Steuerungs- und Regelungstechnik 2006

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1 lended Learning lended Learning in den Lehrgebieten Steuerungs- und Regelungstechnik und utomatisierungstechnik im iplom-studiengang Produktionstechnik der FH Köln zur Entwicklung von steuerungstechnischer Kompetenz Vorbemerkung: ie Steuerungen von Produktionseinrichtungen werden immer umfangreicher und haben auf die Produktivität der Produktionsprozesse grossen Einfluss. ie in der industriellen Produktion tätigen Ingenieurinnen und Ingenieure benötigen steuerungstechnische Kompetenz. Nur dann können sie mit Mitarbeitern und Lieferanten steuerungstechnische Fragen fachkundig besprechen. die ufgaben von Steuerungen eindeutig beschreiben. Fehler in produktionstechnischen Einrichtungen nicht nur technologisch und mechanisch, sondern auch steuerungstechnisch analysieren und beheben. die Rationalisierungs-Potentiale von steuerungstechnischen Mitteln bei der utomatisierung von Prozessen beurteilen. iese Kompetenz kann in Lehrveranstaltungen nur teilweise vermittelt werden. Ein grosser Teil muss durch Selbststudium erworben werden. Mit den auf P lauffähigen Soft-SPS-Programmen und den beispielsweise in Leitsystemen oder Mensch-Maschine-Schnittstellen genutzten Visualisierungsprogrammen lassen sich die Erstellung und die Erprobung von SPS-nwenderprogrammen auf einem P durchführen. amit kann mit omputer ased Training eigenständig steuerungstechnische Kompetenz erworben werden. ie Standardisierung der SPS-Programmiersprachen nach der IE [2] ermöglicht eine geräteund herstellerunabhängige Lösung von Steuerungsaufgaben. In der Funktionsbaustein-Sprache werden Operatoren und Funktionen graphisch, in nlehnung an IN Teil 12 [3] dargestellt. amit lassen sich komplexe Zusammenhänge leicht erfassen. iese Sprache ist für das Vertiefen der steuerungstechnischen Kenntnisse im Rahmen von E-Learning, lended Learning, omputer ased Training usw geeignet. In den vorgestellten eispielen wird das Programmiersystem oesys, der Firma 3S Smart Software Solutions GmbH [1], eingesetzt. essen Programmiersprachen sind konform zu den nforderungen der IE ankenswerter Weise kann für Lehr- und Lernzwecke eine Version der Software kostenfrei genutzt werden. lended Learning erweitert die üblichen Lehr- und Lernformen wie Präsenzveranstaltungen, Vorlesungen, Übungen, Tutorien, Praktika, selbstständige Gruppenarbeit um überprüfbares Selbststudium. Hierzu wurden für die Lehrgebiete Steuerungs- und Regelungstechnik und utomatisierungstechnik einfache virtuelle Einrichtungen entwickelt. Für diese können Studierende SPS nwenderprogramme schreiben. eren Funktion kann selbstständig mit diesen Visualisierungsobjekten überprüft werden. ie in den Präsenzveranstaltungen vermittelten Lehrinhalte können nachbereitet und vertieft werden. as steuerungs- und regelungstechnische Praktikum kann vorbereitet werden. In dem derzeitigen iplomstudiengang verfehlen Präsenzveranstaltungen in Steuerungs- und Regelungstechnik und utomatisierungstechnik ohne Selbststudium ihr Ziel. er künftige achelorstudiengang bedingt die Vor- und Nachbereitung der Präsenzveranstaltungen. r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

