Hier stellst du die Kompaktsteuerung -KF1 für Stapler 4 zusammen, gibst jedem Signal eine Adresse und einen Namen und zeichnest, wo jeder Draht angeschlossen wird.
Schritt 3 von 5. Du erklärst Funktionsgruppen und Zyklus der SPS, rechnest die Reaktionszeit, konfigurierst und parametrierst die -KF1, erstellst Zuordnungsliste und Anschlussplan und weist die Ausgangsbelastung nach.
Danach: Rechenwege und Lösungen
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Die Zuordnungsliste ist der Vertrag zwischen Verdrahtung und Programm: Was dort steht, muss an der Klemme ankommen und im Programm gemeint sein.
Am Ende hast du: Zuordnungsliste, Hardwarekonfiguration mit Reserve, Anschlussplan der Ein- und Ausgänge und den Nachweis der Ausgangsbelastung.
Karte „Stapler 4 auf einen Blick“: Alle Betriebsmittel des Staplers mit Kennzeichen und Bedeutung, dazu die Seitenansicht. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“. Leg sie neben jede Aufgabe dieses Teils.
Was in der -KF1 steckt
Jede SPS arbeitet nach dem EVA-Prinzip: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe. Die Eingabebaugruppe trennt die 24-V-Signale der Anlage über Optokoppler von der Elektronik und filtert sie. Die Zentraleinheit bearbeitet das Programm aus dem Programmspeicher und legt Zwischenergebnisse, Zeiten, Zähler und das Prozessabbild im Datenspeicher ab. Die Ausgabebaugruppe schaltet über Transistoren 24 V auf die Stellglieder. Über die Schnittstelle kommt das Programm vom Programmiergerät in die Steuerung. Was remanent gespeichert ist, überlebt einen Spannungsausfall.
Der Zyklus und das Prozessabbild
Die -KF1 liest nicht ständig die Klemmen. Sie arbeitet in einem Zyklus: Zuerst übernimmt sie alle Eingänge in das Prozessabbild der Eingänge (PAE), dann bearbeitet sie das Programm von oben nach unten und schreibt die Ergebnisse in das Prozessabbild der Ausgänge (PAA), zuletzt gibt sie das PAA an die Ausgangsklemmen. Die Dauer eines Durchlaufs ist die Zykluszeit. Sie hängt vom Programm ab und wird vom Betriebssystem überwacht: Dauert ein Zyklus zu lange, geht die Steuerung in STOP. Ein Eingang, der sich mitten im Zyklus ändert, wird erst im nächsten Zyklus gesehen.
Adressen und Namen
DIN EN 61131-3 legt fest, wie Ein- und Ausgänge direkt angesprochen werden: %I für Eingänge (input), %Q für Ausgänge und %M für Merker im Datenspeicher. Dahinter steht die Größe: ohne Zusatz oder X ein Bit, B ein Byte (8 Bit), W ein Wort (16 Bit), D ein Doppelwort (32 Bit). %I1.2 ist Bit 2 im Eingangsbyte 1, %IB1 das ganze Byte. Im Programm schreibt man selten Adressen, sondern symbolische Namen, die einmal mit ihrer Adresse deklariert werden. Wer die Verdrahtung ändert, ändert dann nur die Deklaration, nicht das Programm.
VAR_GLOBAL
NOTHALT_OK AT %I0.0 : BOOL; (* S0 Meldung KF2 43/44, 1 = Not-Halt in Ordnung *)
START AT %I0.1 : BOOL; (* S1 Taster Start, Schließer *)
STOPP AT %I0.2 : BOOL; (* S2 Taster Stopp, Öffner: 1 = nicht betätigt *)
END_VARDie Norm hat drei Teile, die hier zählen: DIN EN 61131-1 (Begriffe), DIN EN 61131-2 (Anforderungen an die Geräte, zum Beispiel die Eingangstypen 1, 2 und 3) und DIN EN 61131-3 (Programmiersprachen FUP, KOP, AS und ST). Die IEC 61131-3 liegt seit 2025 in der 4. Ausgabe vor.
Konfigurieren und parametrieren
Im Programmierwerkzeug legst du ein Projekt an, wählst die Kompaktsteuerung aus dem Gerätekatalog und steckst virtuell die Erweiterung dazu. Das ist die Konfiguration: Sie muss genau der echten Hardware entsprechen, sonst geht die SPS beim Anlauf auf Fehler. Dabei vergibt das Werkzeug die Adressbereiche. Danach parametrierst du, also stellst Eigenschaften ein: die Eingangsverzögerung, das Verhalten der Ausgänge bei STOP, die remanenten Bereiche. Zuletzt wird übersetzt und in die Steuerung geladen.
