Prozessleittechnik programmiert - Karlsruhe

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ICES-Tank Prozessleittechnik programmiert Kapitel 10

10. Steuerung mit GRAFCET Seite 1 (14)

Prozessleittechnik programmiert

10. Steuerung mit GRAFCET und FluidSIM................................................................1

10.1 GRAFCET und FluidSIM.................................................................................1

10.2 Elemente eines GRAFCET..............................................................................2

10.2.1 Funktionsschritt (step) .................................................................................2

10.2.2 Transition ................................................................................................2

10.2.3 Ereignis (event) .........................................................................................2

10.2.4 Aktion (action) ..........................................................................................2

10.2.5 Variablen .................................................................................................3

10.2.6 Bedingungen für Transitionen und Ereignisse ......................................................3

10.2.7 Kette und Schleifen-Struktur .........................................................................3

10.3 Lern-Sequenz mit Beispielen und Aufgaben........................................................4

10.3.1 Zielsetzung und Struktur ..............................................................................4

10.3.2 Transition mit logischen Bedingungen, Einfache Zuweisungen als Aktionen ...................5

10.3.3 Transition mit logischen Bedingungen, Einfache Zuweisungen mit bedingten Aktionen......6

10.3.4 Transition mit Zeitfunktion , Bedingte Aktion mit Zeitfunktion..................................7

10.3.5 Zuordnung bei Aktivierung bzw. bei Deaktivierung des Schritts..................................8

10.3.6 Zuordnung bei Ereignis .................................................................................9

10.4 Weitere Programmstrukturen.......................................................................10

10.4.1 Kette ....................................................................................................10

10.4.2 Schleife .................................................................................................10

10.4.3 Ablaufverzweigung ....................................................................................10

10.4.4 Parallel-Ablauf.........................................................................................11

10.4.5 Teil-GRAFCET (Unterprogramm, Zwangssteuernder Befehl).....................................12

10.4.6 Beziehungen zwischen Teil-GRAFCETs..............................................................13

10.5 Anbindung an LabVIEW...............................................................................14

10.5.1 Anbindung über DDE...................................................................................14

10.5.2 Beispiel ................................................................................................14

10. Steuerung mit GRAFCET und FluidSIM

10.1 GRAFCET und FluidSIM

GRAFCET

ist eine Beschreibungssprache für Steuerungsabläufe, die seit 2002 unter DIN 60848 genormt ist (GRAphe

Fonctioniel de Commande Etape Transition). Sie ist der SFC (Sequential Function Chart) nach IEC 61131-3

sehr ähnlich und basiert auf der mathematischen Struktur eines Petrinetzes. Das Ergebnis einer

Programmerstellung in seiner graphischen Form wird ebenfalls als GRAFCET (der GRAFCET) bezeichnet. In

diesem Skript wird nur eine Auswahl der Funktionen und Darstellungsmöglichkeiten erläutert. Um den

Einstieg zu erleichtern, sind die Weiterschaltungen zuerst immer manuell über Taster oder Maus

durchzuführen.

FluidSIM

ist ein Simulationsprogramm für elektrische, hydraulische und pneumatische Steuerungen. Die

Steuerungen werden dabei in GRAFCET programmiert. Eine Anbindung entsprechender Hardware z.B. über

SPS, LabVIEW an den GRAFCET ist für binäre Größen möglich.

LabVIEW

ist eine Programmier-Umgebung mit graphischer Oberfläche sowohl für die Anzeige und Bedienung als

auch für die Programm-Erstellung. Es ist verbreitet für Anwendungen der Versuchs-, Labor- und Prozess-

Automatisierung.

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ICES-Tank Prozessleittechnik programmiert Kapitel 10

10. Steuerung mit GRAFCET Seite 2 (14)

10.2 Elemente eines GRAFCET

10.2.1 Funktionsschritt (step)

• Anfangsschritt

• (Standard-)Schritt

Jeder Schritt wird durch ein eindeutig bezeichnetes Quadrat

dargestellt, an das sich in waagrechter Richtung die zugehörigen

Aktionsblöcke anschließen. Der Start-Schritt wird mit doppeltem

Rand dargestellt.

