Projekt Bohreinrichtung. Implementierung einer speicherprogrammierbaren Steuerung mit CoDeSys

Inhaltsverzeichnis

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

TABELLENVERZEICHNIS

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS

1 EINLEITUNG
1.1 Aufbau der Arbeit
1.2 Ziel DER Arbeit
1.3 Beschreibung des Steuerungsablaufs

2 GRUNDLAGEN
2.1 Speicherprogrammierbare Steuerung
2.2 Ablaufsteuerung / SCHRITTKETTENPROGRAMMIERUNG
2.3 OSI-M0DELL

3 UMSETZUNG DER BOHREINRICHTUNG
3.1 SPS Auswahlkriterien
3.2 Zuordnungstabelle
3.3 PETRI-Netz
3.4 Implementierung
3.5 Simulation

4 VERSTÄNDNISFRAGE

5 FAZIT
5.1 Ergebnisse UND Ausblick

LITERATURVERZEICHNIS

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 : Darstellung der Bohreinrichtung

Abbildung 2 PETRI-Netz Übersicht der Befehlszeichen

Abbildung 3: PETRI-Netz der Bohreinrichtung

Abbildung 4 Variablen und Symbole der Bohreinrichtung

Abbildung 5 Schrittkette Schrittl

Abbildung 6 Schrittkette Schritt2

Abbildung 7 Schrittkette Schritt 3

Abbildung 8 Schrittkette Schritt4

Abbildung 9 Schrittkette Schritt5

Abbildung 10 Schrittkette Schritt6

Abbildung 11 Stopp-Funktion

Abbildung 12 Visualisierung zur Simulation der Bohreinrichtung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Die 7-Schichten des OSI-Modells

Tabelle 2 Zuordnungstabelle Bohreinrichtung

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

In der industriellen Produktion ist die Automatisierung von Anlagen nicht mehr wegzu­denken. Aufgrund der großen Menge an Sensoren und Aktoren in komplexen Industrie­anlagen, sind diese unter anderem nicht mehr von Hand steuerbar. Ebenso bei zeitkriti- sehen Anwendungen ist eine automatisierte Steuerung unerlässlich. Das folgende Zitat unterstreicht die Notwendigkeit einer automatisierten Steuerung.

״Seit dem Beginn der technischen Produktion haben die Menschen den Wunsch nach einer effektiveren Gestaltung der Produktionsprozesse (Rationalisierung).“

(HEINRICH/LINKE/GLÖCKLER 2017, S.5)

1.1 Aufbau der Arbeit

Die Arbeit ist in fünf Kapitel gegliedert.

Im ersten Kapitel wird neben der Hinführung zum Thema, die Aufgabenstellung be­schrieben.

Im zweiten Kapitel werden die Grundlagen erläutert, darunter Fallen die Funktionsweise einer SPS sowie einer Ablaufsteuerung und das OSI-Modell. Es werden Programmier­kenntnisse in AWL vorausgesetzt, daher wird auf die Programmiersprache nicht weiter eingegangen.

Das dritte und vierte Kapitel beschäftigt sich mit der Umsetzung und Lösung der Aufga­benstellung.

Das abschließende fünfte Kapitel beinhaltet das Fazit der Arbeit.

1.2 Ziel der Arbeit

Das Ziel der Arbeit besteht darin, den steuerungstechnischen Ablauf einer Bohreinrich­tung mit einer SPS zu automatisieren. Dies soll mittels Schrittkettensimulationspro­gramm in AWL implementiert und mit der Software CoDeSys umgesetzt und simuliert werden.

Unter anderem soll die folgende Verständnisfrage beantwortet werden.

Welche Schichten des OSI-Modells finden in den Kommunikationssystemen der Auto­matisierung Verwendung?

1.3 Beschreibung des Steuerungsablaufs

Auf der Grundplatte der Bohrvorrichtung sind zwei Zylinder montiert. Beide Zylinder ver­fügen über eine Ölbremseinheit, wodurch eine langsame und gleichmäßige Vorschub­geschwindigkeit erreicht wird. Zylinder 1 spannt das Werkstück fest und auf Zylinder 2 ist der Bohrer montiert. Die Positionen der beiden Zylinder werden mit Endschaltern erkannt. Für den Bediener sind zwei Taster auf einem Bedienpanel angebracht.

Durch Betätigung von Taster S1 wird der automatisierte Bohrvorgang gestartet. Zuerst wird Zylinder 1 ausgefahren um das Werkstück zu spannen. Ist der Zylinder ausgefah­ren, wird anschließend Zylinder 2 angesteuert. Sobald der Endschalter von Zylinder 2 kontaktiert, verharren beide Zylinder über die Bohrdauer von 2s. Danach wird zuerst Zylinder 2 eingefahren und zuletzt wird Zylinder 1 wieder eingefahren. Dadurch soll ver­hindert werden, dass das Werkstück beim zurückfahren dos Bohrers nicht nach oben mitgezogen werden kann.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Darstellung der Bohreinrichtung (Aus AKAD AUFGABENBLATT, 2018)

2 Grundlagen

2.1 Speicherprogrammierbare Steuerung

Eine SPS ist eine elektrische Steuerung die über eine integrierte CPU verfügt. Im Ver­gleich zur herkömmlichen VPS kann sie daher ohne Veränderung der Hardware andere Funktionen erhalten. Sämtliche Sensoren und Aktoren werden direkt an die Ein- und Ausgänge der SPS angeschlossen. Die in der SPS hinterlegte Programmierlogik liest die Eingänge ein und legt die Ansteuerung der Ausgänge fest.