Der Anschlussplan, Blatt 1
Die Meisterin hat mit dem Bedienfeld angefangen. Nach diesem Muster zeichnet ihr Blatt 2 und Blatt 3.
Erst du, dann die anderen
Die Meisterin sagt: „Am Ende muss die Zuordnungsliste zur Verdrahtung passen, Klemme für Klemme. Wie stellt ihr das sicher?“ Den Weg gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Erst die Liste, dann verdrahten und abhaken. Die Zuordnungsliste wird zuerst fertig, danach wird nach ihr verdrahtet und jede Klemme abgehakt. Das ist einfach und ergibt eine saubere Dokumentation. Ein Fehler in der Liste wird aber treu mitverdrahtet.
- Nach dem Verdrahten jedes Signal einzeln prüfen. Jeden Sensor betätigen und an der Status-LED oder online im Programmierwerkzeug ablesen, ob die richtige Adresse kommt. So findest du jeden Vertauscher. Das geht aber erst, wenn alles verdrahtet ist, und kostet an 26 Signalen Zeit.
- Den Anschlussplan aus der Liste erzeugen lassen. Manche Programmierwerkzeuge drucken aus der Symboltabelle einen Klemmenplan. Dann können Liste und Plan nicht auseinanderlaufen. Was im Schrank wirklich geklemmt ist, weiß das Werkzeug aber nicht.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Kompaktsteuerung -KF1 und Stapler 4 · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Kompaktsteuerung -KF1 und Stapler 4
- Grundgerät -KF1
- Versorgung 24 V DC (L+, M) · 14 digitale Eingänge %I0.0 bis %I0.7 und %I1.0 bis %I1.5, Typ 1 · 10 digitale Ausgänge %Q0.0 bis %Q0.7, %Q1.0 und %Q1.1, Transistor 24 V DC
- Belastbarkeit der Ausgänge
- höchstens 0,5 A je Ausgang · höchstens 2 A je Gruppe zu fünf Ausgängen · Gruppe 1: %Q0.0 bis %Q0.4 an 1L+ · Gruppe 2: %Q0.5 bis %Q1.1 an 2L+
- Erweiterung
- 8 digitale Eingänge ab %I2.0, 8 digitale Ausgänge ab %Q2.0 (Transistor, 0,5 A, an 3L+) · Versorgung der Eingänge über den Busverbinder des Grundgeräts
- Zykluszeit
- typisch 10 ms im Projekt
- Eingangsverzögerung
- einstellbar je Eingangsgruppe: 0,1 ms, 0,5 ms, 3 ms (Standard), 10 ms oder 20 ms
- Verhalten der Ausgänge bei STOP
- einstellbar: alle Ausgänge 0 oder letzten Wert halten
- Betriebsmittel
- -S0 bis -S6, -B1 bis -B9, -F1 (Hilfskontakte der Motorschutzschalter -Q11 bis -Q13 in Reihe), -Q1 bis -Q4, -Y1, -Y2, -P1 bis -P3: Bedeutung siehe Karte „Stapler 4 auf einen Blick“ und eure Sensor-Aktor-Liste
- Stromaufnahme
- Schützspule 24 V DC, 3,6 W · Ventilspule 24 V DC, 2,4 W · Meldeleuchte 24 V DC, 25 mA
- Netzteil -T1
- 230 V AC auf 24 V DC, 5 A
- Sicherheitsschaltgerät -KF2
- Freigabekontakte 13/14, 23/24 und 33/34 öffnen bei Not-Halt · Meldekontakt 43/44 schließt, wenn der Not-Halt in Ordnung ist
- Hilfskontakte
- Motorschutzschalter -Q11 bis -Q13: 13/14, geschlossen, solange nicht ausgelöst · Schütze -Q2 und -Q3: Hilfsöffner 21/22
- Reserve
- In der Elektrowerkstatt gilt: mindestens 10 % Reserve an Ein- und Ausgängen, besser 20 %.