2 lended Learning Hilfsmittel zum eigenständigen Lernen Vorbereitungen: Kopieren Sie von der den Ordner mit Inhalt oesys V auf Ihren P als Sicherungskopie. Installieren Sie dieses Programm unter Programme auf Ihrem P. Kopieren Sie den Ordner "Vorlagen_SR_1_2006" als Sicherungskopie. Speichern Sie eine Kopie des Ordners "Vorlagen_SR_1_2006" in einem neuen Ordner "SR_Uebungen" in dem Ordner "Eigene ateien". Vor dem Öffnen einer Vorlage aus dem Ordner "SR_Uebungen" ist der eventuell vorhandene Schreibschutz zu entfernen. nklicken der Vorlage mit der rechten Maustaste. uswahl von Eigenschaften mit der linken Maustaste. Entfernen des eventuell vorhandenen Häkchens mit der linken Maustaste. Öffnen Sie die Vorlage. Speichern Sie die Vorlage mit "Speichern unter" in dem Ordner "SR_Uebungen" mit einer ezeichnung Ihrer Wahl. Erstellen Sie Ihr nwenderprogramm. Speichern Sie Ihr Programm mit "Speichern unter" in dem Ordner "SR_Uebungen" unter der von Ihnen gewählten ezeichnung. Erproben Sie Ihr Programm. Nutzen unter "Projekt" die Funktionen "lles Übersetzen" und "lles bereinigen" des SPS Programms. Falls notwendig korrigieren Sie Ihr Programm. Speichern Sie Ihr Programm erneut mit "Speichern unter" in dem Ordner "SR_Uebungen" unter der von Ihnen gewählten ezeichnung. Erproben Sie erneut Ihr Programm. Prüfen Sie, ob in der Internetdarstellung des Instituts für Produktion der FH-Köln auf den Seiten von Prof. r.-ing. ieter Klemenz unter "ownloads" weitere ufgaben und Projekte auf Ihre earbeitung warten. Zum Öffnen dieser Projekte verwenden Sie die Ihnen aus den Präsenzveranstaltungen bekannte Kennworte. r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

3 lended Learning 1 Programme zum Überprüfen von kombinatorischen Schaltungen und Schalttabellen ufgabenstellung: Verbale eschreibung einer Verknüpfung von Variablen oder nalyse einer vorliegenden kombinatorischen Schaltung. Lösungsweg: ufstellen der Schalttabelle. bleiten der disjunktiven und/oder konjunktiven Normalform. Erstellen der Funktionspläne/ nweisungslisten/ Kontaktpläne. Erprobung der nwenderprogramme zur Ergebniskontrolle mit den Programmen: "Schalter und Meldeleuchten" oder "Schalttabelle". In dem Projekt "Schalttabelle" können als nwenderprogramm Verknüpfungsschaltungen mit maximal vier Eingängen und drei usgängen als Funktionsplan (FUP), nweisungsliste (WL) oder Kontaktplan (KOP) vorgegeben werden. Für die programmierten Schaltungen wird die Schalttabelle von dem Projekt "Schalttabelle" erstellt. iese ist zur Ergebniskontrolle mit der selbst erstellten Schalttabelle zu vergleichen. Programm zum Umsetzen von kombinatorischen nwenderprogrammen in eine Schalttabelle (Schaltung: ild 4.1 aus dem uch: igitale Steuerungstechnik für Ingenieure der Produktionstechnik). r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

4 lended Learning Programmierung und Funktionsprüfung der Schaltung ild 4.1 aus dem uch: igitale Steuerungstechnik für Ingenieure der Produktionstechnik mit dem Projekt "1_Schalter_und_Meldeleuchten" Erproben von Schaltungen durch Vorgabe der Werte der Eingangsvariablen,,,, E und F und nzeigen der Werte der usgangsvariablen U, V, W, X, Y und Z as Projekt "Schalter und Meldeleuchten" ist eine interaktives Visualisierungsobjekt. In diesem Projekt können im Simulationsbetrieb über virtuelle Schalter die Werte von sechs Variablen vorgegeben und über virtuelle Meldeleuchten die Werte von sechs weiteren Variablen angezeigt werden. as Projekt kann in andere interaktive Projekte zum Vorgeben und nzeigen von weiteren Variablen. mit dem Programm VisuSchalter(PRG) kopiert werden. 1a Übungsaufgaben ie Ergebniskontrolle erfolgt am einfachsten mit dem Projekt "Schalttabelle" ist aber auch mit dem Projekt "Schalter und Meldeleuchten" möglich. Schaltungen mit vier Eingangsvariablen: a ie usgangsvariable soll nur dann den Wert 1 haben, nur wenn genau eine von vier Eingangsvariablen den Wert 1 hat. r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

