Ansteuerung eines Servomotors mit Inverter (SINAMICS S210) an einem Siemens SIMATIC Open Controller (ET200SP 1515SP)
Autor: Lars Unverzagt und Daniel Schiewe
Betreuer Prof. Dr. Mirek Göbel & Marc Ebmeyer
Einleitung
In dem Produktionstechnik-Praktikum des Wintersemesters 20/21, war es unsere Aufgabe einen Siemens Motor und einen Inverter (SINAMICS S210) [1] mit der Siemens SIMATIC S7 anzusteuern und auszureizen.
Aufgabenstellung
Mit den oben genannten Bauteilen soll ein Pfeil exakt verschiedene Positionen bei verschiedenen Geschwindigkeiten anfahren. Der Pfeil wurde mit einem CAD-Programm (Solid Works) erstellt. Dieser wurde mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt. Genauere Informationen finden Sie im Abschnitt CAD Konstruktion der verschiedenen Aufsätze.
Zusätzlich wurde eine Drehscheibe entwickelt, bei der sich bei verschiedenen Geschwindigkeiten unterschiedliche Muster ergeben. Auch hier wurde das CAD-Programm von Solid Works zur Konstruktion verwendet. Wie der Pfeil, wird diese ebenfalls im Abschnitt CAD Konstruktion der verschiedenen Aufsätze.
Vorgehensweise im Projekt
Für einen strukturierten Projektablauf haben wir uns am vorgegebenen V-Modell orientiert.
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Anforderungsdefinitionen:
In der Anforderungsdefinition ging es darum, dass die grundlegenden Dinge vor dem Projektbeginn festgelegt werden. Dazu gehören unter anderem die wichtigen Punkte:
- Allgemeines
- Geometrie & Gewicht
- Aufbau
- Schnittstelle
- Software & Werkzeuge
- Dokumentation
Funktionaler Systementwurf:
Der Funktionale Systementwurf beinhaltet ein Lösungsneutralen Aufbau vom Ansteuern des Motors mit Hilfe des Inverters.
Technischer Systementwurf:
Im Technischen Systementwurf wird der Funktionale Systementwurf erweitert, indem die Schnittstellen und die Spannungsversorgung ergänzt werden.
Komponentenspezifikation:
Bei der Komponentenspezifikation ging es darum, die bauteilspezifischen Daten heraus zu suchen. Dabei halfen Datenblätter zu den einzelnen Komponenten. Die Komponentenspezifikation soll dazu dienen, die Programmierung so stark wie möglich zu vereinfachen.
Zusätzlich wurden Schalt- und Vernetzungspläne, sowie technische Zeichnungen der einzelnen Komponenten eingefügt.
Im Hauptprogramm befinden sich 3 Funktionsbausteine: Flankenbildung, Drehscheibe und Pfeil. Jeder Funktionsbaustein enthält das jeweilige Programm für die Komponente.
Die gesamten Programme sind in der Verlinkung wiederzufinden. Beim Klick werden Sie auf den SVN Pfad der Dateien geleitet. Um dies auch für außenstehende darzustellen befinden sich hier kleine Bildausschnitte.
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- Flankenbildung:
Der Baustein „Flankenbildung“ sorgt dafür, dass der Motor mit den benötigten Flanken versorgt wird, um sich zu drehen. In der Abbildung Programmierung der Flankenbildung ist zu sehen wie dieser Baustein genau aufgebaut ist .
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- Drehscheibe:
Der Funktionsbaustein "Drehscheibe" besteht aus zwei unterschiedlichen Netzwerken, die hier im Folgenden erläutert werden.
- Netzwerk_1:
- In diesem Funktionsbaustein wird zunächst in Netzwerk 1 der Inverter beziehungsweise die Komponente „SpeedAxis_1“ freigeschaltet. Ohne diesen Block würde der Motor nicht laufen, da er keine Berechtigung vom Inverter bekommt. Das Freischalten ist durch ein akustisches Klacken gekennzeichnet.
- Der Block „MC_MOVEVELOCITY“ sorgt dafür, dass der Motor mit den angegebenen Geschwindigkeiten beziehungsweise Einstellungen läuft. Zur Hilfe der Einstellung kann per Klick auf den Block und der Taste F1 die Hilfe Funktion aufgerufen werden.
- Netzwerk_2:
- Hier sind vier Blöcke zu sehen, die dafür sorgen, dass sich die Drehgeschwindigkeit des Motors jede Sekunde um 100 1/min erhöht. Der Counter-Reset ist an einer Bedingung geknüpft, die dafür sorgt, dass der Zähler und somit auch die Geschwindigkeit des Motors erneut bei 0 1/min beginnt.
