Übung Basisautomatisierung - TU Dresden · Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Automatisierungstechnik, Professur Prozessleittechnik Übung Basisautomatisierung

Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Automatisierungstechnik, Professur Prozessleittechnik

Übung BasisautomatisierungÜbung Basisautomatisierung

•VL Prozessleittechnik I (SS 2010)•VL Prozessleittechnik I (SS 2010)•Professur für Prozessleittechnik•L. Urbas, A. Krause,

Übungsinhalte

• Binäre Steuerungen– Sicherheitsabfrage bei TürschleusenSicherheitsabfrage bei Türschleusen

• Speicherfunktionen– Tanksystemy

• Zeitfunktionen– Pumpenförderstromüberwachung– Ofentür

• Ablaufsteuerung– Baustellenampel– Rezept

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Binäre SteuerungenBinäre Steuerungen

Sicherheitsabfrage bei Türschleusen

• Um das historische Grüne Gewölbe betreten zu können, muss durch eine Türschleuse gegangen werden. Die Endschalter der beiden Schleusentüren sollen

ld b di j ili Tü melden, ob die jeweilige Tür geschlossen ist.

• Aus Sicherheitsgründen sollen die b id E d h l i i beiden Endschalter mit einem Öffner und einem Schließer ausgestattet werden.

(Quelle: Staatliche Kunstsammlungen Dresden )

• Wenn einer der Endschalter einen Fehler meldet, soll eine Alarmleuchte H eingeschaltet

28.04.2010 PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK Folie 4

(Quelle: Staatliche Kunstsammlungen Dresden )

werden.

Aufgaben• Ergänzen Sie folgende Zuordnungstabelle der Ein- und

Ausgangsvariablen!

Eingangsvariable Symbol Datentyp Logische Zuordnung

Endschalter 1 (Schließer) S1 BOOL Endschalter betätigt S1=1

A i bl

• Stellen Sie anschließend die Funktionstabelle auf!

Ausgangsvariable

Stellen Sie anschließend die Funktionstabelle auf!• Lesen Sie die disjunktive und konjunktive Normalform aus der

Funktionstabelle ab!• Zeichnen Sie ein Karnaugh Veith Diagramm und minimieren • Zeichnen Sie ein Karnaugh-Veith-Diagramm und minimieren

Sie damit die Gleichung!• Stellen Sie die Gleichung in Funktionsbausteinsprache FBS dar!

12.05.2010 Folie 5PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zuordnungstabelle


E d h lt 1 S1 BOOL E d h lt b täti t Endschalter 1 (Schließer)

S1 BOOL Endschalter betätigt S1=1

Endschalter 1 Ö

S2 BOOL Endschalter betätigt (Öffner) S2=0

Endschalter 2 (Schließer)

S3 BOOL Endschalter betätigt S3=1( )

Endschalter 2 (Öffner)

S4 BOOL Endschalter betätigt S4=0

AusgangsvariableAusgangsvariable

Alarmleuchte H BOOL Alarmleuchte an H=1

12.05.2010 Folie 6PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

FunktionstabelleS1 S2 S3 S4 H Bemerkung

0 0 0 0 1 Fehler Endlagenschalter 1 und 2

0 0 0 1 1 Fehler Endlagenschalter 1




0 1 0 1 0 Kein Fehler der Endlagenschalter0 1 0 1 0 Kein Fehler der Endlagenschalter

0 1 1 0 0 Kein Fehler der Endlagenschalter






1 1 0 0 1 Fehler Endlagenschalter 1 und 21 1 0 0 1 Fehler Endlagenschalter 1 und 2




12.05.2010 Folie 7PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Disjunktive Normalform

)4321()4321()4321(

)4321()4321()4321(

SSSSSSSSSSSS

SSSSSSSSSSSSH

)4321()4321()4321(

)4321()4321()4321(

)4321()4321()4321(

SSSSSSSSSSSS

SSSSSSSSSSSS

SSSSSSSSSSSS

Konjunktive Normalform

)4321()4321()4321( SSSSSSSSSSSS

o ju o o

)4321()4321( SSSSSSSSH

)4321()4321( SSSSSSSS

12.05.2010 Folie 8PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Karnaugh-Veith-Symmetrie-Diagramm

1 1 0 1

S1

1 1 1 0S2

0 1 1 1

1 0 1 1S4

Minimierte Gleichung

1 0 1 1

S3

Minimierte Gleichung

43432121 SSSSSSSSH

12.05.2010 Folie 9PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Funktionsplan

Hinweis: Äquivalenz ist keine boolsche Standardfunktionnach IEC61131-3 und auch bei Siemens STEP 7 nichtimplementiert.

bzw.

