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Bei der Zusammenstellung der Texte, Abbildungen und Beiwerke wurde mit großer Sorgfalt vorgegangen – trotzdem können Fehler nicht ausgeschlossen werden. Der Autor übernimmt keine Haftung oder juristische Verantwortung für Schäden, die durch Fahrlässigkeit, Fehler oder Auslassungen etc. in diesem Werk verursacht werden.
Der Autor steht in keiner Handelsbeziehung zu den genannten Produkten, Marken oder deren Firmen.
Die Breadboardansichten wurden mit Fritzing (https://fritzing.org/) erstellt.
Florian Schäffer, Bergener Str. 27, 30625 Hannover, www.blafusel.de
1. Auflage 2022
Korrektorat: Renate Zink
Herstellung: BoD – Books on Demand GmbH, Norderstedt
ISBN: 9783756296262
Hin und wieder muß etwas gemacht werden
auch wenn sonst keiner daran glaubt
selbst wenn es nur dazu dient
einen Augenblick zu verdrängen
Haus- und Heimautomatisierung sowie Smart Living erfahren in den letzten Jahren immer mehr Interesse: Smart Homes steuern automatisch die Heizung, Jalousien, Beleuchtung, Gartenbewässerung und mehr. Spätestens mit der Einführung von Amazons Alexa steht in vielen Haushalten ein mehr oder weniger smarter Assistent. Aufwändiger wird es, wenn nicht nur auf digitale Inhalte zugegriffen wird, sondern tatsächlich die Steuerung der Haus- oder Wohnungstechnik übernommen werden soll.
Während für eine industrielle Nutzung große und dann auch teure Systeme benötigt werden, reicht für eine kleine Anlage oder auch das Zuhause eine stark reduzierte speicherprogrammierbare Steuerungen, wie die Siemens Logo! 8. Diese kann in einem landwirtschaftlichen Betrieb Automatisierungen genauso gut steuern, wie in einer kleinen Fabrik oder eben auch im eigenen Heim. Für letzteres gibt es zwar eine Reihe maßgeschneiderter anderer Angebote, die sich gut eignen, wenn das ganze Haus damit ausgestattet werden soll – wollen Sie aber nur eine einzelne Aufgabe wie die Klimaanlage oder das Garagentor automatisieren, dann zeigt die Logo! 8 ihre Stärke und ist auch für zukünftige Aufgaben gewappnet.
Einzig die ersten Schritte in der Materie sind bisher gar nicht so einfach. Lesen Sie die Handbücher oder ein Sachbuch zum Thema, schreckt allein die bürokratische Einführung mächtig ab: Seitenweise Warnhinweise, Verbote und Einschränkungen, gefolgt von Beamtendeutsch und kein Wort dazu, wie man das Ding denn in Betrieb nimmt.
Dabei kann die Logo! 8 richtig interessant sein und Lust auf Experimentieren und Perfektionierung der eigenen Steuerung machen. Damit dies gelingt und nicht nur graue Theorie bleibt, werden in diesem Buch die bekannten Konstruktionsbausätze von Fischertechnik genutzt, um einfache, möglichst realitätsnah funktionierende Modelle zu bauen und zu steuern. So sehen Sie gleich in der Praxis, wie sich eine Änderung im Programm auswirkt und welche Zusammenhänge es gibt.
Der Einstieg soll möglichst niederschwellig und leicht verständlich sein. Vielleicht haben Sie schon Erfahrung mit der Programmierung und Elektronik, aber bis auf wenige Grundfähigkeiten gibt es keine Vorbedingungen und die Kombination aus Elektronik, Programmierung, Steuerungs- und Regeltechnik sowie Technikmodellbau eignet sich auch sehr gut für interessierte Jugendliche (mit ein wenig Hilfe von Erwachsenen) und vor allem: es ist absolut ungefährlich und macht Spaß.
Florian Schäffer
Egal, ob Sie mit Fischertechnik Kinderspielzeug oder ein technisches Konstruktionssystem für Lehre und Ausbildung verbinden: Die seit über 50 Jahren mehr oder weniger unveränderten Bausteine mit Nuten und Zapfen finden sich neben den Lego-Bausteinen in wohl fast jedem Jugendzimmer. Die Bauteile von Fischertechnik eignen sich dabei besonders gut, um realistisch bewegte Maschinen und Industrieanlagen nachzubauen oder sich neue auszudenken.
Inzwischen gibt es auch verschiedene Ansätze, die gebauten Anlagen programmgesteuert in Bewegung zu setzen und nicht einfach nur mit einer Batterie zu verbinden. Dazu dienten früher die üblichen Homecomputer und mittlerweile der von Fischertechnik selbst vertriebene Mikrocontroller-Baustein TXT-Controller sowie Anbindungen an Systeme wie Arduino oder BBC micro:bit.
Eine funktionsfähige Maschinenkonstruktion oder der Nachbau einer kleinen Fertigungsstraße eignen sich aber auch hervorragend, um die Welt der professionellen Automatisierung von Industrieanlagen mittels speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) zu entdecken. Echte Schalter, Motoren, Lampen und weitere Komponenten, die sich bewegen und ein Modell zum Leben erwecken, verdeutlichen viel anschaulicher, ob die entworfene Steuerung auch wirklich so arbeitet, wie gewünscht, als abstrakt simulierte Ein- und Ausgaben.
Obwohl der Schwerpunkt in diesem Buch bei der Entwicklung von Anwendungsprogrammen für die Logo 8 liegt, kommt der Spaß durch die Konstruktionsbaukästen für Jung und Alt, Schüler oder Student, Ingenieur oder Hobbybastler nicht zu kurz. Vielleicht auch eine gute Gelegenheit, dem schon etwas vernachlässigten Spielzeug eine neue Chance zu geben.
