Fachbereich Ingenieurwissenschaften Studiengang Elektrotechnik ...

Fachhochschule O/O/W / Wilhelmshaven
Fachbereich Ingenieurwissenschaften
Studiengang Elektrotechnik
Labor für Prozesssteuerung und Regelungstechnik
Laborpraktikum Prozesssteuerung: Versuch 3
AUFZUGSSTEUERUNG MIT EINER SPS
Prof. Dr. Schumacher
Dipl. Ing. Heeren
1. Beschreibung der Steuerungsaufgabe
Für das im Labor vorhandene Modell eines Aufzugs mit fünf Etagen, siehe Technologieschema
Bild 1, ist eine Steuerung zu entwerfen, zu implementieren und in Betrieb
zu nehmen. Dabei sind die entworfenen Ablaufsteuerungen als S7-Graph-Bausteine
zu realisieren und in ein bestehendes Projekt einzubinden.
2. AUFZUGFUNKTIONEN
Die Grobstruktur der Lösungsfunktionen der Aufzugssteuerung wird in Bild 2 gezeigt
und im Folgenden kurz erläutert:
In der Betriebsartenlogik der Ablaufsteuerung werden Automatikbetrieb, Handbetrieb
und Tippbetrieb unterschieden. Betriebsartenabhängig sind unterschiedliche Funktionen
zu verwirklichen.
2.1 Automatikbetrieb, Normalfunktionen
2.1.0 Allgemeines
Der Aufzug soll die Stockwerke 1, 2, 3, 4, 5 anfahren. Der Übergang von einer Etage
zur anderen erfolgt aufgrund von Signalisierungen durch Kabinentaster, Außenruftaster
für Aufwärts- und Abwärtsfahrt und des aktuellen Aufzugs
ortes (Halt in Etage 1, 2, 3, 4, 5). Die zugehörigen Signale für die Kommunikation mit
dem Automatisierungssystem werden in den Funktionen „Eingabe“ und „Ausgabe“
aufbereitet; Zuordnungen zu Adressen der SPS sind den Bildern 3-5 zu entnehmen.
2.1.1 Fahrauftragsermittlung: Funktion Fahrauftrag
Unter Fahrauftrag wird die Ermittlung des nächsten Ortes für den Halt der Aufzugkabine
verstanden. Dieser Fahrauftrag ist aus obigen Informationen so zu ermitteln,
daß die Anzahl der Richtungsänderungen möglichst klein wird. Daraus ergibt sich im
Durchschnitt ein Minimalwert für die Summe der Wartezeiten aller Benutzer bei Einhaltung
folgender Bedingungen:
* alle Fahraufträge in Fahrtrichtung werden in der Reihenfolge der Stockwerke abgearbeitet.
* die Fahrtrichtung wird erst dann umgekehrt, wenn alle Fahraufträge erledigt wurden,
* außenstehende Zusteiger mit Fahrwunsch in Gegenrichtung können auch zusteigen,
wenn der Aufzug aufgrund bisheriger Fahrwünsche im entsprechenden
Stockwerk halten muss.
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Prozesssteuerung 2, Versuch 3 2
LED „ab“ 5
Erstelldatum 06.11.2007 Seite 2 von 7

Prozesssteuerung 2, Versuch 3 3
2.1.2 Fahrauftragsabarbeitung: Funktion Motorsteuerung (Aufgabe im Versuch)
In dieser Funktion sind aus Fahrauftrag und aktuellem Aufzugsort Stellsignale für die
Ansteuerung des Aufzugmotors zu ermitteln. Dabei sind folgende Kabinenbewegungen
auszuführen:
* schnell abwärts * schnell aufwärts
* langsam abwärts * langsam aufwärts
* halten * halten mit Außentasteranforderung in gleicher Etage.
