Lernfeld 10 · Prüfung Teil 2

SPS für Antriebe

SPS für Antriebe: Zyklus und Prozessabbild, Programmiersprachen nach DIN EN 61131-3, Zeitglieder, Analogwerte 4 bis 20 mA und Ansteuerung von Umrichtern.

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Darum geht es

Eine speicherprogrammierbare Steuerung arbeitet zyklisch. Zu Beginn jedes Zyklus liest sie alle Eingänge in das Prozessabbild, dann bearbeitet sie das Programm, am Ende schreibt sie die Ausgänge. Signale, die kürzer als ein Zyklus sind, können verloren gehen; für schnelle Impulse von Gebern gibt es schnelle Zähler. Programmiert wird nach DIN EN 61131-3 in Kontaktplan, Funktionsbausteinsprache, Strukturiertem Text oder als Schrittkette in der Ablaufsprache. Zeitglieder wie die Einschaltverzögerung TON steuern zum Beispiel die Umschaltzeit eines Stern-Dreieck-Anlaufs.

Auch mit SPS bleiben Grundregeln der Schütztechnik bestehen. Aus-Taster werden als Öffner angeschlossen und im Programm auf Signalzustand 1 abgefragt, damit ein Drahtbruch abschaltet. Wendeschütze werden zusätzlich zum Programm über Hilfsöffner verriegelt. Sicherheitsfunktionen wie NOT-HALT laufen über Sicherheitsschaltgeräte oder eine Sicherheits-SPS, nicht über eine Standard-SPS.

Analoge Messwerte kommen meist als 4 bis 20 mA oder 0 bis 10 V. Die Baugruppe wandelt sie in einen Rohwert, den das Programm auf den physikalischen Bereich skaliert. Ein Frequenzumrichter wird entweder über Klemmen mit digitalen Befehlen und einem Analogsollwert gesteuert oder über einen Feldbus mit Steuerwort, Sollwert, Statuswort und Istwerten.

Das solltest du dir merken

Die SPS liest die Eingänge zu Beginn des Zyklus und schreibt die Ausgänge am Ende.
Ein Öffner am Eingang wird im Programm auf Signalzustand 1 abgefragt.
Hardware-Verriegelung der Schütze bleibt trotz Programmverriegelung Pflicht.
Bei 4 bis 20 mA liegt der Nullpunkt bei 4 mA, darunter ist die Leitung gestört.
NOT-HALT gehört in eine Sicherheitstechnik, nicht in die Standard-SPS.

Formeln

Skalierung eines Stromsignals 4 bis 20 mA: $x = \frac{I - 4 mA}{16 mA} \cdot x_{max}$; $I$ gemessener Strom, $x_{max}$ Messbereichsendwert, Messbereichsanfang bei 0
Skalierung eines Rohwerts: $x = \frac{Rohwert}{Rohwert _{max}} \cdot x_{max}$; $Rohwert_{max}$ Rohwert bei Messbereichsende, je nach Baugruppe
Höchste Impulsfrequenz an einem normalen Eingang: $f_{max} = \frac{1}{2 \cdot T _{Zyklus}}$; $T_{Zyklus}$ größte Zykluszeit in s, ohne Eingangsverzögerung

Typische Fehler in der Prüfung

Beim Stromsignal den Nullpunkt bei 4 mA vergessen und mit dem Messwert durch 20 mA gerechnet.
Einen Aus-Taster als Schließer angeschlossen und im Programm auf 0 abgefragt.
Den NOT-HALT nur als normalen SPS-Eingang verdrahtet.
Schnelle Geberimpulse über einen normalen Eingang im Zyklus gezählt.

Tipps aus der Werkstatt

Ein Öffner draußen wird im Programm auf 1 abgefragt, im KOP also mit einem Schließer-Symbol. Und beim Stromsignal 4 bis 20 mA liegt der Nullpunkt bei 4 mA: Rechne mit (I − 4 mA) durch 16 mA, nicht mit I durch 20 mA.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „SPS für Antriebe“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Maschinen und Antriebstechnik, Lernfeld 10 (Steuerungen und Regelungen für elektrische Maschinen auslegen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.