- Pfeil:
Der Funktionsbaustein „Pfeil“ ist noch leer, da das Praktikum an dieser Stelle vorüber war und diese Komponente leider nicht ausreizen konnten (genaue Positionierung, oszillieren, …). Mehr Details sind im Ausblick (HIER MIT LINK DANN NACH UNTEN) zu finden.
Komponententest:
Die einzelnen Komponenten die bei der Programmierung eingesetzt werden, werden im Komponententest auf ihre Funktion getestet.
Der Integrationstest wird vor der eigentlichen Programmierung durchgeführt, da das TIA Portal für den Motor beziehungsweise den Frequenzumrichter eine Interne Ansteuerungsfunktion zur Verfügung stellt. Das Vorgehen um zu diesem Bildschirm zu gelangen und wie der Motor mit diesem Tool angesteuert wird, ist nun hier beschrieben:
- Unter Software PLC-System_1 das Fenster Technologieobjekte auswählen und die "Speed-Axis_1 auswählen.
- Doppelklick auf Inbetriebnahme
- Zunächst auf die Fläche „Holen“ klicken
- Jetzt kann die Sollgeschwindigkeit eingestellt werden. Zusätzlich können nun die anderen Parameter angepasst werden. (Beschleunigung, Verzögerung und Ruck).
- Bei einem einfachen Klick auf „Freischalten“, wird der Inverter angesprochen und freigeschaltet. Zu erkennen ist das ebenfalls mit dem zuvor in „Programmierung“ beschriebenen akustischen Signal.
- Zuletzt kann noch eine Richtung ausgewählt werden, in die der Motor drehen soll.
Da alle Komponenten laufen und der Motor sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen lässt, ist der Integrationstest erfolgreich abgeschlossen
Ein Video zur Veranschaulichung finden sie hier:.
Systemtest:
Durch den Systemtest wird getestet, ob das implementierte System mit den spezifischen Anforderungen übereinstimmt.
Abnahmetest:
Im Abnahmetest wird zum Schluss getestet, ob das Programm korrekt programmiert wurde, wie es für das Projekt vorgesehen war.
Aufbau der SIMATIC S7
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1 Netzteil |
https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Praktikum_Siemens_SPS
Gesamtaufbau
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1 SIMATIC S7 2 Inverter SINAMIC S210 3 Sicherung für den Inverter 4 Not-Aus 5 Plexiglas-Schutzkasten 6 360° Skala 7 Drehachse des Motors (hier: mit Pfeil) |
Einbindung Inverter in das TIA Portal
Einbindung des Inverters/Motors:
- Neues Gerät hinzufügen
- In der Netzansicht dem Inverter "Software PLC 1" zuordnen.
- In den Eigenschaften PROFINET Schnittstelle 150 auswählen
- Unter den Eigenschaften des Inverters muss das Subnetz "PN/IE_1" zugeordnet werden
- Die IP-Adresse muss dem Router zugeordnet werden.
- Unter Software PLC 1 [CPU 1515SP F] den Reiter Technologieobjekte öffnen und auf "Neues Objekt hinzufügen" klicken
- Unter "Motion Control" die "Speed-Axis" auswählen.
- Unter Hardware Schnittstelle --> Antrieb auswählen und unter dem Punkt "Antrieb" -->PROFINET IO-System (100) Antriebsregelung auswählen
- Über den grünen Pfeil Konfiguration Antrieb bestätigen
- Unter Eigenschaften muss nun noch der richtige Motor ausgewählt werden, damit die Software die Daten automatisch übernimmt. (Hier: Motor: 1FK2104-4AK1x-xMxx)
- Über den Grünen Pfeil im Fenster "Grundparametrierung" die Einstellungen speichern
- In der Symbolleiste auf Übersetzen klicken, danach auf den Button "Laden in Gerät" klicken
- Dann kann das Gerät PC-System_1 Online verbunden werden.
CAD Konstruktion der verschiedenen Aufsätze
Zu beachten bei der CAD-Konstruktion waren folgende Punkte:
- Radius des Pfeils (Geschwindigkeit der Pfeilspitze)
- Materialmenge
- Statische Auswuchtung (Bild: Auswuchtung Pfeil)
- Auswahl des Materials
Nähere Details zu den Abmessungen sind in den nachstehen Abbildungen wiederzufinden.
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Videos
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Zusammenfassung & Ausblick
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