Teil 1: Entwurf und Realisierung einer Verknüpfungssteuerung 1.1 ...

Jade Hochschule Wilhelmshaven Labor für Prozessinformatik und Regelungstechnik
Fachbereich Ingenieurwissenschaften Prof. Dr. Schumacher
Studiengang Elektrotechnik Dipl. Ing. Heeren
Dipl. Ing. Hanenkamp
18.10.2012
Laborpraktikum Prozesssteuerung 1
Versuch 2: Steuerung der Frischluftzufuhr in die Büroräume
Teil 1: Entwurf und Realisierung einer Verknüpfungssteuerung
1.1 Funktionsbeschreibung:
Innerhalb der Büroräume des Gebäudes sind an verschiedenen Stellen drei Bimetall-
Temperaturfühler installiert. Diese schalten bei Überschreitung einer eingestellten
Grenztemperatur t_soll1 jeweils einen Eingang der Steuerung von 0 auf 1.
Melden mindestens zwei Fühler eine Temperaturüberschreitung, so wird über einen
binären Ausgang der Steuerung eine Zuluftklappe geöffnet.
Wenn drei Grenzwertmelder eine Temperaturüberschreitung melden, dann wird
zusätzlich über einen weiteren Ausgang der SPS ein Lüfter eingeschaltet, der für eine
beschleunigte Frischluftzufuhr sorgt.
Da in diesem System nur gekühlt werden kann, solange die Außentemperatur im
Verhältnis zur Innentemperatur unter einem bestimmten Wert bleibt, signalisiert ein
weiterer Temperaturfühler ein Unterschreiten dieser Differenz t_delta, indem ein
Eingang der SPS von 0 auf 1 geschaltet wird. In diesem Fall ist die Zuluftklappe zu
schließen und der Lüfter auszuschalten, auch wenn die Temperaturfühler im Gebäude
eine Grenzwertüberschreitung melden.
Die den elektrischen Betriebsmitteln zuzuordnenden Ein- und Ausgangsadressen der
Steuerung sind den Zuordnungstabellen Bild 1 und Bild 2 zu entnehmen.
1.2 Durchzuführende Arbeiten vor dem Labortermin:
− Stellen Sie für die oben beschriebenen Funktionen die Funktionstabelle auf und
entwerfen Sie mit Hilfe von KV-Tafeln die Schaltfunktionen
A3 = g(E1 … E4) für die Zuluftklappe und
A4 = f (E1 … E4) für den Lüfter
in konjunktiver Minimalform.
− Stellen Sie den Steueralgorithmus dar als Funktionsplan, Kontaktplan und
Anweisungsliste für die SPS-Programmierung.
PS1 – Versuch 2
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1.3 Arbeiten am Versuchsplatz:
− Programmieren Sie das Steuerungsprogramm in STEP7-AWL und testen Sie es auf
korrekte Funktion.
Versuchsumgebung:
− Entwicklungsumgebung STEP7 auf PC
− Automatisierungsgerät S7 314C-2 DP
− Ein-/Ausgabetafel als statischer Simulator
− Online-Handbücher zur Steuerung und der Entwicklungsumgebung
1.4 Randbedingungen zur Verwirklichung:
− Der Programmentwurf ist soweit wie möglich hardwareunabhängig auszuführen, das
bedeutet im Wesentlichen die Benutzung der symbolischen Signalnamen.
− Das zu realisierende Steuerungsprogramm soll im Unterprogramm FC3 ablaufen
und durch Netzwerke für die Einzelfunktionen strukturiert sein.
− Es sind die in Bild 1 und Bild 2 angegebenen Eingangs- und Ausgangsadressen
sowie die symbolischen Signalnamen zu verwenden. Die in den Zuordnungstabellen
angegebenen Merker werden erst in einem späteren Versuchsteil genutzt.
