TIA Zug/Druck Pruefung mit S7-1200 & TIA Portal

[huk]

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Hallo,

ich bin im Forum und Bereich SPS ein Neuling. Mit der Programmierung von Microcontrollern hingegen habe ich bereits Erfahrung gesammelt. Ich hoffe, dass mir jemand weiterhelfen kann.

Aufgabe/Anforderungen:
Die Aufgabe ist ein funktionierender Pruefstand, der Pruefkoerper auf Zug und Druck mit einer bestimmten Kraft z.B. 1000N belasten soll.
Die Kraftaufbringung soll regelmaessig im Intervall von z.B. 5Hz erfolgen.
Das Werkstueck wird mit z.B. 1000 Zyklen geprueft.
Wenn ein Versagen davor eintritt, soll die Maschine stoppen.
Es sollen Kraft und Weg in einem Diagramm ausgegeben werden.

Ziel: mit einem Knopfdruck soll eine Messung von 1000 Durchgängen starten.

Komponenten:
Der Pruefstand besteht aus zwei zweifachwirkenden Pneumatikzylindern, welche jeweils mittels 5/3 Magnetventil und 5/3 Proportionalventil gesteuert werden.
Zwei Kraftmessdosen sollen die aufgebrachte Kraft am Pruefteil messen und ueberwachen.
zwei Wegmesssysteme sollen erkenne, wann Zylinder1 und wann Zylinder 2 ein bzw. ausgefahren ist.

meine Frage:
kann ich der SPS sagen, dass Sie mit den Zylindern so lange ausfahren soll bis 1000N an der Kraftmessdose anliegen und danach wieder einfahren? und diesen Vorgang alle 0,2 Sekunden fuer 1000 Zyklen wiederholt?
Und wenn die Kraft ploetzlich kleiner wird (weil die Probe gebrochen ist), die SPS stoppt?

Da ich noch eine Anfänger im Umgang mit der SPS Steuerung bin, wuerde ich mich ueber Unterlagen (Videos, Skripte, Beispiele) freuen, die mir die Grundlagen des TIA Portals erklaeren wuerde. Wobei Grundlagen wie Geraetekonfiguration, Und/oder, S/R, SR/RS, Timer, Counter schon erarbeitet wurden.
Mir ist im Moment nur nicht klar, wie man Zyklische Ablaeufe Programmiert.

Ich hoffe, dass ich mich verständlich genug ausgedrueckt habe. ansonst einfach nachfragen

LG

 

[Fireman_Frank]

Der Ablauf ist grundsätzlich kein Problem, und für die meisten hier sicher ne leichte Aufgabe.
Aber du schreibst 5 Hz / 2 sec. - 5 Hz wären aber 0,2 sec, das kann für eine SPS evtl. schon zu schnell sein. Andererseits glaube ich aber nicht das du mit einem Pneumatikzylinder solche Taktzeiten hinbekommst...

 

[huk]

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Danke für den Hinweis. Ich meine natürlich 0,2s!

Die Taktzeit von 5Hz waren nur ein Beispiel. Tatsächlich werden wir uns zwischen 3-4Hz bewegen und dies wurde bezüglich des Pneutikzylinders schon abgeklärt- der schafft das.
Ob die SPS das auch schafft, muss noch abgeklärt werden. ​

 

[huk]

Hier nochmal eine Überlegung von mir:

Bevor der eigentliche Prüfablauf mit den 1000 Zyklen beginnt, findet ein Initialisierungslauf statt.

bei diesem wird die Zylinderkraft über das Proportionalsventil schrittweise erhöht, bis die Kraftmesszelle die gewünschten Newton am Pruefkoerper misst (z.b.: 1000N).
Das Proportionalventil erhaelt ueber die Wegsensoren eine schrittweise Wegänderung/Spannungsänderung und erhöht somit die Zylinderkraft schrittweise.