12.05.2010 Folie 10PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK


SpeicherfunktionenSpeicherfunktionen

Sammelbecken

• Der Inhalt eines Sammelbeckens wird mit zwei Schwimmschaltern überwacht

S2

mit zwei Schwimmschaltern überwacht. Übersteigt der Füllstand eine bestimmte Höhe, so meldet der obere Signalgeber S2 „1“-Signal und das Sammelbecken

S1

S2 „1 Signal und das Sammelbecken ist über das Öffnen des Ablaufventils Y (Y=1) zu entleeren.

Y

• Ist das Sammelbecken entleert meldet der untere • Ist das Sammelbecken entleert, meldet der untere Schwimmschalter S1 „0“-Signal und das Ablaufventil soll wieder geschlossen werden (Y=0).

• Zur Verringerung der Schalthäufigkeit soll sich der Füllstand • Zur Verringerung der Schalthäufigkeit soll sich der Füllstand immer zwischen voll und leer bewegen. Bei offenkundigen Signalfehlern soll das Ablaufventil geschlossen sein.

12.05.2010 Folie 12PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Aufgaben

• Stellen Sie eine Zuordnungstabelle der Ein- und Ausgangsvariablen auf!Ausgangsvariablen auf!

• Erarbeiten Sie sich anschließend die vollständige Funktionstabelle der Ein- und Ausgangsvariablen!

• Lesen Sie die Gleichung ab!• Lesen Sie die Gleichung ab!• Vereinfachen Sie die Gleichungen mittels algebraischer

Verfahren!

12.05.2010 Folie 13PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zuordnungstabelle


U t Si l b S1 BOOL B k l S1 0Unterer Signalgeber S1 BOOL Becken leer S1=0

Oberer Signalgeber S2 BOOL Becken voll S2=1


Ventil Y BOOL Ventil offen Y=1

12.05.2010 Folie 14PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Funktionstabelle

S1 S2 Yalt Yneu Bemerkung

0 0 0 0 Becken leer; Ventil zu => Ventil schließen

0 0 1 0 B k l V til ff V til hli ß0 0 1 0 Becken leer; Ventil offen => Ventil schließen

0 1 0 0 Signalfehler => Ventil schließen

0 1 1 0 Signalfehler => Ventil schließen

1 0 0 0 Ventil zu => Ventil schließen

1 0 1 1 Ventil offen => Ventil öffnen

1 1 0 1 Becken voll; Ventil zu => Ventil öffnen

1 1 1 1 Becken voll; Ventil offen => Ventil öffnen

12.05.2010 Folie 15PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Disjunktive Normalform

)21()21()21( altaltaltneu YSSYSSYSSY

Minimierung

21)21(

)(21)21(

)21()21()21(

altaltalt

altaltaltneu

SSYSS

YYSSYSS

YSSYSSYSSY

)2(1

)22(1

21)21(

alt

alt

YSS

YSSS

SSYSS

)2(1 altYSS

12.05.2010 Folie 16PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK


ZeitfunktionenZeitfunktionen

Pumpenförderstromüberwachung• Ein Ultraschall-Durchflussmessgerät soll verhindern, dass eine

Kreiselpumpe, die von einem Drehstrommotor angetrieben wird, trocken läuft. Bei richtigem Förderstrom liefert der , gMessgeräteausgang S2 24V-Impulse der Frequenz 10 Hz.

• Die Durchflussüberwachung beginnt erst 5s nach Einschalten des Drehstrommotors über den Taster S1.

• Bleiben die Impulse aus, so wird der Drehstrommotor sofort abgeschaltet und die gAlarmleuchte H1 geht an.

• Mit dem Aus-Taster S0 können der Drehstrommotor der Pumpe pund die Alarmleuchte H1 abgeschaltet werden.

• Der Drehstrommotor wird über

12.05.2010 Folie 18PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

e e st o oto d übeden Schütz K1 geschaltet.

Aufgaben

• Erstellen Sie eine Zuordnungstabelle der Ein- und Ausgänge mit Bezeichnung Symbol Datentyp und logischer Zuordnungmit Bezeichnung, Symbol, Datentyp und logischer Zuordnung.

• Ergänzen Sie auch Merker (siehe Hinweis unten).• Stellen Sie eine Funktionstabelle auf. Berücksichtigen Sie

dabei auch die zeitlichen Bedingungendabei auch die zeitlichen Bedingungen.Hinweis: Führen Sie hier zunächst eine binäre Variable ein, die anzeigt, dass die zeitliche Bedingung erfüllt ist.

