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Steuerrelais easyE4 (Teil 1)

2021-02-05

easyE4

Die Stärke vieler moderner Geräte liegt in ihrer Software. Dies gilt insbesondere für Industriesteuerungen, Steuerrelais und Einplatinencomputer.

Mit handelsüblichen elektronischen Bauteilen ist es nicht schwierig, eine programmierbare Steuerung oder ein Relais zu bauen. Es ist viel schwieriger, die Benutzeroberfläche und eine Reihe von Softwaretools zu implementieren, die dem Benutzer die Verwendung erleichtern.

Während easyE4 anderen Geräten dieses Typs optisch ähnlich ist, ist gerade die Tool-Software seine Stärke. Es gibt dem Benutzer nicht nur die Möglichkeit, verschiedene Programmiermethoden zu verwenden und die Arbeit der fertigen Anwendung zu simulieren, sondern auch bietet viele vorgefertigte Funktionsblöcke, unter denen wir auch Module finden können, die bisher nur in viel teureren SPS verfügbar waren.

Wenn Sie die Treiberanwendung oder ein programmierbares Relais lernen möchten, sollten Sie ein zu lösendes Problem auswählen, dann Komponenten auswählen und Schritt für Schritt anhand eines Beispiels führen Sie die Beabsichtigte Anwendung aus. Eventuelle Softwarefehler können dank der eingeführten Updates im Laufe der Zeit behoben werden. Wenn wir jedoch aus einem Beispiel lernen, gewinnen wir das Doppelte. Erstens leisten wir eine nützliche Arbeit und zweitens lernen und erinnern wir uns an neue Techniken, die in der Zukunft eingesetzt werden können.

 

Programmierbares Relais EASY-E4-DC-12TC1

Programmierbares RelaisEASY-E4-DC-12TC1

Moderne programmierbare Schaltkreise (SPS) und ihre kleinen Brüder - Steuerrelais haben den Vorteil, dass in vielen Fällen die Optimierung des Programms kein zentrales Thema für die ordnungsgemäße Funktion ist. Natürlich lohnt es sich sicherzustellen, dass das Programm bestmöglich geschrieben ist, aber moderne Prozessorsysteme verfügen über so große Ressourcen und sind so schnell, dass selbst ein suboptimales Programm die Anforderungen des Benutzers erfüllen kann. Dies hat Vor- und Nachteile, die wir an dieser Stelle jedoch nicht berücksichtigen werden.

Arbeitsumgebung easyE4 von Eaton Electric

Die von Eaton Electric angebotene Software für das Steuerrelais easyE4 wurde unter Verwendung der Entwicklungsumgebung easySoft 7 entwickelt. Die Demoversion kann kostenlos heruntergeladen werden, während die kommerzielle Version am einfachsten zusammen mit EASY-BOX Starterkit, einschließlich des ausgewählten easyE4-Controller-Modells, eines Ethernet-Kabels für die Programmierung und eines Lizenzschlüssels erworben werden kann.

Die Programmierumgebung, weil easySoft 7 aufgrund der Auswahl der verfügbaren Funktionalitäten so genannt werden muss, ermöglicht es, die Relay-Software nicht nur mit einer von vier Methoden auszuführen, sondern auch den Betrieb zu simulieren, die Variablen und die Verläufe zu überwachen, usw. Die einzelnen Funktionen werden später beschrieben.

Die Programmierumgebung wurde an die Fähigkeiten des Steuerrelais angepasst, die längst über die Funktionalität eines mechanischen oder sogar elektronischen Relais hinausgehen, das auf einstellbaren Zeitgebersystemen basiert. Die neueste Generation der Steuerrelais ist nicht nur in der Lage, einzelne Funktionen mittels digitaler Null-Eins-Signale auszulösen, sondern auch ermöglicht sie die Messung und Konditionierung von an den Eingängen vorhandenen analogen Signalen, den Aufbau umfangreicher Netzwerke über Standardschnittstellen und den Datenaustausch mit "großen" SPS und auch weithin verstandene Verarbeitung von Variablen, zum Beispiel das Umwandeln eines digitalen Werts in eine angemessene PWM-Wellenform und nach dem Hinzufügen eines unkomplizierten Filters, auch in einen analogen Wert. Die meisten dieser Funktionen waren früher den konventionellen SPS vorbehalten, heute kann das Relais easyE4 sie erfolgreich implementieren.