Alle Werte zu Stapler 4 und zur Kompaktsteuerung -KF1 sind Unterrichtswerte. Normen sind mit ihrer Bezeichnung genannt.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Hardwareplanung -KF1 für Stapler 4
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- der Zuordnungsliste mit Adresse, Kennzeichen, Symbol und Kommentar für alle Ein- und Ausgänge
- der Hardwarekonfiguration: Bedarf, Grundgerät, Erweiterung, Reserve in Prozent, Parameter mit Begründung
- dem Anschlussplan der Ein- und Ausgänge in drei Blättern, normgerecht
- dem Nachweis der Ausgangsbelastung je Ausgang, je Gruppe und in Summe
- dem Prüfvermerk, dass Zuordnungsliste und Anschlussplan übereinstimmen
Zur Dokumentation
Zuordnungsliste als Tabelle, nach Adressen geordnet. Anschlussplan mit Blattnummer, Kennzeichen links neben dem Schaltzeichen, Anschlussbezeichnungen und Adressen an den Klemmen. Jede Entscheidung, etwa welche Signale auf die Erweiterung kommen, mit einem Satz, weshalb. Gespeichert wird am Werkstattrechner aus Lernfeld 4, als Datei mit Datum und Versionsstand.
Zusammen mit dem Anforderungskatalog aus Teil 1 und der Sensor-Aktor-Liste aus Lernangebot 3 ist das Meilenstein M1. Abgenommen wird er im Kreuzreview durch ein anderes Team am Ende von Sprint 1, danach zeichnet die Projektleitung ab.
4.1Erkläre den Aufbau der Kompaktsteuerung -KF1
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Aufgabe 4.1
Erkläre den Aufbau der Kompaktsteuerung -KF1:
- Nenne die Funktionsgruppen einer SPS.
- Ordne sie dem EVA-Prinzip zu.
- Beschreibe den Weg des Signals von -B4 bis zum Schütz -Q3 durch die Funktionsgruppen.
- Erkläre, was remanente Daten sind.
- Gib an, welche Daten von Stapler 4 remanent gespeichert sein müssen.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Speicherprogrammierbare Steuerung · EVA-Prinzip · Zentraleinheit · remanent
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
4.2Untersuche die zyklische Programmbearbeitung der -KF1
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Aufgabe 4.2
Untersuche die zyklische Programmbearbeitung der -KF1:
- Beschreibe die vier Abschnitte eines Zyklus.
- Erkläre, was im Prozessabbild der Eingänge und im Prozessabbild der Ausgänge steht.
- Begründe, weshalb das Programm innerhalb eines Zyklus mit festen Eingangswerten rechnet.
- Begründe mit dem Prozessabbild, weshalb im ungünstigsten Fall zwei Zyklen vergehen, bis ein Ausgang auf ein Eingangssignal reagiert.
- Berechne die günstigste Reaktionszeit bei 3 ms Eingangsverzögerung und 10 ms Zykluszeit.
- Erkläre, was geschieht, wenn die Zykluszeit die eingestellte Überwachungszeit überschreitet.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Zyklus · Prozessabbild · Zykluszeit · Reaktionszeit
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
4.3Wende die Adressierung nach DIN EN 61131-3 an
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Aufgabe 4.3
Wende die Adressierung nach DIN EN 61131-3 an:
- Erkläre die Kennbuchstaben %I, %Q und %M.
- Gib an, wie viele Bit ein Byte, ein Wort und ein Doppelwort haben.
- Nenne die Bits, die zum Eingangsbyte %IB1 des Grundgeräts gehören, und wie viele davon belegt werden können.
- Erkläre, was die Adresse %I2.1 bedeutet.
- Schreibe die Deklaration für den Taster -S4 Quittieren an %I0.4 mit Symbol und Kommentar.
- Begründe, weshalb im Programm symbolische Namen statt Adressen stehen.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Adressierung · Bit · Byte · Wort · Variablendeklaration
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
4.4Lege die Hardwarekonfiguration der -KF1 für Stapler 4 fest
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Aufgabe 4.4
Lege die Hardwarekonfiguration der -KF1 für Stapler 4 fest:
- Zähle die digitalen Eingänge, die Stapler 4 braucht.
- Zähle die digitalen Ausgänge, die Stapler 4 braucht.
- Prüfe, ob das Grundgerät allein reicht.
- Berechne die Reserve an Eingängen und Ausgängen in Prozent mit Erweiterung.
- Entscheide, welche Signale auf die Erweiterung kommen.
- Begründe deine Entscheidung.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Hardwarekonfiguration · Erweiterungsbaugruppe · Reserve · digitale Eingänge
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
4.5Erstelle die Zuordnungsliste für Stapler 4
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Aufgabe 4.5
Erstelle die Zuordnungsliste für Stapler 4:
- Ordne jedem Eingangssignal eine Adresse zu, beginnend mit dem Bedienfeld wie auf Blatt 1.