Dieses Buch richtet sich bewusst nicht an Elektro-Ingenieure, sondern an Endanwender, die einen Einstieg in die Speicherprogrammierbare Steuerung suchen und vielleicht ein kleines bis mittleres Projekt damit realisieren wollen. Auch Schüler, Studenten, Lehrlinge oder interessierte Maker finden hier neben den allgemeinen Grundlagen vor allem viele Praxisbeispiele, mit denen sich die Technikmodelle zum Leben erwecken lassen. Selbst wenn gar keine Automatisierung einer realen Anlage geplant ist, macht es Spaß, die Konstruktionsteile mit einer Steuerung zu kontrollieren, zu neuem Leben zu erwecken und sich so spielerisch Ingenieurswissen anzueignen.
Download und Forum
Zu den Technikmodellen finden Sie detaillierte Aufbaubeschreibungen beim Download zu diesem Buch auf der Webseite https://t1p.de/o29o. Dort finden Sie auch die Programme und Verdrahtungspläne etc. Ein Diskussionsforum steht ebenfalls zur Verfügung.
Im weiteren Verlauf wird die LOGO! 8 nur noch abgekürzt als „Logo“ oder „Logo 8“ bezeichnet, damit das Ausrufezeichen im Eigennamen, der nach Schreibweise von Siemens aus Versalien (Großbuchstaben) besteht, nicht als Satzzeichen gelesen wird.
Im Datenblatt zur Logo 8 wird immer wieder darauf hingewiesen, dass der Betrieb nur von qualifiziertem Personal erlaubt ist, und von Tod, schwerer Körperverletzung und Sachschäden wird gewarnt. Das macht natürlich keinen Spaß und schreckt ab. Nur wer Elektroinstallateur ist oder ähnliches studiert hat, dürfte demnach mit einer Logo 8 hantieren.
Selbstverständlich sind die Warnungen berechtigt, aber bei näherer Betrachtung können sie relativiert werden, und der Betrieb kann im Wesentlichen ungefährlich sein. Hier im Buch wird deshalb auf den Umgang mit gefährlichen Spannungen verzichtet. Es gibt lediglich gelegentlich ein paar Hinweise, welche Möglichkeiten sich ergeben können, wenn die Logo 8 mit Netzspannung betrieben wird.
Nur von Netzspannung, also im Fall der Logo bei 230 V Wechselspannung, geht eine Gefahr aus. Wie Sie ab Seite → erfahren, gibt es verschiedene Logo 8-Varianten für unterschiedliche Spannungen. Solange Sie bei Gleichspannung unterhalb von 60 V und bei Wechselspannungen unterhalb 25 V bleiben, besteht selbst für Kinder und Tiere keine Gefahr bei Berührung.
Aus diesem Grund wird hier die Logo mit 24 V betrieben, und für die Fischertechnikmodelle kommen 9 V zum Einsatz. Das Netzteil von Siemens ist als Schaltnetzteil ausgeführt und erfordert den Anschluss eines Netzkabels an offene Schraubklemmen, womit Gefahren verbunden sind. Die Alternative besteht darin, zwei preiswerte Steckernetzteile einzusetzen, wie es ab Seite → gezeigt wird.
Nachdem Sie hier im Buch gelernt haben werden, wie Sie die Logo 8 für Ihre Zwecke einsetzen können, ist es kein großer Schritt mehr, auch Netzspannungen oder sogar Starkstrom zu nutzen und zu schalten. Die notwenigen Installationen übernimmt jeder zugelassene Elektroinstallateur nach Ihren Angaben und Sie können sich ganz auf die Automatisierung konzentrieren.
Ähnlich ist es mit der Einschränkung, dass die Logo 8 nur mit von Siemens zugelassenen (Fremd-) Produkten und Komponenten für die vorgesehenen Einsatzfälle genutzt werden darf. Eine reine Absicherung des Herstellers vor Haftungsansprüchen und zur Marktabgrenzung, der Sie keine Beachtung schenken müssen, denn natürlich dürfen Sie mit einem von Ihnen erworbenen Produkt machen, was Sie wollen, und es spricht nichts gegen den Anschluss der sicherlich nicht von Siemens zugelassenen Fischertechnik-Bauteile und handelsüblichen Installationskomponenten aus der Elektrotechnik usw.
Im Verlauf des Buches werden Sie verschiedene Bauteile einsetzen, um einzelne Aufgaben zu realisieren. Natürlich benötigen Sie nicht unbedingt alle sofort, oder Sie können auch auf Alternativen zurückgreifen. Damit Sie nicht unnötig ausgebremst werden, wenn Sie erst noch Teile besorgen müssen, und auch wissen, was finanziell auf Sie zukommt, finden Sie hier eine Materialliste mit ungefähren Preisangaben (Stand: Ende 2021) zur Orientierung.
Ohne Zusatzskosten geht’s auch
Prinzipiell benötigen Sie nichts weiter als dieses Buch und die Software Logo!Soft Comfort, um die Schaltprogramme für die Logo 8 zu realisieren. Von LogoSoft gibt es eine Demoversion (https://t1p.de/3qyx), die Sie kostenlos bei Siemens downloaden können (wozu eine Registrierung erforderlich ist). Mit der Demosoftware können Sie sämtliche Funktionen erkunden und in der Simulation testen – einzige (für Sie unbedeutende) Einschränkung ist, dass Sie das Programm nicht auf ein Logo 8-Basismodul laden können.
Die wesentlichen Komponenten sind ein Starterset Logo 8 und zwei Baukästen mit Fischertechnik-Teilen. Die weiteren Artikel werden noch detailliert in den einzelnen Kapiteln beschrieben.