10.2.2 Transition

Der Übergang (Transition) von einem Schritt zum nächsten wird

durch eine Wirklinie dargestellt. Eine Linie senkrecht dazu zeigt durch definierte Zeichen an, unter

welchen Bedingungen der nächste Schritt ausgeführt werden kann (Übergangsbedingung, Condition). Jede

Transition kann mit einem Namen bezeichnet werden. Übergangsbedingungen sind:

• Variablenwert als Bedingung (auch mit Berechnungen)

• Logische Bedingung (auch Verknüpfungen)

• Verzögerungszeiten als Bedingung

10.2.3 Ereignis (event)

Ein Ereignis tritt in dem Moment ein, wenn eine festgelegte Bedingung wahr wird. Eine Bedingung kann

festgelegt werden durch:

• Logische Aussage

• Vergleichsoperation mit numerischen Werten

• Ablauf einer Zeitfunktion

10.2.4 Aktion (action)

Im Aktionsblock wird der Vorgang beschrieben, der

dann ausgeführt wird, wenn der zugehörige

Funktionsschritt aktiv ist. Es gibt zwei verschiedene

Aktionsarten:

• Zuweisung (transient, nicht speichernd)

Der durch die Aktion erzeugte Zustand bleibt

nur so lange erhalten wie der Schritt aktiv ist.

• Zuordnung (stationär, speichernd)

Der durch die Aktion erzeugte Zustand bleibt

so lange erhalten, bis er durch eine andere

Aktion geändert wird.

(cond1)

(cond2)

Einfache Aktion Der Wert einer Variablen wird nicht speichernd neu festgelegt

Bedingte Aktion Der Wert einer Variablen wird nur dann nicht speichernd neu festgelegt,

wenn die angegebene Bedingung wahr ist.

Aktion bei Aktivierung Der Wert einer Variablen wird speichernd neu festgelegt, wenn der Schritt

aktiv wird. Zusätzliche Bedingungen sind möglich.

Aktion bei Deaktivierung Der Wert einer Variablen wird speichernd neu festgelegt, wenn der Schritt

verlassen wird. Zusätzliche Bedingungen sind möglich.

Aktion bei Ereignis Der Wert einer Variablen wird speichernd neu festgelegt, wenn der Schritt

aktiv und die angegebene Bedingung wahr ist.

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start

step1

E1 + E3

action A


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10. Steuerung mit GRAFCET Seite 3 (14)

Kombination von Aktionen

Die zu einem Funktionsschritt gehörenden Aktionen werden gleichzeitig gestartet. Es

gibt mehrere mögliche Darstellungsformen im GRAFCET.

10.2.5 Variablen

Variablentypen

action A action B action C

• Binär (für logische Verknüpfungen)

• Numerisch (für numerische Verknüpfungen und Funktionen)

10.2.6 Bedingungen für Transitionen und Ereignisse

Bedingungen sind immer als logische Ausdrücke formuliert, die den Wert 1 (wahr) oder den Wert 0 (falsch)

haben können. Sie können auch aus dem Vergleich von numerischen Größen gewonnen werden.

Die wichtigsten Funktionen und Verknüpfungen von Bedingungen sind:

• Zustand einer logischen Variablen

• Logische Verknüpfung ODER-Verknüpfung (+), UND-Verknüpfung (*)

• NOT Negation (angezeigt durch einen Querstrich über der Variablen)

• RE (Rising Edge, steigende Flanke)

• FE (Falling Edge, fallende Flanke)

• s/ / Anzugs-Verzögerung

• s/ /s Abfall-Verzögerung

• NOT(s/) Zeitbegrenzung

Eine Bedingung muss immer als logische

Ja/Nein-Frage formuliert sein. Es können daher

auch Vergleichsoperationen mit numerischen

Variablen verwendet werden. Diese müssen in

eckigen Klammern stehen. Beispiele: [B>5] [C≠1] [D=3*E+1]

10.2.7 Kette und Schleifen-Struktur

Um einen Ablauf ständig wiederholen zu können, wird die Wirkungslinie wieder zurück geführt. Nach dem

letzten Schritt ist eine Transition erforderlich.

Im Schritt 1 wird der Ausgang A0 auf logisch 1 gesetzt (eingeschaltet, oberer Tank wird entleert). Er bleibt

so lange eingeschaltet, bis am Eingang E6 eine logische 0 ansteht (Stop-Taste gedrückt). Dann wird im

Schritt 2 der Ausgang A3 eingeschaltet (pumpen), bis die Eingänge E1 und E3 gleichzeitig eine logische 1

haben. Dann wird A3 wieder ausgeschaltet und der Zustand „start“ eingenommen. Der Steuerungsablauf

wird nur durch einen Programm-Abbruch beendet.