Relais der EasyE4-Serie - Auswahl

Die Familie der Steuerrelais easyE4 umfasst derzeit 12 Einheiten mit leicht unterschiedlichen Optionen, Stromversorgung, Anschlusstyp, Anzeigegeräten und Anzahl der Tasten auf dem Bedienfeld. Das Tolle ist, dass Sie beim Starten eines Projekts nur eine allgemeine Orientierung benötigen. Die Auswahl eines bestimmten Typs wird durch die Programmierumgebung easySoft 7 selbst erleichtert, in der die verfügbaren Zeitrelais-Modelle vor dem Starten des Projekts an der linken Seite (Base-Devices-Ordner) aufgelistet werden. Nachdem eins davon ausgewählt wird, wird auf der rechten Seite des Arbeitsfensters die detaillierte Beschreibung angezeigt, einschließlich der Grundparameter, der Versorgungsspannung, der Anzahl der Ein-/Ausgänge (einschließlich der analogen) usw. Nach dem Klick auf den Namen erfolgt eine Umleitung auf die Webseite des Herstellers, wo detaillierte Informationen zu finden sind. Die Orientierung wird auch durch Miniatursymbole erleichtert, mit denen man auf den Blick feststellen kann, ob ein bestimmtes Modell mit einem Display ausgestattet ist oder nicht.

Die vom Hersteller verwendete Nomenklatur ermöglicht eine einfache Orientierung bei der Auswahl eines programmierbaren Relais für ein Projekt. Die Typenbezeichnung besteht unter anderem aus:

  • dem Namen des Relaismodells, hier ist es EASY-E4.
  • Symbolen des Versorgungsspannungstyps (UC – Gleich- oder Wechselstrom, DC - Gleichstrom, AC - Wechselstrom. Hinweis: Modelle mit den Buchstaben "AC" im Namen haben keine analogen Eingänge).
  • der Gesamtzahl der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse (in der Familie easyE4 sind es 12).
  • der Art des Ausgangs (R - Relais/Relays, T - Transistor/Transistors).

Jedes Steuerrelaismodell enthält eine Echtzeituhr mit Batterieunterstützung. Die Ein-/Ausgänge haben Schraubklemmen ("1" im Namen) oder Push-In-Terminal ("1P" im Namen). Wenn ein bestimmtes Relaismodell keine Anzeige und Tasten hat, die die Menübedienung ermöglichen, erscheint der Buchstabe "X" in seinem Namen.

Softwareentwicklung für easyE4 mit easySoft 7

Die Entwicklungsumgebung easySoft 7 ist einzigartig und Eaton hat dem Benutzer eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verfügung gestellt. Während die Wettbewerbsprodukte die Möglichkeit haben, Anwendungen unter Verwendung des FBD-Funktionsblockdiagramms und des LD-Kontaktplandiagramms auszuführen, finden wir in easySoft 7 zwei zusätzliche Möglichkeiten: Struktursprache ST und das aus früheren Produkten bekannte, mit bescheideneren Möglichkeiten ausgestattete, proprietäre EDV-Diagramm, das nicht nur eine schnelle "Umstellung" auf ein neues Produkt ermöglicht, sondern auch die Abwärtskompatibilität für den Fall gewährleistet, dass ein älteres Relaismodell ersetzt werden muss.

Einer der wichtigsten Vorteile der Umgebung easySoft 7 ist die Verfügbarkeit werkseitig vorprogrammierter Funktionsblöcke, die einfach an eigene Anforderungen angepasst werden können. In früheren Modellen der Steuerrelais waren die Blöcke hauptsächlich für einfache Ein/Aus-Anwendungen in der Gebäudeautomation vorgesehen, z.B. zum Ein- und Ausschalten von Lichtern zu einer bestimmten Tageszeit. Derzeit können sie auch erfolgreich in der industriellen Automatisierung eingesetzt werden, da ihre Definitionen unter anderem Blöcke von PID-Reglern, Analogwertkomparatoren, Arithmetikmodule, Frequenzmesser, programmierbare Zähler und andere umfassen.

Funktionsblöcke - Bibliothek und Benutzerblöcke

Wenn man an die begrenzten Möglichkeiten der Steuerrelais gewöhnt ist, kann der Satz von Funktionsblöcken der Serie easyE4 eine Überraschung sein. Wenn wir uns beispielsweise die Beschreibung genauer ansehen und ein Relaismodell auswählen, finden wir unter anderem folgende Blöcke:

  • IC – Interrupt ausgelöst je nach Zählerstand.
  • IE – Interrupt ausgelöst durch die Steigung des Eingangssignals.
  • IT – Interrupt ausgelöst durch die Echtzeituhr.

Diese Arten von Interrupts ermöglichen eine sehr effektive Verwaltung der verfügbaren Rechenleistung, um bestimmte Aufgaben auszuführen, wenn sie ausgeführt werden sollten, ohne den E/A-Status mühsam abzufragen.