Logo! 8 Starter-Kit 12/24V mit Netzteil und Softwarepaket
(© Siemens AG 2021, Alle Rechte vorbehalten)
Für Einsteiger lohnt es sich nicht, die Logo-Module einzeln zu kaufen. Im Starter-Kit befindet sich nicht nur die Hardware, sondern auch die unverzichtbare Software Logo!Soft Comfort, die Sie einmalig als Vollversion erwerben müssen. Später können Sie natürlich die Module einzeln erwerben und mit der vorhandenen Software programmieren. Die mitgelieferte Systembox (Tanos T-Loc) ist zwar praktisch aber eher überflüssig und verteuert das Kit prinzipiell um etwa 50 Euro – dennoch bleibt das Set günstiger als ein Einzelkauf der benötigten Komponenten.
Die zwei Sets mit dem Technikspielzeug wurden gewählt, weil Sie so fast alle Konstruktionsteile zusammen haben. Der Universal 4 bietet viele mechanische Teile und der Robotics die elektrischen Komponenten wie Motoren und Schalter sowie Schneckengewinde. Sie können natürlich auch Einzelteile erwerben, andere Sets oder bereits vorhandenes Material. Beim Download finden Sie eine vollständige Liste aller Fischertechnikteile. Leider wurde der Robotics TXT wieder vom Markt genommen, aber in der Regel lassen sich Exemplare noch gut im Einzelhandel oder auf Internetauktionsplattformen finden.
| Artikel | Anzahl | Preis € |
| Siemens LOGO!8 Starter Kit 12/24RCE Art. Nr. 6ED1057-3BA01-0AA8 | 1 | 215,- |
| Fischertechnik ROBOTICS TXT Automation Robots Art. Nr. 511933 | 1 | 200,- |
| Fischertechnik Universal 4 Art. Nr. 548885 | 1 | 70,- |
| Fischertechnik Leuchtstein (38216) mit Linsenstecklampe 9 V (37875) und versch. farbige Rastleuchtkappe (35084 u. a.) | 3 | 14,- |
| Schaltnetzteil 9 V, ≥ 1 A, Ø 2,1 × 5,5 mm | 1 | 8,- |
| Schaltnetzteil 24 V, ≥ 1 A, Ø 2,1 × 5,5 mm | 1 | 8,- |
| Hutschiene ca. 15 cm | 1 | 3,- |
| Litze 0,14 – 0,25 mm2 | 10 m | 1,- |
| Aderendhülsen inkl. Crimpzange (optional) | 1 | 10,- |
| Seitenschneider | 1 | 4,- |
| Multimeter | 1 | 15,- |
| Relaismodul Push-In, 1 Wechsler, 24 V DC, z. B. Phoenix Contact, Art. Nr. 2903370 | 2 | 8,- |
| IR-Reflektorlichtschranke E18-B03P1 | 1 | 12,- |
| Krokoklemmen-Kabel, Messkabel | 4 | 7,- |
| Jumperkabel für Breadboards Je m-m, m-w, w-w, 10 cm | 10 | 6,- |
| Breadboard Standard 400 | 1 | 3,- |
| Digitaler Temperatursensor LM35DZ | 1 | 2,- |
| Analoger Temperatursensor PT1000 | 1 | 2,- |
| Lichtsensor/LDR GL5528 | 2 | 0,50 |
| Widerstand 5,6 kΩ, ¼ W (Kohleschicht/Metallfilm) | 2 | 0,20 |
| Widerstand 10 kΩ, ¼ W (Kohleschicht/Metallfilm) | 2 | 0,20 |
| Widerstand 2,2 kΩ, ¼ W (Kohleschicht/Metallfilm) | 1 | 0,10 |
| Widerstand 4,7 Ω, 1 W (Dünnfilm) | 7 | 1,20 |
| Widerstand 100 Ω, 3 W (Draht) | 1 | 0,30 |
| Trimmer 2,5 kΩ, 9/10 mm, liegend | 1 | 0,30 |
| Dreh-Potentiometer 2,2 kΩ, 4 mm Achse, linear, Mono | 1 | 2,50 |
Einkaufsliste mit empfohlenen Komponenten
Die Einkaufsliste führt alle weiteren Komponenten auf, die notwendig sind, um alle gezeigten Projekte umzusetzen. Neben den zwei Fischertechnikkästen benötigen Sie auf jeden Fall eine Logo 8 und die zwei Netzteile – alle anderen Teile sind nicht zwingend erforderlich aber sinnvoll. Die Teile bekommen Sie bei gängigen Elektronikdistributoren wie Reichelt, Conrad oder Bürklin, bei ebay oder AliExpress.
Weil es hier weniger um attraktive oder realistische Technikmodelle geht, sondern um die Steuerung von Anlagen, wurde beim Entwurf der Konstruktionen versucht, minimalistische Beispiele zu gestalten. In den Handbüchern von Fischertechnik und im Internet finden Sie oft detailliertere Vorschläge und Sie können die Anregungen selbstverständlich völlig frei umsetzen – das ist ja eine der Grundideen der Modellbaukästen.
Wenn Sie ein Sortiment mit etwa 1.000 Teilen haben, dann dürfte der Nachbau damit meistens gelingen (mit kleinen Anpassungen). Neben den Basisteilen werden auch ein paar elektronische Komponenten benötigt. Die Einkaufsliste ab Seite → zeigt, was Sie brauchen. Als gute Grundausstattung hat sich der Kasten „Universal 4“ bewährt. Diesem fehlen aber jegliche elektronischen Bauteile, die entweder dem Kasten Robotics TXT entnommen werden können oder separat beschafft werden. Drei Lampen mit farbigen Abdeckungen runden den Bauteilbedarf ab – von den neuen LEDs ist eher abzuraten.
