Pap 01 Hardwarekonfiguration und Bitverknüpfungen

Praktikumsvorbereitung

Baugruppen

1. Komponenten einer SPS
   • CPU Baugruppe
   • Ein- und Ausgabebaugruppen
   • Kommunikationsbaugruppen
   • Funktionsbaugruppen
2. Verbindung der Komponenten
   • interner Systembus
3. MPI in speicherprogrammierbaren Steuerungen
   • Multi Point Interface
   • Schnittstelle CPU zu Programmiergerät/Operator Panel
   • automatische Schnittstellenparametrierung über CPU
   • Uhrzeitsynchronisation möglich

Arbeitsweise der SPS

1. Beschreibung zyklischer Arbeitsweise SPS
   1. Prozessabbild der Eingänge von Eingabebaugruppe
   2. Ausführung Programmbausteine
   3. Prozessabbild der Ausgänge an Ausgabebaugruppen
   4. Betriebssystem
   5. beginne bei 1
2. Aufgaben des OB1
   • permanenter zyklischer Betrieb
   • wird automatisch von Steuerung ausgeführt
   • startet alle Unterprogramme
3. Bedeutung von Verknüpfungsergebnis in Step7 / Abarbeitung und Beenden Verknüpfungskette
   • Verknüpfungen liefern Ergebnis 0 oder 1 als VKE (Verknüpfungsergebnis)
   • Anzeige in Tabellenform in AWL
   • gestrichelte Linie bedeutet, dass kein Verknüpfungsergebnis vorliegt
   • Abschließen einer Verknüpfungskette mit
     • (=) Zuweisung
     • (R) Rücksetze
     • (S) Setze
   • Bei Sprüngen immer den Beginn einer Verknüpfungskette wählen
4. Aufbau Prozessor und Mikrorechner (Register, Kommunikation, Adressierung, Abarbeitung von Befehlen)
   • Register
     • prozessorinterne Speicher
     • Arbeitsregister (Daten), Befehlszählregister (Adresse nächster Befehl), Befehlsregister (binäre Maschinenbefehle)
     • nahe und schnelle Verbindungen zu anderen Prozessorkomponenten
   • Kommunikation
     • Datenbus: Austausch mit Arbeitsspeicher
     • Adressbus: Übertragung Speicheradressen
     • Steuerbus: Steuerung Peripherie-Anschlüsse
   • Adressierung
     • absolute Adressierung
     • relative Adressierung
     • symbolische Adressierung

Programmierung

1. Beschreibung AWL, FUP, KOP
   • AWL
     • IEC 61131-3
     • Anweisungsliste
     • Anlehnung an Assembler: Operatoren haben nur einen Operanden
     • kleiner Programmcode, aber umständliche Programmierung
     • bei großen Projekten unübersichtlich
   • FUP
     • Funktionsplan
     • graphikbasiert
   • KOP
     • Kontaktplan
     • ähnlich elektrischen Schaltungen
     • graphikbasiert
2. Aufbau von absoluten Bitaddressen (absolute Addressierung)
   • jeder Ein- und Ausgang hat eine absolute Adresse
   • E = Eingang, A = Ausgang
   • jedes Byte steht für eine Gruppe
   • jedes Bit steht für einen Ein- oder Ausgang
   • z.B. E 1.5
3. Alternative zur absoluten Adressierung
   • symbolische Programmierung
   • besser bei vielen Ein- und Ausgängen
   • Definition in den S7-Programme -> Symbole
4. Schaltbelegungstabelle
   • Funktionstabelle, Wahrheitstabelle
   • gibt logischen Zustand der Ausgangsvariablen für alle denkbaren Kombinationen der logischen Zustände der Eingangsvariablen an

Eingänge		Ausgänge
E0.0	E0.1	A0.0
0	0
0	1
1	0
1	1

1. logische Grundoperationen (U, UN, O, ON, XOR, Klammern)
   • U fragt das adressierte Bit auf "1" ab und macht UND-Verknüpfung mit VKE
   • UN fragt das adressierte Bit auf "0" ab und macht UND-Verknüfpung mit VKE
   • O fragt das adressierte Bit auf "1" ab und macht ODER-Verknüpfung mit VKE
   • ON fragt das adressierte Bit auf "0" ab und macht ODER-Verknüpfung mit VKE
   • XOR (X) fragt das adressierte Bit auf "1" ab und macht EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung mit VKE
   • () mit U, UN, O, ON, X, XN können Klammerausdrücke gebildet werden.
2. Operationen Zuweisen, Setzen und Rücksetzen von Bits
   • Zuweisen (=): das VKE wird in das addressierte Bit geschrieben. Vorraussetzung ist das eingeschaltete Master Control Relay (MCR = 1), ansonsten wird 0 in das Bit geschrieben.
   • Setzen (S): schreibt 1 ins adressierte Bit, bei ausgeschaltetem MCR wird das Bit nicht verändert.
   • Rücksetzen (R): schreibt 0 ins adressierte Bit, bei ausgeschaltetem MCR wird das Bit nicht verändert.

