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Übungsaufgaben zu SPS-Aufbaustufe II

    Inhalt

 

1.

Aufgabe   1

Schraubenzählanlage

2.

Aufgabe   2

Stückzahlermittlung von Wellenrohlingen

3.

Aufgabe   3

Füllstandsregelung

4.

Aufgabe   4

Leistungsberechnung

5.

Aufgabe   5

Schieberegister parallel-seriell

6.

Aufgabe   6

Lauflicht

7.

Aufgabe   7

Rechenaufgabe (schieben)

8.

Aufgabe   8

Drehzahl-Sollwert-Vorgabe

9.

Aufgabe   9

Programmierübungen Maskieren

10.

Aufgabe 10

Sammelstörung

11.

Aufgabe 11

Balkenanzeige

12.

Aufgabe 12

Zeitwertvorgabe analog

13.

Aufgabe 13

Leistungsberechnung

14.

Aufgabe 14

Zweipunktregler

15.

Aufgabe 15

Zweipunktregler mit flexiblem Sollwert

16.

Aufgabe 16

Chemievorratsbehälter

17.

Aufgabe 17

P-Regler Heizungsregelung

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aufgabe 1

Schraubenzählanlage

 

In einer Schraubenfabrik soll für die Lagerhaltung und Materialbeschaffung die Gesamtzahl der an die Kunden ausgelieferten Schrauben erfasst werden.

Die Schrauben gelangen in verschiedenen Verpackungseinheiten über ein Transportband in die Versandabteilung.

Über verschieden hoch angebrachte Lichtschranken wird automatisch erkannt, ob es sich um Schachteln mit

2, 5 oder 10 Schrauben handelt.

Die Lichtschrankensignale müssen also ausgewertet, gezählt und je nach erkannter Verpackungseinheit mit der enthaltenen Anzahl Schrauben multipliziert werden.

Die Gesamtmenge der Schrauben soll an einem 7-Segmentdisplay ablesbar sein.

Entwickeln Sie für diese Aufgabe ein Programm unter Verwendung der Grundrechenoperationen!

Testen Sie das Programm!

 

   Inhaltsverzeichnis

 

Aufgabe 2

Stückzahlermittlung von Wellenrohlingen

 

In einer Dreherei soll für die Ermittlung von Zahlenwerten für die Lagerhaltung und Materialbeschaffung die Gesamtzahl der an die Kunden ausgelieferten Wellenrohlinge nach Menge und Material getrennt erfasst werden.

Die Rohlinge gelangen in verschiedenen Verpackungseinheiten über eine Transportrollenbahn in die Versandabteilung.

Ein Magnetsensor erfasst die Materialart (Messing oder Stahl). Über verschieden hoch angebrachte Lichtschranken wird erkannt, ob es sich um Kisten mit 3, 5 oder 8 Rohlingen handelt.

Die Lichtschrankensignale müssen also ausgewertet, gezählt und je nach erkannter Verpackungseinheit mit der entsprechenden Anzahl von Wellenrohlingen multipliziert werden.

Das 7-Segmentdisplay 1 zeigt dezimal die Anzahl der Messingrohlinge, das
7-Segmentdisplay 2 zeigt dezimal die Anzahl der Stahlrohlinge an.

Entwickeln Sie ein Steuerungsprogramm für diese Zähl- und Rechenaufgabe!

Testen Sie das Programm!

 

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Aufgabe 3

Füllstandsregelung

 

Für eine Füllstandsregelung soll das Programm für die beiden Schaltpunkte eines Zweipunktreglers entwickelt werden.

Der Unterschied zwischen oberem Abschaltpunkt und Sollwert bzw. zwischen Sollwert
und unterem Einschaltpunkt soll als fester Prozentsatz vom analog einstellbaren Sollwert gebildet werden.

Der Sollwert liegt in einem Merker- oder Datenwort vor. Der über einen Kodierschalter einstellbare Prozentsatz liegt ebenfalls in einem Datenwort vor. Die beiden Schaltpunkte müssen im Regelungsprogramm ebenfalls in Merkerworten vorliegen.