Nicht unerwähnt soll natürlich bleiben, dass Sie auch anderes Technikspielzeug benutzen können. Die Bausteine von Lego vor allem aus der Techniksparte eignen sich teilweise ebenso – Sie müssen nur die hier vorgestellten Modelle selber konstruieren. Vereinzelt werden im Buch auch Bastellösungen gezeigt, um zusätzliche Elektronikbauteile zu benutzen.
Von den Modellen wird ein Foto eines realen Nachbaus oder eine 3D-Grafik gezeigt, damit Sie sich daran orientieren können und einen Eindruck bekommen. Zum besseren Nachbau gibt es im Downloadarchiv zudem eine Datei mit einem 3D-Modell aus der Software Fischertechnik-Designer. Auf der Webseite http://www.3dprofi.de können Sie eine Demoversion herunterladen, die zwar im Funktionsumfang eingeschränkt ist, sich aber zum Betrachten der Dateien eignet. In einer PDF-Datei finden Sie eine Einzelteilübersicht der benutzten Bausteine mit Abbildung und Artikelnummer.
Modell zur Ansicht im Fischertechnik Designer
Die Verdrahtung ist in den 3D-Modellen nicht eingezeichnet, da dies eher unübersichtlich wird – vor allem, wenn mehrere Litzen in einem Kabelbaum zusammen verlegt werden. Aus diesem Grund werden in einer der Abbildungen, alle Elektronikbauteile bezeichnet. Diese Bezeichner werden dann im Text und den Schaltplänen etc. benutzt.
Modelle mit sich bewegenden Elementen können zudem in der Software teilweise animiert werden, so dass der Bewegungsablauf (in Teilen) erkennbar wird. Starten Sie den Kinematik-Modus durch Anklicken des Zahnrad-Symbols unter der Menüleiste. Über die Symbole können Sie die Drehrichtung und Geschwindigkeit des virtuellen Motors einstellen.
Kinematik-Modus im Fischertechnik-Designer zur Bewegungsdarstellung
exzenter_stanze
Am Beispiel einer mechanischen Stanze aus den Anfängen der Industrialisierung können Sie sehen, wie eine SPS auch vermeintlich einfache Anlagen sinnvoll ergänzen kann.
Das Modell ist recht einfach und besteht aus einem Motor mit Getriebe, um die Drehzahl zu reduzieren. Am Ausgang des Getriebes befindet sich ein Exzenter, der einen Pleuel antreibt, so dass aus der kreisförmigen Bewegung eine lineare wird, welche das Stanzwerkzeug auf und ab bewegt.
Manuelle Stanzmaschine bei der das Werkstück von Hand eingelegt wird
Nachdem Sie die Konstruktion nachgebaut haben, können Sie direkt an zwei gegenüberliegende Buchsen des Motors eine Spannung von 9 V anschließen – die Polung ist beliebig und beeinflusst lediglich die Drehrichtung.
Für ein Spielmodell reicht das eigentlich aus: Der Stempel bewegt sich pausenlos auf und ab und das Funktionsprinzip ist erkennbar.
Der Schaltplan für die bisherige Verkabelung sieht so aus:
Schaltplan für einen Motor mit Stromquelle (Batterie)
Problematisch wird es, wenn nach dem Modell eine reale Maschine gebaut werden soll: Wie leicht kann es passieren, dass der Bediener seine Finger nicht rechtzeitig wegnimmt oder das Werkstück schief eingelegt ist? Auch ist es recht unpraktisch, immer den Netzstecker ziehen zu müssen (oder eine Sicherung rauszudrehen), wenn Feierabend ist.
Als angehender Anlagenkonstrukteur und -programmierer denken Sie deshalb an einen Schalter oder Taster, der gedrückt wird, wenn sich die Maschine bewegen soll:
Ein Taster/Umschalter steuert den Motor
Die Taster von Fischertechnik schalten bei Betätigung um: im Ruhezustand besteht eine Verbindung zwischen dem mittleren Anschluss (der mit „1“ auf dem Gehäuse beschriftet ist) und der dem roten Taster abgewandten Seite „2“. Durch Drücken wird die Verbindung geöffnet und Steckkontakt „1“ mit „3“ verbunden.
So erweitert, bietet die Stanzmaschine schon etwas Komfort aber noch keine echte Sicherheit gegen eingequetschte Hände. Deshalb wurde schon recht früh eine einfache Sicherheitsschaltung eingesetzt, bei der zwei Taster durch den Maschinenführer gleichzeitig gedrückt werden mussten. Die Taster waren so weit entfernt, dass beide Hände genutzt werden mussten, was sicherstellte, dass die Finger aus dem Bereich der Stanze waren.