• Machen Sie sich mit den Zeitfunktionen von Step7 vertraut und überlegen Sie sich welche der Zeitfunktionen verwendet werden können und wie deren Ein- und Ausgänge beschaltet

d üwerden müssen.• Stellen Sie die Lösung in FBS oder Kontaktplan KOP dar.

12.05.2010 Folie 19PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zuordnungstabelle


Taster Aus S0 BOOL Betätigt S0=0

Taster Ein S1 BOOL Betätigt S1=1

Durchflussmessgerät S2 BOOL Impulse


Motorschütz K1 BOOL Angezogen K1=1

Alarmleuchte H1 BOOL Alarmleuchte an H1=1

Merker

Einschaltbedingung M1 BOOL Erfüllt M1=1

Zeitbedingung T1 BOOL Erfüllt T1=0g g

Frequenzwächter T2 BOOL Frequenz S2 ≥10Hz T2=1

12.05.2010 Folie 20PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Funktionstabelle und Gleichungen

M1 T1 T2 K1 H1 Bemerkung

0 x x 0 0 Aus

1 0 0 0 1 Ein; T>5s; S2 < 10Hz => Motor aus; Lampe ein

1 0 1 1 0 Ein; T>5s; S2 > 10Hz => Motor ein

1 1 0 1 0 Ein; T<5s; (S2 < 10Hz )=> Motor ein1 1 0 1 0 Ein; T<5s; (S2 < 10Hz ) > Motor ein

1 1 1 1 0 Ein; T<5s; (S2 > 10Hz) => Motor ein

S0 S1 M1 lt M1S0 S1 M1alt M1

0 x x 0

1 0 0 0 2111

)12(1)121(11

TTMH

TTMTTTMK

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 1

)11(01 MSSM

12.05.2010 Folie 21PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zeitbedingung und Frequenzwächter

• Um die Zeitbedingung zu erfüllen wird die Z itf kti I l d tZeitfunktion Impuls verwendet.

• Gestartet wird der Impuls durch M1. T=5s.Q• Binärer Ausgang Q = T1.

• Als Frequenzwächter wird die Zeitfunktion Ve länge te Imp l gen t tVerlängerter Impuls genutzt.

• Gestartet und nachgetriggert wird durch S2 und M1 Wegen S2 ≥ 10Hz muss T > 100ms und M1. Wegen S2 ≥ 10Hz muss T > 100ms sein: z. B. T=120ms.

• Binärer Ausgang Q = T2• Binärer Ausgang Q = T2.12.05.2010 PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK Folie 22

Lösung in KOP/FUP

12.05.2010 Folie 23PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Ofentür• Eine Ofentür mit den Funktionen „Öffnen, Schließen und

Stillstand“ wird durch einen Zylinder auf- und zugefahren. In der Grundstellung ist die Ofentür geschlossen.g g

• Durch den Taster S1 wird die Öffnung eingeleitet und durch den Endschalter S3 abgeschaltet.

• Ist die geöffnete Tür in der Endposition wird sie entweder • Ist die geöffnete Tür in der Endposition, wird sie entweder durch Betätigen von Taster S2 oder nach Ablauf von 6s automatisch geschlossen.

• Die Türschließung wird durch den Endschalter S4 abgeschaltet• Die Türschließung wird durch den Endschalter S4 abgeschaltet.• Die Schließbewegung muss sofort gestoppt werden, wenn die

Lichtschranke LI unterbrochen ist und kann weiterlaufen, wenn die Lichtschranke wieder frei istdie Lichtschranke wieder frei ist.

• Sowohl das Öffnen als auch das Schließen kann jederzeit durch S0 abgeschaltet werden.Di Tü b ü i d i lt d

12.05.2010 Folie 24

• Die Türbewegungen müssen gegeneinander verriegelt werden.PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Technologieschema

12.05.2010 Folie 25PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Aufgaben

• Erstellen Sie eine Zuordnungstabelle der Ein- und Ausgänge mit Bezeichnung Symbol Datentyp und logischer Zuordnungmit Bezeichnung, Symbol, Datentyp und logischer Zuordnung.

• Stellen Sie eine Funktionstabelle auf. Berücksichtigen Sie dabei auch die zeitlichen Bedingungen und Zustände.Hinweis: Treten mehr als 6 Eingangsvariablen auf so kommen Hinweis: Treten mehr als 6 Eingangsvariablen auf, so kommen meist nur ganz bestimmte Eingangskombinationen vor. Nur diese werden in eine verkürzte Funktionstabelle eingetragen.B i St it k l S i h b di • Bei Steuerungen mit komplexen Speicherbedingungen (Verriegelung, Folgebedingungen) kann eine tabellarische Übersicht hilfreich sein. Ermitteln Sie zunächst die Variablen für das Setzen und Rücksetzen eines Speichers und für das Setzen und Rücksetzen eines Speichers und formulieren Sie anschließend die genauen Bedingungen!

