Autowaschanlage für PLC-Lab 2D und Siemens S7-1200

Neue virtuelle Autowaschanlage für PLC-Lab 2D und Siemens S7-1200

Mit unserer neuen virtuellen Autowaschanlage für PLC-Lab 2D steht ein weiteres umfangreiches Praxisprojekt für die SPS-Programmierung mit einer Siemens S7-1200 und dem TIA Portal von Siemens zur Verfügung. Die Anlage verbindet eine klassische Ablaufsteuerung mit Positionsregelung, Konturerkennung und mehreren miteinander koordinierten Achsen.

Das Besondere an diesem Beispiel: Die Steuerung muss nicht nur einen festen Ablauf abarbeiten, sondern auf unterschiedliche Fahrzeugkonturen reagieren. Dafür stehen in der Simulation drei verschiedene Karosserieformen zur Verfügung: Limousine, Kombi und Mini-Van. Das SPS-Programm ist dabei so zu konzipieren, dass die jeweilige Fahrzeugform selbstständig erkannt und der Düsenkopf während des gesamten Waschvorgangs möglichst gleichmäßig entlang der Karosserie geführt wird.

SPS-Programm testen – ganz ohne reale Waschanlage

PLC-Lab ist eine 2D-Prozesssimulation, mit der sich virtuelle Maschinen und Anlagen für den Test von SPS-Programmen erstellen lassen. Sensoren, Aktoren und bewegliche Komponenten können dabei so nachgebildet werden, dass das Steuerungsprogramm unter realitätsnahen Bedingungen getestet werden kann. PLC-Lab lässt sich unter anderem mit S7-PLCSIM für S7-300, S7-1200, S7-1200 G2 und S7-1500 im TIA Portal sowie dem S7-PLCSIM Advanced verbinden.

Gerade für ein Projekt wie diese Autowaschanlage ist das besonders interessant. Viele Situationen lassen sich in einer realen Anlage nur mit erheblichem Aufwand testen. In der Simulation kann dagegen der Anlagenvorgang beliebig oft gestartet, gestoppt oder der PKW gegen eine andere Karosserieform ausgetauscht werden. Auch Grenzsituationen und fehlerhafte Programmzustände lassen sich gezielt reproduzieren.

Drei Fahrzeugformen – ein SPS-Programm

In der virtuellen Anlage können drei unterschiedliche Fahrzeuge verwendet werden:

• Limousine
• Kombi
• Mini-Van

Die Fahrzeuge unterscheiden sich vor allem durch ihre Kontur. Während eine Limousine beispielsweise einen vergleichsweise flachen Kofferraumbereich besitzt, stellt ein Van durch seine größere Höhe und das steile Heck andere Anforderungen an die Bewegungssteuerung.

Genau hier liegt die eigentliche Aufgabe des SPS-Programms: Der Ablauf darf nicht auf eine einzelne Fahrzeugform zugeschnitten sein. Die Anlage muss mit den Sensorsignalen arbeiten und ihre Bewegungen während des Waschvorgangs laufend an die aktuelle Karosserie anpassen.

Beweglicher Düsenkopf mit drei Achsen

Der Waschkopf der virtuellen Anlage besitzt drei Bewegungsachsen.

Die X-Achse bewegt den Düsenkopf längs über das Fahrzeug. Die Y-Achse sorgt für die Anpassung an die Fahrzeughöhe. Zusätzlich kann der komplette Düsenkopf über eine Rotationsachse an die Neigung der jeweiligen Fahrzeugoberfläche angepasst werden.

Mehrere Abstandssensoren überwachen dabei die Position des Waschkopfes zur Karosserie. Neben drei Sensoren direkt am Düsenkopf kommen ein vertikaler Abstandssensor und ein vorauseilender vertikaler Sensor zum Einsatz.

Der vorauseilende Sensor ist besonders wichtig: Er erkennt eine Änderung der Fahrzeugkontur bereits bevor der eigentliche Düsenkopf diesen Bereich erreicht. Dadurch kann die Steuerung beispielsweise auf den Übergang von der Motorhaube zur Windschutzscheibe reagieren und die Y-Achse rechtzeitig nachführen.

Konturregelung statt festem Bewegungsablauf

Die virtuelle Autowaschanlage zeigt sehr anschaulich, warum ein rein zeitgesteuerter Ablauf für viele Automatisierungsaufgaben nicht ausreicht.

