Kursangebot | | Elektrische/elektronische Steuer- und Regeleinrichtungen

Elektrische/elektronische Steuer- und Regeleinrichtungen

01. Welcher Unterschied besteht zwischen Verknüpfungs- und Ablaufsteuerungen?

imported

Der Unterschied zwischen beiden Steuerungsarten liegt in der Form der Signalverarbeitung:

  • Bei den Verknüpfungssteuerungen

    resultiert die Steuergröße durch die Verknüpfung mehrerer Signale. Ein schrittweiser Ablauf ist nicht erforderlich.

    Beispiel

    Hier klicken zum Ausklappen

    Ein Maschine verrichtet erst dann Arbeit, wenn die Schutzvorrichtung geschlossen ist und beide Handtaster gleichzeitig betätigt werden.

  • Bei Ablaufsteuerungen

    erfolgen die Einzelprozesse zwangsläufig schrittweise. Ein definierter Gesamtprozess wird in Teilschritte zerlegt und logisch strukturiert. Die Durchführung eines Teilschrittes ist von Weiterschaltbedingungen (Transitionen) abhängig. Diese sind entweder zeitabhängig oder prozessabhängig.

    Beispiel

    Hier klicken zum Ausklappen
    • Ein Bearbeitungsteil wird an einer Maschine per Hand eingelegt.

    • Es wird per Hand der Startimpuls gegeben.

    • Der Start soll nur möglich sein, wenn Zylinder 1 eingefahren ist.

    • Das Werkstück wird von Zylinder 1 gespannt.

    • Der nächste Bearbeitungsschritt erfolgt durch Zylinder 2 und 3.

    • Zylinder 2 fährt aus und verharrt 15 Sekunden, während Zylinder 3 nach dem Bearbeitungsvorgang wieder einfährt.

02. Welcher Unterschied besteht zwischen verbindungsprogrammierten und speicherprogrammierten Steuerungen?

  • Bei der verbindungsprogrammierten Steuerung (VPS)

    ist der Programmablauf durch fest miteinander verbundene Schaltelemente vorgegeben. Zum Beispiel erfolgt dies bei einer Relaissteuerung durch die Art der Verdrahtung. Will man den Programmablauf ändern, muss die Verdrahtung neu erstellt werden. Nachteil bei der VPS ist der erhebliche Änderungsaufwand bei neuen Programmabläufen.

    Beispiel

    Hier klicken zum Ausklappen
    • Relaissteuerungen

    • Schützsteuerungen

    • pneumatische Steuerungen.

  • Bei der speicherprogrammierten Steuerung (SPS)

    wird der Programmablauf in einem Softwareprogramm festgelegt. Die Verdrahtung der Bauteile ist steuerungsunabhängig. Änderungen in der Steuerungslogik können ohne großen Aufwand durch Programmänderungen durchgeführt werden.

03. Welche Vor- und Nachteile hat die SPS gegenüber der VPS?

Vor- und Nachteile der SPS gegenüber der VPS
VorteileNachteile
  • kann mit Rechnern und anderen EDV-Anlagen vernetzt werden
  • weniger Platzbedarf
  • zuverlässiger
  • flexibler
  • geringer Stromverbrauch
  • Änderungen schnell durchführbar
  • schnelle Fehleranalyse möglich
  • Trennung zwischen Geräteaufbau (Hardware) und Programm (Software)
  • zusätzliche Infrastruktur erforderlich, z. B. Programmiergerät (PG), Datensicherung
  • Personal muss ausreichend qualifiziert sein
  • kostenintensiver

04. Welche Einsatzgebiete gibt es für SPS?

Hauptaufgabe der SPS ist die Steuerung, Verriegelung und Verknüpfung von Maschinenfunktionen. Die SPS wird überall dort eingesetzt, wo im Rahmen der Automatisierung Fertigungsprozesse gesteuert, überwacht und beeinflusst werden sollen.

05. Aus welchen Funktionseinheiten besteht eine SPS?

imported
  1. Die Spannungsversorgung der elektronischen Baugruppen erfolgt über ein Netzgerät.