Selbst moderne Computer und vor allem speicherprogrammierbare Steuerungen arbeiten im Prinzip mit drei logischen Operatoren: UND, ODER und NICHT. Geschickt kombiniert sind damit komplexe Entscheidungen und Steuerungen möglich. Natürlich gibt es auch Erweiterungen, aber Sie werden immer wieder auf diese drei Grundoperationen zurückkommen, so dass sich eine rudimentäre Erklärung an dieser Stelle schon einmal lohnt:
Eine Aufgabe bei der Entwicklung von Automatisierungen ist immer wieder, sich zu fragen, wie eine im Alltag beschriebene Anweisung in Boolesche Algebra übersetzt werden kann. In „Der Benutzer soll mit beiden Händen gleichzeitig auf die Schalter drücken“ ist das UND schnell gefunden: „Der Benutzer soll mit einer Hand Taster 1 und mit der anderen Hand Taster 2 drücken“. Die zwei Taster müssen also per UND verknüpft werden. Bei komplexen Aufgaben wird das natürlich viel aufwändiger. Eine UND-Verknüpfung von Tastern wird durch eine Reihenschaltung erreicht:
Durch die Reihenschaltung werden die Schalter Und-Verknüpft
Schaltpläne sind eine recht abstrakte Darstellung und wenn Sie nicht geübt sind im Lesen von Schaltplänen und dem sich daraus ergebenden Aufbau, dann bleiben viele der Beispiele hier im Buch schwer nachvollziehbar. Weil das vielen Einsteigern so geht, hat sich in der Makerszene die Darstellung in Steckboardansichten etabliert. Dabei werden die Verbindungen und Bauteile möglichst realistisch und nur leicht abstrahiert dargestellt, so dass sie einfach nachgebaut werden können. Eine verbreitete Software dafür ist Fritzing (https://fritzing.org).
Auch wenn gestandene Techniker das vielleicht belächeln sollten, weil es unkonventionell ist: Wen kümmert’s, solange Sie damit erfolgreich lernen und es Spaß macht?
Realitätsnahe Darstellung der Bauteile und Kabelverbindungen
Bei diesen Darstellungen helfen verschiedenfarbige Farben für die Kabelverbindungen, den Überblick zu behalten und gleiche Signale grafisch zu ordnen. In der Praxis können Sie natürlich jede beliebige Farbe benutzen. Der große Vorteil ist, dass Sie genau sehen, in welche Buchsen die Kabel eingesteckt werden müssen. Ob Sie eine Batterie oder eine andere Spannungsquelle verwenden, bleibt natürlich Ihnen überlassen. Bei den Download-Dateien sind diese Ansichten als PDF verfügbar.
Mit dieser Schaltung kann die Stanzmaschine relativ sicher benutzt werden: Solange kein oder nur ein Schalter betätigt wird, bleibt der Motor stehen und selbst im Modell brauchen Sie beide Hände für eine bequeme Bedienung.
Angesichts dessen, dass die Stanzmaschine jetzt sicher vor Fehlbedienung geschützt ist, fragen Sie sich vielleicht, wie eine SPS hier sinnvoll eingesetzt und die Anlage optimieren kann. Dabei hilft es schon, wenn man sich die Preisverhältnisse in Erinnerung ruft: Die SPS kostet vielleicht inklusive Installation usw. 500 Euro – eine reale Stanzmaschine dieser Art aber ein Vielfaches, so dass die SPS kaum ins Gewicht fallen wird.
Zudem arbeitet eine industrielle Werkzeugmaschine sicher nicht mit 9 V Gleichspannung, sondern eher mit 400 V Drehstrom. Bei solchen Spannungen und dem hohen Strom, den der Motor ziehen wird, können nicht einfach Taster in Reihenschaltung eingesetzt werden, um die Maschine anlaufen zu lassen. Es wird eine niedrige Spannung für die Schalter benötigt und Relais, die eine Motorsteuerung aktivieren.
Wenn sowieso Relais allein zur Erkennung der Schalter notwendig sind, dann kann hier auch eine SPS wie die Logo 8 eingesetzt werden, die dann flexibel umprogrammiert werden kann, wenn es notwendig ist oder die Komfortfunktionen und weitere Sicherheitsaspekte mitbringt.
Ein findiger Arbeiter kommt vielleicht auf die Idee, die Zweihandbedienung auszutricksen und fixiert mit Klebeband o. ä. einen der zwei Taster, so dass er immer geschlossen ist. Ein Programm könnte dies erkennen und dann die Maschine sperren, wenn nach dem Motorlauf nicht wieder beide Taster geöffnet sind.
Oder wie wäre es mit einer Warnlampe, die bei eingeschaltetem Motor aufleuchtet? Beim durchgängigen System mit 9 V kann diese einfach parallel zum Motor eingesetzt werden – nicht aber in einer realen Anlage. Auf keinen Fall darf sie in Reihenschaltung zum Motor eingesetzt werden, da dann der gesamte Strom des Motors auch durch die Lampe fließt.
Die Signallampe kann im Modell parallel zum Motor geschaltet werden
Nachdem Sie die Logo 8 etwas kennengelernt haben, geht es mit dem Modell der Stanzmaschine weiter.
Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken: Sie übernehmen die komplette Steuerung von Anlagen mit Fließbändern, Maschinen, Überwachungssensoren, Anzeigen und vielem mehr. Wo früher Schaltschränke voll mit Relais (sogenannten Schützen), Zeitgebern und anderen mechanischen Bauteilen standen, übernimmt heute ein Computer diese Aufgaben.
Sobald Sie beispielsweise eine Maschine oder die Beleuchtung in Abhängigkeit von zwei oder mehr Bedingungen oder zu bestimmten Zeiten ein- oder ausschalten wollen, benötigen Sie eine passende Steuerung. Ein paar Beispiele aus Ihrem Alltag:
Theoretisch könnte auch in Ihrer Waschmaschine, dem Geschirrspüler oder dem Kaffeevollautomaten eine SPS stecken. Aus Kostengründen und weil keine Änderungen am Ablauf oder spätere Systemausbauten zu erwarten sind, werden dann doch einfachere Systeme, teilweise mit fast schon historischen Controllern verbaut – ansonsten wären dies gute Einsatzgebiete für eine Kleinsteuerung wie die Logo 8.
Der Vorteil gegenüber einfachen Tastern, Relais und Schaltuhren ist, dass sich Verhaltensmodifikationen bei einem computerbasierten System viel schneller umsetzen lassen und fehleranfällige Verdrahtungen und Mechanik entfällt. Hinzu kommt die Möglichkeit der Fernwartung über Netzwerke und die visuelle Darstellung der Systemzustände.