Eingangsvariable
(Symbolischer
Signalnahme)
Luft_Tinnen1
Luft_Tinnen2
Luft_Tinnen3
Luft_Taussen
Luft_Takt
18.10.2012
Quelle
Bimetallschalter
(Schließer)
Bimetallschalter
(Schließer)
Bimetallschalter
(Schließer)
Bimetallschalter
(Schließer)
Taster
(Schließer)
Senke
(Eingangs-
adresse)
Bild 1: Zuordnungstabelle der Eingangsvariablen
Ausgangsvariable
(Symbolischer
Signalnahme)
Luft_Klappe
Senke
Klappen-
antrieb
PS1 – Versuch 2
Adresse für
Visualisierung
(WinCC)
E1.1 M125.1
E1.2 M125.2
E1.3 M125.3
E1.4 M125.4
E1.5 M125.5
Quelle
(Ausgangsadresse)
Adresse für
Visualisierung
(WinCC)
A0.3 M224.3
Luft_Luefter Lüftermotor A0.4 M224.4
Luft_Meldeleuchte Meldeleuchte A0.5 M224.5
Bild 2: Zuordnungstabelle der Ausgangsvariablen
Logische Zuordnung
E1.1=1 : „Temp.> t_soll1“
E1.1=0 : „Temp.< t_soll1“
E1.2=1 : „Temp.> t_soll1“
E1.2=0 : „Temp.< t_soll1“
E1.3=1 : „Temp.> t_soll1“
E1.3=0 : „Temp.< t_soll1“
E1.4=1 : „Temp.> t_delta“
E1.4=0 : „Temp.< t_delta“
E1.5=1 : „Takt“
E1.5=0 : „kein Takt“
Logische Zuordnung
A0.3=1 : „Klappe auf“
A0.3=0 : „Klappe zu“
A0.4=1 : „Lüfter an“
A0.4=0 : „Lüfter aus“
A0.5=1 : „Leuchte an“
A0.5=0 : „Leuchte aus“
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Teil 2: Realisierung eines JK-Flipflops
2.1 Funktionsbeschreibung:
Im Meldepult des Hausmeisters soll eine „Zuluftmeldeleuchte“ Auskunft über den
Betriebszustand der Zuluftklappe und des Lüfters geben.
Die Meldeleuchte soll über die in Bild 3 dargestellte Logik eines taktflankengesteuerten
JK-Flipflops angesteuert werden und folgende Funktion aufweisen:
• Zuluftklappe geschlossen und Lüfter aus
⇒ Zuluftmeldeleuchte aus
• Zuluftklappe geöffnet und Lüfter aus
⇒ Zuluftmeldeleuchte an
• Zuluftklappe geöffnet und Lüfter ein
⇒ Zuluftmeldeleuchte blinkt im Takt der auf das JK-Flipflop wirkt
A0.3
(Zuluftklappe)
A0.4
(Lüfter)
Bild 3: Ansteuerung der Zuluftmeldeleuchte
2.2 Durchzuführende Arbeiten vor dem Labortermin:
− Beschreiben Sie die Funktion des in Bild 3 dargestellten JK-Flipflops durch
Zustandsgrafen und Zustandsfolgetabelle (Eingänge: J, K, T, Q(T-1); Ausgang: Q.
− Entwerfen Sie das für die Ansteuerung der Meldeleuchte notwendige STEP7-
Programm in AWL mittels Zustandsfolgetabelle und Karnaugh-Tafel.
2.3 Arbeiten am Versuchsplatz:
− Programmieren Sie das Steuerungsprogramm in STEP7-AWL und testen Sie es auf
korrekte Funktion.
− Lassen Sie sich nach dem Test die Funktion des Taktmerkerbytes der S7-300
zeigen und ersetzen Sie den Takteingang durch ein geeignetes Taktmerkerbit.
Versuchsumgebung: siehe 1.3
18.10.2012
>=1
E1.5
(Takt)
J
C
K
PS1 – Versuch 2
1J
C1
1K
Q
Q*
A0.5
(Zuluft_Meldeleuchte)
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2.4 Randbedingungen zur Verwirklichung:
− Das zu realisierende Steuerungsprogramm soll im Unterprogramm FC3 ablaufen.Die
Logik des JK-Flipflops ist in der Funktion FC31 zu realisieren, die im Unterprogramm
FC3 aufgerufen wird.
− Es sind die in Bild 1 und Bild 2 angegebenen Eingangs- und Ausgangsadressen
sowie die symbolischen Signalnamen zu verwenden.
− Der Programmentwurf ist soweit wie möglich hardwareunabhängig auszuführen, das
bedeutet im Wesentlichen die Benutzung der symbolischen Signalnamen.
Teil 3: Erprobung der Frischluftsteuerung mit der Prozessvisualisierung
WinCC
3.1 Veränderung des Steuerprogramms:
Um eine Erprobung der erstellten Programmteile mit der Prozessvisualisierung WinCC
zu ermöglichen, sind einige Veränderungen an dem STEP7-AWL Programm
notwendig:
− Ersetzen Sie die verwendeten Ein- und Ausgangsadressen durch die in den
Zuordnungstabellen (Bild 1 und Bild 2) dargestellten Merkeradressen und passen
Sie die Symboltabelle an.
3.2 Erprobung mit WinCC:
Vorgehensweise:
− Übertragen Sie die veränderten Programmteile in die SPS und schließen Sie die
STEP7-Entwicklungsumgebung.
− Starten Sie die auf dem PC vorhandene WinCC-Runtime zum Labor PS1.
− Wechseln Sie in das Unterfenster „Frischluftzufuhr“ und überprüfen Sie, ob die
Steuerung korrekt arbeitet.
18.10.2012
PS1 – Versuch 2
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