Die Bedingungen und Schritte können auch prozessbezogene Bezeichnungen erhalten wie „Pumpe EIN“,

„Füllstand erreicht“ oder „Reaktion beendet“ bzw. „Dosieren“ oder „Rühren“. Die logischen

Bezeichnungen müssen sich auf logische Variablen bzw. zugehörige Ein- und Ausgänge beziehen.

Eine Kette, die nur einmal durchlaufen wird, kommt in der Steuerungstechnik eher selten vor. Schleifen,

die die gesamte Kette wiederholen sind typisch (Geschlossene Ablaufstruktur). Schleifen können auch

innerhalb einer Kette liegen oder auch mehrfach ineinander verschachtelt sein und werden mit Hilfe einer

Alternativ-Verzweigung wieder verlassen.

Vor der ersten Ausführung haben alle Variablen den logischen Wert 0 (Null).

Alle Spannungen sind 0V (Volt).

action A

action B

action C

Bei Wiederholung des Start-Blocks (ohne Aktions-Block) werden keine Variablen zurück

gesetzt oder verändert.

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10. Steuerung mit GRAFCET Seite 4 (14)

10.3 Lern-Sequenz mit Beispielen und Aufgaben

10.3.1 Zielsetzung und Struktur

Die im folgenden Abschnitt dargestellten Beispiele und Aufgaben sind so gruppiert, dass die Möglichkeiten

zur Programmgestaltung schrittweise erweitert werden. Es wird nur mit einer Schrittkette in einer

einfachen Wiederholungsstruktur zum Start-Schritt gearbeitet. Die elektrische Simulation wird nicht

verändert. Zu den weiteren Programm-Strukturen sind hier noch keine Beispiele aufgeführt.

Die Schritte beginnen

jeweils mit dem Start-

Schritt „start“. Die

weiteren Schritte werden

hier durchnummeriert. Die

Transitionen werden hier

jeweils mit vorgestelltem

Zeichen t

durchnummeriert.

Zur Beschreibung werden

jeweils die symbolischen

Bedingungen verwendet.

Von den Möglichkeiten der

Beschreibung durch Texte

wird hier kein Gebrauch

gemacht. Dies sollte bei

den Aufgaben aber als

Wahlmöglichkeit

verwendet werden.

Bei den Aufgaben kann jeweils vom dargestellten Muster in der Datei grc0.ct ausgegangen werden.

Eingänge haben den Wert 1, wenn sie mit +24V verbunden sind.

Eingänge haben den Wert 0, wenn sie mit 0V verbunden oder offen sind.

Ein Ausgang liefert eine Spannung 24V, wenn der logische Wert 1 (Eins) ist.

Es kann Strom zu 0V fließen.

Ein Ausgang liefert eine Spannung 0V, wenn der logische Wert 0 (Eins) ist.

Es kann kein Strom fließen.

Gliederung der Lern-Sequenz:

Zuweisungen (nicht speichernd)

• Transition mit logischen Bedingungen (Einfache Zuweisungen als Aktionen)

• Transition mit logischen Bedingungen (Einfache Zuweisungen mit bedingten Aktionen)

• Transition mit Zeitfunktion (Bedingte Aktion mit Zeitfunktion)

Zuordnungen (speichernd)

• Zuordnung bei Aktivierung bzw. bei Deaktivierung (Variable als Speicher, Rechenfunktionen)

• Zuordnung bei Wertänderung (steigend, fallend)

• Zuordnung zeitabhängig

Strukturen

• Alternativ-Verzweigung

• Parallel-Verzweigung

• Teil-GRAFCET (Unterprogramm)

GRAFCET Elektrik-Simulation

(t1)

(t2)

(t3)

(t4)

start

1

2

3

Zwei Taster lassen sich gleichzeitig schalten,

wenn dabei die -Taste gedrückt wird.