Sobald dann das Proportionalventil den richtigen Druck liefert, bleibt dieses so eingestellt! und die Zylinder fahren jeweils so lange aus, bis die Kraftmessdose die 1000N messen. (mit einer Schwankung von +-5%). Wenn die Zylinder komplett ausfahren (also ihre Endlage erreichen), kann davon ausgegangen werden, dass das Werkstueck defekt ist und die Messung wird abgebrochen.


Ist meine Denkweise korrekt oder bin ich komplett auf dem Irrweg?

LG

 

[Larry Laffer]

Du steuerst ja nicht wirklich eine Ktaft auf dem Zylinder an sondern über das Prop-Ventil einen Druck. Hier solltest du m.E. auf jeden Fall einen Druck freischalten, der mehr als 1kN bewirken würde (also z.B. nicht 4 bar sondern dann 5 bar). Dies über eine Kontrollmessung zu ermitteln halte ich für unnötig, da für deinen Zylinder ja eine Druck-Kraft-Proportionalität angegeben ist - also z.B. 2kN bei 6bar - dieser Zylinder würde dann eben bei 3 bar Druck nur noch 1kN leisten (usw.).

Ob dieser Prüfstand die gewünschten Spezifikationen erfüllt traue ich mich nicht aussagen zu wollen - Vergleichbares habe ich bisher IMMER mit Servo-Motoren (erfolgreich) realisiert.
Was willst du denn eigentlich prüfen ?
Als SPS würde für mich (bei dieser Anforderung) keine 1200 in Frage kommen - ich würde hier mit einer performanten 300er (also z.B. 317) oder einer entsprechenden 1500er (also z.B. 1516) einsteigen ...

Gruß
Larry

 

[huk]

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Hallo Larry,

also die reine Steurung über das Proportionalventil ist nicht möglich, da man sicher sein muss, dass auch wirklich die im Zylinder erzeute Kraft am Pruefstueck ankommt. Außerdem ist nicht bekannt wie weit der Zylinder ausfahren muss - daher muss die Kraftmessdose der SPS sagen können, wann der Zylinder die Kraft am Pruefstueck aufgebracht hat und dann soll er wieder einfahren.

Geprüft werden Rohre verschiedenem Durchmesser (= Biegung eines einfachen Balkens & 2 Punkt Biegeversuch) mit einer Frequenz von 3Hz und 100.000 Wiederholungen sind angepeilt.

Ein alter Prüfstand der ähnlich Funktioniert existiert bereits, der wurde jedoch mit dem alten Step7 programmiert und einer alten VIPA 314-6CF01.

LG

 

[Larry Laffer]

Du hast mich "ein bißchen" missverstanden ...
Was ich sagen wollte war :
- wenn du 1kN messen willst dann mußt du dem Zylinder den Druck für z.B. 1,2 kN zur Verfügung stellen. Deine Kraftmessdose soll natürlich dann die Kraft am Werkstück messen
- ich würde den Druck nicht schrittweise erhöhen sondern komplett zur Verfügung stellen und aber den Durchfluss begrenzen - das würde sich am Werkstück/Prüfling dann wie ein kontinuierlicher Anstieg auswirken
- wenn dein "alter" Prüfstand jetzt mit der genannten VIPA läuft dann ist das Ding auf alle Fälle so performant wie die von mir genannten Steuerungen - also wesentlich performanter als die von dir angedachte 1200
- für deine Messung/Prüfung mußt du dir überlegen, was die Führungsgröße sein soll - für mich wäre das der Weg und die Kraft in Abhängigkeit davon. Soll heißen : erreichst du z.B. 2mm Weg am Prüfling bevor du die 1kN Kraft erreichst dann ist der Prüfling gebrochen/NIO.

