Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit Siemens SIMATIC S7-300 SPS: Unterschied zwischen den Versionen
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Die Aufgabe des Praktikums war es, eine 3-D Bearbeitungsmaschine zu konstruieren und drei Achsen mit verschiedener Steuerungshardware anzusteuern. Ebenfalls sollten Bearbeitungskoordinaten für Werkstücke (oder ähnliches) übermittelt werden können. | Die Aufgabe des Praktikums war es, eine 3-D Bearbeitungsmaschine zu konstruieren und drei Achsen mit verschiedener Steuerungshardware anzusteuern. Ebenfalls sollten Bearbeitungskoordinaten für Werkstücke (oder ähnliches) übermittelt werden können. | ||
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Zur Steuerung des Schrittmotors wird zusätzlich ein Schrittmotor-Controller, [http://193.175.248.56/wiki/index.php/Schrittmotoransteuerung_mit_Gecko_Drive-DOCDATUMBEITRAG GeckoDrive G201X], verwendet. | Zur Steuerung des Schrittmotors wird zusätzlich ein Schrittmotor-Controller, [http://193.175.248.56/wiki/index.php/Schrittmotoransteuerung_mit_Gecko_Drive-DOCDATUMBEITRAG GeckoDrive G201X], verwendet. | ||
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Vertiefender Link zur verwendeten Speicherprogrammierbaren Steuerung : [https://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll/48161918?func=ll&objId=48161918&objAction=csView&nodeid0=33519671&lang=de&siteid=cseus&aktprim=0&extranet=standard&viewreg=WW&load=treecontent&prodLstObjId=48161918&prodLstStart=1&prodLstSort=-DOCDATUMBEITRAG CPU SIMATIC S7-300 313C] | Vertiefender Link zur verwendeten Speicherprogrammierbaren Steuerung : [https://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll/48161918?func=ll&objId=48161918&objAction=csView&nodeid0=33519671&lang=de&siteid=cseus&aktprim=0&extranet=standard&viewreg=WW&load=treecontent&prodLstObjId=48161918&prodLstStart=1&prodLstSort=-DOCDATUMBEITRAG CPU SIMATIC S7-300 313C] | ||
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Version vom 16. Februar 2014, 12:15 Uhr
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.
Aufgabenstellung
Das Thema Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit Siemens SIMATIC S7-313C ist ein Teilthemengebiet des Projekts 3-D-Bearbeitungsmaschine (Projekt des Schwerpunkts GPE im Studiengang MTR) und wurde von Stefan Schweins und Jonas Rüschenschmidt 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 (oder ähnliches) übermittelt werden können.
Die Herausforderung bestand darin, die Ansteuerung einer Zahnriemenachse mit Schrittmotor durch den Einsatz von einer speicherprogrammierbaren Steuerung, kurz SPS, SIMATIC S7-313C des Unternehmen Siemens zu realisieren.
Zur Steuerung des Schrittmotors wird zusätzlich ein Schrittmotor-Controller, GeckoDrive G201X, verwendet.
Im folgenden wird die Vorgehensweise zur Steuerung einer Achse mit Hilfe der SPS SIMATIC S7-313 C beschrieben.
Vertiefender Link zur verwendeten Speicherprogrammierbaren Steuerung : CPU SIMATIC S7-300 313C
Aufbau / Schaltplan
Im Allgemeinen ist der Aufbau der Hardwarekomponenten wie bei den meisten Steuerungen in einen Last- und Steuerkreis aufgeteilt.
Der Schalter (Öffner) S0 bezeichnet den hardwareseitigen Endschalter für eine Abschaltung des Schrittmotors bei erreichen der Endpositionen. Im Endausbau müssten für jede Seite der Achse ein Schalter eingebaut werden.
Laststromkreis:
Mit dem Begriff Laststromkreis werden alle Verbindungen zwischen der Spannungsversorgung (Power Supply), dem Geckodrive und dem Schrittmotor beschrieben. Dieser Stromkreis ist für die Versorgung der Betriebsspannung verantwortlich. Damit werden alle Verbraucher mit Laststrom versorgt.
Steuerstromkreis:
Der Steuerstromkreis sorgt für die Verteilung der Steuerspannungen und den daraus resultierenden Steuerströmen. In diesem Schaltplan sind das alle Verbindungen zwischen der SPS und dem Geckodrive, mit Außnahme der Haupt-Spannungsversorgung des GeckoDrive.
Einrichtung der Hardware SIMATIC S7-313C
Bei der Programmierung einer SPS ist es von entscheidender Bedeutung, die CPU (Central Processing Unit) 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 Ausgange freizugeben .
In der Abbildung ist der Hardware-Aufbau einer SPS, in vier Blöcken eingeteilt, zu sehen. Der erste Block einer SPS ist in der Regel das Netzteil. Dieses Stellt die Spannungsquelle für die SPS dar und transformiert die Netztspannung von 230 V auf 24 V, die Betriebsspannung der SPS.