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+24V

Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

GRAFCET

IN OUT

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V


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10. Steuerung mit GRAFCET Seite 5 (14)

10.3.2 Transition mit logischen Bedingungen, Einfache Zuweisungen als Aktionen

Beispiel A1

Eine Variable (hier Ausgangsvariable) bekommt den Wert 1 (eins, wahr, true, high) zugewiesen. Der Wert 1

bleibt nur so lange erhalten, wie der Schritt aktiv ist.

Der Wert der Variablen wird wieder zu 0 (null, falsch, false, low), wenn der Schritt verlassen wird.

Aufgabe A2

Im obigen Beispiel A1 wird in der Transition (t4) die Variable E2 ersetzt durch E0 (oder durch E1). Welche

unerwünschten Veränderungen ergeben sich dadurch?

Aufgabe A3

Zum Betrieb einer Säge muss der Hauptschalter E7 eingeschaltet sein. Die Säge läuft an, wenn die beiden

Taster an E1 und E2 gleichzeitig gedrückt sind. Mit dem Not-Taster an E0 wird der Motor der Säge

ausgeschaltet, ebenso beim Ausschalten des Hauptschalters.

a) Erstellen Sie einen GRAFCET dazu.

b) Wie muss der GRAFCET ergänzt werden, damit die Säge erst nach einem erneuten Einschalten des

Hauptschalters anlaufen kann?

Aufgabe A4

GRAFCET Elektrik-Simulation

start

(t1) E0

1

(t2) E2

2

(t3) E0 * E1

3

(t4) E2 + E7

A0

A1

A2 A3

Am Tanksystem können Ventil und Pumpe über die Ausgänge A1 und A2 geschaltet werden. An den

Eingängen sind der unter Grenzwertschalter UGW (E5) und der obere Grenzwertschalter OGW (E6)

angeschlossen. Mit dem Taster an E0 muss jeder Zyklus eingeschaltet werden.

Mit dem Schalter an E7 muss die Anlage zuerst eingeschaltet werden.

a) Erstellen Sie einen GRAFCET für einen wiederholbaren Wechsel von Füllen und Leeren.

+24V

Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

b) Ergänzen Sie den GRAFCET so, dass die Betriebsanzeige an A0 während des Betriebs aufleuchtet.

c) Ergänzen Sie den GRAFCET so, dass beim Öffnen den Hauptschalters (entspricht Drücken des Not-

Tasters) die Kette schnell so weit durchläuft, dass das Ventil geschlossen und die Pumpe ausgeschaltet ist.

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E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

GRAFCET

IN OUT

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V


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10. Steuerung mit GRAFCET Seite 6 (14)

10.3.3 Transition mit logischen Bedingungen, Einfache Zuweisungen mit bedingten Aktionen

Beispiel B1

Für die Kombination von Aktionen in einem Schritt gibt es verschiedene

Darstellungsmöglichkeiten.

Vergleichsoperationen haben als Ergebnis einen logischen Wert und können

logisch verknüpft werden.

Aufgabe B2

Wie muss die Bedingung (t2) im obigen GRAFCET B1 verändert werden, damit keine Weiterschaltung

erfolgt, wenn drei Tasten gleichzeitig gedrückt werden?

Welcher Unterschied besteht in der bedingten

Ausführung von A3 zwischen Schritt 2 und Schritt 3?

Aufgabe B3

GRAFCET Elektrik-Simulation

start

(t1) E0* E6

1

(t2) E0* E1 + E1*E2 + E2*E0

2

(t3) E6

3

A0

A3

(t4) E2 A2

E7

A1

a) Beschreiben Sie den Ablauf des neben stehenden

Steuerprogramms (bis einschließlich Schritt 2).

b) Prüfen Sie, ob eine bedingte Aktion in einem

Schritt nur einmal oder auch mehrmals ausgeführt

werden kann.

c) Prüfen Sie das Verhalten im Schritt 2 abhängig

vom Anfangs-Zustand E6.

d) Welche Schalter bzw. Taster müssen betätigt

werden, damit im Schritt 3 der Ausgang A0 aktiv

wird?

(Schaltung wie im obigen Beispiel)

A3

E7

A3

+24V

Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

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E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

GRAFCET

IN OUT

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V

(t25) [Z


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10. Steuerung mit GRAFCET Seite 7 (14)

10.3.4 Transition mit Zeitfunktion , Bedingte Aktion mit Zeitfunktion

Bei einer Transition mit Zeitfunktion bewirkt die Anzugsverzögerung, dass die Bedingung während der

gesamten Verzögerungszeit erfüllt sein muss, bevor zum nächsten Schritt weiter geschaltet wird. Ist eine

Anzugsverzögerung noch nicht abgelaufen, wenn die nächste Transition gültig wird, wird der Schritt nicht

ausgeführt.

