Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit Siemens SIMATIC S7-300 SPS
Einleitung
Im Rahmen des Studiengangs Mechatronik der Hochschule Hamm-Lippstadt wird im 7. Fachsemester das Praktikum Produktionstechnik angeboten. Dieses Praktikum ist Teil des Fach-Moduls Global Production Engineering. In diesem Praktikum geht es um die Verwirklichung eines mechatronischen Produktionssystems(MPS) mittels Speicher Programmierbare Steuerung (SPS), sowie die Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse im Rahmen des Hauptprojektes "Aufbau einer 3-D-Bearbeitungsmaschine".
Aufgabenstellung
Das Thema Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit Siemens SIMATIC S7-300-CPU313C ist ein Teilthemengebiet des Projekts 3-D-Bearbeitungsmaschine und wurde von Stefan Schweins, Jonas Rüschenschmidt, sowie im darauffolgenden Jahr von Hendrik Pabst und Ziad Abuelkhair bearbeitet.
Die Aufgabe des Praktikums war es, eine 3-D Bearbeitungsmaschine zu konstruieren und drei Achsen mit verschiedener Steuerungshardware anzusteuern. Ebenfalls sollten Bearbeitungskoordinaten für Werkstücke übermittelt werden können.
Die Aufgabe bestand darin, die Ansteuerung einer Zahnriemenachse mit Schrittmotor durch den Einsatz von einer speicherprogrammierbaren Steuerung, - kurz SPS, SIMATIC S7-CPU300-313C des Unternehmen Siemens zu realisieren.
Zur Ansteuerung des Schrittes, der Bremse und der Fahrtrichtung der Achse wird zusätzlich ein Schrittmotor-Controller names "Gecko-Drive" verwendet .
Aufbau Siemens SIMATIC S7-300-CPU313C
Die SIMATIC S7-300 SPS ist speziell für innovative Systemlösungen in der Fertigungsindustrie konzipiert – z. B. in der Automobil- oder Verpackungsindustrie. Hier ist der modulare Controller als universelles Automatisierungssystem die optimale Lösung für Anwendungen im zentralen und dezentralen Aufbau. Neben der Standard-Automatisierung, z.B. die Steuerung von Aktoren an Produktions- und Fertigungsanlagen, lassen sich auch Sicherheitstechnik und Motion Control Systeme integrieren.
Die SIMATIC S7-300 Serie ermöglicht einen Platz sparenden und modularen Aufbau. Das vielfältige Baugruppenspektrum kann aufgabenspezifisch für zentrale Erweiterungen oder den Aufbau dezentraler Strukturen verwendet werden und ermöglicht eine kostengünstige Ersatzteilhaltung.
Bei der Programmierung einer SPS ist es von entscheidender Bedeutung, die CPU313C mit der Software STEP 7 bekannt zu machen. Das ist wichtig, damit die Software weis welche Hardware (SPS) im Einsatz ist um zum Beispiel mögliche Adressen für Ein- und Ausgänge freizugeben . Bevor eine Steuerung (SPS), in Verbindung mit der Software STEP 7, in Betrieb genommen werden kann, muss die vorhandene Hardware in dieser konfiguriert werden. Das SPS-System kann ohne eine Hardwarekonfiguration der SPS und der dazugehörigen Baugruppen nicht in Betrieb genommen werden. Informationen zur ganzheitlichen Hardwarekonfiguration sind unter folgendem Link zu finden: http://www.sps-lehrgang.de/hardwarekonfiguration/
SIMATIC S7-300 besteht grundsätzlich aus folgenden Baugruppen wie Das Bild rechts zeigt:
- Stromversorgung PS:
Die PS setzt die Netzspannung (AC 120/230V) in DC 24V-Betriebsspannung um und ist für die Versorgung der S7-300 so wie derLaststromversorgung DC 24V-Laststromkreise zuständig.
- Zentralbaugruppe CPU:
Die CPU führt das Anwendungsprogramm aus, versorgt den S7-300 Rückwandbus mit 5V, kommuniziert über die MPI-Schnittstelle mit anderen Teilnehmern eines MPI-Netzes. Außerdem verfügt die CPU313C über ٍStatusanzeigeelemente die wichtigsten werden in der folgenden Tabelle beschrieben.
| Anzeige | Bedeutung | Erläuterung |
|---|---|---|
| SF(rot) | Fehlersammlung | diagnosefähige Baugruppen zeigen hier einen Sammelfehler an |
| BF(rot) | Busfehler(falls vorhanden) | Anzeige von Störungen am BROFIBUS DP |
| BAF(rot) | batteriefehler | Anzeige, wenn Pufferbatterie nicht genug Spannung liefert oder ganz fehlt |
| DC5V(grün) | DC5V Versorgung für CPU und Rückwandbus | Anzeige für funktiostüchtige interne 5V-Versorgung der CPU |
| RUN(grün) | Betriebszustand RUN | Blinken bei Anlauf der CPU-statische Anzeige, wenn CPU im RUN-Zustand ist |
| STOP(gelb) | Betriebszustand STOP | statische Anzeige, wenn CPU im STOP-Zustand ist |
- Signalbaugruppen(SM):
Das SM pass unterschiedliche Signalpegel der Prozesssignale an die S7-300 an. Es verfügt über Digitalein-/-ausgabebaugruppen sowie Analogein-/-ausgabebaugruppen. Diese müssen mit 24V Betriebsspannung versorgt werden im folgrndem findet man vertiefendee Links zur verwendeten S7-300
- [https:http://www.automation.siemens.com/doconweb/pdf/SINUMERIK_SINAMICS_04_2010_D/S7_BA31A.pdf?p=1]
- [https:http://www.fh-kl.de/~nikolay.lotz/unterlagen/SPS/anhang_1.pdf]
- [https:https://www.automation.siemens.com/doconweb/pdf/SINUMERIK_SINAMICS_10_2012_D/S7_GH31TD.pdf?p=1]
Verdrahtung &Spannungsversorgung der SM-Baugruppen
In der Steuerungstechnik wird häufig eine Gleichspannung von 24V als "Steuerungsspannung" verwendet. Ein Spannungspegel von 24V an einer Eingangsklemme bedeuten somit den Signalzustand "1" für den Eingang. Entsprechend bedeuten 0V den Signalzustand "0". Das Bild rechts zeigt die Verkablung zur Versorgung der Digitalein-/-ausgabebaugruppen mit DC-24V.