Gruß
Larry

 

[Fireman_Frank]

Noch mal kurz zum Verständnis:
Die jeweils zwei Zylinder, Druck- und Wegsensoren ergeben eigentlich zwei voneinander unabhängige Systeme, die vielleicht nur synchron gesteuert werden? Oder ist ein Zylinder für die Druck- und der andere für die Zugstufe da? Und ein Zyklus (200ms) umfasst einen Zug und einen Druck, also hat man nur 100ms für eine Richtung?
Da muß man sich ja schon mal Gedanken um die Wandlungszeiten der Analogbaugruppen machen ^^

 

[huk]

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Du hast mich "ein bißchen" missverstanden ...
Was ich sagen wollte war :
- wenn du 1kN messen willst dann mußt du dem Zylinder den Druck für z.B. 1,2 kN zur Verfügung stellen. Deine Kraftmessdose soll natürlich dann die Kraft am Werkstück messen
- ich würde den Druck nicht schrittweise erhöhen sondern komplett zur Verfügung stellen und aber den Durchfluss begrenzen - das würde sich am Werkstück/Prüfling dann wie ein kontinuierlicher Anstieg auswirken
- wenn dein "alter" Prüfstand jetzt mit der genannten VIPA läuft dann ist das Ding auf alle Fälle so performant wie die von mir genannten Steuerungen - also wesentlich performanter als die von dir angedachte 1200
- für deine Messung/Prüfung mußt du dir überlegen, was die Führungsgröße sein soll - für mich wäre das der Weg und die Kraft in Abhängigkeit davon. Soll heißen : erreichst du z.B. 2mm Weg am Prüfling bevor du die 1kN Kraft erreichst dann ist der Prüfling gebrochen/NIO.

Gruß
Larry

Wie viel Druck ich dem Zylinder zur Verfuegung stelle kann mittels Initialisierungslauf bestimmt werden -> Dieser kann ja "so lange dauern wie notwendig".
Dabei wird der Druck schrittweise erhoeht, solange bis die gewuenschten N am Werkstueck gemessen werden. Dieser aufgebrachte Druck/bzw. die Stellung des Proportionalventils wird dann gespeichert und bleibt so über den Messverlauf. Dann wird das Aus- und Einfahren nur mehr ueber die 3/2 Schnellschaltventile geregelt.
Außerdem wird bei dem Initialisierungslauf gemessen wie stark sich das Rohr durchbiegt um einen Referenzwert zu erlangen -> wenn dieser Referenzwert um 50% überschritten wird, soll die Messung stoppen (der Zylinderweg wird geschaetzt bei maximal +-500mm liegen).

Bei der eigentlichen Messung, soll dann nur die wirklich ankommende Kraft am Pruefstueck kontrolliert werden und falls diese zu stark schwank wird ueber das Proportionalventil nachgeregelt.


Den Weg als Fuehrungsgroesse zu nehmen scheint mir als nicht moeglich, da ich bei jedem Preufstueck einen anderen Weg zuruecklege und man im Vorfeld nicht weiss welchen Weg der Zylinder zuruecklegen muss. Vor allem, wenn ich wie zu in deinem Bsp. sagst, 2mm ausfahre und die KMZ die 1kN nicht misst, heisst das nicht unbedingt, dass das Pruefstueck gebrochen ist, oder?

ich hoffe, dass ich dich nicht wieder falsch verstanden habe. ​

LG

Noch mal kurz zum Verständnis:
Die jeweils zwei Zylinder, Druck- und Wegsensoren ergeben eigentlich zwei voneinander unabhängige Systeme, die vielleicht nur synchron gesteuert werden? Oder ist ein Zylinder für die Druck- und der andere für die Zugstufe da? Und ein Zyklus (200ms) umfasst einen Zug und einen Druck, also hat man nur 100ms für eine Richtung?
Da muß man sich ja schon mal Gedanken um die Wandlungszeiten der Analogbaugruppen machen ^^

ja genau die sind eigentlich voneinander getrennt, sodass man gleichphasige und gegenphasige Pruefungen durchfuehren kann. Beide Zylilnder sollen auf Druck- und Zugkreafte erzeugen.
Zykluszeit wird jetzt mal auf 3Hz bzw 0,3333s angepeilt (das ist das Minimum, mehr waere natuerlich besser).

LG

 

[Larry Laffer]

Wie auch immer, das war ja nur ein Vorschlag. Ich halte es aber auf alle Fälle für sehr sportlich, innerhalb von 0,3s einen Druck schrittweise (kontinuierlich) zu erhöhen (das man das auch sinnvoll feststellen kann) und dann gleichzeitig dessen Wert gegenzuchecken ...