Neben einer umfangreichen Bibliothek von Funktionsblöcken (vordefiniert) können auch Benutzerfunktionsblöcke (UFs) erstellt werden, die in jedes Projekt integriert und mehrfach zum Hinzufügen zu aktuellen und anderen Projekten verwendet werden können. Man kann auch Blöcke anderer Personen verwenden, was Zeit spart, den Aufbau der Installation erleichtert und die Kosten für die Projektimplementierung senkt. Erwähnenswert ist die Möglichkeit, die Funktionalität von easyE4 um zusätzliche Erweiterungsmodule zu erweitern, wodurch es mit älteren SPS vergleichbar ist. Auf diese Weise geht das neue Produkt von Eaton Electric über die Grenzen der Standard-Steuerrelais hinaus und wird im Wesentlichen zu einer Miniatur-SPS.

EasySoft 7 für Praktiker: Installation und erste Ausführung

Die Entwicklungsumgebung easySoft 7 ist in vielen Portals verfügbar, aber die Website des Herstellers ist die beste Quelle. Überprüfen Sie die verfügbaren Softwareversionen von Eaton

Nach dem Klick auf das Bild des Eaton Software Download Centers werden wir zur Anwendungsseite weitergeleitet, auf der man auf Software und dann auf easySoft klicken und aus der angezeigten Liste die aktuelle, neueste Version auswählen sollte (zum Zeitpunkt des Schreibens dieses Textes war es 7.2x). Klicken Sie nun in der angezeigten Tabelle auf den Namen des Programms und warten Sie, bis die Installationsdatei auf die Festplatte heruntergeladen wurde.

Die heruntergeladene Datei ist vom Typ .EXE, daher handelt es sich um eine Windows-Anwendung. Die Installation des Programms ist Standard und kein Benutzer dieses Systems sollte ein Problem damit haben.

Ausführen der Software mit einer Lizenz

Wenn Sie eine Softwarelizenz erworben haben, besuchen Sie bitte die Website von Eaton Automation. Aufgrund des offenen, unverschlüsselten Kommunikationsprotokolls (http anstelle von https) klassifiziert der Browser Google Chrome diese Website als potenziell gefährlich. Um sie zu öffnen, klicken Sie auf Erweitert und lassen Sie die Sicherheitsausnahme zu. Geben Sie dann nach dem Klicken auf die Schaltfläche Next die Lizenznummer ein, die auf der Karte in der Verpackung des Starterkits angegeben ist. Klicken Sie nach der Eingabe erneut auf Next und wählen Sie den zu erstellenden Kontotyp aus: ob es sich um eine Privatperson (private customer) handelt oder ob ein Unternehmenskonto (Geschäftskunde) erstellt werden soll. Nachdem Sie erneut auf Next geklickt haben, geben Sie bitte Ihre Identifikationsdaten an. Wenn die Registrierung erfolgreich war, wird die Lizenznummer an die angegebene E-Mail-Adresse gesendet, die nach dem Start von easySoft 7 eingegeben werden muss.

Der mit dem Starter-Kit gekaufte Lizenzschlüssel wird einem registrierten Benutzer zugewiesen und kann nicht an eine andere Person übertragen werden. Wenn Sie den Schlüssel erneut auf der Website eingeben, wird die Lizenznummer erneut gesendet, sofern die angegebenen Daten mit den zuvor bei Eaton registrierten übereinstimmen.

Der Personenzähler basiert auf dem Relais easyE4

Die Idee, Menschen in einem Raum zu zählen, ist nicht neu. In der Vergangenheit, im Zeitalter der Popularisierung digitaler Schaltkreise, wurde es auf der Basis integrierter JK- oder D-Flip-Flops gebaut. Mit einem Gerät wie easyE4 können wir jetzt einen Personenzähler auf der Basis von Steuerrelais bauen. Dies ist natürlich nur eine der Lösungen, aber die Verwendung von easyE4 bietet zahlreiche Vorteile: ein vorgefertigter Mikrocontroller ermöglicht die schnelle Verwendung unseres Personenzählers, gewährleistet die Sicherheit der Benutzer und ermöglicht schnelle und einfache Korrekturen. Darüber hinaus lässt sich unsere Lösung bei Bedarf leicht duplizieren.

Der konstruierte Personenschalter soll das Überschreiten der zulässigen Anzahl von Personen im Raum signalisieren. Es kann auch zum automatischen Ein- und Ausschalten von Beleuchtung, Lüftung, Heizung und anderen Energieempfängern verwendet werden, deren Betrieb von der Anwesenheit von Benutzern im Raum abhängen sollte. Als Lichtschalter kann es am Eingang zum Keller, zur Garage, zum Bad nützlich sein. Als Gegenmaßnahme für Personen, die das Überschreiten signalisieren, kann es wiederum in Räumen nützlich sein, in denen aufgrund des Coronavirus-Risikos Einschränkungen eingeführt wurden.