1.1.4 Übung

Quellcode	SZ	AE	VKE	1st	SZ	AE	VKE	1st	SZ	AE	VKE	1st
= M 3.4	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
U E1.0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1
UN E1.1	0	1	0	0	1	0	0	0	0	1	1	0
U M4.0	0	0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	0
= A8.0	-	-	0	-	-	-	0	-	-	-	1	-
= A8.1	-	-	0	-	-	-	0	-	-	-	1	-
UN E2.0	0	1	1	1	1	0	0	1	0	1	1	1

2.1 Aufgabe

Name	Steckplatz	Modul	Bestellnummer	Parameter
Switch	-	Scalance X202	208-0BA00-2AA3	IP-Adresse: 141.40.107.75
Stromversorgung	1	PS307 5A	307-1EA00-0AA0	Us = 24 V Imax = 5 A
Zentralbaugruppe	2	CPU315F-2 PN/DP	315-2FH13-0AB0	tbit = 0,1 µs tword = 0,2 µs tfix = 2 µs tfloat = 3 µs Schnittstellen: 2 (RS 485 / PROFINET) IP-Adresse:
Analogbaugruppe	4	SM334 AI4/AO2x8BIT	334-0CE01-0AA0	Analogeingänge: 4 Analogausgänge: 2 Auflösung: 8 Bit Messart Spannung: 0 - 10 V/100 kOhm Messart Strom: 0 - 20 mA/50 Ohm Ausgabeart Spannung: 0 - 10 V Ausgabeart Strom: 0 - 20 mA
Digitalbaugruppe	5	SM323 DI16/DO16xDC24V	323-1BL00-0AA0	Ditaleingänge: 16 Digitalausgänge: 16 Eingangspegel "0": -30 - +5 V ; "1": 13 - 30 V Ausgangspegel "1": Udig = min. L (24 V) -0,8 V Imax,dig = 0,6 A

2.2 Aufgabe: Nutzen der technischen Daten

1. Die maximale Leistung des Netzteils beträgt 24 V * 5 A = 120 W. Damit kann man einen Rührer mit 40 W Leistung betreiben. Ein Heizgerät mit 120 W kann nicht betrieben werden, da noch andere Geräte am Netzteil hängen und Leistung verlangen.

2. Szenario 1: Es werden 2 CPUs, die die Operation in 75 ms schaffen gekauft und die wechseln sich beim Messen ab. Damit wird ein Messintervall von 50 ms erreicht.
Szenario 2: Man kauft die CPU, die die Operation in gegebener Zeit schafft hat keinen zusätzlichen Installationsaufwand (weniger Lohnkosten)
Szenario 3: Man kauft die CPU, die Operation am schnellsten schafft und weisst auf die zukunftsfähigkeit des Bauteils hin.
Szenario 4: Durch Ändern der Messbedingungen, wie längere Messintervalle.

3. Der Rührer belegt 1 Analogausgang. Die Druckmesser, Temperaturmesser und der Drehzahlmesser belegen 5 und damit einen zuviel. Ist der Drehzahlmesser nötig, wenn der Rührer schon drehzahlabhängig angesteuert wird? Überlegung ob Druck- oder Temperaturmesser nicht als Schwellenwertsensor ausreichen, dann ist Betrieb an Digitaleingang möglich.

4. Die Module mit der direkten Auswertung kosten zusammen 720 €. Die Alternative mit zusätzlichen Eingang und Auswerteelektronik kostet ingesamt weniger (250 € + 2x 80 € + 2x 70€). Wenn die Lohnkosten für die aufwendigere Installation, die Preisdifferenz nicht übersteigen, ist die Alternativlösung die bessere.

5. Die Schritte betragen 1 V * 0,035 = 35 mV. Der Digitaleingang hat eine Spannbreite von 0-10 V. Bei einer Auflösung von 8 Bit im Bereich von 0-10 V erreicht der Eingang eine Schrittweite von 10 V / 2⁸ = 40 mV. Damit wird der Anschluss den Anforderungen nicht gerecht. Einsatz eines Messumformers.

6. 0 - 24 V: schaltet wie vorgesehen
-3 - +3 V: zu niedrig, zeigt nur "0" an
0 - 100 V: "0" geht, aber 100 V ist zu hoch, maximal 20 erlaubt (Zerstörgrenze)

7. Die 8 Ventilatoren benötigen einen Gesamtstrom von 8 * 80 mA = 0,64 A. Den maximalen Strom den der Ausgang bereitstellt ist 0,6 A. Damit ist ein Ventilator zuviel. Ein parallelschalten eines Ausgangs zur Leistungserhöhung ist auch nicht möglich.

4.1 Aufgabe Bitverknüpfungen

E4.0	E4.1	A4.0	A4.1	A4.2	A4.3	A4.4
0	0	1	0	0	0	0
0	1	1	0	1	1	1
1	0	0	0	1	1	1
1	1	0	1	1	0	0
		UN E4.0 = A4.0	U E4.0 U E4.1 A4.1	U E4.0 O E4.1 = A4.2	U E4.0 X E4.1 = A4.3	U( UN E4.0 U E4.1 ) O( U E4.0 UN E4.1 ) = A4.4

4.2 Aufgabe RS-/SR-Flip Flop

Setzen	Rücksetzen	Zustand	Flip-Flop	RS-Flip-Flop	SR-Flip-Flop
E 4.2	E 4.3	Q	Q'	A 4.5	A 4.6
0	0	0	0	0	0
0	1	0	0	0	0
1	0	0	1	1	1
1	1	0	x	1	0
0	0	1	1	1	1
0	1	1	0	0	0
1	0	1	1	1	1
1	1	1	x	1	0
				U E4.3 R A4.5 U E4.2 S A4.5	U E4.2 S A4.6 U E4.3 R A4.6