Es gibt aber auch Anwendungen, für die sich eine Logo 8 und auch andere SPS nicht eignen:
Die Logo 8 ist eine kleine Variante der großen SPS von Siemens, die speziell für einfache Anwendungen in der Industrie konzipiert ist, wenn nur einzelne Maschinen gesteuert und überwacht werden sollen. Dennoch ist sie durch Ausbaumöglichkeiten auch für komplexe Aufgaben geeignet aber auch für den Einsatz in Hof und Haus. Besonders reizvoll ist, dass sie einfach in Sicherungs- und Verteilerschränken installierbar ist. Einmal verdrahtet, kann das gespeicherte Programm jederzeit auch durch den Endanwender geändert werden, um so an geänderte Anforderungen angepasst zu werden.
Wenn Sie eine Fabrik mit Speicherprogrammierbarer Steuerung besichtigen wollen, lohnt sich ein Besuch der Mini-Ziegelfabrik im Deutschen Museum (Foto: Zink)
Die Logo 8 ist die derzeit aktuelle Version aus der schon 25-jährigen Geschichte der kleinen Logikmodule, die sich 5, 6, 7 und 8 nannten. Die Basismodule sehen sich relativ ähnlich mit Display, Tasten und dem typischen Gehäuse. Und wenn auch die Grundfähigkeiten gleichgeblieben sind, so sind die einzelnen Module und Zubehörteile nicht oder nur bedingt miteinander kompatibel und kombinierbar. Die Logo 8 zeichnet vor allem die Netzwerkfähigkeit aus, über die sie auch deutlich einfacher mit einer neuen Steuerungssoftware beschrieben werden kann.
Ein integrierter Webserver erlaubt es, dass die Logo 8 Webseiten ausliefert auf denen der Inhalt des Displays (auch wenn physisch gar keins am Basismodell vorhanden ist) in einem Webbrowser angezeigt wird und Eingriffe in den Programmablauf durch virtuelles drücken der Tasten möglich sind.
Kern einer jeden Installation bildet mindestens ein Basismodul. Dieses hat bereits verschiedene Ein- und Ausgänge, den besagten Anschluss für ein Netzwerkkabel in Form der gängigen RJ45-Buchse, Platz für eine Micro-SD-Speicherkarte und (je nach Typ) noch ein LC-Display mit farbiger (Rot, Orange-Gelb und Weiß) Hintergrundbeleuchtung.
Jedes Modul hat acht Eingänge und vier Ausgänge. Wie die Ein- und Ausgänge beschaltet und genutzt werden können, ist unterschiedlich. Die Ausgänge sind entweder gewöhnliche Relais mit 3 A (induktive Last) bzw. 10 A (ohmsche Last) oder Transistoren mit 0,3 A Belastbarkeit und einer Ausgangsspannung in Höhe der Betriebsspannung des Moduls. Alle Eingänge können immer digitale Zustände (Spannung liegt an oder nicht) erkennen, aber auch teilweise analoge Werte im Bereich von 0 – 10 V (näherungsweise 10 Bit Auflösung) messen.
Der Fest-Speicher im Modul bietet Platz für 400 Programmblöcke, was in etwa der Anzahl von Logikgattern entspricht. Auf der Speicherkarte können weitere Programme abgelegt werden, und Daten werden hier als Logfile (Messwertprotokoll etc.) gespeichert.
Das Display am Basismodul ist praktisch, um Zustände, Alarmmeldungen und Messwerte anzuzeigen, die durch die Farbe der Hintergrundbeleuchtung zusätzlich hervorgehoben werden können. Außerdem ist so ein Eingriff in den Programmablauf möglich. Theoretisch ist über das Display auch eine Programmierung möglich, aber das ist eigentlich kaum etwas für die Praxis und eher eine Notlösung – mehr dazu finden Sie bei Bedarf im Gerätehandbuch der Logo 8.
Wenn Sie all das für Ihre Anlage nicht benötigen, können Sie auf ein günstigeres Basismodul ohne Display ausweichen. Für den Einstieg und die Entwicklung ist ein Display sehr wertvoll und es ist gar kein Problem, das Steuerprogramm später dann auf einem Modul ohne LCD laufen zu lassen. Displayausgaben werden dann einfach ignoriert oder können über den Webserver angezeigt werden.
Es gibt vier Typen von Basisgeräten (je mit oder ohne LCD, wobei die ohne Display durch ein zusätzliches „O“ am Ende des Namens erkennbar sind) – Die Artikelnummer besteht aus drei Zahlenblöcken („6ED1052 - xxxxx – 0Bxx“), von denen der mittlere und letzte zur Unterscheidung ausreicht.
Siemens vergibt zudem eine nicht ganz einfach zu durchschauende Nummerierung für den Fertigungsstand (FS) der Geräte, von dem dann auch abhängt, welche Firmware die aktuelle ist. Der Fertigungsstand und die komplette Typnummer finden Sie auf der Seite der Logo 8 in winzig kleiner Schrift.