Bei einer Transition mit Zeitfunktion bewirkt die

Abfallverzögerung, dass die Transitionsbedingung auch nach

einer Änderung der Variablenwerte noch gültig bleibt (kann

bei speichernden Aktionen wichtig werden). Falls die nächste

Transition gültig wird, wird die Abfallverzögerung

abgebrochen. Wird nur eine Abfallverzögerung gewünscht, ist

die Anzugsverzögerung auf 0s zu setzen.

Bei einer Transition mit Zeitfunktion bewirkt die Zeitbegrenzung, dass die Transition nach der

eingestellten Zeit ungültig wird. Wird die Bedingung aufs erneut wahr, beginnt die Zeitbegrenzung wieder

von vorne und die Transition ist so lange wahr. Wird die Bedingung falsch, so lange die Zeitbegrenzung

läuft, wird auch die Transition falsch.

Eine bedingte Aktion kann als Bedingung auch eine Zeitfunktion haben. Als Variable kann auch die

Bezeichnung eines Schritts verwendet werden, was durch ein voran gestelltes X gekennzeichnet wird.

Bei einer Transition mit Zeitfunktion oder einer Bedingung mit Zeitfunktion können die Variablen nicht

weiter logisch verknüpft werden.

Beispiel C1

Aufgabe C2

Erstellen Sie einen GRAFCET mit einer zeitbegrenzten Aktion, bei dem der nächste Schritt erst dann

ausgeführt werden kann, wenn die Aktionszeit abgelaufen ist.

Aufgabe C3

Erstellen Sie einen GRAFCET, bei dem eine Aktion 3s nach der Schrittaktivierung beginnt und dann 5s

andauert.

Aufgabe C4

GRAFCET Elektrik-Simulation

start

(t1) 4s/E0

1

(t2) 3s/E1/6s

2

(t3) (5s/E2)

3

A0

A1

A2

(t4) 3s/E1*E2

(2s/X3)

A3

+24V

Ein Granulat wird aus einem Behälter 3s lang abgelassen und auf einem Förderband weiter transportiert.

Das Förderband muss schon 5s lang vor dem Ablassen laufen und 5s lang nachlaufen. Jeder Durchlauf wird

mit der Taste an E0 gestartet.

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Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

GRAFCET

IN OUT

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V


ICES-Tank Prozessleittechnik programmiert Kapitel 10

10. Steuerung mit GRAFCET Seite 8 (14)

10.3.5 Zuordnung bei Aktivierung bzw. bei Deaktivierung des Schritts

Bei einer Zuordnung erhält eine Variable einen Wert, den sie so lange behält, bis er durch eine andere

Zuordnung wieder geändert wird. Der Zustand bleibt also während der gesamten Zeit dazwischen

gespeichert. Die Variable stellt einen Speicher dar.

In einer Aktion kann der Wert einer Variablen durch eine Rechenfunktionen verändert werden. Sehr

häufig werden damit Zählfunktionen realisiert.

Aktion bei Aktivierung

Wenn der Schritt aktiv wird, wird auch die Aktion ausgeführt.

Es gibt keine festgelegten Bedingungen.

Aktion bei Deaktivierung

Wenn der Schritt verlassen wird, wird in diesem Moment die Aktion ausgeführt.

Während des Schrittes steht damit der alte Wert z.B. für Bedingungen anderer

Aktionen im selben Schritt zur Verfügung. Der neue Wert wird erst beim Verlassen

des Schrittes gespeichert.

Es gibt keine festgelegten Bedingungen.

Beispiel D1

Aufgabe D2

Geben Sie für jeden Schritt im ersten und im zweiten Durchgang an, welche Ausgangsleitungen aktiv sind.

Aufgabe D3

Erstellen Sie einen GRAFCET, bei dem sich eine einfache Schleife nur 5-mal ausführen lässt.