Während der X-Fahrt werden die Sensorwerte kontinuierlich ausgewertet. Die Steuerung kann daraufhin:

• die Y-Position verändern,
• den Düsenkopf drehen,
• den Abstand über die X-Achse korrigieren,
• die Waschdüse ein- oder ausschalten,
• oder eine Bewegung aus Sicherheitsgründen stoppen.

Die normale Waschgeschwindigkeit der X-Achse wird über ein eigenes Ausgangswort vorgegeben.

Auch die Y-Achse besitzt eine eigene Geschwindigkeitsvorgabe. Dadurch kann beispielsweise die Reinigung des Fahrzeughecks langsamer durchgeführt werden als eine reine Positionier- oder Rückfahrt.

Besondere Herausforderung: Front und Heck

Ein interessanter Teil der Steuerungsaufgabe ist der Übergang an Front und Heck des Fahrzeugs.

Zu Beginn des Waschvorgangs fährt die Y-Achse nach unten, bis der vertikale Abstandssensor den vorgegebenen Abstand zur Karosserie erreicht hat. Danach beginnt die eigentliche Fahrt über das Fahrzeug.

Am Heck muss die Steuerung dagegen erkennen, wann der vorauseilende Sensor die Karosserie bereits verlassen hat, während sich der eigentliche vertikale Sensor noch über dem Fahrzeug befindet. In dieser Situation darf der Waschvorgang noch nicht beendet werden. Die Steuerung folgt zunächst weiter der abfallenden Heckkontur.

Erst wenn das tatsächliche Fahrzeugende erreicht ist, wird ein zusätzlicher X-Abstand hergestellt. Anschließend dreht sich der Düsenkopf um 180 Grad und die Y-Achse fährt entlang des Hecks nach unten.

Sicherheit und kontrollierte Grundstellungsfahrt

Auch Unterbrechungen und Rückfahrbewegungen mussten im SPS-Programm berücksichtigt werden.

Bei einer Fahrt zur Grundstellung wird zunächst ausschließlich die Y-Achse vollständig nach oben gefahren. Erst wenn sich der Düsenkopf sicher oberhalb des Fahrzeugs befindet, darf sich die X-Achse zurück in ihre Ausgangsposition bewegen. Dadurch wird verhindert, dass der Waschkopf während der Rückfahrt mit dem Fahrzeug kollidiert.

Wird der Waschvorgang unterbrochen, beginnt die Anlage nach dem erneuten Einschalten nicht selbstständig mit einer Bewegung. Die Rückfahrt zur Grundstellung muss erst freigegeben werden.

PLC-Lab macht das Verhalten sichtbar

In der Simulation können die Bewegungen und Sensorsignale direkt beobachtet werden. Angezeigt werden unter anderem die aktuellen Positionen der X- und Y-Achse sowie die Abstandswerte der verschiedenen Sensoren am Waschkopf.

Damit lässt sich während des Programmtests unmittelbar nachvollziehen, warum die SPS eine bestimmte Korrektur ausführt. Gerade bei der Entwicklung und Fehlersuche ist das ein großer Vorteil: Ein problematischer Übergang an der Windschutzscheibe oder am Heck lässt sich mit derselben Fahrzeugform beliebig oft wiederholen und Schritt für Schritt analysieren.

Projekt zum Download

Damit die virtuelle Autowaschanlage nicht nur betrachtet, sondern auch selbst getestet und weiterentwickelt werden kann, stellen wir sowohl das TIA-Portal-Projekt für die Siemens S7-1200 als auch das zugehörige PLC-Lab-2D-Anlagenprojekt zur Verfügung.

Die Dateien werden in unserem Forum SPS-Treff.de zum Download angeboten. Damit kann das vorhandene SPS-Programm direkt getestet, analysiert und natürlich auch als Ausgangspunkt für eigene Erweiterungen verwendet werden.

Download der Projektdaten aus dem Forum: https://www.sps-treff.de/viewtopic.php?f=33&t=1125

Wer die Aufgabenstellung lieber selbst lösen möchte, kann die virtuelle Anlage ebenso als Testumgebung für ein eigenes SPS-Programm verwenden. Gerade die drei unterschiedlichen Fahrzeugformen bieten dafür zahlreiche Möglichkeiten, die eigene Lösung auf Robustheit und universelle Konturerkennung zu prüfen.

Weitere Informationen zu PLC-Lab 2D

Mehr Informationen zur Software, den unterstützten Steuerungssystemen und den Einsatzmöglichkeiten gibt es auf der PLC-Lab-Produktseite: https://www.mhj-online.de/software/plc-lab-plcsim/

Viel Spaß beim Simulieren, Testen und Weiterentwickeln der virtuellen Autowaschanlage!