Das Rechenprogramm für diesen Regler muss also den Zahlenwert des Sollwertes mit dem über Kodierschalter einstellbaren Prozentsatz multiplizieren und anschließend durch Hundert dividieren.

Dieser sich so ergebende Wert muss zum einen zum Sollwert addiert werden (oberer Abschaltpunkt), zum anderen vom Zahlenwert des Sollwertes subtrahiert werden(unterer Einschaltpunkt).

Entwickeln Sie ein Programm für die Berechnung der beiden Schaltpunkte unter Verwendung der Rechenoperationen!

Zur Simulation wird der Sollwert über einen Kodierschalter eingestellt!

Testen Sie das Programm!

 

Prinzip Zweipunktregler:

 

   

 

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Aufgabe 4

Leistungsberechnung

 

Als Teil eines Programms soll die Leistung eines Drehstrommotors angezeigt werden.

Die Spannung soll konstant 400V betragen.

Der Strom wird BCD-codiert über das EW 0 (0..10A) eingegeben.

Der cos phi wird ebenfalls BCD-codiert über das EW 2 (z.B. 0,79  79) eingegeben.

Die Leistung des Motors soll an einem 7-Segmentdisplay ablesbar sein.

Entwickeln Sie für diese Aufgabe ein Programm unter Verwendung der Rechenoperationen!

Testen Sie das Programm!

   

 

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Aufgabe 5

Schieberegister parallel-seriell

 

Mit dem Taster (E2.0) soll das am EW0 anstehende Bitmuster getaktet (einzeln, seriell) am Ausgang A4.0 angezeigt werden.

Dazu wird das Bitmuster zuerst mit einem weiteren Taster in einen Zwischenspeicher übergeben.

Die Bit des EW0 werden einzeln der Reihe nach am Ausgang A4.0 angezeigt.

Entwickeln Sie für diese Aufgabe ein Programm unter Verwendung der Schiebeoperationen!

Testen Sie das Programm!

 

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Aufgabe 6

Lauflicht

 

Mit dem Eingang E124.0 soll das Im ED0 anstehende Bitmuster in einen Datenbaustein geschrieben werden.

Wird der Eingang E124.1 betätigt, soll dieses Bitmuster rotierend am AD4 ausgegeben werden.

Die Weiterschaltfrequenz soll 2Hz betragen (nach 0,5s wechselt die Anzeige).

Entwickeln Sie für diese Aufgabe ein Programm unter Verwendung der Rotieroperationen!

Testen Sie das Programm!

 

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Aufgabe 7

Rechenaufgabe (schieben)

 

Im EW0 steht BCD-codiert ein beliebiger Zahlenwert.

Mit dem Taster E2.0 soll dieser Zahlenwert mit 2 multipliziert werden.

Der Taster E2.1 vervierfacht diesen Wert.

Der Taster E2.2 halbiert diesen Wert.

Das Ergebnis soll BCD-codiert im AW4 angezeigt werden.

Entwickeln Sie für diese Aufgabe ein Programm unter Verwendung Wandler und der Schiebeoperationen!

Testen Sie das Programm!

 

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Aufgabe 8

Drehzahl-Sollwert-Vorgabe

 

Zur Einstellung einer Drehzahl-Sollwert-Vorgabe (0-99%) stehen zwei Taster „Größer“ und „Kleiner“ zur Verfügung. Mit einem Wahlschalter kann die Einstellgeschwindigkeit vorgewählt werden. Der aktuelle Sollwert ist im 7-Segmentdisplay dezimal ablesbar.

Entwickeln Sie ein Programm unter Verwendung der Anweisungen Inkrementieren und Dekrementieren. Beachten Sie dabei, dass der Höchstwert 99% bzw. der Tiefstwert 0% nicht über- bzw. unterschritten werden darf.

Testen Sie das Programm!

