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Handbuch "Mechatronik 1.2: Transportsystem mit Gleichstromantrieb" Kurs Nr.: SH5004-7A Version 2.0 Autor: Prof. Dr. N. Becker, Dipl.-Ing. (FH) M. Eggeling Lucas-Nülle GmbH · Siemensstraße 2 · D-50170 Kerpen (Sindorf) · Tel.: +49 2273 567-0 www.lucas - nuelle.de www.unitrain - i.de Copyright © 2004 LUCAS-NÜLLE GmbH. All rights reserved. LUCAS-NÜLLE Lehr- und Messgeräte GmbH Siemensstraße 2 D-50170 Kerpen Leseprobe

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  • Handbuch"Mechatronik 1.2: Transportsystem mit Gleichstromantrieb"

    Kurs Nr.: SH5004-7A Version 2.0

    Autor: Prof. Dr. N. Becker, Dipl.-Ing. (FH) M. Eggeling

    Lucas-Nülle GmbH · Siemensstraße 2 · D-50170 Kerpen (Sindorf) · Tel.: +49 2273 567-0

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  • Mechatronik 1.2: Transportsystem Gleichstrom

    Inhaltsverzeichnis:

    A - Kurzbeschreibung 1B - Technische Daten 3C - Schnittstellenbelegung 5D - Aufbauplan 9E1 - Grundsätzliches zur Versuchsdurchführung 13E2 - Grundsätzliches zum Anlegen einesSIMATIC Step 7-Projektes 19F - Versuchsbeschreibungen 33

    Experiment: Tippbetrieb 35Experiment: Tippbetrieb mit Endlagenabschaltung 39Experiment: Tippbetrieb mit Rückkehr 43Experiment: Positionszählung / Geschwindigkeitssteuerung 47Funktionsblöcke 53Experiment: Blinkbaustein 63Experiment: Geschwindigkeitsüberwachung 67

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  • Mechatronik 1.2: Transportsystem Gleichstrom D - Aufbauplan

    Das folgende Bild zeigt den grundsätzlichen Aufbau des Transportsystems.

    Das Transportsystem besteht aus den folgenden Komponenten:

    Gleichstrommotor für Vor- und Rücklauf des Transportbandes. Beide Laufrichtungen sind durch insgesamt zwei Relais realisiert, die gegeneinander hardwaremäßig verriegelt sind (Binärausgänge Q_IMS1_QR, Q_IMS3_QS).

    1 Relais für den Schleichgang in jeder Laufrichtung (Binärausgang Q_IMS3_QS).

    1 abnehmbarer Werkstückträger (Palette). 2 Endlagensensoren (Reedkontakte) für den Werkstückträger (Binäreingänge

    I_IMS1_IL, I_IMS1_IR). 1 Impulssensor für die Messung der Lage und/oder der Geschwindigkeit

    des Werkstückträgers (Binäreingang I_IMS1_IMP). 1 SUB-D Stecker zur Verbindung des Transfersystems über ein SUB-D Kabel

    mit der Grundausstattung.

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  • Mechatronik 1.2: Transportsystem Gleichstrom D - Aufbauplan

    Der Werkstückträger sollte immer so auf das Transportband gelegt werden, dass der einzelne Magnet auf der Seite der Endlagensensoren ist.

    Die Endlagensensoren sind als Reedkontakte ausgeführt. Der Impulssensor besteht aus einer Leuchtdiode, deren Strahl von einer unterteilten Scheibe je nach Drehwinkel reflektiert bzw. nicht reflektiert wird und somit im Empfängerteil der Leuchtdiode eine Impulsfolge erzeugt.

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  • Mechatronik 1.2: Transportsystem Gleichstrom D - Aufbauplan

    Bei einem Gleichstrommotor lässt sich die Drehzahl durch das Umpolen der Ankerspannung UA umkehren. Eine Drehzahlverminderung kann durch das Vorschalten eines Widerstandes RV realisiert werden. Beides wird beim Transportsystem durch die im Folgenden abgebildete Relaisschaltung realisiert.

    Im folgenden Bild ist aus Platzgründen der Präfix Q_IMS1_ für die Binärausgänge QL, QR und QS weggelassen worden.

    Die Bedeutung der Relais ist K1 für Vorlauf, K2 für Rücklauf und K3 für Schleichgang.

    Die Binärausgänge Q_IMS1_QR und Q_IMS1_QL der SPS polen über die Relais K1 und K2 die Ankerspannung um und reversieren damit die Drehzahl. Beide sind hardwaremäßig gegeneinander verriegelt. Bei Bedarf kann man über den Binärausgang Q_IMS1_QS mit K3 in jeder Drehrichtung über den Vorwiderstand eine Schleichdrehzahl erzeugen.

    Die Dioden an den Relais K1, K2 und K3 dienen dazu, beim Abschalten der Relais über die jeweiligen Binärausgänge Spannungsspitzen an den Relaisspulen zu verhindern. Diese könnten sonst die Binärausgänge der SPS zerstören.

