1 EINLEITUNG PROJEKTABLAUF Allgemeine Zielsetzung Projektstruktur und Zeitplan ANFORDERUNGSANALYSE...

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1 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG PROJEKTABLAUF Allgemeine Zielsetzung Projektstruktur und Zeitplan ANFORDERUNGSANALYSE Der Prototyp des Anlagenmodells Anforderungen aus dem aktuellen Praktikum Anforderungen der unterlagerten Steuerung MODELLIERUNG DER ANLAGENABLÄUFE Zerlegen des Anlagenmodells in Teilsysteme Einführung in die Petri-Netz Grundlagen Prozessmodelle mit Hilfe von Petri-Netzen Statische Teilsysteme Dynamische Teilsysteme PROGRAMMIERUNG DER STEUERUNG DES ANLAGENMODELLS Einführung in die Programmiersprache strukturierter Text Erstellen und Aufrufen von Funktionsblöcken Deklaration der Variablen Zugriff auf Ein- und Ausgangsadressen Benutzerdefinierte Datentypen Umsetzung von Petri-Netzen in strukturierten Text Programmierung der Teilsysteme Statische Teilsysteme Dynamische Teilsysteme III

2 Inhaltsverzeichnis 6 HARDWAREEMULATION UND DARSTELLUNG DES ANLAGENMODELLS Vorüberlegung zur Strukturierung Emulation Teilsystem Kistemagazin Teilsystem Bandlauf Teilsystem Kistenbefüllung Teilsystem Kistenlager Visualisierung Visualisierung des Kistenmagazins Visualisierung des Bandlaufs Visualisierung der Kistenbefüllung Visualisierung des Kistenlagers Globale Visualisierung Bedieneroberfläche ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ANHANG A Lastenheft B Schnittstellenübersicht des Anlagenmodells C Glossar D Literaturverzeichnis E Erweiterter Anhang F CD-ROM IV

3 1 Einleitung Die Automatisierung von Produktionsprozessen durch passende technische Einrichtungen sorgt dafür, dass Menschen von häufig wiederholten Arbeitsabläufen und körperlichen Anstrengungen befreit werden. Das Ziel der Automatisierung ist es, technische Anlagen mit einem Maximum an Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit zu betreiben. Dabei verlagert sich die menschliche Arbeitskraft von der Produktion auf die Konstruktions-, die Programmierungs- und die Überwachungsfunktionen. In diesen Bereichen sind Ingenieure tätig, deren wesentlichste Aufgabe darin besteht, Prozesse zu analysieren und zu beschreiben. Genau diese Fähigkeiten sollen den Studenten anhand eines Studienfach-begleitenden Praktikums vermittelt werden. Dabei soll das Arbeiten in Projektteams einen Einblick in die Arbeitswelt liefern, welche von den Studenten ein hohes Maß an Kommunikation und Teamfähigkeit abverlangt. In diesem Praktikum für das Studienfach Steuerungstechnik erhalten die Studenten eine Beschreibung eines elektromagnetischen Anlagenmodells inklusive Lastenheft, um daraus die Programmierung der Steuerung zu erstellen. Dabei ist es die Aufgabe des Anlagenmodells Kisten zu transportieren, mit Kugeln zu befüllen und die befüllten Kisten zu lagern. Die Praktikumsunterlagen enthalten alle Anforderungen an die Sicherheit, die Funktion sowie an die Steuerung, die die Studenten berücksichtigen müssen. Aus diesen Informationen wird das Anlagenmodell, das als Skizze in Abbildung 1-1 dargestellt ist, analysiert und funktional strukturiert. Dies geschieht durch einen Systementwurf um die Komplexität der Anlagenabläufe zu verringern. Die Verringerung der Komplexität sorgt für eine Teilung der Gesamtstruktur des Anlagenmodells in gekapselte Teilsysteme, die über Schnittstellen miteinander kommunizieren. Die einzelnen Funktionen der Teilsysteme werden mit Hilfe von Petri-Netzen modelliert. Nach der Modellierung werden die Petri-Netze in strukturierten Text (ST) nach IEC in eine SPS von der Firma Beckhoff implementiert. Dabei sollen die Ergebnisse entweder mit Hilfe einer Hardwareemulation oder bei Inbetriebnahme des Anlagenmodells verifiziert und gegebenenfalls korrigiert werden. Das Anlagenmodell teilt sich in überlagerte- und unterlagerte Steuerung. Dabei wurde die unterlagerte Steuerung vor kurzem von Herrn Häussler entwickelt. Diese beinhaltet den Betrieb der Aktoren im Anlagenmodell und ihre Ansteuerung über festgelegte Schnittstellen. Diese Schnittstellen werden über die SPS der überlagerten Steuerung zur Verfügung gestellt, die für die Steuerung des Anlagenmodells zuständig ist. Die Hauptaufgabe dieser Diplomarbeit ist es, die überlagerte Steuerung zu entwickeln sowie eine Hardwareemulation des Anlagenmodells zu erstellen. Die Hardwareemulation besteht aus einer vereinfachten Darstellung des Anlagenmodells als Emulation und einer Visualisierung als Schnittstelle zwischen der Steuerung und dem Benutzer. 1

4 Abbildung 1-1: 3D-Skizze des Anlagenmodells Die Diplomarbeit gliedert sich in folgende Kapitel: Die Planung des Projektablaufs wird in Kapitel 2 behandelt. Dabei werden allgemeine Zielsetzungen festgelegt, die beschreiben aus welchen Gründen das aktuelle Praktikumsmodell ersetzt werden soll. Weiterhin wird die Projektstruktur erstellt, die sich in die Vorbereitungsphase, die Konzepthase, die Realisierungsphase, die Test- und die Fehlerbehebungsphase gliedert. In Kapitel 3 wird eine Analyse der Anforderungen durchgeführt, die an das Anlagenmodell gestellt werden. Diese umfasst Anforderungen aus dem zurzeit benutzten Praktikumsmodell, aus der unterlagerten Steuerung sowie aus der Machbarkeitsstudie der vorangegangenen Diplomarbeit. In Kapitel 4 wird das Anlagenmodell in funktional zusammenhängende Teilsysteme zerlegt. Die einzelnen Modellaufbauten mit den vorhandenen Sensoren 2

5 und Aktoren werden anhand von Bildern dargestellt. Aus dieser Funktionsbeschreibung ergeben sich darüber hinaus die nötigen Schnittstellen zwischen den Teilsystemen. Darauf basierend wird das jeweilige Petri-Netz entwickelt, das die Funktion jedes Teilsystems formal definiert. Die Programmierung der Anlagenprozesse in der Programmiersprache ST nach IEC wird in Kapitel 5 behandelt. Darauf aufbauend wird die Umsetzung der Petri-Netze in der Programmierung erläutert. Im weiteren Verlauf dieses Kapitels werden die Funktionen und die Anwendungen von Zählern und Wartezeiten erklärt. In Kapitel 6 wird der Funktionsumfang und die Umsetzung der Emulation vorgestellt. Darüber hinaus wird die Visualisierung erläutert, die durch den Zugriff auf die Programmierung der Teilsysteme und auf die Emulation die Anlagenabläufe grafisch dargestellt wird. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse dieser Diplomarbeit sowie ein Ausblick werden in Kapitel 7 gegeben. In dieser Diplomarbeit werden Begriffe und Abkürzungen benutzt, die einer weiteren Erläuterung bedürfen. Wird der Begriff bei erstmaliger Verwendung nicht im Text erläutert, wird dieser kursiv geschrieben und im Glossar weiter ausgeführt. Das Vorgehen schließt die Einleitung mit ein. 3