Michael Anders

Entwicklung einer Experimentierumgebung zur Demonstration einer sicherheitsgerichteten Steuerung am Beispiel eines Portalkrans

Fachhochschule Mannheim Hochschule fr Technik und Gestaltung Fachbereich Elektrotechnik Institut fr Automatisierungssysteme

Mannheim 2002

Zusammenfassung

In dieser Studienarbeit wird der Portalkran ber eine SSPS von der Firma HIMA und einer selbsterstellten Visualisierungsoberflche von InTouch gesteuert. Die Steuer-ung beinhaltet die Betriebsarten Automatik, Manuell und Vor Ort. Die Betriebsarten-umschaltung erfolgt stofrei, d.h. der Portalkran bleibt auf der letzten Position stehen. Zahlreiche berwachungsfunktionen sind in die Steuerung eingebunden, wie z.B. eine Laufzeitberwachung der Motoren, eine Rckmeldung der Motoren und eine berwachung der Bimetalle.

Die Konfiguration der HIMA bezglich der gesteckten Karten und der Kommunikation zum Programmiergert ist kurz beschrieben.

Fr den Programmbaustein "Kran" wurden zwecks bersichtlichkeit und klarer Struk-turierung mehrere Funktionsbausteine geschrieben, dokumentiert und getestet. Die Funktionsbausteine nehmen folgende Funktionen wahr:

Betriebsartenumschaltung, Motorbaustein fr eine Drehrichtung; Motorbaustein fr zwei Drehrichtungen, Baustein zur Impulszhlung (auf- und abwrts), Meldebaustein fr 8 Signale

Bereits im Vorfeld wurde ein Alarmmeldekonzept und Anforderungen festgelegt, welche die sicherheitsgerichtete Steuerung erfllen mu.

Die Funktionsplne des Programms als auch die Schrittkette mit ihren Funktionen wie "Schrittkette anhalten" und "Schrittkette weiterfahren", sowie Start- und Weiter-schaltbedingungen, sind in diesem Studienbericht enthalten.

Abschlieend wurde das Programm getestet und die SSPS auf ihre sicherheitsgerichteten Funktionen hin berprft. Der Programmtest wurde mit den anderen Tabellen in den Anhang gestellt.

Erklrung

Hiermit erklre ich, da ich die vorliegende Arbeit selbstndig angefertigt, alle benutzten Quellen und Hilfsmittel vollstndig und genau angegeben habe. Ich habe alles kenntlich gemacht, was ich aus Arbeiten anderer unverndert oder mit nderungen bernommen habe.

Mannheim, den 31.10.2002

Vorwort

Studienarbeit von Michael Anders Seite 1

Die Aufgabe der Studienarbeit ist die Entwicklung einer Experimentierumgebung zur Demonstration einer sicherheitsgerichteten Steuerung am Beispiel eines Portal-kranes. Die Studienarbeit wurde von Herrn Prof. Dr. Seitz vergeben und im Institut fr Elek-tronische Steuerungstechnik angefertigt. An dieser Stelle mchte ich mich bei Herrn Peter fr seine Untersttzung bedanken.

Frankenthal, den 31.10.2002

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

Studienarbeit von Michael Anders Seite 2

1 Einleitung............................................................................................................. 4 2 Grundlagen.......................................................................................................... 5

2.1 Grundlagen der SSPS-Programmierung.......................................................... 5 2.2 Aufgabenstellung ............................................................................................. 8 2.3 Ausgangslage .................................................................................................. 9

3 Erstellen von Grundfunktionen........................................................................... 11 3.1 Konfiguration der SSPS ................................................................................. 11 3.2 Anbindung des Portalkranes an die SSPS..................................................... 13 3.3 Belegungsplan der SSPS............................................................................... 14 3.4 Umbauen des Steuerkastens......................................................................... 15

3.4.1 Magnetansteuerung ................................................................................ 15 3.4.2 Erweitern des Bedienfeldes .................................................................... 16

3.5 Testen der Verbindungen............................................................................... 18 3.6 Erstellen und Testen von Funktionsbausteinen.............................................. 18

3.6.1 Funktionsbaustein Mode......................................................................... 19 3.6.2 Funktionsbaustein Alarm......................................................................... 20 3.6.3 Funktionsbaustein Motor1....................................................................... 22 3.6.4 Funktionsbaustein Motor2....................................................................... 24 3.6.5 Funktionsbaustein Counter ..................................................................... 26

3.7 Probleme der Impulszhlung.......................................................................... 27 4 Steuerung des Portalkranes .............................................................................. 28

4.1 Bereits vorliegende Erkenntnisse................................................................... 28 4.2 Grundstellung der Impulsgeber ...................................................................... 28 4.3 Anforderungen an die Steuerung ................................................................... 28

4.3.1 Impulszhlung......................................................................................... 28 4.3.2 Betriebsartenumschaltung ...................................................................... 29 4.3.3 Betriebsart Automatik.............................................................................. 29 4.3.4 Betriebsart Manuell ................................................................................. 30 4.3.5 Betriebsart Vor Ort .................................................................................. 30 4.3.6 Motorberwachung ................................................................................. 31 4.3.7 Alarm-Melde-Konzept ............................................................................. 31

4.4 Programmbaustein Kran ................................................................................ 32 4.5 Realisierung der Anforderungen .................................................................... 39

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Studienarbeit von Michael Anders Seite 3

4.5.1 Motorsteuerung....................................................................................... 39 4.5.2 Magnetsteuerung .................................................................................... 40 4.5.3 Schrittkette .............................................................................................. 41

4.6 OPC-Server und OPClink .............................................................................. 41 4.7 InTouch .......................................................................................................... 41

5 Umgang mit der Steuerung................................................................................ 42 5.1 System hochfahren ........................................................................................ 42 5.2 Handhabung der Steuerung........................................................................... 43 5.3 berprfen der Sicherheitseinrichtungen....................................................... 46

6 Ausblick ............................................................................................................. 49 7 Literaturverzeichnis............................................................................................ 50 8 Abkrzungsverzeichnis...................................................................................... 51 9 Abbildungsverzeichnis ....................................................................................... 52 10 Anhang A........................................................................................................... 53

10.1 Protokoll Verbindungstest .............................................................................. 53 10.2 Testprotokoll FB Mode ................................................................................... 55 10.3 Testprotokoll FB Alarm................................................................................... 55 10.4 Testprotokoll FB Motor1................................................................................. 56 10.5 Testprotokoll FB Motor2................................................................................. 57 10.6 Testprotokoll FB Counter ............................................................................... 59 10.7 Variablendeklaration ...................................................................................... 60 10.8 Programmtest................................................................................................. 64

10.8.1 Programmtest der Magnetsteuerung ...................................................... 64 10.8.2 Programmtest der Motorsteuerung ......................................................... 71

1 Einleitung

Studienarbeit von Michael Anders Seite 4

1 Einleitung Diese Studienarbeit hat das Ziel, einen Portalkran nach den Aspekten der sicher-heitsgerichteten Steuerung an eine SSPS zu koppeln. Die Visualisierung wird ber die Oberflche von InTouch realisiert, der Datenaustausch erfolgt ber einen OPC-Server.

Der Portalkran bewegt sich in drei Richtungen und soll ber drei Betriebsarten angesteuert werden. Die Position mu infolge dessen auf jeder Achse mitgezhlt werden. Dabei ist es wichtig, dass die Drehrichtung des Motors beim Zhlen beachtet wird. Die Betriebsart jed