Aufgabe D4

GRAFCET Elektrik-Simulation

start

(t1) E7

1

(t2) E7

2

(t3) E7

3

(t4) E7

A2 := 1

A0 := E7

A1 := 0

A1 := A2

A3 A2 := A3

A0

A1 := 1

+24V

Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

A3 := E7

A3 := E7

Erstellen Sie einen GRAFCET, bei dem der Wert einer Variablen mit dem Taster E1 vorwärts, mit dem

Taster E2 rückwärts und mit dem Taster E0 auf Null gestellt werden kann.

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E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

GRAFCET

IN OUT

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V


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10. Steuerung mit GRAFCET Seite 9 (14)

10.3.6 Zuordnung bei Ereignis

Ein Ereignis besteht darin, dass eine Variable oder eine logische Verknüpfung von Variablen den Wert 1

erhält. Im statischen Fall kann der Wert auch schon vor Ausführung des Schritts vorhanden sein. Im

dynamischen Fall (Flanke €) muss eine Wertänderung steigend bzw. fallend erfolgen.

Innerhalb eines Schrittes wird nur einmal auf ein festgelegtes Ereignis einer Aktion reagiert. Weitere

Ereignisse bleiben unberücksichtigt. Bei einem Schritt mit mehreren Aktionen kann für jede Aktion ein

eigenes Ereignis festgelegt werden.

Ereignisse können durch die statischen oder dynamischen Zustände von Eingängen, Ausgängen und

Schritten definiert werden, nicht jedoch in Abhängigkeit von Weiterschaltbedingungen. Schrittvariablen

werden durch ein voran gestelltes X gekennzeichnet.

Die Verwendung von zeitabhängigen Ereignissen ist hier nur als Anzugsverzögerung sinnvoll, da dort die

Zuordnung einmalig nach der eingestellten Zeitspann erfolgt und keine weitere Aktion möglich ist. Die

Bedingung muss die angegebene Zeitspanne andauern. Daher kann keine Flanke zusammen mit einer

Zeitfunktion ausgewertet werden.

Beispiel E1

Mit E0 läuft die Kette bis zum Schritt 3 durch. Die Variable B zählt um 1 weiter, wenn der Schalter 7

geschlossen ist. Die Variable C wird nur neu berechnet, wenn Taster 2 gedrückt wird (Ereignis), aber nach

Verlassen des Schritts auf 1 gesetzt. B kann bei jedem Durchgang um 1 erhöht werden.

Aufgabe E2

Welche Werte nehmen B und C jeweils vor dem Drücken von E1 an,

wenn bei jedem Durchgang abwechseln einmal E2 gedrückt und dann

wieder nicht gedrückt wurde?

Aufgabe E3

GRAFCET Elektrik-Simulation

start

(t1) E0

1

(t2) E0

2

(t3) E1

3

(t4) E0

E2

B := B+E7 C := B+2 C := 1

Der Ausgang A0 schaltet über den Schalter an E7 anzugs- und

abfallverzögert. Mit dem Taster E1 wird der Schritt verlassen. Am

Ausgang A1 soll angezeigt werden, ob der Schritt bei aktivem A0

verlassen wurde. Welche Aktionen müssen im Schritt 1 ergänzt werden?

+24V

pltp10.odt Mai 2012 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 9 von 14

Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

GRAFCET

IN OUT

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

start

(t1) E0

1

(t2) E1

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V

3s/E7/5s

A0


ICES-Tank Prozessleittechnik programmiert Kapitel 10

10. Steuerung mit GRAFCET Seite 10 (14)

10.4 Weitere Programmstrukturen

10.4.1 Kette

(auch Ablaufkette, Sequenz)

Die Kette als lineare Folge von Schritten mit zugehörigen Transitionen und Aktionen wurde in den

bisherigen Beispielen eingesetzt.

10.4.2 Schleife

(auch Geschlossene Ablaufkette, Iteration)

Die einfache Schleife über die gesamte Kette wurde in den bisherigen Beispielen eingesetzt. Sie führt vom

Ende der Kette zum Start-Schritt. Schleifen innerhalb einer Kette sind nicht möglich. Diese Struktur muss

durch Makro-Schritte erzeugt werden.

Statt einer Pfeil-Linie zur Rückführung kann bei der letzten Transition auch der Name des Schrittes

angegeben werden, zu dem gesprungen werden soll (als Verbindungskennzeichen/Zielhinweis).