- Ordne jedem Ausgangssignal eine Adresse zu.
- Vergib für jedes Signal ein Symbol, das ohne Nachschlagen verständlich ist.
- Schreibe zu jedem Signal einen Kommentar mit Bedeutung, Kontaktart und dem, was 1 heißt.
- Kennzeichne die Signale, bei denen 1 der Gutzustand ist.
- Prüfe, ob jede Adresse genau einmal vorkommt.
| Kennzeichen | Adresse | Symbol | Kommentar: Bedeutung, Kontaktart, was 1 heißt |
|---|---|---|---|
| -S0 | |||
| -S1 | |||
| -S2 | |||
| -S3 | |||
| -S4 | |||
| -S5 | |||
| -S6 | |||
| -B1 | |||
| -B2 | |||
| -B3 | |||
| -B4 | |||
| -B5 | |||
| -B6 | |||
| -B7 | |||
| -B8 | |||
| -B9 | |||
| -F1 | |||
| -Q1 | |||
| -Q2 | |||
| -Q3 | |||
| -Q4 | |||
| -Y1 | |||
| -Y2 | |||
| -P1 | |||
| -P2 | |||
| -P3 |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Zuordnungsliste · Symboltabelle · Adressierung · Betriebsmittelkennzeichnung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
4.6Parametriere die -KF1 im Programmierwerkzeug
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Aufgabe 4.6
Parametriere die -KF1 im Programmierwerkzeug:
- Beschreibe die Schritte vom neuen Projekt bis zum Laden in die Steuerung.
- Unterscheide Konfigurieren und Parametrieren.
- Wähle die Eingangsverzögerung für die Eingänge von Stapler 4.
- Berechne die ungünstigste Reaktionszeit und den Weg der Wanne, wenn du 10 ms statt 3 ms einstellst.
- Entscheide, wie sich die Ausgänge bei STOP verhalten sollen.
- Begründe beide Einstellungen.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Parametrierung · Eingangsverzögerung · Betriebszustand STOP · Programmiergerät
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
4.7Weise die Belastung der Ausgänge nach
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Aufgabe 4.7
Weise die Belastung der Ausgänge nach:
- Berechne den Strom jeder Last an den Ausgängen der KF1.
- Prüfe den höchsten Strom gegen die Belastbarkeit eines Ausgangs.
- Berechne den Strom der Ausgangsgruppe 1 mit -Q1 bis -Q4 und -Y1.
- Berechne den Strom der Ausgangsgruppe 2.
- Berechne die Summe aller Ausgangsströme.
- Beurteile, ob das Netzteil -T1 dafür reicht.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Ausgangsstrom · Summenstrom · Leistung · Netzgerät
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
4.8Zeichnet den Anschlussplan der -KF1 fertig
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Aufgabe 4.8
Zeichnet den Anschlussplan der -KF1 fertig:
- Zeichnet Blatt 2 mit allen Sensoren, dem Druckschalter und den Hilfskontakten der Motorschutzschalter nach dem Muster von Blatt 1.
- Zeichnet Blatt 3 mit allen Ausgängen auf die Spulen A1/A2 der Schütze und Ventile und auf die Meldeleuchten.
- Zeichnet die Verriegelung von -Q2 und -Q3 auch in der Hardware ein.
- Legt fest, wo die Freigabekontakte von -KF2 die Versorgung der Schütze und Ventile unterbrechen.
- Prüft Klemme für Klemme, ob Anschlussplan und Zuordnungsliste übereinstimmen.
- Stellt Zuordnungsliste, Konfiguration, Anschlussplan und Belastungsnachweis für das Kreuzreview zusammen.
Zeichenblatt zu Aufgabe 4.8 herunterladen PDF · 1 Seite · 210 KB · zum Ausdrucken und Einzeichnen
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Anschlussplan · Klemmenplan · Schaltzeichen · Verriegelung · Betriebsmittelkennzeichnung
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Die Instandhaltung will die Federdruckbremse des Hubtischs künftig getrennt vom Motor lüften: Eine eigene Lüftspule 24 V DC soll von der SPS geschaltet werden. Laut Typenschild nimmt sie 0,9 A auf.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe an deinem Belastungsnachweis, ob ein Ausgang der -KF1 die Bremse direkt schalten darf.
- Entscheide, wie du die Bremse anschließt, und trage es in Zuordnungsliste und Anschlussplan ein.
- Beurteile, was bei Not-Halt mit der Bremse geschehen muss und wie dein Anschluss das sicherstellt.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.