Die Steuerung dieser Zustände des Kabinenantriebsmotors, die durch Schritte im
Rahmen einer Ablaufsteuerung zu verwirklichen sind, erfolgt in Abhängigkeit spezieller
aktueller Aufzugsorte, die durch obere, untere und mittlere Gabellichtschranken
(GLS) signalisiert werden, und des Fahrauftrages folgendermaßen:
* halten mittlere GLSi und Zieletage i
* halten mit Außentasteranforderung mittlere GLSi und Fahrwunsch Etage i
* langsam abwärts zwischen oberer und unterer GLS
* langsam aufwärts zwischen unterer und oberer GLS
* schnell abwärts zwischen unterer und oberer GLS
* schnell aufwärts zwischen oberer und unterer GLS
Der Wechsel von einem Schritt zum anderen erfolgt in Abhängigkeit des Vorliegens
eines Fahrauftrags und zugehörigen Informationen, die in den in Bildern 3-5 dargestellten
Kommunikationsschnittstellen dargestellt sind.
2.1.3 Funktionen Türsteuerung, Anzeigensteuerung
Beim Erreichen des Zielortes ist die Tür zu öffnen, eine definierte Zeit geöffnet zu
bleiben und wieder zu schließen. Außerdem sind der aktuelle Aufzugsort auf dem
Innentableau in BCD-Darstellung und am Aufzugsschacht auf LEDs anzuzeigen. Die
Betätigung eines Außentasters wird durch LEDs bestätigt. Diese Funktionen werden
im Rahmenprogramm durch bestehende Bausteine verwirklicht.
Erstelldatum 06.11.2007 Seite 3 von 7

Prozesssteuerung 2, Versuch 3 4
2.1.4 Automatikbetrieb, Sicherheitsfunktionen für die Motorsteuerung (Aufgabe)
Eine Sicherheitsfunktion ist bei Betätigung der Notbremse (Schalter) auszuführen:
der Kabinenkorb ist sofort anzuhalten. Diese Funktion ist dadurch zu realisieren,
dass bei Signal Notbremse „Ein“ der Motor nicht angesteuert wird (INTERLOCK!).
Außerdem ist die Kette im Schritt „Halten“ in ihrem Ablauf zu stoppen, falls die Bedingung
„Notruf“ erfüllt ist (SUPERVISION). Durch Bestätigung des Notrufes durch
Merker xxx.y, der in der Variablentabelle durch die Funktion „Steuern“ zu setzen ist,
wird die Ablaufkette weitergeschaltet. Sicherheitsfunktionen zur Kontrolle der Türbewegung
entfallen bei diesem Versuch.
2.1.5 Betriebsartenlogik (freiwillige Lösung)
Für die Betriebsartenlogik sind folgende Funktionen gefordert:
* Ablaufkette soll ausgeschaltet werden können,
* Bei der Signalflanke „Ablaufkette betriebsbereit“ ist der Initialisierungsbaustein aufzurufen;
ebenso nach Abschluss der Notfahrt im Notbetrieb,
* Es soll die Möglichkeit der Umschaltung von Automatikbetrieb in Handbetrieb (und
umgekehrt) bestehen. Im Handbetrieb ist der Schritt 2 einzunehmen.
* Bei gewählter Betriebsart „Tippbetrieb“ erfolgt das Wechseln von einem Schritt in
den folgenden durch eine positive Signalflanke.
* Die aktuelle Schrittnummer ist anzuzeigen.
Die Verwirklichung der BA-Logik erfolgt durch Parametrierung des S7-Graph Funktionsbausteins.
Für diese Parametrierung sind zugehörige Signale ggf. aufzubereiten.
Die Zuordnungen der E / A-Signale der Betriebsartenlogik sind Bild 4 zu entnehmen.
Hinweis: Der Eingang E126.3 („weiter im Tipp-Betrieb“) ist bereits für die Notruf-
Bestätigung aus 2.1.4 benutzt. Beide Funktionen sind nicht parallel möglich.
