung / Schutzgitter ............................ 67
5.2 Lemaufgaben ......................................................................................................... 70
Lemaufgabe 5.1: Auswah1-Standard-Funktion FC 36 SEL.................................. 70
Lemaufgabe 5.2: Wählbare Öffnungszeit für eine Klebedüse.............................. 70
Lemaufgabe 5.3: Auswahl-Standard-Funktion FC 25 MAX................................ 71
Lemaufgabe 5.4: Auf-Ab-Zähler mit parametrierbaren Grenzen ......................... 71
Lemaufgabe 5.5: Anzeige der Durchlaufgeschwindigkeit.................................... 72
Lemaufgabe 5.6: Begrenzer mit Indikator ............................................................ 73
Lemaufgabe 5.7: Überwachung der Walzgutgeschwindigkeit ............................. 74
5.3 Kontrollaufgaben 1 -6 ........................................................................................... 75
6. Lineare Abaufsteuerungen ohne Betriebsartenteil: Übersicht ................................ 78
6.1 Beispiel: Bohrmaschine..................... ..................................................................... 83
6.2 Lemaufgaben ......................................................................................................... 88
Lemaufgabe 6.1: Bar-Code-Stempe1einrichtung .................................................. 88
Lemaufgabe 6.2: Reaktionsprozess ...................................................................... 89
Lemaufgabe 6.3: Bördelvorrichtung ..................................................................... 90
Lemaufgabe 6.4: Funktionsdiagrarnm .................................................................. 91
Lemaufgabe 6.5: Reinigungsbad bei der Galvanisierung ..................................... 92
6.3 Kontrollaufgaben 1 -5 ........................................................................................... 94
7. Lineare Ablaufsteuerung mit Betriebsartenteil: Übersicht ..................................... 98
7.1 Beispiel: Biegewerkzeug........................................................................................ 105
7.2 Lemaufgaben ......................................................................................................... 108
Lemaufgabe 7.1: Rührkessel................................................................................. 108
Lemaufgabe 7.2: Zubringeinrichtung für Verpackungen ..................................... 109
Lemaufgabe 7.3: Tablettenabfülleinrichtung ........................................................ 110
Lemaufgabe 7.4: Schotterwerk ............................................................................. 111
Lemaufgabe 7.5: Los-Verpackungsanlage............................................................ 112
7.3 Kontrollaufgaben 1 -6 ..... ...................................................................................... 114
Inhaltsverzeichnis
8. Ablaufsteuerungen mit Verzweigung: Übersicht ... .................................................. 118
8.1 Beispiel: Autowaschanlage.................................................................................... 121
8.2 Lemaufgaben ......................................................................................................... 126
Lemaufgabe 8.1: Sortieranlage............................................................................. 126
Lemaufgabe 8.2: Bedarfsampel............................................................................ 127
Lemaufgabe 8.3: Türschleuse............................................................................... 128
Lemaufgabe 8.4: Speiseaufzug ............................................................................. 129
Lemaufgabe 8.5: Chargenprozess......................................................................... 130
8.3 Kontrollaufgaben 1 -5 ....... ..... ............. ... ......... ........ ................ ... ....... .......... ....... ... 133
9. Lösungsvorschläge Lernaufgaben .............................................................................. 137
9.1 Lösungen der Lemaufgaben Kapitell................................................................... 137
9.2 Lösungen der Lemaufgaben Kapitel 2.............................................. ..................... 141
9.3 Lösungen der Lemaufgaben Kapitel 3.............................................. ..................... 154
9.4 Lösungen der Lemaufgaben Kapitel 4................................................................... 170
9.5 Lösungen der Lemaufgaben KapitelS................................................................... 190
9.6 Lösungen der Lemaufgaben Kapitel 6.............................................. ..................... 199
9.7 Lösungen der Lemaufgaben Kapitel 7 ................................................................... 220
9.8 Lösungen der Lemaufgaben Kapitel 8.............................................. ..................... 234
Anhang: Anlagensimulation in der Automatisierungstechnik .. ......... ..... ......... ............. 245
Sachwortverzeichnis ................. ........... .... ........ ... .... ........ ...... ..... ......... ..... ............. ............ 249
Was bietet die beiliegende CO?........................................................................................ 250
2
I
1 Programmautbau und Variablendeklaration
Übersiebt SPS-Programmierspracben:
/ß~~-- AblaU~he 'ihes~
Anweisungsliste Strukturierter Text Funktionsbausteinsprache Kontaktplan
A WL ST FBS KOP
Übersiebt Bausteine in STEP 7:
Code-Bausteintypen Oatenbausteintypen
(Programm) (Oaten)
___ I ____ ----
-.........
Organisationsbaustein Funktionsbaustein Funktion Instanz-OB Global-OB
OB FB FC OB OB
FB- und FC-Codebausteine sind parametrierbar und bestehen aus einem Oeklarationsteil zur
Festlegung der bausteinlokalen Variablen und einem Ausführungsteil für die Programmlogik.
Bausteinaufrufe: Kriterien der Bausteinauswahl:
Funktion Fe
Fe
FCs sind parametrierbare Programm
bausteine ohne eigenen Oatenbereich.
FCs genügen, wenn keine interne
Speicherfunktion nötig ist oder die
Speicherung einer Variablen nach
außen verlagert werden kann.
IGIObalj
Funktionsbaustein FB
OB
FBs sind parametrierbare Programm
bausteine, denen beim Aufruf ein
eigener Speicherbereich (Instanz-OB)
zugewiesen wird. FBs sind notwen
dig, wenn ein speicherndes Verhalten
einer bausteininternen Variablen nötig
S7-Programm mit Bausteinen anlegen ist.
Organisationsbaustein OBI
El"&S ··.B eispiel Systemdaten
Für zyklische Programmbearbeitung
SIMA TIC 300(1) OBl
8···1 der aufgerufenen FBs und FCs und
CPU 314 FB10
SWJ S7·Programm(1) FC10 der Beschaltung der Bausteinparame
ter mit E-/A-Adressen der SPS sowie
~ ....{ iJ Quelen 6 OB10 zur Parameterübergabe zwischen auf
Ln •MA1
gerufenen Bausteinen.
G. Wellenreuther et al., Automatisieren mit SPS Übersichten und Übungsaufgaben
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2003