Hier lernt K1, mit den Umrichtern zu sprechen: Steuerwort und Sollwert hin, Zustandswort und Istwert zurück, alle 4 ms. Du bildest die Wörter Bit für Bit, normierst die Sollwerte und legst fest, was die Bänder tun, wenn der Bus schweigt. Nimm deinen Adressplan aus Teil 2 und die Parameterliste von =4.3-T1 aus LF 8 dazu.
Schritt 2 von 5. Du unterscheidest Prozess- und Parameterdaten, bildest und liest Steuer- und Zustandswörter, normierst Soll- und Istwerte, legst die Fehlerreaktion fest und wertest das englische Handbuch aus.
Danach: Lernangebot 6 · Netzrückwirkungen und EMV beherrschen
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Der Umrichter tut nur, was im Steuerwort steht: Fehlt ein Bit, steht der Motor, auch wenn Sollwert und Bus in Ordnung sind.
Am Ende hast du: eine Telegrammliste für =4.3-T1 und =4.5-T1 mit Steuer- und Zustandswörtern, normierten Sollwerten und Kommunikationsparametern, dazu die Zustandsfolge des Antriebs und einen deutschen Steckbrief aus dem englischen Handbuch.
Karte „Steuerwort und Zustandswort lesen“: Das Kurs-Telegramm der Umrichter: Bits von Steuerwort und Zustandswort, Normierung des Sollwerts, Schreibweise 16#. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“. Leg sie neben jede Aufgabe mit Telegrammen.
Erst du, dann die anderen
Am Prüfaufbau meldet sich der Umrichter von 4.5 bei K1, der Motor dreht aber nicht. Wie findest du heraus, weshalb, ohne an der Verdrahtung herumzuprobieren? Den Weg schreibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Zustandswort lesen. In der Beobachtungstabelle ZSW1 anzeigen lassen und jedes Bit deuten. Der Umrichter sagt dir selbst, in welchem Zustand er ist. Schnell und eindeutig, aber du musst die Bitbelegung kennen, und es sagt dir nicht, was K1 falsch macht.
- Bit für Bit mit dem Handbuch vergleichen. Das gesendete Steuerwort neben die Bittabelle im Handbuch legen und jedes Bit prüfen. Gründlich, aber langsam, und ein Fehler in der Reihenfolge (erst AUS1, dann EIN) fällt so nicht auf.
- Steuerwort Schritt für Schritt aufbauen. Mit dem Programmierwerkzeug Bit für Bit setzen und nach jedem Schritt das Zustandswort ansehen. Du siehst die Zustandsfolge in Echtzeit, aber nur am Prüfaufbau ohne Last; an der Anlage im Betrieb geht das nicht.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte für Lernangebot 5 · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte für Lernangebot 5
- Kurs-Telegramm 1
- je Richtung 2 Wörter zu 16 Bit. K1 an Umrichter: Steuerwort STW1, Drehzahlsollwert NSOLL. Umrichter an K1: Zustandswort ZSW1, Drehzahlistwert NIST. Wahlweise ein Zusatzwort Iststrom vom Umrichter an K1.
- Bitbelegung (wie auf der Karte)
-
Bit STW1: 1 heißt … ZSW1: 1 heißt … 0 EIN (0 = AUS1, Rücklauf an der Rampe) einschaltbereit 1 kein AUS2 (0 = Austrudeln) betriebsbereit 2 kein AUS3 (0 = Schnellhalt) Betrieb freigegeben 3 Betrieb freigeben Störung wirksam 4 Hochlaufgeber freigeben kein AUS2 aktiv 5 Hochlaufgeber starten kein AUS3 aktiv 6 Sollwert freigeben Einschaltsperre 7 Störung quittieren (Flanke 0 → 1) Warnung wirksam 8 (frei) Drehzahl Soll gleich Ist 9 (frei) Führung gefordert 10 Führung durch Steuerung Vergleichsdrehzahl erreicht 11 (frei) Strom- oder Momentengrenze erreicht 12 bis 15 (frei, 0) (frei, 0) - Normierung
- Drehzahl: 16#4000 = 16.384 = 100 % der Bezugsdrehzahl 1.500 1/min, negative Werte im Zweierkomplement. Iststrom: 16#4000 = 4,0 A.
- Aktualisierungszeit
- Umrichter 4 ms. Ansprechüberwachung = 3 · Aktualisierungszeit.