   

 

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Aufgabe 9

Programmierübungen Maskieren

 

Durch einen Taster soll ein Bitmuster, das in einem Datenwort hinterlegt ist, in ein Ausgangswort transferiert werden. Durch 5 verschiedene Masken, die durch einen Wahlschalter aus einem Datenbaustein abgerufen werden können, sollen verschiedene Bits im Ausgangswort blockiert werden (d.h. auf den Signalwert Null gesetzt) werden.

Entwickeln Sie ein Programm und testen Sie dieses!

 

Durch einen Taster soll ein Bitmuster, das in einem Datenwort hinterlegt ist in ein Ausgangswort transferiert  werden. Durch 5 verschiedene Ergänzungen, die durch einen Wahlschalter aus einem Datenbaustein abgerufen werden können, sollen verschiedene Bits im Ausgangswort auf den Signalzustand „1“ gesetzt werden.

Entwickeln Sie ein Programm und testen Sie dieses!

 

Ein Bitmuster, das in einem Datenwort hinterlegt worden ist, soll mit 5 verschiedenen Bitmustern, die durch Wahlschalter aus einem Datenbaustein abgerufen werden können, verglichen werden. In einem Ausgangswort sollen die Bits auf den Signalwert „1“ gesetzt werden, bei denen sich eine Signalzustandsänderung von „0“ auf „1“ vollzogen hat. In einem anderen Ausgangswort sollen die Bits bei denen sich eine Signalzustandsänderung von „1“ auf „0“ vollzogen hat auf „1“ gesetzt werden.

Entwickeln Sie ein Programm und testen Sie dieses!

 

Das Bitmuster des Eingangswortes 0 soll mit 5 verschiedenen Bitmustern, die durch Wahlschalter aus einem Datenbaustein abgerufen werden können, verglichen
werden.

In einem Ausgangswort sollen die Bits auf den Signalwert „1“ gesetzt werden, bei denen sich eine Signalzustandsänderung von „0“ auf „1“ vollzogen hat.

In einem anderen Ausgangswort sollen die Bits bei denen sich eine Signalzustandsänderung von „1“ auf „0“ vollzogen hat auf „1“ gesetzt werden.

Entwickeln Sie ein Programm und testen Sie dieses!

 

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Aufgabe 10

Sammelstörung

 

Am Eingangswort 0 liegen verschiedene Störmeldungen an (drahtbruchsicher). Im Rhythmus von 10 Sekunden soll automatisch geprüft werden, ob eine neue Meldung dazugekommen ist.

Steht eine neue Meldung an, soll dies an einem Ausgang visualisiert werden. Die Meldleuchte kann jederzeit mit einem Taster quittiert werden.

Entwerfen Sie für diese Aufgabe ein Steuerungsprogramm. Verwenden Sie hierfür die Wortverknüpfungsoperationen.

Gehen Sie in kleinen Schritten vor.

Testen Sie zuerst manuell die Störungsauswertung und binden erst danach den 10-Sekundentakt in das Programm ein.

 

Beispiel für ein Melderegister:

   

 

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Aufgabe 11

Balkenanzeige

 

Mit 4 Ausgängen soll die Höhe einer Spannung dargestellt werden.

Bei 2,5V soll ein Ausgang leuchten, bei 5V zusätzlich der nächste, bei 7,5V ein weiterer und bei 10V alle 4.

 

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Aufgabe 12

Zeitwertvorgabe analog

 

Mit einem Potentiometer soll ein Zeitwert (von 0..20s) voreingestellt werden können.

Ein Motor soll mit diesem voreingestellten Zeitwert zeitverzögert eingeschaltet
werden.

Entwerfen Sie ein entsprechendes Programm und testen Sie dieses.

 

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Aufgabe 13

Leistungsberechnung

 

Als Teil eines Programms soll die Leistung eines Drehstrommotors angezeigt
werden.

Die Spannung soll konstant 400V betragen.

Der Strom wird über den Analogeingang (0..10A) eingegeben.

Der cos phi wird BCD-codiert über das EW 2 (z.B. 0,79  79) eingegeben.

Die Leistung des Motors soll an einem 7-Segmentdisplay ablesbar sein.