 

[Plan_B]

Durch die ständigen Durchflussänderungen ist das Prop-Vent permanent am regeln. Nach den ersten Initialisierungsläufen wirst Du tatsächlich die Proportionalität von Druck und Kraft feststellen abzuglich einer Toleranz durch die Kolbenreibung im Zylinder. Das wird bei jedem Arbeitstakt etwas schwanken. Tendenziiell stärker bei sehr kleinen Verbiegungen (Größerer Druck erforderlich um die Haftreibung des Kolbens zu überwinden).
Das Prop-Ventil muss schon ordentlich schnell sein -ggf sollte die Luft zwischen Prop-Vent und Wegeventil gepuffert werden (Speicher mehrfaches des Zylindervolumens).

Vermutlich würde ich auch über eine Servomotorische Lösung nachdenken.

 

[huk]

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Wie auch immer, das war ja nur ein Vorschlag. Ich halte es aber auf alle Fälle für sehr sportlich, innerhalb von 0,3s einen Druck schrittweise (kontinuierlich) zu erhöhen (das man das auch sinnvoll feststellen kann) und dann gleichzeitig dessen Wert gegenzuchecken ...

+

ich werde deinen Vorschlaf aufjedenfall nochmal durchdenken.

Wie wir den ganzen Ablauf in den 0.3s unterbringen weiß ich jetzt ehrlich gesagt auch nicht ganz, da ich noch keine Erfahrung mit einer SPS hab. Aber der jetzige Pruestand schaffts auch irgendwie und da gilts jetzt herauszufinden wie

Durch die ständigen Durchflussänderungen ist das Prop-Vent permanent am regeln. Nach den ersten Initialisierungsläufen wirst Du tatsächlich die Proportionalität von Druck und Kraft feststellen abzuglich einer Toleranz durch die Kolbenreibung im Zylinder. Das wird bei jedem Arbeitstakt etwas schwanken. Tendenziiell stärker bei sehr kleinen Verbiegungen (Größerer Druck erforderlich um die Haftreibung des Kolbens zu überwinden).
Das Prop-Ventil muss schon ordentlich schnell sein -ggf sollte die Luft zwischen Prop-Vent und Wegeventil gepuffert werden (Speicher mehrfaches des Zylindervolumens).

Vermutlich würde ich auch über eine Servomotorische Lösung nachdenken.

mit der Zeit glaube ich schon, dass meine bisherige Überlegung mit ständiges Messen der KRaft und Regelung über das Prop. Ventil ziemlich unwahrscheinlich ist bzw. einfach zu lange dauert.


Daher komm ich auf die Idee/Vorschlaf von Larry zurueck: Regeln ueber den Weg.

Als erster Schritt wird ein Initiallauf gemacht mit 10 (oder mehr) Zyklen -> die KEINE Frequenz einhalten müssen und auch ruhig paar Sekunden dauern können.
Bei dem Initiallauf wird das Proportionalventil so eingestellt, dass am Rohr die gewuenschten Newton auftreten und dann der Weg gespeichert, den der Zylinder gefahren ist!

Beim eigentlichen Messdurchlauf faehrt dann der Zylinder immer den selben Weg und fragt den Wert der Kraftmesszelle nur ab, wenn in seiner Endlage (=erreichter Weg ist). (Das heißt, man hat nur einen Messwert pro Zyklus!)
Und solange die Kraft in einem Schwankungsbereich von 5% liegt, soll er weiter pruefen und wenn er nicht mehr in dem Messfeld liegt, soll die Messung abgebrochen werden.

Das sollte fuer die SPS doch moeglich sein oder?

LG

 

[Larry Laffer]

Das sollte fuer die SPS doch moeglich sein oder?