10.4.3 Ablaufverzweigung

(auch Ablaufauswahl, Alternativstruktur, Fallunterscheidung)

GRAFCET Elektrik-Simulation

(t11) E7

11

(t12) E1

A0

start

30

(t4) E0

(t21) E7

A2

Durch die logische Negation der Bedingungen (t11 bzw. t21) wird

jeweils nur eine Seite der Struktur durchlaufen. Es darf exclusiv

nur ein Zweig ausgewählt werden. Ob dies erfüllt ist, wird nicht

automatisch geprüft. Auch die Fallunterscheidung mit mehreren

Fällen ist durch die Ablaufverzweigung möglich.

Am Ende eines jeden Zweiges ist in FluidSIM eine Transition

erforderlich, da ein Schritt hier nur über eine Transition verlassen

werden kann.

Einen Sonderfall stellt der Zweig ohne eigenen Schritt dar.

Dadurch lässt sich ein Teil der Schrittkette überspringen.

21

(t22) E2

A1

+24V

Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

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E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

(t11) E7

11

(t12) E1

GRAFCET

IN OUT

A0

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

start

30

(t4) E0

A2

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V

(t21) E7


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10. Steuerung mit GRAFCET Seite 11 (14)

10.4.4 Parallel-Ablauf

(auch Ablaufspaltung, Parallel-Verzweigung)

GRAFCET

11

(t12) E2

A0

12 A2

Elektrik-Simulation

Der Schritt 21 wird parallel zur Folge 11 und 12 ausgeführt. Die Überprüfung von t3 erfolgt erst nach

Abschluss von Schritt 12 und Schritt 21. Die Doppellinie wartet also, bis alle Schritte davor aktiv sind. Die

Zusammenführung der einzelnen Zweige wird auch als Ablaufsammlung oder Synchronisation bezeichnet.

Achtung: Andere Anordnungen von Transitionen (z.B. vor der Aufsammlung) lassen sich teilweise

auch in FluidSIM ausführen, führen aber zu fehlerhaften Abläufen oder lassen sich nicht

weiterschalten.

Der Anschluss einer Transition an die Elemente der Verzweigung funktioniert (manchmal)

nur, wenn die Verbindung mit einem Leitungsstück hergestellt wird.

Neben der Anordnung paralleler Ketten mit gemeinsamem Anfangs- und Endpunkt ist auch die parallele

Ausführung mehrerer voneinander abhängigen (Zugriff auf die selben Variablen) oder unabhängigen

(Zugriff auf eigene Variablen) GRAFCETs möglich.

GRAFCET

start1

(t11) E0

11

(t12) E2

A0

12 A2

(t13) A1

start

(t1) E0

(t3) E7

30

(t4) E1

A3

21

start2

(t3) E7

21

(t4) E1

A1

A1

+24V

+24V

Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

pltp10.odt Mai 2012 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 11 von 14

E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

GRAFCET

IN OUT

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

Elektrik-Simulation

E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

GRAFCET

IN OUT

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V


ICES-Tank Prozessleittechnik programmiert Kapitel 10

10. Steuerung mit GRAFCET Seite 12 (14)

10.4.5 Teil-GRAFCET (Unterprogramm, Zwangssteuernder Befehl)

Komplette Funktionsabläufe (z.B. Einstellung eines definierten Anfangszustandes, Notfall-Routinen,

Grundrezepte) können komplett in ein Unterprogramm verpackt werden, das bei Bedarf über seinen

Namen aufgerufen und ausgeführt wird. Oft ist das Hauptprogramm kurz von dem aus die verschiedenen

Unterprogramme aufgerufen werden.

Beim dargestellten zwangssteuernden Befehl G20 {*} wird der Teilgrafcet still

gesetzt, sobald irgend eine Bediener-Aktion ausgeführt wird. Der Zustand der

Variablen bleibt erhalten (eingefroren). Kein Schritt in G20 ist aktiv.

GRAFCET Elektrik-Simulation

start1

(t1) E7

1

(t2) E7

2

(t3) E7

3

(t4) E7

4

(t5) E7

5

(t6) E7

G20 { 22 }

A0

G20 { }

G20 { INIT }

G20 { * }

Schritt 22 in G20

wird ausgeführt

+24V

Schritt 22 in G20

wird weiter ausgeführt

G20 kann nicht

ausgeführt werden

G20 wird auf

start2 zurück gesetzt

Der aktuelle Schritt in G20

kann nicht verlassen werden.