Der rechte Zahlenblock zusammen mit dem Fertigungsstand gibt Auskunft über die genaue Version der Basismodule:
| Version | Fertigungsstand | Bestellnummer |
| 8.0 | FS:01 – FS:03 | 6ED1052-xxxxx-0BA8 |
| 8.1 | FS:04 – FS:06 | 6ED1052-xxxxx-0BA8 |
| 8.2 | FS:01 – FS:04 | 6ED1052-xxx08-0BA0 |
| 8.3 | FS:01 | 6ED1052-xxx08-0BA1 |
Versions- und Fertigungsstände der Logo 8-Basismodule
Eine Logo 8.0 oder Logo 8.1 sollten Sie möglichst nicht als Neugerät kaufen, da sich dann Einschränkungen bei der Nutzung von Modbus TCP/IP und des Webservers ergeben.
| Modell (ggf. + „O“): | 24CE | 12/24 RCE | 24RCE | 230RCE |
| Artikelnr. mit Display |
1CC08 | 1MD08 | 1HB08 | 1FB08 |
| Artikelnr. ohne Display |
2CC08 | 2MD08 | 2HB08 | 2FB08 |
| Versorgungsspannung | 24 V DC |
12 – 24 V DC |
24 V AC/DC |
115 – 230 V AC/DC |
| Eingänge | 8 | 8 | 8 | 8 |
| … davon analog nutzbar |
4 | 4 | 0 | 0 |
| Ausgänge | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Technik Ausgang | Transistor | Relais | Relais | Relais |
Logo 8-Modelle und ihre Ausstattungen
Hier im Buch wird das Modell 12/24 RCE benutzt, weil mit ihm alle Möglichkeiten aufgezeigt werden können und der Einsatz gefahrlos und unproblematisch ist.
Neben dem Basisgerät bietet der Hersteller eine breite Auswahl an Erweiterungen für den Systemausbau. Eine vollständige Übersicht würde an dieser Stelle zu weit gehen, so dass nur ein Überblick folgt:
Netzteil, Logo 8 mit LCD, Ethernet- und KNX-Modul auf einer Hutschiene
(© Siemens AG 2021, Alle Rechte vorbehalten)
Für einen leichten Einbau in Schaltschränken verfügen alle Module auf der Unterseite über einen Clipmechanismus für (aufgrund ihrer Profilform) sogenannte Hutschienen mit 35 mm Breite, auf der auch Relais und andere typische Elektroinstallationen montiert werden. Die Module können aneinandergereiht werden und sind teilweise über seitliche Buchsen und Kontakte miteinander zum Datenaustausch gekoppelt.
Zur Montage werden die Gehäuse mit der festen Nase (nachdem diese ggf. zuerst herausgeschoben wurde) zuerst in die Tragschiene eingehangen und dann mit der Unterseite aufgesteckt. Je nach Modell ist dabei bereits ein Schraubenzieher notwendig, um die Feder der Rastnase zurückzuziehen. Spätestens zum Ausbau muss diese Nase mit einem Schraubenzieher zurückgezogen werden, um das Gehäuse dann auf dieser Seite im ersten Schritt auszuhängen.
Damit die Logo 8 und spätere Anbauten beim Basteln nicht auf dem Tisch verrutschen, lohnt es sich, im Baumarkt ein kurzes Stück Hutschiene zu kaufen und diese auf einem kleinen Brett festzuschrauben – eventuell gleich zusammen mit einer größeren Fischertechnik-Grundplatte.
Um eine Logo 8 in Betrieb zu nehmen, benötigen Sie lediglich eine zusätzliche Spannungsversorgung, die je nach Modell aus einem Netzteil stammt, oder Sie schließen die Logo 230RCE direkt an 230 V Netzspannung an.
Die Logo 12/24RCE benötigt 50 – 165 mA, so dass Sie bei einem Netzteil mit 1 A ausreichend Spielraum haben. Die Versorgungsspannung kann im Bereich 10,8 V – 28,8 V Gleichspannung liegen, wobei hier im Buch 24 V benutzt werden.
Aus der Fischertechnik-Welt kennen Sie die kleinen Stecker in grün und rot, mit denen sämtliche elektrischen Verbindungen hergestellt werden. Die dünne Litze mit einem Querschnitt von ca. 0,14 mm2 ist für die auftretenden Leistungen völlig ausreichend, eignet sich aber nicht für die Verdrahtung an einer SPS, weil sie zu dünn ist, um sicher eingeklemmt zu werden.
Für die Hausinstallation wird bei Beleuchtung und Steckdosen ein Kabel vom Typ NYM-J mit einem Leitungsquerschnitt von 1,5 mm2 verlegt. Der feste Draht eignet sich gut für Schraub- und Quetschklemmen, allerdings kaum für kleinere Experimente und Fischertechnik-Modelle.
Litze mit 0,14 mm2 ist mit etwa 0,8 – 3 A belastbar (je nach hingenommener Erwärmung und anderen Faktoren), wobei sicherheitshalber nur von 0,8 A ausgegangen werden sollte. Etwas dickere Litze mit 0,25 mm2 kann mit etwa 1,5 – 5 A belastet werden und ist zudem etwas stabiler bei Belastung auf Zug. Alle Litzen bekommen Sie als Einzelader für um die 15 Eurocent als Meterware im Fachhandel für Elektronikteile.
Weil sich die Litze in den Schraubklemmen der für größere Kabel vorgesehenen Installationstechnik aufdröselt und nicht in die teilweise vorhandenen Klemmverbinder gesteckt werden kann, ist es ratsam, die Enden mit isolierten Aderendhülsen zu verquetschen.
Eine Alternative sind sogenannte Dupont-Jumperkabel für Experimentiersteckboards. Die breiten Flachbandkabel können in einzelne Kabel getrennt werden, und die angecrimpten Stifte lassen sich gut in den Steckern von Fischertechnik festschrauben und halten auch in Schraubklemmen zuverlässig.