5 b c d FH Köln Institut für Produktion ie usgangsvariable soll nur dann den Wert 1 haben, nur wenn genau zwei von vier Eingangsvariablen den Wert 1 haben. ie usgangsvariable soll nur dann den Wert 1 haben, nur wenn genau drei von vier Eingangsvariablen den Wert 1 haben. ie usgangsvariable soll nur dann den Wert 1 haben, nur wenn mindestens zwei von vier Eingangsvariablen den Wert 1 haben. lended Learning e f ie usgangsvariable soll nur dann den Wert 1 haben, nur wenn genau null, zwei oder vier von vier Eingangsvariablen den Wert 1 haben. ie usgangsvariable soll nur dann den Wert 1 haben, nur wenn genau eine oder drei von vier Eingangsvariablen den Wert 1 haben. g i m X Y h X k Z n Y l o Y X Y Weitere selbst entwickelte Übungsaufgaben sollten programmiert und erprobt werden. Insbesondere können auch intuitiv entwickelte Schaltungen erprobt werden. 1b Übungsaufgaben Programmierung der in Vorlesungen und Übungen vorgestellten kombinatorischen Schaltungen ddierer, 7 Segment nzeige und Vergleicher mit den Projekten: "1_ddierer" "1_ezimal_nach_7Segment_1Zi" "E1_Vergleicher" r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

6 lended Learning 2 Übungen mit sequentiellen Schaltungen 2a Übungsaufgaben Programmierung und Überprüfung der in Vorlesungen und Übungen vorgestellten einfachen Funktionsplanschaltungen mit Selbsthaltung (Rückkopplung) und dern SR- bzw. RS-Flipflops mit dem Projekt " 1_Schalter_und_Meldeleuchten". 2b Übungsaufgabe Programmierung und Überprüfung der in Vorlesungen und Übungen vorgestellten -Flipflops mit dem Projekt " 4_Schalter_und_Meldeleuchten_iagramm". 2c Übungsaufgabe Verzögerungsschaltungen Programmierung und Funktionsprüfung der in Vorlesungen und Übungen vorgestellten Verzögerungschaltungen mit dem Projekt " 4_Schalter_und_Meldeleuchten_iagramm". Programmierung und Funktionsprüfung der in Vorlesungen und Übungen vorgestellten nwendungen von Einschaltverzögerungen bei Schaltungen für linkgeber und Rundumleuchten mit dem Projekt " 4_Schalter_und_Meldeleuchten_iagramm". nwenderprogramm und Erprobung einer einfachen linkschaltung mit dem Projekt 1_Schalter_und_Meldeleuchten_iagramm. r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

7 lended Learning 2d Übungsaufgabe dreischrittige oder vierschrittige blaufkette Programmierung und Funktionsprüfung der in Vorlesungen und Übungen vorgestellten dreischrittigen blaufkette mit dem Projekt "1_Schalter_und_Meldeleuchten". Programmierung und Funktionsprüfung einer vierschrittigen blaufkette mit dem Projekt "1_Schalter_und_Meldeleuchten" (Schaltung: ild 6.2 aus dem uch: igitale Steuerungstechnik für Ingenieure der Produktionstechnik). r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

8 lended Learning 3 Fallstudie ohrvorrichtung us der Internetdarstellung des Instituts für Produktion der FH-Köln auf den Seiten von Prof. r.-ing. ieter Klemenz befinden sich unter "ownloads" die Projekte: ohrvorrichtung_ideale_endschalter, ohrvorrichtung_reale_endschalter, ohrvorrichtung_ideale_sensoren. Zum Öffnen von "ownloads" wird das aus den Präsenzveranstaltungen bekannte Kennwort benötigt. Nach dem Herunterladen der Projekte muss zum earbeiten der Schreibschutz der Projekte aufgehoben und es muss das Kennwort verwendet werden. us den Präsenzveranstaltungen ist die Funktion der ohrvorrichtung und Schaltungsbeispiele bekannt. ie ohrvorrichtung ist aus dem uch: igitale Steuerungstechnik für Ingenieure der Produktionstechnik entnommen. 3a Übungsaufgabe: Zeitabhängige Steuerung der ohrvorrichtung Programmierung und Funktionsprüfung der in Vorlesungen und Übungen vorgestellten Steuerung für die ohrvorrichtung mit Einschaltverzögerungen mit den Projekten "ohrvorrichtung_ideale_endschalter oder Sensoren" oder "ohrvorrichtung_reale_endschalter". Hinweis: In den Projekten "ohrvorrichtung_ideale_endschalter oder Sensoren" schalten die Endlagenschalter erst in in den absoluten Endlagen der ktoren. Sie geben also ein1-signal nur ab, wenn sich die ktoren in den absoluten Endlagen befinden. In dem Projekt "ohrvorrichtung_reale_endschalter" schalten die Endlagenschalter bereits in der Nähe der absoluten Endlagen der ktoren. Sie geben also ein1-signal ab, wenn sich die ktoren den absoluten Endlagen nähern oder sich in ihnen befinden. Um Störungen zu vermeiden werden sind in der Praxis Endlagenschalter so einzustellen. 3b Übungsaufgabe: Steuerungen für die ohrvorrichtung mit blaufkette Programmierung und Funktionsprüfung der in Vorlesungen und Übungen vorgestellten Steuerungen für die ohrvorrichtung mit blaufkette mit dem Projekt "ohrvorrichtung_ideale_sensoren". Nutzung der zusätzlichen Sensoren "S7" mit der usgangsvariablen "Werkst" der die Präsenz eines Werkstücks in der ohrposition erfasst und "S8" mit der usgangsvariablen "Magazin" der die Präsenz eines Werkstücks in dem Magazin erfasst. r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