Für die SPS ist das möglich - auch die Geschichte mit der Kraftmessung.
Für mich ist das Ganze eher so, das wegen der Kürze der Zeit, der Zylinder mehr oder weniger auf den Prüfling 'draufhämmern' wird.
Dabei ist dann zu beachten, dass dein Kraftsensor auf die Impulskraft ausgelegt sein muss und nicht auf die hinterher zu messende Kraft (da kann dann schon mal der Faktor 10 oder mehr drin liegen).
Anschließend, also wenn der Zylinder ausgefahren ist, wirst du, wie bei einer Waage, eine Beruhigungszeit brauchen bevor du den Weg misst (ich vermute, dass dein System ein bißchen schwingen wird).
Aber ... du schreibst ja, dass ihr so etwas schon als Prüfstand habt. Wie läuft das denn da ? Hast du das mal geschaut ? Ist der auch so schnell ?

Gruß
Larry

 

[huk]

Für die SPS ist das möglich - auch die Geschichte mit der Kraftmessung.
Für mich ist das Ganze eher so, das wegen der Kürze der Zeit, der Zylinder mehr oder weniger auf den Prüfling 'draufhämmern' wird.
Dabei ist dann zu beachten, dass dein Kraftsensor auf die Impulskraft ausgelegt sein muss und nicht auf die hinterher zu messende Kraft (da kann dann schon mal der Faktor 10 oder mehr drin liegen).
Anschließend, also wenn der Zylinder ausgefahren ist, wirst du, wie bei einer Waage, eine Beruhigungszeit brauchen bevor du den Weg misst (ich vermute, dass dein System ein bißchen schwingen wird).
Aber ... du schreibst ja, dass ihr so etwas schon als Prüfstand habt. Wie läuft das denn da ? Hast du das mal geschaut ? Ist der auch so schnell ?

Gruß
Larry

ich habe was wichtiges vergessen zu erwaehnen bzw. war das fuer mich trivial (sorry!): Der Zylinder wird fix mit dem Pruefstueck verbunden und faehrt/prallt nicht jedes mal dagegen.

Ja der alte Pruefstand schafft die 3Hz Messungen, aber wie er das genau in der SPS regelt bin ich noch am herausfinden. Das wurde leider mit der alten Step7 v5 Software programmiert und diese habe ich leider nicht mehr (Trial Lizenz abgelaufen) UND ein migrieren/hochruesten aufs neue TIA Portal habe ich leider auch nicht geschafft um den alten Code auszuwerten.

Aber mittlerweile sind wir uns einigermaßen sicher, dass die Fuehrungsgroesse doch der Weg ist. Also sobald der zuvor eingestellte Weg erreicht wurde, wird der Wert der KMZ abgefragt und verglichen, ob dieser in dem vorgegebenen Bereich liegt.

LG

 

[Larry Laffer]

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Du hast Recht - ich bin davon ausgegangen, dass der Zylinder nicht mit dem Prüfling verkoppelt ist. Ungeachtet dessen gehe ich trotzdem von einem Impuls (nur eben nicht ganz so hoch) auf den Kraftsensor aus.
Aber noch einmal zu der "alten" Prüfmaschine : ist die denn auch so schnell und macht die im Grunde das gleiche ?
Btw. solltest du dir auf alle Fälle die Step7-SW für Classic auch noch anschaffen. Ich weiß aktuell nicht, ob du dieses Projekt, wenn migriert, noch mit der VIPA-CPU wieder "verheiratet" bekommst ...

Gruß
Larry

 

[Heinileini]

ich werde deinen Vorschlaf aufjedenfall nochmal durchdenken.

Das kommt dabei heraus, wenn man von sich auf andere schliesst

 

[Plan_B]

ich habe was wichtiges vergessen zu erwaehnen bzw. war das fuer mich trivial (sorry!): Der Zylinder wird fix mit dem Pruefstueck verbunden und faehrt/prallt nicht jedes mal dagegen.

Das hatte ich voraus gesetzt. Deswegen habe ich explizit auf die Losbrechkräfte im Zylinder hingewiesen die bei fest eingestelltem Druck natürlich beachtet werden müssen.

Zur Trial-Lizenz: Wozu gibt es VM?