Mehrere Module auf einer Hutschiene. Die Logo 8 wurde mit einer
Adapterplatine für Fischertechnik-Flachstecker und einer externen Spannungsversorgung
über Hohlstecker ergänzt
Der Autor hat eine Adapterplatine entwickelt, die genau in die Schraubklemmen der Logo 8 passt. In die zwei Hohlbuchsen können die Steckernetzteile zur Versorgung der SPS und der Technikmodelle gesteckt werden. Sämtliche Anschlüsse der SPS sind auf Löcher hinausgeführt, in die sich die Flachstecker von Fischertechnik stecken lassen, was eine Verkabelung mit den Technikmodellen vereinfachen soll. Weitere Steckplätze dienen der Verteilung der Versorgungsspannung und des Masseanschlusses. Das Layout der Platine ist frei zum Nachbau verfügbar.
Netzteile für die Montage in Schaltschränken auf Hutschiene gibt es von Siemens, passend zur Logo 8 und liegen auch den Starter-Kits bei. Selbstverständlich können auch alternative Modelle anderer Hersteller benutzt werden, solange die Leistungsdaten passen. Vor allem für einen größeren Systemausbau mit Erweiterungsmodulen, Relais usw. sind Leistungsreserven notwendig.
Sicherheitshinweis
Die Benutzung eines Netzteils für den direkten Anschluss der Netzspannung über Schraubklemmen ist lebensgefährlich und darf auf keinen Fall durch Laien erfolgen. Eine Nutzung ist nur beim Einbau in einen Schaltschrank erlaubt, bei dem die Schraubklemmen anschließend berührungssicher verdeckt werden, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen wird.
Das dem Start-Set beiliegende Netzteil heben Sie am besten für eine spätere Installation auf oder verkaufen es, wenn Sie die Logo 8 auch in Zukunft nur zum Experimentieren oder für fliegende Aufbauten einsetzen wollen oder die Steuerung offen auf einer Wand montieren.
Sie kennen die kleinen Steckernetzteile – oft spöttisch als Wandwarzen bezeichnet – aus dem Alltag für USB-Handyladegeräte, tragbare Radios und viele andere Elektrokleingeräte. Noch vor ein paar Jahren waren sie etwas klobiger und vor allem schwerer, weil in ihnen ein aus Kupferdraht gewickelter Transformator saß. Heute gibt es fast nur noch Schaltnetzteile, die sehr leicht sind und vor allem eine stabile Ausgangsspannung liefern. Für die Logo 8 benötigen Sie 24 V und mindestens etwa 1 A, um auch für einen Systemausbau gewappnet zu sein.
Wenn Sie nicht das billigste Modell wählen und bei einem seriösen Anbieter kaufen, ist das Netzteil kurzschlussfest und bietet einen Überlastungsschutz. Mit einem solchen Netzteil können Sie gefahrlos arbeiten. Am Ausgang befindet sich fast immer ein Kabel mit einer Hohlbuchse. Die Buchse gibt es in vielen Varianten, wobei sich Ø 2,1 × 5,5 mm etabliert hat. Die Masse sollte am äußeren Rand und der Pluspol innen anliegen.
Die Beschriftung an der Logo 8 entspricht der Leitungsbezeichnung bei Elektroinstallationen: „L+“ ist die Phase oder der Pluspol und „M“ steht für Masse (Minuspol) bei den Kleinspannungsmodellen bzw. „N“ bei der 230 V-Variante für den Neutralleiter.
Kabelfarben
Die Farben für Elektroinstallationskabel sind genormt: L1 ist heutzutage Braun und N Blau. Grün-Gelb-Gestreift ist Erde und darf niemals für irgendetwas anderes benutzt werden. Bei Kleinsignalen gibt es keine Norm aber als gängige Praxis hat sich etabliert, Rot für den Pluspol und Schwarz oder Blau für Masse/Minus zu benutzen. Bei Fischertechnik wird seit eh und je Grün für den Minuspol benutzt.
Wie Sie das Netzteil im Detail anschließen, obliegt Ihnen und es bieten sich verschiedene Möglichkeiten. Die einfachste ist, Sie schneiden am Netzteilkabel den Stecker ab, entfernen etwas Isolierung an den zwei Litzen und quetschen Aderendhülsen auf. Stecken Sie das Netzteil in eine Steckdose und ermitteln Sie mit einem Voltmeter, welche Ader der Pluspol ist. Anschließend können Sie die beiden Kabel an den Schraubklemmen L+ und M der Logo befestigen.
Im Elektronikhandel bekommen Sie zum Netzteil passende Hohlbuchsen (für Printmontage oder mit Lötfahnen, auch als Einbaukupplung bekannt) an die Sie zwei Kabel anlöten, die Sie dann mit der Logo 8 verbinden. Der hintere Anschluss an der Buchse gehört zum mittleren Stift und sollte der Pluspol vom Netzteil sein. Eine der beiden seitlichen Lötfahnen gehört zu einem internen Kontakt. Sie können mit einem Voltmeter nachmessen, welcher Pin bei eingestecktem Stecker mit Masse verbunden ist. Auf der sicheren Seite sind Sie, wenn Sie die beiden freien Anschlüsse verbinden und über ein Kabel an Masse an der SPS anklemmen.
Gemeinsame Masse
Da mit zwei getrennten Spannungsquellen für die Logo 8 und die Technikmodelle gearbeitet wird, müssen Sie an einer beliebigen Stelle die beiden Massen (Minuspole) der Netzteile miteinander verbinden. Am einfachsten dürfte es sein, wenn Sie auch für das 9 V-Netzteil eine Hohlbuchse verwenden, um von dort auf das Flachsteckersystem von Fischertechnik zu wechseln. Dazu beide Anschlüsse für Minus zusammenlöten oder gemeinsam in der Schraubklemme „M“ befestigen (idealerweise nutzen Sie dafür eine einzelne Aderendhülse, in die Sie beide Litzen stecken).
Spannungsversorgung für die Logo 8 und Fischertechnik über Hohlbuchsen