Vorbereitung Versuch SPS 3

Antriebs- und Automatisierungstechnik I
Prof. Dr. Andreas Kegler; Heiko Böhmer, Dipl.-Ing.
Vorbereitung Versuch SPS 3
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SPS-gesteuertes Hydrauliksystem
Stand: 19.10.2016
1 Vorbemerkung
Zur Versuchsvorbereitung benötigen Sie die Demo-Version der Software AUTOMATIONWORX
Software Suite welche im Internet von der Firma Phoenix Contact (www.phoenixcontact.com) bereitgestellt wird.
2 Versuchsziel
Elektrohydraulische Antriebe werden vor allem dort eingesetzt, wo große Antriebsleistungen und
Kräfte auf kleinstem Raum realisiert werden sollen. Im Praktikumsversuch werden der elektrohydraulische und der steuerungstechnische Teil (nicht aber der maschinentechnische Teil) einer typischen Fertigungsaufgabe, hier einer Bohr- und Prägeeinrichtung, realisiert.
Die Versuchsziele im einzelnen sind:
− Überprüfung und Inbetriebnahme des Hydraulikteiles,
− äußere Beschaltung der SPS,
− Programmierung der SPS,
− Inbetriebnahme des Gesamtsystems, Fehlerkorrekturen.
3 Versuchsaufbau
Der maschinentechnische Teil habe den Aufbau gemäß Bild 1. Der Bohrer werde mit einem Hydromotor betrieben. Die Bohreinheit, das Stapelmagazin und das Lager sind im Versuch nicht realisiert, aber die Zylinder und der Hydromotor sowie die binären Sensoren.
Bild 1: Maschinentechnischer Teil mit Aktoren und Sensoren
Der Prägezylinder besitzt einen Ringmagneten am Kolben. Damit können die Näherungssensoren
NS1 und NS2 (Magnetschalter) zur Kontrolle, ob sich der Prägestempel in der oberen bzw. unteren Position befindet, genutzt werden. NS3, NS4 und NS5 sind mechanische Taster. Der Vorschubzylinder kann insgesamt fünf Positionen anfahren: ganz eingefahren (Initialstellung), NS3
(Stellung Werkstückentnahme aus Fallmagazin), NS4 (Stellung Bohren), NS5 (Stellung Prägen),
ganz ausgefahren (Stellung Werkstückauswurf).
Folgenden Ablauf (Bild 2) soll die Anlage realisieren. Ein hydraulischer Funktionsschaltplan zur
Ansteuerung der Aktoren ist in Bild 3 dargestellt. Die Drossel- bzw. Drosselrückschlagventile dienen zur Einstellung der Arbeitsgeschwindigkeiten der Aktoren.
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Bild 2: Weg-Schritt-Diagramme der Aktoren, Schaltpunkte der binären Sensoren
NS2
NS3 NS4 NS5
NS1
1
0
2
Y1 VWA
1
Y2
0
Y3 VWB
2
0
Y4
1
VWC Y5
P T
Druckquelle
p = 60 bar
Membranspeicher
VW... Wegeventil
Y... Magnet
Bild 3: Hydraulischer Funktionsschaltplan (mit Sensoren)
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Die Schritte 4, 8 und 10 sind zeitgesteuerte Schritte. Alle anderen Schritte sind ereignisgesteuert.
Die Schritte 1 und 2 sollen nur einmal nach dem Start ausgeführt werden. Sie bringen die Anlage
aus dem Initialzustand in den Startzustand.
4 Fragen zur Versuchsvorbereitung
a) In welchen Druckbereichen arbeiten Industrie-Hydrauliksysteme?
b) Welche Vor- und Nachteile hat die Hydraulik?
c) Welche Gruppen von Ventilen gibt es in der Hydraulik?
d) Welche Arten von hydraulischen Antrieben gibt es?
e) Welche Unterschiede bestehen zwischen Verknüpfungs- und Ablaufsteuerung?
f) Welche Sprachelemente bietet die Ablaufsteuerung (AS) nach IEC 61131-3?
g) Welche Mittel bietet die AS für eine zeitgeführte Steuerung?
5 Aufgaben zur Versuchsvorbereitung
NS5
IN7
24V
NS4
IN6
%I5.1
NS3
IN5
%I5.0
NS2
IN4
IN8
NS1
IN3
IN2
IN1
Stop
Start
a) Machen Sie sich die in Bild 4 gegebene Beschaltung der SPS klar.
IN1 .. IN8 Local Input
OUT1 .. OUT4 Local Output
ILC 150 ETH
GND
%Q7.1
%Q7 Interbus Output
L1
%Q7.0
K5
K4
OUT4
OUT3
K3
OUT2
K2
K1
OUT1
%I5 Interbus Input
Bild 4: Beschaltung der SPS
Gehen Sie dabei davon aus, dass alle binären Sensoren Spannungen von 0V (Ruhezustand)
bzw. 24V (Sensor aktiv) als Ausgangsgröße zur Verfügung stellen, damit also direkt an die
SPS-Eingänge gelegt werden können. Die Ventilansteuerungen sind über Relais zur Leistungsverstärkung zu realisieren. Das Relais K1 soll dazu den Magneten Y1 zuschalten usw. bis K5
und Y5.