• Stellen Sie die Lösung in FUP oder KOP dar!

12.05.2010 Folie 26PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zuordnungstabelle


Taster Halt S0 BOOL Betätigt S0=0

Taster Öffnen S1 BOOL Betätigt S1=1

Taster Schließen S2 BOOL Betätigt S2=1

Endschalter „Tür auf“ S3 BOOL Betätigt S3=0Endschalter „Tür auf S3 BOOL Betätigt S3 0

Endschalter „Tür zu“ S4 BOOL Betätigt S4=0

Lichtschranke LI BOOL Unterbrochen LI=0

Ausgangsvariable

Magnetventil „Tür auf“ Y1 BOOL Tür öffnen Y1=1

Magnetventil „Tür zu“ Y2 BOOL Tür öffnen Y2=1g „

Merker

Zeitbedingung T1 BOOL Erfüllt T1=1

Tü hli ß M1 BOOL Tü hli ß M1 1

12.05.2010 Folie 27PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Tür schließen M1 BOOL Tür schließen M1=1

Funktionstabelle

S0 S1 S2 S3 S4 LI T1 Y1alt M1alt Y1 M1 Y2 Bemerkung

1 1 x 1 x x x x 0 1 0 0 Tür öffnen

1 0 x 1 x x x 1 x 1 0 0 Tür öffnen halten

x x 0 0 x x x 1 0 0 0 0 Tür offen

1 0 1 x 1 1 x 0 x 0 1 1 Tür schließen durch Taster

1 0 0 x 1 1 1 0 x 0 1 1 Tür schließen durch Zeitbedingung

1 0 0 x 1 1 x x 1 0 1 1 Tür schließen halten

x 0 x x 0 x x 0 1 0 0 0 Tür zux 0 x x 0 x x 0 1 0 0 0 Tür zu

x x x x x 0 x x 1 0 1 0 Lichtschranke unterbrochen

x x x x x 1 x x 1 0 1 1 Lichtschranke wieder frei

0 x x x x x x x x 0 0 0 Halt

12.05.2010 Folie 28PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Setz- und Rücksetzbedingung

Ermittlung der Speicher

Ermittlung der Variablen für das Setzen

Ermittlung der Variablen für das Rücksetzen

Tür öffnen (=Y1) S1 S0; S3; M1

Tür schließen (=M1) T1; S2 S0; S4; Y1

Speicher Bedingungen für das Bedingungen für das Speicher Bedingungen für das Setzen

Bedingungen für das Rücksetzen

Tür öffnen (=Y1)

Tür schließen (=M1)

1130 MSS

1140 YSS1231 SST

11 S

ZeitbedingungZeitglied Zeitfunktion Setzbedingung Zeit Rücksetzbedingung

Zeitbedingung (=T1) Einschaltverzögerung S3 = 0 6s Y2 = 1

12.05.2010 Folie 29PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Lösung in FUP

Hinweis: Lösung wurde überarbeitet!

12.05.2010 Folie 30PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK


AblaufsteuerungenAblaufsteuerungen

Baustellenampel

• Wegen Bauarbeiten muss die Straße halbseitig gesperrt g g pwerden. Damit der Verkehr problemlos passieren kann, wird eine Baustellenampel installiert.

• Beim Einschalten der Anlage sollen beide Ampeln rot sein.• Wird ein Induktionsschalter betätigt, so schaltet die zugehörige

Ampel nach 10s auf grün.Ampel nach 10s auf grün.• Die Grünphase soll mindestens 20s andauern bevor durch

eventuelles Betätigen des anderen Induktionsschalters zunächst beide Ampeln auf rot schalten und 10s später die andere beide Ampeln auf rot schalten und 10s später die andere Fahrspur grün bekommt.

• Liegt eine Anforderung vor, so bleibt die Anlage im jeweiligen Zustand

12.05.2010 Folie 32PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zustand.

Aufgaben

• Erstellen Sie eine Zuordnungstabelle!• Stellen Sie einen Zustandsgraphen des Automaten auf!• Stellen Sie einen Zustandsgraphen des Automaten auf!• Realisieren Sie den Automaten in Ablaufsprache. Verwenden

Sie keine Speicheraktionen (S, R).

