Prozessvisualisierung

Labor Mechatronik
Versuch MV-1
Prozessvisualisierung
Fachbereich 2 Ingenieurwissenschaften II
Steuerungund Regelung
Labor Mechatronik
Lehrgebiet Mechatronische Systeme
Versuchsanleitung
Versuch
MV_1
Bildquelle:
http://www.fun-gmbh.de/gpv1.html
FB2 Stand Dezember 2013
Prozessvisualisierung
am Beispiel einer Ablaufsteuerung
Prof. Hartenstein
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Labor Mechatronik
Versuch MV-1
Prozessvisualisierung
1. Versuchsgegenstand – Versuchsziel
Ziel dieses Praktikumsversuches soll es sein, den Lernenden, erste Einblicke in die
Prozessvisualisierung und –steuerung zu verschaffen. Dabei werden zunächst einfache
Teilaufgaben gelöst, um die Grundlagen im Umgang mit der Visualisierungssoftware und der
Praktikumsanlage zu vermitteln.
Zum Abschluss soll eine Schaltung für die Praktikumsanlage LC2010 erstellt werden, die
anschließend mit der Prozessautomatisierungssoftware WinErs visualisiert wird.
Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der von den Studenten individuell gestalteten
Prozessvisualisierung, mit der die Vorgänge der Automatisierung auf dem Bildschirm verfolgt
werden können.
2. Literatur
[1]
Ingenieurbüro Dr.-Ing. Schoop GmbH
WinErs - Automatisierungssystem auf PC unter Windows
Einführung und erste Schritte
http://www.schoop.de/downloads/Erste%20Schritte.pdf
20.08.2006
[2]
Ingenieurbüro Dr.-Ing. Schoop GmbH
Praktikumsanlagen LC2000
http://www.schoop.de/downloads/LC20x0_Datenblatt.pdf
20.08.2006
3. Versuchsvorbereitung - Kontrollfragen
3.1
Vorbereitung
Es ist empfehlenswert sich vor dem Versuch mit der Bedienung und Funktion von WinErs
vertraut zu machen. Dazu lesen Sie zunächst das kurze Tutorial, zur Software WinErs,
das Ihnen den Umgang mit dem Programm WinErs etwas erleichtert.
3.2
Kontrollfragen
Folgende Fragen sind während der Durchführung zu beantworten und werden vom
betreuenden Professor oder Labor Ingenieur abgefragt:
a)
Welche Aufgaben haben Systeme zur Prozessvisualisierung? Nennen Sie Beispiele!
b)
Was sind Ablaufsteuerungen?
c)
Was sind RI Fliesspläne und wie werden Sensoren, Aktoren und
Steuerungsbaugruppen dargestellt?
Aufgabe: Fertigen Sie eine Prinzipskizze der Versuchsanordnung an und ergänzen Sie diese
zu einem RI Fliessplan! (Bitte dem Protokoll beifügen!)
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Bringen Sie ggf. zum Versuch ein Speichermedium mit (Diskette oder USB-Stick) falls Sie
Ihre Daten mitnehmen möchten.
4. Versuchsdurchführung –Versuchsaufbau
Kennen lernen der Praktikumsanlage
Für jede Aufgabe sind eine separate Blockstruktur und ein separates Prozessbild zu
erstellen.
Aus Sicherheitsgründen wird das Bedienpanel zum verkabeln mit der Elektronikbox
ausgeschaltet und erst nach der Abnahme durch den Betreuer eingeschaltet
4.1
Versuchsaufbau:
Praktikumsanlage LC2010
Die LC2010 (siehe Abbildung 1) besteht aus zwei Acrylglasbehältern mit einem
Fassungsvermögen von circa 9 Litern. Der Vorratsbehälter ist mit drei Füllstandsschaltern
bestückt. Für die Wasserförderung ist die Anlage mit drei Kreiselpumpen ausgestattet, von
denen zwei Pumpen das Wasser in den Vorratsbehälter pumpen. Der Durchfluss der
Kreiselpumpen kann manuell über Handventile geregelt werden. Des Weiteren ist die
Ausbildungsanlage mit einem Bedienpanel (siehe Abbildung 2) ausgestattet mit dem die
Praktikumsanlage bedient werden kann. Auf dem Panel befinden sich drei Bedienschalter,
zwei Bedientaster, zwei Meldungslampen und eine Störungslampe.