- Steigband 4.3
- Motor 1.440 1/min (Bemessung), 2,42 A; Trommel 200 mm, Getriebe i = 10,8; Band 1,4 m/s; Rücklaufzeit 3 s; Wannenteilung 2,4 m; Drehzahlregelung im Umrichter mit dem Drehgeber B3
- Beschleunigerband 4.5
- Trommel 200 mm, Getriebe i = 10,8; Grundgeschwindigkeit 1,4 m/s, Stellbereich 1,0 bis 1,8 m/s; Maximalfrequenz 65 Hz
- Frequenz aus der Drehzahl
- näherungsweise über die Synchrondrehzahl: 1.500 1/min bei 50 Hz (Schlupf vernachlässigt)
- Prüfaufbau 4.5 (Unterrichtswerte)
- Der Schalter „Freigabe“ am Prüfaufbau ist beim Einschalten schon an, deshalb sendet K1 vom ersten Zyklus an STW1 = 16#047F. Ist der Schalter aus, setzt K1 in STW1 nur Bit 1, 2 und 10. Nacheinander gemeldete Zustandswörter: nach dem Einschalten 16#0270; nachdem ein Kollege den Schalter „Freigabe“ aus- und wieder eingeschaltet hat, erst 16#0231, dann 16#0737; nach dem Ziehen der Motorleitung im Betrieb 16#0278.
- Betrieb an 4.3 (Unterrichtswerte)
- K1 sendet NSOLL = 15.729. Der Umrichter meldet NIST = 15.401 und ZSW1 = 16#0AB7.
Alle Werte zu Abschnitt 4 und Stapler 4 sind Unterrichtswerte. Zahlen zum Flughafen sind öffentliche Größenordnungen, gerundet.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Telegrammliste =4.3-T1 und =4.5-T1
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- den Steuerwörtern für Vorbereiten, Lauf, AUS1, Schnellhalt und Quittieren, je mit Bitbelegung, binär und in 16#-Schreibweise
- den normierten Sollwörtern für 4.3 und für 1,0, 1,4 und 1,8 m/s an 4.5
- der Zustandsfolge des Antriebs mit den Zustandswörtern, die K1 in jedem Zustand liest
- den Kommunikationsparametern beider Umrichter: Telegrammart, Bezugsdrehzahl, Steuer- und Sollwertquelle, Ansprechüberwachung, Fehlerreaktion
- dem Steckbrief „Kommunikation“ aus dem englischen Handbuch
- einem ST-Netzwerk, das STW1 und NSOLL in K1 bildet und ZSW1 auswertet
Zur Dokumentation
Jedes Steuerwort mit Begründung, weshalb jedes Bit 0 oder 1 ist. Jeder Parameter mit Wert und Grund. Die Telegrammliste liegt als Tabelle am Werkstattrechner aus LF 4, das ST-Netzwerk als Projekt im Programmierwerkzeug.
Zusammen mit dem Nachweis aus Lernangebot 6 ist das euer Meilenstein M2. Ein anderes Team prüft gegen die Abnahmepunkte, danach zeichnen die Projektleitung und die Meisterin ab.
5.1Ordne die Daten zwischen K1 und den Umrichtern ein
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Aufgabe 5.1
Ordne die Daten zwischen K1 und den Umrichtern ein:
- Nenne die vier Wörter des Kurs-Telegramms 1 mit ihrer Richtung.
- Unterscheide zyklische Prozessdaten von azyklischen Parameterdaten.
- Ordne die Daten in der Tabelle zu.
- Berechne, wie viele Byte Nutzdaten je Richtung und je Sekunde zwischen K1 und einem Umrichter laufen.
- Begründe, weshalb die Rücklaufzeit nicht im zyklischen Telegramm steht.
| Datum | zyklisch oder azyklisch | von wem an wen |
|---|---|---|
| Steuerwort | ||
| Drehzahlsollwert | ||
| Zustandswort | ||
| Drehzahlistwert | ||
| Rücklaufzeit | ||
| Bezugsdrehzahl | ||
| Fehlerreaktion bei Kommunikationsausfall | ||
| Inhalt des Fehlerspeichers |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Frequenzumrichter · PROFINET · Bussysteme
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
5.2Bilde die Steuerwörter für das Steigband
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Aufgabe 5.2
Bilde die Steuerwörter für das Steigband:
- Bestimme für jedes Bit von STW1, ob es für „Lauf“ 0 oder 1 sein muss.
- Schreibe das Steuerwort als Dualzahl in Vierergruppen.