9 lended Learning L1 1/N/PE/ ~50 Hz 230 V ohrvorschub Zuteiler usschieber N Variable PE Sensor 1S1 1S2 2S1 2S2 3S1 3S2 Hilfsbetrieb us Ein ktor ohrmotor us Ein L+ 24V- Ventil 1V2 1V3 2V2 2V3 3V2 3V3 Ventil 1V1 2V1 3V1 ohrvorschub us Ein Magnet- Spule 1Y1 2Y1 3Y1 M Variable KVoraus KZutaus KSchiaus Zuteiler us Ein Ventil 0V1 usschieber us Ein L- Stromlaufplan in zusammenhängender arstellung der Steuerung des ohrmotors und der Ersatzschaltung des Hilfsbetriebs Filter-Regler-Öler-Einheit Pneumatikplan für die ohrvorrichtung mit Zuordnung der Endlagenschalter Visualisierungsbaustein Visu_ohrvorrichtung_Ideal oder Visu_ohrvorrichtung_Real edien- und eobachtungsfeld ohrvorrichtung edien- und eobachtungsfeld Visualisierungsbaustein Visu_ohrvorrichtung ohrvorrichtung nwenderprogramm T_uto T_Schritt T_Zyklus T_auer T_Hand H_ H_Motoraus H_Vorein H_Voraus H_Zutein H_Zutaus H_Schiein H_Schiaus Ml_uto Ml_Schritt Ml_Zyklus Ml_auer Ml_Hand nwenderprogramm Globale Variablen PROGRM Visu_Versuch (Hilfsprogramm für die Simulation der Funktionen der Visualisierungsbausteine) Globale Variablen PROGRM Visu_Versuch (Hilfsprogramm für die Simulation der Funktionen der Visualisierungsbausteine) Signalaustausch in den Projekten: ohrvorrichtung_ideale oder Reale_Endschalter edien- und eobachtungsfeld Visualisierungsbaustein Visu_ohrvorrichtung ohrvorrichtung edien- und eobachtungsfeld Visualisierungsbaustein Visu_ohrvorrichtung ohrvorrichtung T_uto T_Schritt T_Zyklus T_auer T_Hand H_ H_Motoraus H_Vorein H_Voraus H_Zutein H_Zutaus H_Schiein H_Schiaus Ml_uto Ml_Schritt Ml_Zyklus Ml_auer Ml_Hand nwenderprogramm Magazin Werkst nwenderprogramm Magazin Werkst Globale Variablen PROGRM Visu_Versuch (Hilfsprogramm für die Simulation der Funktionen der Visualisierungsbausteine) Globale Variablen PROGRM Visu_Versuch (Hilfsprogramm für die Simulation der Funktionen der Visualisierungsbausteine) Signalaustausch in dem Projekt: ohrvorrichtung_ideale_sensoren r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