Die Ausbildungsanlage kann mit der WinErs-Laborversion, die über die Elektronikbox mit
der Anlage verbunden ist, gesteuert werden. Die Studenten können verschiedene binäre
Steuerungen für die Anlage entwerfen. Mit den zur Verfügung stehenden Bedienschaltern und
-tastern können Prozessstart und -Stopp, Not-Aus und Unterbrechungen in den
Automatisierungsprozess eingebaut werden. Die Signale der Füllstandsschalter, der
Bedientaster und -Schalter werden an Laborbuchsen als Spannungssignale zur Verfügung
gestellt. Die Ansteuerung der Pumpen und Lampen erfolgt ebenfalls über Laborbuchsen mit
einem Spannungssignal. Bei den Spannungssignalen handelt es sich um binäre
Standardsignale mit 24V.
Mit der Praktikumsanlage LC2010 können steuerungstechnische Aufgaben, zum
Beispiel Ablaufsteuerungen realisiert werden.
Die Aufgabe dieser Anlage ist die Regelung des Füllstands in Behälter 1. Der Füllstand wird
durch die drei binären Füllstandsschalter LS1, LS2 und LS3 ermittelt. Die Füllstandsschalter
sind mit dem Bedienpanel verbunden. Der Behälter 1 wird von den Pumpen P1 und P2
gefüllt. P3 fördert das Wasser zurück in Behälter 2. Die Pumpen P1 und P2 können einzeln
oder gemeinsam betrieben werden. Mit den Handventilen an den Leitungen von den Pumpen
P1, P2 und P3 können die Zuflüsse zu den Behältern verstellt werden.
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Lampen
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Die Lampen können für Aufgabenstellungen wie Status- oder Alarmanzeige
eingesetzt werden. Die Lampen benötigen 24V-Eingangssignale, diese müssen
an den zugehörigen Buchsen angelegt werden.
1. Statusanzeige L1: grün LED 24V
2. Statusanzeige L2: grün LED 24V
3. Alarmanzeige L3: rot LED 24V
Schalter
Durch Betätigen der Schalter und Taster werden 24V auf die zugehörige
Buchse ausgegeben. Diese Spannung kann an der Bananenbuchse abgegriffen
werden, um zum Beispiel Pumpen, Lampen oder einzuschalten
und Steuerungen und Abläufe zu starten.
4. Schalter HS1: 24V
5. Schalter HS2: 24V
6. Schalter HS3: 24V
7. Taster HS4: 24V
8. Taster HS5: 24V
Ausgangssignale
Es stehen drei binäre 24V-Signale zur Verfügung.
9. Füllstandschalter
10. Füllstandschalter
12. Füllstandschalter
13. Füllstandsignal
Eingangssignale
4.2
LS3: Signal „Voll" 24V
LS2: Signal „Halb-Voll" 24V
LS1: Signal „Leer" 24V
L1: analog 2...10V
Um die Pumpen zu schalten sind drei binäre Eingangssignale
vorgesehen
14. schaltet Pumpe P1: binärer 24V-Eingang
15. schaltet Pumpe P2: binärer 24V-Eingang
16. schaltet Pumpe P3: binärer 24V-Eingang
Prozessautomatisierungssoftware WinErs
WinErs ist ein modular aufgebautes Prozessautomatisierungssystem mit integrierter Soft-SPS.
Die Software ist einsetzbar zur:
• Prozessvisualisierung,
• Steuerung,
• Regelung,
• Simulation,
• Überwachung,
• Protokollierung,
• Messwertarchivierung
• sowie als komplettes Prozessleitsystem auf PC-Basis.
Die Software WinErs wird entwickelt, programmiert und vertrieben vom Ingenieurbüro Dr.Ing. Schoop. WinErs stellt eine Alternative zur Siemenssoftware Step7 dar und wird als
flexibles, kostengünstiges und schnell erlernbares Prozessleitsystem in Industrie und Lehre
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gleichermaßen erfolgreich eingesetzt. In der HTW – Berlin steht die WinErs – Laborversion
zur Verfügung.