2.2 Notbetrieb: Funktion Notfahrt (freiwillige Lösung)
Aus jedem der oben aufgeführten Schritte der Motorsteuerung ist bei Schalterstellung
„Notbetrieb“ in eine Ablaufkette mit den zwei Schritten Notfahrt und STOPP zu verzweigen.
Im Schritt Notfahrt wird eine langsame Fahrt nach unten initiiert. Beim Erreichen
der untersten Etage sind der Motor zu stoppen und die Ablaufsteuerung neu
zu initialisieren.
Erstelldatum 06.11.2007 Seite 4 von 7

Prozesssteuerung 2, Versuch 3 5
3. Randbedingungen für die Realisierung
Für diesen Praktikumsversuch sind die Funktionen Motoransteuerung (Pflicht) und
Betriebsartenlogik (freiwillig) durch STEP7-Programme zu verwirklichen. Die Ablaufsteuerung
mit den oben genannten Schritten ist in der Sprache S7-Graph zu
schreiben. Im zugehörigen Funktionsbaustein, vorgeschlagener Name „ABLAUF“,
wird durch Parametrierung die Betriebsartenlogik verwirklicht.
Zur Aufbereitung der Betriebsartenlogik-Signale und für die Verwirklichung einiger
Aktionen können weitere Bausteine in der Sprache S7-AWL erstellt werden, die
durch „permanente Befehle“ vor oder/und nach der Ablaufsteuerungsrealisierung in
S7-Graph aufzurufen sind. Das Gesamtprogramm für den Praktikumsversuch ist als
Funktionsbaustein, Name z.B „STEUERUNG“, zu schreiben, der im Organisationsbaustein
des Projektes „AUFZUG“ aufgerufen wird. In diesem vorgegebenen Projekt
sind alle notwendigen Funktionen wie Ermittlung des Fahrauftrags, Signaleingabe
und Signalausgabe, Türsteuerung, Anzeigesteuerung usw. verwirklicht. Die Ein- /
Ausgabeschnittstellen des im Rahmen des Praktikumsversuchs zu erstellenden
Funktionsbausteins „STEUERUNG“ sind der Kommunikationsbeschreibung Bilder 3
bis 5 zu entnehmen.
Hinweis: Der Ablauf des Programms „AUFZUG“ erfolgt im zyklischen Betrieb.
4. Versuchsumgebung
- Aufzugsmodell,
- Automatisierungssystem S7-314 IFM mit zusätzlicher Digitaler Eingangsbaugruppe
(EW 4) und Digitaler Ausgangsbaugruppe (AW8),
- Entwicklungsrechner PC AT mit SOFTWARE SIMATIC STEP 7 und Anbindung an
die SPS über die MPI-Schnittstelle,
- Handbücher zur Entwicklungssoftware, zur Sprache S7-Graph und zum Automatisierungsgerät.
5. Durchzuführende Arbeiten
5.1 Zum Labortermin sind vorzulegen
-Entwürfe und Beschreibungen von Algorithmus bzw. Programmen der Ablaufsteuerung
gemäß IEC1131-3 bzw. S7-Graph für Motoransteuerung und Betriebsartenlogik,
für Sicherheitsfunktionen in Automatik und in Notbetrieb.
5.2 Arbeiten am Versuchsplatz
- Vervollständigung des Projektes „AUFZUG“ durch Erstellung des Funktionsbausteins
"STEUERUNG",
- Laden in des Projektes in das AS und Inbetriebnahme und Test.