10 lended Learning Stromversorgung Stromversorgung L1 1/N/PE/ ~50 Hz 230 V L1 1/N/PE/ ~50 Hz 230 V Netzanschluss N PE Netzanschluss N PE L+ 24V- L- L+ 24V- L- SPS Taster Einzelschritt T_Schritt SPS Taster Einzelzyklus T_Zyklus Meldeleuchte Start Taster utomatik T_uto Meldeleuchte Start Taster Ein Taster Ein Taster us Taster us Ml_uto Meldeleuchte etriebsart utomatik Taster Handbetrieb T_Hand Taster ohrspindelmotor einschalten H_ Meldeleuchte etriebsart Einzelschritt Ml_Schritt Taster ohrspindelmotor ausschalten H_Motoraus Taster ohrvorschub ausfahren H_Voraus Meldeleuchte etriebsart Einzelzyklus Ml_Zyklus Taster ohrvorschub einfahren H_Vorein Taster Zuteiler ausfahren H_Zutaus Ml_Hand Meldeleuchte etriebsart Hand Taster Zuteiler einfahren H_Zutein Taster usschieber ausfahren H_Schiaus Taster usschieber einfahren H_Schiein Endschalter 1S1 Endschalter 1S2 Schütz des ohrmotors Endschalter 1S1 Endschalter 1S2 Schütz des ohrmotors Endschalter 2S1 Endschalter 2S2 Ventilmagnet 1Y1 Endschalter 2S1 Endschalter 2S2 Ventilmagnet 1Y1 Endschalter 3S1 Endschalter 3S2 Ventilmagnet 2Y1 Endschalter 3S1 Endschalter 3S2 Ventilmagnet 2Y1 r.-ing. ieter Klemenz Ventilmagnet 3Y1 r.-ing. ieter Klemenz Ventilmagnet 3Y1 Eingänge usgänge Eingänge usgänge nschlussschema der Ein- und usgangssignale in dem Projekt: ohrvorrichtung_ideale oder Reale_Endschalter Stromversorgung Stromversorgung L1 1/N/PE/ ~50 Hz 230 V L1 1/N/PE/ ~50 Hz 230 V Netzanschluss N PE Netzanschluss N PE L+ 24V- L- L+ 24V- L- SPS Taster Einzelschritt T_Schritt SPS Meldeleuchte Start Taster Einzelzyklus Taster utomatik T_Zyklus T_uto Meldeleuchte Start Taster Ein Taster us Taster Ein Taster us Ml_uto Meldeleuchte etriebsart utomatik Taster Handbetrieb Taster ohrspindelmotor einschalten T_Hand H_ Meldeleuchte etriebsart Einzelschritt Ml_Schritt Taster ohrspindelmotor ausschalten Taster ohrvorschub ausfahren H_Motoraus H_Voraus Meldeleuchte etriebsart Einzelzyklus Ml_Zyklus Taster ohrvorschub einfahren Taster Zuteiler ausfahren H_Vorein H_Zutaus Ml_Hand Meldeleuchte etriebsart Hand Taster Zuteiler einfahren H_Zutein r.-ing. ieter Klemenz Taster usschieber ausfahren Taster usschieber einfahren H_Schiaus H_Schiein r.-ing. ieter Klemenz Sensor 1S1 Sensor 1S2 Schütz des ohrmotors Sensor 1S1 Sensor 1S2 Schütz des ohrmotors Sensor 2S1 Sensor 2S2 Ventilmagnet 1Y1 Sensor 2S1 Sensor 2S2 Ventilmagnet 1Y1 Sensor 3S1 Sensor 3S2 Ventilmagnet 2Y1 Sensor 3S1 Sensor 3S2 Ventilmagnet 2Y1 Sensor S7 Sensor S8 SWerkst SMagazin Ventilmagnet 3Y1 Sensor S7 Sensor S8 SWerkst SMagazin Ventilmagnet 3Y1 Eingänge usgänge Eingänge usgänge nschlussschema der Ein- und usgangssignale in dem Projekt: ohrvorrichtung_ideale_sensoren r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc

11 lended Learning 3c Übungsaufgabe Erstellen und nalysieren von Signal/Schritt-iagrammen nalysieren der "blaufsteuerung_fup_(prg)" und "blaufsteuerung_fup_(prg)" in Projekt "ohrvorrichtung_ideale_sensoren". Hierzu Erstellung von Signal/Schritt-iagrammen für die Variablen ZSp1, ZSp2 und ZSp3 und vergleichen Sie diese Signal/Schritt-iagramme mit dem Signal/Schritt-iagramm der Lösung mit blaufkette. Wie reagieren die "blaufsteuerung_fup_(prg)" und "blaufsteuerung_fup_(prg)" in Projekt "ohrvorrichtung_ideale_sensoren" wenn der Hilfsbetrieb ein- und ausgeschaltet wird. r.-ing.. Klemenz 0_lended Learning.doc