12.05.2010 Folie 33PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zuordnungstabelle


Ein-/Ausschalter S0 BOOL Betätigt S0=1

Induktionsschleife 1 I1 BOOL Betätigt S1=1

Induktionsschleife 2 I2 BOOL Betätigt S2=1


Ampel 1 grün H1 BOOL Grün an H1=1

Ampel 2 grün H2 BOOL Grün an H2=1

Ampel 1 rot H3 BOOL Rot an H3=1

Ampel 2 rot H4 BOOL Rot an H4=1

Merker

12.05.2010 Folie 34PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zustandsgraph

12.05.2010 PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK Folie 35

Ablaufsprache

12.05.2010 PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK Folie 36

Rezept• In dem Reaktor R01 können zwei Flüssigkeiten gemischt und

erwärmt werden.• Im Automatikbetrieb wird durch betätigen des Starttaster Im Automatikbetrieb wird durch betätigen des Starttaster

folgendes Rezept abgearbeitet: Zufluss 1 (Pumpe und Ventil) und Zufluss 2

werden gleichzeitig geöffnet. Nach 10 s wird g g gZufluss 1 geschlossen und nach 20 s Zufluss 2.

Danach wird die Heizung H01 angeschaltet und das Gemisch umgerührt.

Nach 35 s wird die Heizung wieder abgeschaltet und anschließend solange Flüssigkeit aus Zufluss 1 entnommen und gleichzeitig gerührt bis Sensor S03 aktiv ist Dann wird allesbis Sensor S03 aktiv ist. Dann wird alles abgeschaltet und der Abfluss geöffnet.

Sobald der Sensor S01=0 ist, bleibt der Abfluss noch 15 s offen. Anschließend befindet sich die

12.05.2010 Folie 37PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

noch 15 s offen. Anschließend befindet sich die Anlage wieder im Ausgangszustand.

Aufgaben

• Erstellen Sie eine Zuordnungstabelle!• Folgende Zustände sind zu verhindern:• Folgende Zustände sind zu verhindern:

Überlaufen Heizen ohne/bei zu wenig Flüssigkeit Rühren bei zu wenig Flüssigkeit

• Überlegen sie sich wie diese Zustände durch Verriegelung ausgeschlossen werden können und schreiben Sie die gGleichungen auf!

• Stellen Sie den Zustandsgraphen des Steuerungsautomaten auf!

• Realisieren Sie den Zustandsautomaten mit der Ablaufsprache. Verwenden Sie bei den Aktionen keine Speicherfunktionen (S, R, …).

12.05.2010 Folie 38

(S, R, …).

PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zuordnungstabelle


Automatik-/Handumschalter S0 BOOL Automatik S0=1

Unterer Sensor S01 BOOL Tank leer S01=0

Mittlerer Sensor S02 BOOL Tank halbvoll S02=1

Oberer Sensor S03 BOOL Tank voll S03=1

Starttaster S4 BOOL Tank voll S4=1

Ausgangsvariable

Pumpe Zufluss 1 P01 BOOL Pumpe an P01=1

Ventil Zufluss 1 V01 BOOL Ventil auf V01=1

Pumpe Zufluss 2 P02 BOOL Pumpe an P02=1

Ventil Zufluss 2 V02 BOOL Ventil auf V02=1Ventil Zufluss 2 V02 BOOL Ventil auf V02 1

Heizung H01 BOOL Heizung an H01=1

Motor vom Rührer M01 BOOL Motor an M01=1

Ventil Abfluss V03 BOOL Ventil zu V03=1

12.05.2010 Folie 39PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Ventil Abfluss V03 BOOL Ventil zu V03=1

Verriegelung

• Überlaufen => Wenn S03 aktiv ist, dann müssen Zufluss 1 und Zufluss 2 geschlossen werden ODER Zufluss 1 und Zufluss 2 geschlossen werden. ODER => Wenn S03 aktiv ist, dann muss der Abfluss geöffnet werden.

• Heizen ohne/bei zu wenig Flüssigkeit => Wenn S01 nicht aktiv ist, dann darf die Heizung nicht eingeschaltet werden.

• Rühren bei zu wenig Flüssigkeit => Wenn S02 nicht aktiv ist, dann darf nicht gerührt werden.

• 03010301 0101 SMVSMP VP

02010101

03020302

0101

0202

SMMSMH

SMVSMP

MH

VP

12.05.2010 Folie 40PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Zustandsgraph

12.05.2010 Folie 41PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

Ablaufsprache

12.05.2010 Folie 42PLT1 (c) 2009-2010 UR, AK

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