Erstelldatum 06.11.2007 Seite 5 von 7

Prozesssteuerung 2, Versuch 3 6
Bild 2: Funktionen der Aufzugsteuerung; gestrichelt: bereits im Rahmenprogramm
verwirklicht, ausgezogener Rahmen: zu lösende Aufgaben (BA-Logik: freiwillig)
Türfunktion aktiv
Zieletage i
Ziel oberhalb/ unterhalb
Gabellichtschranken oben
(GLS_O)
Gabellichtschranken unten
(GLS_U)
Gabellichtschranken mitte
(GLS_M)
Bild 3: Ein- und Ausgangsinformationen der Funktion MOTORSTEUERUNG
Bezeichnung
im Text
AUFZUGSTEUERUNG
(Automatikbetrieb)
Kommunikation Fahrauftrag Motorsteuerung Türsteuerung
Eingabe Ausgabe Automatik
Sicherheits-
funktionen
M
O
T
O
R
S
T
E
U
E
R
U
N
G
Symbol in
Symbolliste
Automatik
Normalfunktionen
Motor-langsam
Motor-aufwärts
Motor-abwärts
Aufruf der Türfunktionen
Status der Auftragsbearbeitung
Meldung Fahrbefehlsrichtung
Adresse im
Programm
Notbetrieb
Notfahrt
Zuordnung
Betriebsartenlogik
Türfunktion aktiv tuer_busy M1.4 ja: „1“, nein: „0“
Zieletage i ZIEL MB 5 : i
Ziel oberhalb soll_aufwaerts M0.3 ja: „1“, nein: „0“
Ziel unterhalb soll_abwaerts M0.2 ja: „1“, nein: „0“
Ziel gleich soll_gleich M 0.1 ja: „1“, nein: „0“
GLS_O OGLS MB 4 GLS unterbrochen in Etage i:
Bit i-1 : „1“
GLS_U UGLS MB 2 wie bei GLS_O
GLS_M MGLS MB 3 wie bei GLS_O
Bild 4a: Zuordnung der Eingangssignale der Funktion MOTORSTEUERUNG
Erstelldatum 06.11.2007 Seite 6 von 7

Prozesssteuerung 2, Versuch 3 7
Bezeichnung
im Text
Symbol in
Symbolliste
Adresse im
Programm
Zuordnung
Motor-langsam Motor_langsam A 9.4 (A5.4) langsam: „1“, schnell: „0“
Motor-aufwärts Motor_auf A 9.5 (A5.5) Aufwärtsrichtung: „1“
Motor-abwärts Motor_ab A 9.6 (A5.6) Abwärtsrichtung: „1“;
Motor-aufwärts UND Motorabwärts
„0“ : Motor AUS.
Aufruf Türfunktion soll_tuer M 1.5 Türfunktion gefordert: „1“
Status der Auftrags- betrieb M 0.4 Auftrag: - vorhanden: „1“;
bearbeitung
- abgearbeitet (und HALT): “0“
Meldung der Fahr- auf_ab M 0.5 „1“ : Richtung nach
befehlsrichtung
„0“ : Richtung nach unten
Bild 4b: Zuordnung der Ausgangssignale der Funktion MOTORSTEUERUNG
Bezeichnung Symbol in Adresse im Zuordnung
Symbolliste Programm
EIN_AUS ein_aus E126.0 Kette aus: „0“
positive Flanke: betriebsbereit
AUTO_HAND auto_hand E 126.1 Automatikbetrieb: „0“
Handbetrieb: „1“
TIPPBETRIEB tip_betrieb E 126.2 Tippbetrieb ein: „1“
Weiter im Tipp_B“ tip_vorwaerts E 126.3* positive Flanke
Notbremse notbremse E 4.3 EIN: „1“, AUS: „0“
Notfahrt notprogramm E 4.2 EIN: „1“, AUS: „0“
Notruf notruf E 5.1 EIN: „1“, AUS: „0“
Notruf-Bestätigung E 126.3* Bestätigt: „1“, sonst „0“
Schrittnummer schritt_nr AB 8 Achtung: S_No wird im Wortformat
ausgegeben; AB9 enthält
die Motoransteuerungen!
*nicht parallel möglich
Bild 5: Zuordnung der Ein- und Ausgangssignale der Funktion BA-Logik
Erstelldatum 06.11.2007 Seite 7 von 7