Dies ist eine eingeschränkte Version des Prozessleit- und Automatisierungssystems.
Mit der Laborversion ist die Simulation von mehreren verschiedenen Steuerungen und
Reglungen möglich, sowie die Visualisierung und die Aufnahme, Speicherung und
Auswertung von Messwerten. Der Rechner, auf dem die Laborversion installiert ist, ist mit
der Elektronikbox verbunden. Diese dient als Verbindungsstück zwischen den Messgeräten
und den ansteuerbaren Geräten, die an die Box
angeschlossen sind und der Laborversion auf dem Rechner. Die Simulation verschiedener
Steuerungen und Reglungen kann über diese Elektronikbox in die Realität umgesetzt werden.
4.3 Versuchsdurchführung
Aufgabe 1
Entwerfen einer Pumpensteuerung
Die füllstandabhängige Steuerung des Zuflusses soll durch eine Schaltung
automatisiert erfolgen. Die Bedingungen für den Betrieb der Pumpen P1, P2 und P3
sind in der folgenden Tabelle festgelegt:
Tabelle 1
Schalttabelle für den Pumpenbetrieb
Füllstand
Pumpenbetrieb
LS1
P1 und P2 schnelles Füllen
zwischen LS2 und LS3
P1 oder P2 langsames Füllen
bei Erreichen von LS3
P3
Abpumpen
Realisieren Sie die Steuerung der Pumpen P1, P2, P3 mit RS_FF in Form von FUP mit der
nachstehenden Zuordnung auf der Basis der Funktionstabelle
Bin in 1
Bin in 2
Bin in 3
S1 Schließer
S2 Schließer
S3 Öffner
Tabelle 2
Bin out 1
Bin out 2
Bin out 3
Funktionstabelle
LS1
E1.7
LS2
E1.6
LS3
E1.5
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
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Pumpe 1 (Zulaufpumpe)
Pumpe 2 (Zulaufpumpe)
Pumpe 3 (Rücklaufpumpe)
P1
A1.0
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P2
A1.1
P3
A1.2
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Aufgabenstellung:
Tragen Sie in eine Funktionstabelle (siehe Tabelle 2) ein, bei welchen Sensorsignalen P1, P2
bzw. P3 eingeschaltet ist, geben Sie die Funktionsgleichungen an und vereinfachen sie
gegebenenfalls (Karnaugh-Veitch).
Erstellen Sie darauf aufbauend mit Hilfe der WinErs Laborversion und des angefügten
Tutorials eine Graphische Benutzeroberfläche mit der die Pumpensteuerung über Taster und
Lampen gestartet, gestoppt und überwacht werden kann.
Dazu soll eine Füllstandanzeige für den zu füllenden Behälter und ein Programm-Ablaufplan
zur Aufnahme des Pumpenschaltverhaltens eingefügt werden
Zusätzlich soll es eine Möglichkeit geben den Behälter 1 am Ende des Versuches wieder zu
leeren. (P3) Abschließend erproben Sie die Steuerung.
Aufgabe 2
Erstellen Sie darauf aufbauend mit Hilfe der WinErs Laborversion und des angefügten
Tutorials eine Graphische Benutzeroberfläche mit der der Automatikbetrieb der
Pumpensteuerung realisiert werden kann.
Notwendige Funktionen sind:




Start und Stopfunktion
Not-aus Funktionen
Automatischer Ablauf gemäß Aufgabe 1
Betriebsanzeigen für die Pumpen und Sensoren
Aufgabe 3
Erstellen Sie mit Hilfe der WinErs Laborversion und des angefügten Tutorials eine die
graphische Benutzeroberfläche für ein Bedienpannel.
Die nachstehende Abbildung 3 ist ein Muster.
Zusatzaufgabe:
Erstellen Sie analog zu Aufgabe 2 eine Pumpensteuerung für den Schrittbetrieb
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Abbildung 3– Beispiel für Prozessvisualisierung
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