Illustratives Diagramm einer Personenzählerlösung mit einem Steuerrelais EASY-E4-UC-12RC1 Abbildung 1. Illustratives Diagramm einer Personenzählerlösung mit einem Steuerrelais EASY-E4-UC-12RC1

Ein veranschaulichendes Diagramm des Personenzählers ist in der Abbildung 1 dargestellt. Zwei Sensoren (Infrarotbarrieren, Ultraschallbarrieren, Fotozellen usw.) mit normalerweise offenen Kontakten sind ein wichtiges Element des Zählers. Typischerweise verwendet diese Funktion Infrarotbarrieren, d.h. Fotozellen. Sie werden normalerweise verwendet, um das Schließen von Toren zu verhindern. Fotozellen sollten im Eingang oder Korridor in einem Abstand von etwa 1 Meter voneinander in einer Höhe von 60 cm bis 1 Meter vom Boden so platziert werden, dass sie die Arbeit nicht gegenseitig beeinträchtigen (Abbildung 2).

Aufgrund der Tatsache, dass EASY-E4-12TC mit Spannung aus dem Bereich 12…24 VDC betrieben wird, verfügt das Zählgerät über eine eingebaute Gleichspannungsversorgung mit einem Wert von 24 V, mit der kooperierende externe Elemente, beispielsweise die genannten Fotozellen oder Signalgeräte, mit Strom versorgt werden können. Der Gesamtstromverbrauch dieser Elemente sollte an die Belastbarkeit des Netzteils angepasst werden.

Der Zähler erhöht/verringert die Anzahl der Personen im Raum auf der Grundlage von Impulsen, die an den Eingängen I1 und I2 auftreten:

  • Das Auftreten eines Impulses am Eingang I1 und dann am Eingang I2 erhöht die Anzahl der Personen im Raum um 1. Dies entspricht der in Abbildung 3 gezeigten Abfolge der Abdeckung/Aufdeckung der Sensoren.
  • Ein Impuls am Eingang I2 gefolgt von I1 reduziert die Anzahl im Raum um 1 (Abbildung 4).
  • Der Zähler reagiert nicht, wenn die oben beschriebene Folge von Impulsen an den Eingängen I1 und I2 nicht eingehalten wird.
  • Wenn die Anzahl der Personen im Raum niedriger als die zulässige Anzahl ist, ist der Q1-Ausgang inaktiv, während Q2 aktiv ist (somit können die Q1- und Q2-Ausgänge an die 2-Kammer-Sirene angeschlossen werden).
  • Wenn die Anzahl der Personen im Raum größer oder gleich der zulässigen Anzahl ist, ist der Q1-Ausgang aktiv und der Q2-Ausgang inaktiv.

Anordnung der Barrieren, die als Sensoren des Personenzählers fungieren Abbildung 2. Anordnung der Barrieren, die als Sensoren des Personenzählers fungieren

Da das beschriebene Diagramm eines Personenzählers ein Beispiel für eine Anwendung ist, verwendet die obige Lösung ein Steuerrelais mit Transistorausgängen, an die Signalelemente oder Betätigungsrelais mit hoher Betriebsspannung und hohem Laststrom angeschlossen sind. Eine ebenso gute Lösung wäre die Verwendung eines Steuerrelais mit der Bezeichnung EASY-E4-UC-12RC1 mit Relaisausgängen, die den Aufbau des Geräts vereinfachen. Die Anwendung geht davon aus, dass wir über universelle, potentialfreie Relaisausgänge verfügen, die beispielsweise parallel zu einem Beleuchtungsschalter geschaltet werden können.

Wir werden auch eine unkomplizierte Benutzeroberfläche im Messgerät erstellen. Die definierte maximale und die aktuelle Anzahl der Personen werden auf dem im easyE4-Controller integrierten Display angezeigt. Wir bieten auch die Möglichkeit, beide Zahlen mit den Cursortasten einzustellen und eine Meldung anzuzeigen, die über den Status eines der Ausgänge Q1 oder Q2 informiert.

Reihenfolge zum Abdecken/Aufdecken von Sensoren 1

Abbildung 3. Reihenfolge der Abdeckung/Aufdeckung der Sensoren, wodurch der Zählerstand erhöht wird

Reihenfolge zum Abdecken/Aufdecken von Sensoren 2 Abbildung 4. Abfolge von Abdeckung/Aufdeckung der Sensoren, die den Zählerstand reduzieren.

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