Der Zustand von G20

bleibt eingefroren.

Kein Schritt in G20 ist aktiv.

Taster 0

Taster 1

Taster 2

Schalter 5

Schalter 6

Schalter 7

pltp10.odt Mai 2012 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 12 von 14

start2

E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

(t21) E0

21

(t22) E1

G20

22

(t23) E2

GRAFCET

IN OUT

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

3s/E5/4s

A2

2s/E5/2s

A3

G20 { * }

Melder 0

Melder 1

Melder 2

Melder 3

0V


ICES-Tank Prozessleittechnik programmiert Kapitel 10

10. Steuerung mit GRAFCET Seite 13 (14)

10.4.6 Beziehungen zwischen Teil-GRAFCETs

Die zugehörigen Schritt-Elemente sind (siehe Norm-Unterlagen):

• Makroschritt

• Makroeingang

• Makroausgang

• Einschließender Schritt

• Einschließender Anfangsschritt

pltp10.odt Mai 2012 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 13 von 14


ICES-Tank Prozessleittechnik programmiert Kapitel 10

10. Steuerung mit GRAFCET Seite 14 (14)

10.5 Anbindung an LabVIEW

10.5.1 Anbindung über DDE

Ein in FluidSIM erstellter GRAFCET kann über eine DDE-

Verbindung mit einem LabVIEW-Programm kommunizieren.

Damit kann neben Simulationen auch die mit LabVIEW

betriebene Hardware gesteuert werden. Für die

Programmierung stehen entsprechende Treiber-VIs zur

Verfügung.

Im folgenden Beispiel kann der Steuerungsablauf zuerst im

Handbetrieb in der LabVIEW-Simulation erprobt werden.

Anschließend wird er als GRAFCET erstellt und kann zur

Kontrolle mit der elektrischen Simulation in FluidSIM überprüft

werden.

Ersetzt man die elektrische Simulation in FluidSIM durch die

Elemente FluidSIM-Eingang und FluidSIM-Ausgang, kann über

die DDE-Verbindung der Programm-Ablauf der LabVIEW-

Simulation gesteuert werden. Eine Kommunikation mit

angeschlossenenr Hardware wäre von hier aus möglich.

10.5.2 Beispiel

Zur Herstellung einer kohlesäurehaltigen Flüssigkeit soll folgendes Rezept in einem Chargenreaktor

realisiert werden (zur Simulation werden die Zeiten auf wenige Sekunden verkürzt):

1. Dosieren von 200L Konzentrat in einen Rührkesselreaktor über Ventil V1

2. Einschalten des Rührermotors M bei Dosierungsbeginn

3. Aufheizen auf 90°C mittels Heizdampf über Ventil V2

4. Abkühlen auf 25°C über Ventil V3 nach 60s Wartezeit

5. Beaufschlagung von Kohlenstoffdioxid über Ventil V4

6. CO2-Druckventil V4 nach 10min schließen

7. Entleeren des Behälters über Ventil V5

8. Ausschalten des Rührermotors M bei Entleerungsende

a) Skizzieren Sie einen Chargenreaktor für die oben genannte Herstellung und integrieren Sie die

wichtigsten Betriebsmittel und Sensoren. Es ist ein Doppelmantel zur Dampfbeheizung bzw. Kühlung mit

Sole vorzusehen.

b) Starten Sie die LabVIEW-Simulation reaktor1.vi und stellen Sie auf Handbetrieb. Fahren Sie das Rezept

im Handbetrieb durch und testen Sie das Schaltverhalten der Grenzwertschalter für den Füllstand und für

die Temperatur.

c) Erstellen Sie einen GRAFCET zur Steuerung des Rezeptur-Ablaufs in FluidSIM. Dokumentieren Sie dazu

den GRAFCET mit den Transitions- und Aktionsbedingungen und den Namen der Variablen. Dokumentieren

Sie zusätzlich den GRAFCET durch sprachliche Beschreibungen.

Testen Sie den GRAFCET mit der Elektrik-Simulation von FluidSIM. Bis auf E0 (Start-Taster) sind an den

Eingängen E1 bis E4 Schalter angeschlossen.

d) Binden Sie den GRAFCET über DDE an die LabVIEW-Simulation reaktor1.vi an.

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