  2. Die Zentraleinheit (CPU) der SPS verarbeitet die Eingangssignale nach Vorgabe der Programmanweisung. Sie enthält folgende Speicher:

    1. Den Systemspeicher für die Arbeitsweise der SPS (Betriebssystem)

      • als ROM-Speicher (Read Only Memory): Festwertspeicher, dessen Inhalt nur gelesen werden kann und unveränderbar ist;

      oder

      • als EPROM-Speicher (Electrically Programmable Read Only Memory) bzw. EEPROM-Speicher (Electrically Erassable Programmable Read Only Memory); dies sind elektronische Nur-Lese-Speicher. Sie benötigen keine Stromversorgung. Die Daten von EPROM-Speichern können durch Bestrahlen mit UV-Licht, die von EEPROM durch elektrische Impulse gelöscht werden.

    2. Der Programmspeicher als RAM-Speicher (Random Access Memory) ist ein Schreib-Lese-Speicher, der die Anweisungen für den steuerungstechnischen Ablauf enthält. Er kann programmiert, geändert und gelöscht werden und muss mit Strom versorgt werden. Wird die Stromversorgung unterbrochen, gehen die gespeicherten Daten verloren. Man vermeidet dies durch den Einbau einer Pufferbatterie.

    3. Der Zwischenspeicher ist ebenfalls ein RAM-Speicher, der Merkerfunktionen und Verknüpfungsergebnisse enthält.

  3. Die Eingabegruppe nimmt Signale auf, die Ausgabegruppe gibt Signale an Stellgeräte ab.

  4. Über das Programmiergerät können Anweisungen in einer bestimmten Programmiersprache (vgl. unten) eingegeben werden. Ein Kompiler (Übersetzer) wandelt das Anwenderprogramm in die Maschinensprache um.

Die einfachsten SPS mit nur wenigen Ein-/Ausgängen werden als Steckkarten in einen Rechner (z. B. PC-Bus) eingesteckt. Für kleine Steuerungsaufgaben werden alle vier Baugruppen aus Kostengründen in einem gemeinsamen Gehäuse in Form einer Kompakt-SPS untergebracht. Kompakt-SPS werden immer leistungsfähiger, sind vernetzbar, über Bus-Systeme programmierbar und können erweitert werden.

imported

06. Welche Programmierarten (-sprachen) gibt es?

Nach IEC 61131 gibt es fünf genormte Programmiersprachen:

imported

In der einfachen Ausbaustufe ist die SPS nur für logische Operationen programmierbar. Derartige Operationen basieren auf Einbitinformationen (Binärzahlen: 0 oder 1). Das Programm der SPS besteht aus einer Folge von Steueranweisungen, die der Prozessor in der vorgegebenen Reihenfolge abarbeitet.

07. Wie erfolgt die AWL-Programmierung?

Die AWL-Programmierung bedient sich einer Textsprache. Eine Steueranweisung hat zwei Bestandteile:

AWL-Programmierung – Bestandteile der Programmanweisung
Befehlsteil = Operationsteil
Er enthält logische Verknüpfungen und sonstige Anweisungen.
Zuordnungsteil = Operandenteil
Er enthält die Eingänge, Ausgänge, Zähler und Merker, mit denen die Operationen durchgeführt werden sollen.
BeispieleWeitere Kennzeichen vgl. in den Tabellenwerken, z. B. Friedrich Tabellenbuch, a. a. O., S. 9 – 25 ff.
LadenLEingangE
UNDUAusgangA
ODEROMerkerM
NICHTNZeitgliedT
UND-NICHTUN  
Klammer auf, in Kombination mit U/O Klammer zu(
)
  
SETZENS  
RÜCKSETZENR  
Zuweisung=  
Zählen, vorwärtsZV  

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen

Bei der Inbetriebnahme einer Maschine muss ein Starttaster (E 0.1) betätigt werden. Das Betriebssignal (A 1.1) ertönt, gleichgültig ob der Schalter E 0.2 den Zustand „0“ oder „1“ meldet. Die Anweisungsliste kann ohne oder mit Merker erstellt werden.

Anweisungsliste ohne Merker:Anweisungsliste mit Merker:
O (U E0.1
U E0.1U E0.2
U E0.2= M9.1
)U E0.1
O (UN E0.2
U E0.1= M9.2
UN E0.2O M9.1
)O M9.2
S A1.1S A1.1

08. Wie erfolgt die FUP-Programmierung?

Der Funktionsplan (FUP) stellt Steuerungsabläufe mithilfe genormter Symbole dar. Die Programmierung ist einfach und übersichtlich (DIN 40 719).