 

[huk]

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Du hast Recht - ich bin davon ausgegangen, dass der Zylinder nicht mit dem Prüfling verkoppelt ist. Ungeachtet dessen gehe ich trotzdem von einem Impuls (nur eben nicht ganz so hoch) auf den Kraftsensor aus.
Aber noch einmal zu der "alten" Prüfmaschine : ist die denn auch so schnell und macht die im Grunde das gleiche ?
Btw. solltest du dir auf alle Fälle die Step7-SW für Classic auch noch anschaffen. Ich weiß aktuell nicht, ob du dieses Projekt, wenn migriert, noch mit der VIPA-CPU wieder "verheiratet" bekommst ...

Gruß
Larry

Um den Impuls bisschen entgegenzuwirken, kann man dem Zylinder ja sagen, dass er einige Millisekunden in der unteren Stellung verweilen soll und dann erst die Messung der KMZ starten soll.

ja die alte ist genauso schnell und macht genau das gleiche (mit paar zusaetlichen Funktionen, die wie nicht benoetigen).
Ich wuerde nur gerne das alte Programm (v5.3) ins neue TIA (v15.1) migieren, damit man "Reverse-Engineering" betreiben kann bzw. um zu klaeren wie die oben besprochenend Themen umgesetzt wurden. Ist das ueberhaupt noch moeglich?

wie meinst du das mit "verheiraten"?
Im Prinzip muss das migrierte Progamm nicht unbedingt im tia funktionieren, aber es waere recht nett, wenn man zumindest die Funktionen und Bausteine sieht und diese "Nachbauen" kann..

LG

Das hatte ich voraus gesetzt. Deswegen habe ich explizit auf die Losbrechkräfte im Zylinder hingewiesen die bei fest eingestelltem Druck natürlich beachtet werden müssen.

Zur Trial-Lizenz: Wozu gibt es VM?

Sorry wieder eine nicht gegebene Information: es handelt sich um einen Leichtlaufzylinder!

auch wieder wahr. gibt es auch eine Möglichkeit Simatic PRO Tool als Trial Lizenz zu bekommen?

LG

 

[Larry Laffer]

Das Programm zu migrieren sollte ohne weiteres funktionieren - die HW-Konfig könnte Probleme machen.
Ich dachte dies aber auch mehr in Bezug auf das du eventuell gedacht hast, das migrierte Programm wieder in die VIPA zurück zu spielen damit du ggf. bei Störung o.ä. mal ein Blick hinein werfen kannst.

Das migrierte Programm würde ich allerdings nur als Leitlinie, nicht aber als Basis für das neue Programm nehmen. Es wird am Anfang vielleicht nicht so richtig funktionieren (also nicht so, wie von dir gedacht) und da ist es dann immer einfacher, sein eigenes Programm zu ändern als das eines anderen, das man möglicherweise hier und da nicht richtig versteht ... (nur so ein Tip am Rande).

ProTool brauchte noch gar keine Lizenz. Ich denke, das müßte man "frei" herunterladen bekommen ...
Dies jedoch nach TIA zu migrieren wird ein mittleres Drama, da du erst über WinCCFlexibel2008_SP2 und dann SP3 gehen mußt ... und am Ende paßt dann trotzdem die Hälfte wahrscheinlich nicht ...

Gruß
Larry

 

[huk]

Nein das Programm dann auf die alte HW zu spielen war eh nicht unser Gedanke.
Es soll hald wirklich einfach nur als Leitlinie dienen um zu wissen wie die alte Messung Schritt fuer Schritt ablaeuft. Aber da ich mich im alten Step7 auch nicht auskenne und mich da auch erst einlesen muesste, waere es hald nett, wenn mans migriert und die gleiche Ansicht der Bausteine hat.

Werde mich ueber PRO Tool noch schlauer machen.

Gibt es auch die Moeglichkeit nur die PLC zu migrieren ohne der HMI? Da wuerde man sich die Sache mit WinCC sparen oder? (Vermutlich geht es eh nicht, aber ich frage dennoch )

LG