Entwickeln Sie für diese Aufgabe ein Programm unter Verwendung der Rechenoperationen!

Testen Sie das Programm!

   

 

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Aufgabe 14

Zweipunktregler

 

Eine Elektroheizung soll bei 58°C eingeschaltet und bei 60°C ausgeschaltet werden.

Die Temperatur wird über einen Messwandler eingelesen (0°C..100°C entsprechen
0..10V).

Entwerfen Sie ein entsprechendes Programm und testen Sie dieses.

 

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Aufgabe 15

Zweipunktregler mit flexiblem Sollwert

 

Mit einer Elektroheizung ist eine Temperatur zwischen 40°C und 80°C einzustellen. Der Sollwert soll mit einem Drehpotentiometer frei vorgegeben werden können. Die Regelabweichung darf ±2°C betragen.

Entwerfen Sie ein entsprechendes Programm und testen Sie dieses.

 

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Aufgabe 16

Chemievorratsbehälter

 

Der Chemievorratsbehälter soll laufend auf seine

     1)    prozentuale Füllung

     2)    befülltes Volumen

     3)    vorhandene Masse

überprüft werden.

Das spezifische Gewicht der verwendeten chemischen Substanz beträgt:

      ρ = 2,4

Die Ober- und Untergrenze der Analogein- bzw. Analogausgabebaugruppen wurde wie folgt festgelegt:

     AE Kanal 1     4)     0 ... 250          Füllhöhe Aufnahme

     AA Kanal 1     1)     0 ... 100           Prozent

     AA Kanal 1     2)     0 ... 1.125       Volumen

     AA Kanal 1     3)     0 ... 2.700       Masse

Die Anzeige soll ständig über eine analoge Anzeige (Spannungsmesser), sowie nach Bedarf über die digitale Anzeige BCDcodiert am Ausgangswort 8 erfolgen.

Bild: Chemievorratsbehälter

                   

 

Behälterhöhenmessung:

     250 cm -->10 V

 

Behälterdurchmesser:

     Zylinder      80 cm

     Kegel         80 cm – 0 cm

 

Füllung des Vorratsbehälters mit chemischer Substanz mit einem spezifischen Gewicht von:

       ρ = 2,4

Digitale Anzeige

    1)    Die prozentuale Füllmenge soll angezeigt werden, wenn E 0.0 logisch 0 und
E 0.1 logisch 0 hat.

    2)    Das Volumen in dm³ soll angezeigt werden, wenn E 0.0 logisch 1 und E 0.1 logisch 0 hat.

    3)    Die Masse in kg soll angezeigt werden, wenn E 0.0 logisch 0 und E 0.1 logisch 1 hat.

Der Eingangswert (Füllmenge: 0V = 0 cm / 10V = 250 cm) soll angezeigt werden, wenn E 0.0 logisch 1 und E 0.1 logisch 1 hat.

 

E 0.0

E 0.1

Anzeige

 

0

0

1)

 

1

0

2)

 

0

1

3)

 

1

1

4)

 

 

Berechnungsgrundlagen:

Volumen des Kegels:

   

Volumen des Zylinders:

   

Masse des Stoffs:

   

Prozentuale Füllmenge:

   

Grundfläche des Zylinders:

   

oder

   

          (tan phi = 0,8)

Berechnungshilfe:

  

 

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Aufgabe 17

P-Regler Heizungsregelung

 

Bei einer Heizungsregelung sollen Vor- und Rücklauf fortlaufend in der Temperatur überwacht werden. Die Vorlauftemperatur (ebenso Rücklauf) kann zwischen 0 und 110°C variieren.

Über einen Mischer (0-10V-Eingang) kann mehr oder weniger Warmwasser zugeführt werden.

Bei einer Temperaturabweichung von 10°C soll der Mischer nur noch Warmwasser zu führen, bei keiner Abweichung kein Warmwasser mehr zu führen.

Entwerfen Sie ein entsprechendes Programm und testen Sie dieses.

 

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