    Das nächste Bild stellt die Verbindung des Transportsystems mit der Grundausstattung dar.

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  • Mechatronik 1.2: Transportsystem Gleichstrom D - Aufbauplan

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  • Mechatronik 1.2: Transportsystem Gleichstrom E1 - Grundsätzliches zur Versuchsdurchführung

    Die übliche schrittweise Vorgehensweise bei der Realisierung einer Steuerung zeigt das folgende Bild.

    Zunächst wird in Gesprächen die gewünschte Funktionalität der Steuerung festgelegt und schriftlich festgehalten. Die verbale Beschreibung ist aber erfahrungsgemäß für den zur Realisierung benötigten Detaillierungsgrad nicht eindeutig genug, unübersichtlich und nicht vollständig.

    Deshalb besteht die nächste wesentliche Aufgabe des Automatisierungstechnikers darin, aus der im ersten Schritt schriftlich festgehaltenen Grundfunktionalität der Steuerung eine grafische Beschreibung, den so genannten Funktionsplan, zu erstellen.

    Weitere Bezeichnungen für den Funktionsplan sind Logikdiagramm oder Logikplan.

    Der Funktionsplan einer Steuerung ist eine grafische Beschreibung von deren Funktionalität, die aus genormten (z.B. EN 61131-3) grafischen steuerungstechnischen Grundelementen besteht (z.B. UND, ODER, Negation, Timer, Flip-Flop, Zähler). Der Funktionsplan dokumentiert also in grafischer Form die Steuerung.

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  • Mechatronik 1.2: Transportsystem Gleichstrom E1 - Grundsätzliches zur Versuchsdurchführung

    Diese grafische Darstellung ist generell üblich und bietet gegenüber einer textuellen Beschreibung der Funktionalität die folgenden Vorteile:

    wesentlich leichter verständlich (ein Bild sagt mehr als tausend Worte), wesentlich übersichtlicher, eindeutig und vollständig, besteht aus genormten Grundelementen.

    Beim Erstellen des Funktionsplans aus den schriftlichen Festlegungen ergeben sich oft noch wichtige Rückfragen an den Auftraggeber, ohne deren Klärung und Berücksichtigung die Steuerung wahrscheinlich nicht richtig funktionieren würde. Dies würde dann zu kostspieligen Änderungen erst nach der Realisierung führen.

    Der Funktionsplan ist die Vertragsbasis zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer. Man nennt den Funktionsplan auch Spezifikation der Steuerung. Abgesehen von zu diesem Zeitpunkt unwichtigen Kleinigkeiten, wie z.B. Adressen von Ein- und Ausgängen usw., enthält diese Spezifikation alle wichtigen Informationen für die spätere Realisierung.

    Im Funktionsplan werden aus Gründen der Übersichtlichkeit bei Funktionsblöcken (z.B. Flip-Flop, Timer, Zähler) die Instanzen weggelassen, da diese für die Darstellung der Steuerungslogik nicht notwendig sind.

    Ist die gewählte Programmiersprache auch grafischer Natur (z.B. FUP (Funktionsplan)), wie in diesem Kurs, so ist die Umsetzung des Funktionsplans besonders einfach, d.h. die Umsetzung ist praktisch 1:1 möglich.

    In diesem Kurs wird bei der Umsetzung jedes einzelnen Experiments genauso schrittweise vorgegangen, wie dies oben dargestellt ist:

    Die Aufgabenstellung erfolgt verbal. Der Benutzer muss die Aufgabenstellung in einen Funktionsplan umsetzen. Als Kontrollmöglickeit gibt es eine Auswahlmöglichkeit an Funktionsplänen,

    aus denen der Benutzer sich richtige Lösungen auswählen kann. Danach erfolgt die programmtechnische Realisierung in der Sprache Step7

    FUP und der Test. Nach jedem Versuch kann es Testfragen geben, deren Beantwortung zu

    einem tieferen Verständnis des Stoffes beiträgt.

    Der Funktionsplan ist unabhängig von der späteren Realisierungsform, d.h. die im Funktionsplan festgelegte Funktionalität der Steuerung kann in den Programmiersprachen AWL, KOP, FUP, ST und ggf. AS oder als verbindungsprogrammierte Steuerung mit Baugruppen umgesetzt werden.

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  • Mechatronik 1.2: Transportsystem Gleichstrom E1 - Grundsätzliches zur Versuchsdurchführung

    Wie oben erwähnt, erfolgt in diesem Kurs die Umsetzung in der grafischen Programmiersprache Step 7 FUP. Die dort üblichen grafischen Steuerungssymbole weichen etwas von der internationalen Norm ab. Die folgende Übersetzungstabelle enthält die notwendigen Korrespondenzen.

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  • Mechatronik 1.2: Transportsystem Gleichstrom E1 - Grundsätzliches zur Versuchsdurchführung

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