Es werden zum Beispiel folgende Symbole verwendet:

imported
Basiselement
imported
Basiselement + Funktionssymbol
imported
UND-Verknüpfung:
Das Ausgangssignal A nimmt den Wert 1 an, wenn beide Eingänge den Zustand 1 zeigen.
imported
ODER-Verknüpfung:
Das Ausgangssignal nimmt den Wert 1 an, wenn mindestens einer der Eingänge den Zustand 1 zeigt.

Vgl. ausführlich zur Symbolik des FUP: Friedrich Tabellenbuch, a. a. O., S. 9 – 9.

09. Welche Aufgabe haben Funktionsdiagramme (FUP)?

Funktionsdiagramme (veraltet) zeigen grafisch den zeitlichen und funktionellen Ablauf der Steuerung (Schrittfolge). Damit können Zustände und Zustandsänderungen von Anlagen verdeutlicht werden.

Merke

Hier klicken zum Ausklappen

Seit April 2005 ist die DIN 40719 Teil Funktionsplan (FUP) nicht mehr gültig. Daher wird auf Funktionsdiagramme hier nicht weiter eingegangen. Stattdessen gilt die DIN EN 60484 GRAFCET.

Übungsaufgabe: Elektropneumatische Steuerung (mit Ablaufbeschreibung nach Grafcet)

Von einem Rollengang ankommende Paletten werden von einem Pneumatikzylinder 1A1 angehoben und von einem zweiten Pneumatikzylinder 2A1 in eine andere Ebene weiter geschoben.

Zylinder 1A1 darf erst einfahren, wenn Zylinder 2A1 die hintere (2S2) Endlage erreicht hat. Das Startsignal nach Ablauf eines Zyklus wird durch die jeweils neu ankommende Palette über 1S3 ausgelöst. Die Position des Zylinders 1A1 wird durch die Endschalter 1S1 (eingefahren) und 1S2 (ausgefahren) überwacht. Ebenso die Position des Zylinders 2A1 durch die Endschalter 2S1 (eingefahren) und 2S2 (ausgefahren). Es ist die Ablaufbeschreibung nach Grafcet darzustellen.

Lösung:

imported

10. Wie erfolgt die KOP-Programmierung?

Der Kontaktplan (KOP) hat Ähnlichkeit mit dem Stromlaufplan. Die Ablaufschritte werden von links nach rechts dargestellt. Es wurden nach der DIN EN 61131 neue Symbole eingeführt. Nachfolgend ist eine Auswahl dieser Symbole dargestellt (vgl. ausführlich in den Tabellenwerken, z. B. Friedrich Tabellenbuch, a. a. O., S. 9 – 25):

SymbolBedeutung
imported
Eingangssignal ohne Negierung
imported
Eingangssignal mit Negierung
imported
Ausgang
imported
UND-Verknüpfung
imported
ODER-Verknüpfung

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen
imported

11. Welche Funktion hat ein Optokoppler in der SPS?

Der Optokoppler ist ein zusätzliches Bauelement in der SPS. Er ist ein Wandler zwischen den optischen und elektrischen Signalen. Seine Aufgabe ist die Absicherung der Eingänge gegen zu hohe Eingangsspannungen.

12. Warum verwendet man Merker bei der Programmierung einer SPS?

Merker sind Operanden in einem Programm, in denen Informationen abgelegt sind. Sie vereinfachen die Programmierung (vgl. 06. AWL-Programmierung).

13. Was ist die Zykluszeit einer SPS?

Das Programm einer SPS wird vom Prozessor in einer sich permanent wiederholenden Schleife vom Zyklusanfang bis zum Zyklusende bearbeitet. In jeder Schleife erfolgen durch den Prozessor drei Arbeitsschritte:

  1. Abfragen der Eingänge

  2. Verarbeitung der Eingangssignale entsprechend dem Programm

  3. Belegung der Ausgänge.

Die Zykluszeit ist die Dauer, die der Prozessor benötigt, um die Bearbeitungsschleife einmal zu durchlaufen. Sie ist abhängig von der Anzahl der Befehle sowie der Arbeitsgeschwindigkeit des Prozessors und liegt im ms-Bereich.

imported