Im Programmspeicher der SPS befindet sich die Steuerlogik. Ist der Programmspeicher beschreibbar, kann mittels Programmiersoftware und Programmieradapter individueller Programmcode implementiert und gespeichert werden. (vgl. BER- HOLD/LINKE/GLÖCKLER 2017, S.184) Nach der Europäischen Norm DIN EN 61131­3, stehen die Programmiersprachen AS, AWL und ST, sowie die graphischen Pro­grammiersprachen KOP und FBS zur Verfügung, (vgl. WELLENREUTHER/ZASTROW 2005, S.18)

Der Aufbau einer SPS kann modular oder mit einer kompakten SPS ausgeführt werden. Eine modulare SPS besteht mindestens aus einem Rahmen, einer Stromversorgung, einer CPU und einer Ein- und Ausgabe-Baugruppe, (vgl. GRÖTSCH 2004, S.147) Eine kompakte SPS enthält diese Komponenten bereits in einem Gehäuse vereint.

2.1.1 Zyklischer Betrieb und EVA-Prinzip

Eine SPS arbeitet nach dem EVA-Prinzip, dabei wird der Programmcode zyklisch durchlaufen. Zuerst wird ein Prozessabbild der Eingangszustände erzeugt, anschlie­ßend dem Anwenderprogramm zur Bearbeitung übergeben. Ist diese abgeschlossen erfolgt die Ausgabe des Ausgangsprozessbild und der Zyklus beginnt wieder von neu­em. Unter anderem deuten BERHOLD/LINKE/GLÖCKLER(2017, S.315) darauf hin, dass die Zyklen Dauer von der Leistungsfähigkeit der CPU, sowie der Anzahl und Art der Anweisungen im Programm abhängig sind.

2.2 Ablaufsteuerung / Schrittkettenprogrammierung

Ablaufsteuerungen sind Steuerungsprogramme die schrittweise abgearbeitet werden. Eine Ablaufsteuerung kann aus einer oder mehreren Schrittketten bestehen. Sie dient zur Umsetzung komplexer Systeme, indem der gesamte Ablauf einer Anlage in Einzel­schritte aufgeteilt wird. Eine Ablaufsteuerung beginnt immer mit einem Anfangsschritt. Eine Ablaufkette enthält Transitionen, Sprünge und Aktionen.

- Transitionen dienen dazu den aktuellen Schritt zu verlassen und den nächsten Schritt zu aktivieren.
- Sprünge ermöglichen es innerhalb der Ablaufkette Schritte zu überspringen oder zu wiederholen.
- Aktionen führen Anweisungen aus und werden bei dem jeweiligen Schritt ausge­führt.

(vgl. sps-programmieren.com, online)

Bei der Implementierung werden Schrittmerker verwendet. Diese zeigen die aktuelle Position im Programm an. Nachdem die Weiterschaltbedingung erfüllt ist, wird zum nächsten Schritt weitergeschaltet. Der Schrittmerker des nächsten Schritts wird gesetzt und der des momentanen Schritts Rückgesetzt. Zu welchem Zeitpunkt eine Weiter­Schaltung erfolgen soll, legt der Programmierer anhand der Anforderungen fest. Eine Weiterschaltbedingung kann beispielsweise durch einen Start-Taster oder Endschalter ausgelöst werden, (vgl. ADAM/ADAM 2015, S.173)

2.2.1 Graphische Darstellung

Die grafische Darstellung einer Ablaufsteuerung ist an PETRI-Netze angelehnt. Die Schritte werden in einem Block dargestellt und durchnummeriert. Einem Schritt können Aktionen zugewiesen werden. Für die Beschreibung der Aktionen werden Befehlszei­Chen verwendet. Die graphische Darstellung unterstützt den Programmierer bei der Strukturierung des Programms. Ein weiterer Vorteil ist, dass Fehler im Ablauf leichter gefunden und beseitigt werden können, (vgl. ADAM/ADAM 2015, s.173,174)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 PETRI-Netz Übersicht der Befehlszeichen

(Aus BERHOLD/LINKE/GLÖCKLER 2017, S.247)

2.3 OSI-Modell

Das OSI-Modell ist ein Standard zur Festlegung der Kommunikation, also dem Daten­austausch zwischen Computern untereinander. Das ermöglichte die Kommunikation zwischen Computern auch unterschiedlicher Hersteller. Das Modell setzt sich aus bis zu sieben Schichten zusammen. Die Schichten sind modular und können daher verändert werden, ohne sich auf die anderen Schichten auszuwirken, (vgl. SCHIFF­MANN/SCHMITZ 2013, S.245)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1 Die 7-Schichten des OSI-Modells (in Anlehnung an SCHIFFMANN/SCHMITZ 2013, s.245)

3 Umsetzung der Bohreinrichtung

3.1 SPS Auswahlkriterien

Aufgrund der Projekt Vorgaben sind bei der Auswahl der SPS die folgenden Anforde­rungen zu achten.

- Mindestens 6 Ein- und 4 Ausgänge um alle Sensoren und Aktoren bedienen zu können
- Die maximale Strombelastbarkeit der Ausgänge, sowie die Spannungsfestigkeit müssen an die verwendeten Ölbremszylinder angepasst sein
- Unterstützung der Programmiersoftware CoDeSys 2.3

3.2 Zuordnungstabelle

Die Zuordnungstabelle dient der besseren Übersicht. Aus ihr kann die Funktion des je­welligen Ein-/Ausgangs abgelesen werden. Unter anderem ist es wichtig zu wissen, ob es sich bei einem angeschlossenen Sensor um einen Schließer- oder Öffner-Kontakt handelt. Die Zylinder fahren ein/aus, wenn ein High-Signal anliegt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2 Zuordnungstabelle Bohreinrichtung

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