Als zweiter Block ist die CPU (Central Processing Unit) zu sehen. Dieser Block ist für die Verarbeitung des SPS-Programms, internen Speicherung und Ansteuern der Ein- und Ausgangsmodule (Block DI und DO) zuständig. Der gesamte Block wird als SPS bezeichnet.
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.
Bei der Hardwarekonfiguration werden in STEP 7 die vorhandene Hardware (Profilschiene, Stromversorgung, CPU) aufgelistet. Danach werden je nach Bedarf die Baugruppen ausgewählt und Adressen zugewiesen. Zum Schluss wird diese Konfiguration in die CPU geladen, damit die CPU weis, welche Baugruppen zur Verfügung stehen und welche Ein- und Ausgabeadressen vergeben sind.
Informationen zur ganzeitlichen Hardwarekonfiguration sind unter folgendem Link zu finden:
http://www.sps-lehrgang.de/hardwarekonfiguration/
Kommunikation zwischen SPS und Rechner
Bei der Einrichtung der Hardware muss zunächst eine Verbindung zwischen der SPS und dem Rechner mit der Software STEP 7 hergestellt werden. Dazu wird ein Multimaster-Kabel verwendet, welches die RS 232 Schnittstelle der SPS-CPU mit der USB-Schnittstelle des Rechners verbindet (siehe Abbildung unten).
Diese Verbindung ist wichtig, um Programm-Daten aus der Software STEP 7 in die SPS zu laden und ebenfalls die SPS auslesen zu können. Beim Auslesen können sowohl schon vorhandene Programme ausgelesen werden, als auch Signalzustände z.B. von der Sensorik am Eingangsmodul der SPS. Dafür steht die Fuktion "Lesen" in der Software STEP 7 zur Verfügung. Die SPS besitzt einen internen Speicher und einen Slot für eine SD (Secure Digital)-Speicherkarte.
Komplikationen und letzter Stand
Zum Anfang der Programmierung wurde eine Test-Software geschrieben um zu überprüfen, ob Ein- und Ausgänge der SPS geschaltet (1 oder 0) werden. Beim laden der Test-Software in die SPS gab es ein Problem mir der Kommunikation zwischen dem Rechner und der SPS. Als Fehlermeldung wurde folgender Text ausgegeben: "Die Systemdaten können nicht auf die Baugruppe CPU 313C der Station SIMATIC 300 geladen werden".
Daraufhin wurde der Kontakt zum Siemens Support gesucht, da einer erneute Hardwarekonfiguration fehlschlug. Der wissenschaftliche Mitarbeiter Herr B. Eng. Asaad Al-Suleihi hält den Kontakt zum Siemens Support.
Mail an Siemens Support:
"Geehrter Siemens Support,
wir haben in einem Praktikum unseres Studiengangs Mechatronik ein Projekt, in dem die Studierenden mit einer Siemens SPS (313-5BG04-0AB0) arbeiten. Die Verbindung der SPS mit dem Computer erfolgt über ein USB PC Adapter und soll als Programmierschnittstelle genutzt werden.
Unser Problem tritt bei dem Ladevorgang der Hardwarekonfiguration in die Baugruppe auf. Es wird dann folgende Fehlermeldung ausgegeben:
Die Systemdaten können nicht auf die Baugruppe CPU 313C - (R0/S2) der Station SIMATIC 300(1) geladen werden. Schauen Sie unter Details nach oder versuchen Sie die Ursache im Diagnosepuffer der Baugruppe zu ermitteln.
Die Hilfe-Angaben wurden bereits ausprobiert.
In der Anlage befindet sich auch der aktuelle Screenshot des Problems. Das Problem taucht nur bei der Nutzung ohne SD-Karte auf. Wenn eine SD-Karte eingesetzt wird, wird die Hardware nicht in dem Fenster "Teilnehmeradresse auswählen" erkannt."
Zusammenfassung und Ausblick
Durch Informationen aus den Datenblättern des GeckoDrive, der SPS und des Schrittmotors konnte als erste Praktikumsaufgabe der Schaltplan erstellt werden. Ebenfalls wurde die Hardwarekonfiguration in der Software STEP 7 nach Informationen des SPS-Lehrgangs (siehe Link SPS-Lehrgang) durchgeführt und eine Test-Software geschrieben.
Durch das Kommunikationsproblem zwischen der SPS und der Software STEP 7 wurde die Bearbeitung der Aufgabe mit der Hardware SPS beendet.
Als Ausblick kann gesagt werden, dass durch eine Lösung des Kommunikationsproblems seitens des Siemens Supports der weiteren Bearbeitung der Ansteuerung eines Schrittmotors durch die SPS nichts im Weg steht.
Autor: Stefan Schweins (Diskussion) 11:29, 14. Feb. 2014 (CET)