- Wandle es in die 16#-Schreibweise um.
- Wandle es in eine Dezimalzahl um.
- Bilde ebenso die Steuerwörter für AUS1 und für Schnellhalt (AUS3).
- Erkläre den Unterschied zwischen AUS1, AUS2 und AUS3 für eine Wanne auf dem Steigband.
| Fall | Bit 15 bis 12 | Bit 11 bis 8 | Bit 7 bis 4 | Bit 3 bis 0 | 16# | dezimal |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Lauf | ||||||
| AUS1 | ||||||
| Schnellhalt (AUS3) |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Dualzahlen · Sedezimalzahlen · Zahlensysteme
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5.3Lies die Zustandswörter, die der Umrichter von 4.5 am Prüfaufbau meldet
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Aufgabe 5.3
Lies die Zustandswörter, die der Umrichter von 4.5 am Prüfaufbau meldet:
- Zerlege jedes gemeldete Zustandswort aus den gegebenen Werten in seine Bits.
- Ordne jedem Zustandswort einen Zustand aus der Zustandsfolge zu.
- Erkläre, weshalb der Motor nach dem Einschalten nicht dreht, obwohl K1 das Steuerwort für Lauf sendet.
- Erkläre, weshalb er anläuft, nachdem die Freigabe aus- und wieder eingeschaltet wurde.
- Lege fest, welche Steuerwörter K1 nach dem Einschalten in welcher Reihenfolge senden muss.
- Beschreibe, was K1 nach der Störung senden muss, damit der Antrieb wieder läuft.
| Zustandswort | gesetzte Bits | Zustand | was K1 jetzt senden muss |
|---|---|---|---|
| 16#0270 | |||
| 16#0231 | |||
| 16#0737 | |||
| 16#0278 |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Sedezimalzahlen · Dualzahlen · Frequenzumrichter
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5.4Normiere die Drehzahlsollwerte für die beiden Bänder
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Aufgabe 5.4
Normiere die Drehzahlsollwerte für die beiden Bänder:
- Berechne NSOLL für =4.3-T1 bei 1.440 1/min dezimal und in 16#-Schreibweise.
- Berechne die Motordrehzahl von 4.5 bei 1,0 m/s, 1,4 m/s und 1,8 m/s.
- Berechne die zugehörigen Sollwörter.
- Prüfe, ob 4.5 bei 1,8 m/s die Maximalfrequenz einhält.
- Berechne die größte Drehzahl, die NSOLL darstellen kann, und die Auflösung je Bit.
- Bestimme NSOLL für einen Rückwärtslauf mit − 1.440 1/min.
| Fall | Drehzahl in 1/min | NSOLL dezimal | NSOLL 16# | Frequenz in Hz |
|---|---|---|---|---|
| 4.3 bei 1.440 1/min | ||||
| 4.5 bei 1,0 m/s | ||||
| 4.5 bei 1,4 m/s | ||||
| 4.5 bei 1,8 m/s | ||||
| Rückwärtslauf |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Zahlensysteme · Drehzahlregelung · Frequenzumrichter
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5.5Werte die Rückmeldung von =4.3-T1 im Betrieb aus
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Aufgabe 5.5
Werte die Rückmeldung von =4.3-T1 im Betrieb aus:
- Rechne NIST in eine Motordrehzahl um.
- Berechne die Bandgeschwindigkeit für Sollwert und Istwert.
- Lies das gemeldete Zustandswort Bit für Bit.
- Erkläre mit dem Zustandswort, weshalb der Istwert unter dem Sollwert bleibt.
- Berechne, welchen Wert das Zusatzwort Iststrom bei Bemessungsstrom zeigt.
- Entscheide, ob ihr das Zusatzwort Iststrom in eure Telegrammliste aufnehmt, und begründe deine Entscheidung.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Drehzahlregelung · Sedezimalzahlen · Antriebe
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5.6Lege fest, was die Bänder tun, wenn die Telegramme ausbleiben
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Aufgabe 5.6
Lege fest, was die Bänder tun, wenn die Telegramme ausbleiben:
- Berechne die Ansprechüberwachungszeit der Umrichter.
- Berechne, wie weit eine Wanne auf dem Steigband in dieser Zeit fährt.
- Berechne den Weg der Wanne bei AUS1 mit der Rücklaufzeit von 3 s bis zum Stillstand.
- Vergleiche AUS1, AUS2 und AUS3 als Fehlerreaktion für das Steigband mit 10° Steigung.