Der Taster Start soll die Ablaufsteuerung starten. Über den Taster Stop soll der automatische
Ablauf in der Art unterbrochen werden, dass die Steuerung im Initialschritt das erneute Betätigen des Tasters Start abwartet. Die Lampe L1 soll angesteuert werden, wenn der Ablauf gestartet wurde. Bei Betätigung des Tasters Stop soll die Lampe sofort gelöscht werden.
b) Erarbeiten Sie die Verschaltung der Magneten Y1 bis Y5 (Stromlaufplan) zur Ansteuerung der
Elektromagneten. Zur Versorgung steht ein von der SPS getrenntes 24V-Netzteil zur Verfügung. Denken Sie daran, daß das gleichzeitige Betätigen der Magneten Y1 und Y2 sowie Y3
und Y4 im Leistungskreis (L2+, M2) zu verhindern ist (Verriegelung). Zusätzlich ist ein NOTAUS-Schalter mit zu verschalten.
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c) Machen Sie sich mit dem Programm PC Worx vertraut.
Legen Sie als erstes ein neues Projekt an (Menü Datei\Neues Projekt...). Verwenden Sie eine
SPS vom Typ RFC 430 ETH IB, da nur für Steuerungen mit x86-CPU die Simulation zur Verfügung steht. Zur Programmierung und Projektierung des Steuerungssystems gibt es in PC Worx
drei wichtigen Ansichten (IEC-Programmierung, Buskonfiguration, Prozessdatenzuordnung)
zwischen denen entsprechend Bild 5 gewechselt wird.
Bild 5: Umschaltung der Ansichten in PC Worx
Legen Sie für die Sensor- und Aktor-Signale entsprechend Bild 4 globale Variablen an. Da in
der Simulation die lokalen Ein- und Ausgänge der SPS nicht zur Verfügung stehen, sind für alle
I/O-Signale Variablen im Abschnitt 'Default' des Arbeitsblattes Global_Variables anzulegen.
Diese sind erst danach mit konkreten Interbus-IOs zu verknüpfen sind. Dazu sind zunächst entsprechend Bild 6 digitale Interbus-I/O-Module an die SPS anzuschließen.
Bild 6: Einfügen von Interbus-I/O-Modulen
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In der Ansicht Prozessdatenzuordnung können nun per 'drag and drop' die Variablen aus dem
Abschnitt 'Default' mit Interbus-Prozessdaten verknüpft werden.
d) Ermitteln Sie aus dem Weg-Schritt-Diagramm in Bild 2 und dem hydraulischen Funktionsschaltplan in Bild 3 den Ablauf der Steuerung. Nutzen Sie die Tabelle 1, um die Zustände aller
Magneten bei jedem Schritt sowie die Weiterschaltbedingungen zu dokumentieren. Beachten
Sie, daß neben den 10 Ablaufschritten der Initialschritt zu programmieren ist.
Schritt Y1 Y2 Y3 Y4 Y5
Beschreibung
Weiterschaltbedingung
0
Vorschub eingef., Prägezy- Run = TRUE
linder abges., Bohrer aus
1
2
3
0
1
0
0
0
Werkstückvorschub zum
Bohren
NS4 = TRUE
4
5
6
7
8
9
10
Tabelle 1: Steuerungsablauf
e) Programmieren Sie eine Ablaufkette. Legen Sie dazu eine neue POE in der Sprache AS an.
Die Weiterschaltbedingungen ergeben sich durch die Signalzustände der Sensoren und die
Zeitverzögerungen (Bild 2). Bild 7 zeigt, wie die ersten Aktionen und Transitionen programmiert
werden könnten.
f) Vervollständigen Sie nun Ihr Steuerungsprogramm.
Dazu ist zunächst die Detallierung der Aktionen zu programmieren. Die Ausgänge sind entsprechend dem gegebenen Weg-Schritt-Diagramm zu setzen.
Die Zeitverzögerungen sollten zwei Sekunden betragen.
Abfragen von Eingängen, die unabhängig von der Ablaufsteuerung immer durchgeführt werden
sollen, können in die POE Main programmiert werden, welche automatisch beim Erstellen des
Projektes angelegt wurde. Beispielsweise kann ein Run-Speicher angelegt werden, der die
Taster Start und Stop abfragt (Bild 8).
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Bild 7: Programmbeispiel für die ersten Schritte der Ablaufsteuerung
Bild 8: Run-Speicher
Fügen Sie eine Programm-Instanz Ihrer Ablaufsteuerungs-POE in die Task Default ein.
Übersetzen Sie Ihr Programm (Menü: Code\Projekt neu erzeugen).
Aktivieren Sie die Simulation (Bild 8) und testen Sie Ihr Programm (Menüpunkte Online\Debug, Online\Projektkontrolle...).
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Bild 9: Aktivierung der Simulation
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