- Entscheide die Fehlerreaktion für 4.3 und für 4.5 und begründe deine Entscheidung.
- Begründe, weshalb der Not-Halt nicht über das Telegramm laufen darf.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Sicherheitsfunktionen, Antriebe · NOT-AUS-Schaltung · Bremsen
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5.7Werte den Auszug aus dem englischen Handbuch des Umrichters aus
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Aufgabe 5.7
Auszug aus dem englischen Handbuch des Umrichters, Kapitel 7 „Fieldbus communication“ (eigene Formulierung für den Unterricht, ohne Herstellerbezug)
7.1 Process data. The drive exchanges cyclic process data with the controller. Telegram 1 (in this course: Kurs-Telegramm 1) contains two words in each direction: the control word (STW1) and the speed setpoint (NSOLL) from the controller, the status word (ZSW1) and the actual speed value (NIST) from the drive. Parameters are read and written acyclically and do not use the cyclic telegram.
7.2 Scaling. Speed values are scaled to the reference speed (parameter 7.10, default 1500 rpm). 4000 hex corresponds to 100 % of the reference speed. Negative values are transmitted as two’s complement.
7.3 Control word. Bit 0 ON/OFF1: a falling edge stops the motor along the ramp-function generator. Bit 1 OFF2: 0 = coast stop, the pulses are disabled immediately. Bit 2 OFF3: 0 = quick stop with the OFF3 ramp. Bit 7: a rising edge acknowledges a fault (fault acknowledge). Bit 10 must be 1, otherwise the drive ignores the process data.
7.4 Fieldbus timeout. If no valid telegram is received within the watchdog time, the drive reports fault F-COM fieldbus timeout and executes the fault reaction set in parameter 7.20 (0 = none, 1 = OFF1, 2 = OFF2, 3 = OFF3).
Note. Safety functions such as emergency stop must not depend on fieldbus communication. Use the hardware safety inputs of the drive.
Werte den Auszug aus dem englischen Handbuch des Umrichters aus:
- Übersetze die kursiv gesetzten Fachbegriffe ins Deutsche.
- Ordne jedem Begriff das Bit oder Wort des Kurs-Telegramms 1 zu.
- Bestimme, in welchen Parametern Bezugsdrehzahl und Fehlerreaktion eingestellt werden.
- Erkläre den Hinweis am Ende des Auszugs.
- Schreibe einen Steckbrief „Kommunikation“ auf Deutsch, höchstens eine halbe Seite.
| englisch | deutsch | im Kurs-Telegramm 1 |
|---|---|---|
| control word | ||
| status word | ||
| setpoint | ||
| actual value | ||
| ramp-function generator | ||
| coast stop | ||
| quick stop | ||
| fault acknowledge | ||
| fieldbus timeout | ||
| reference speed |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Fachbegriffe, Kurzformen · Frequenzumrichter · Bussysteme
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
5.8Erstellt im Team die Telegrammliste für =4.3-T1 und =4.5-T1 als Lernprodukt
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Aufgabe 5.8
Erstellt im Team die Telegrammliste für =4.3-T1 und =4.5-T1 als Lernprodukt:
- Legt die Steuerwörter für Vorbereiten, Lauf, AUS1, Schnellhalt und Quittieren fest.
- Tragt die normierten Sollwörter für beide Bänder ein.
- Beschriftet die Zustandsfolge mit den Zustandswörtern, die K1 liest.
- Legt die Kommunikationsparameter beider Umrichter mit Wert und Begründung fest.
- Schreibt ein ST-Netzwerk, das STW1 und NSOLL bildet und ZSW1 auswertet.
- Prüft Steuer- und Zustandswort in der Beobachtungstabelle des Programmierwerkzeugs, am Laborumrichter oder in der Simulation.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Frequenzumrichter · SPS · Inbetriebnahme, PROFINET
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Der Umrichter von 4.5 fällt aus. Das Ersatzgerät aus dem Lager hat ab Werk eine Bezugsdrehzahl von 1.800 1/min statt 1.500 1/min. Ein Kollege baut es ein, vergibt den Gerätenamen und lässt K1 unverändert.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe, welche Werte deiner Telegrammliste vom Tausch betroffen sind.
- Berechne, wie schnell Band 4.5 läuft, wenn K1 die alten Sollwörter weiter sendet.
- Entscheide, ob du die Bezugsdrehzahl im Umrichter oder die Normierung in K1 änderst, und begründe deine Entscheidung.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.