Pflichtenheft. Datum: Version: 1.2. PedeleX (Bike Tower) Am Judensand Mainz

Transkript

1 Datum: Version: 1.2 Projekt: Auftraggeber: Ansprechpartner: Auftragnehmer: Ansprechpartner: Pedele (Bike Tower) BBS1 Mainz Am Judensand Mainz Hr. Müller, Hr. Löser Pedele- Projektteam, Abschlussprojekt zum staatl. Geprüften Techniker für Automatisierungstechnik Hr. Harald Haßler Hr. Carsten Schmitt Hr. Mehmet Inan

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Zielsetzung Anlagenschema Blockbild Verteilung Automatisierungsgeräte Bike Box Ladearm Solartower Bike Tower Schaltschrank Touch Panel und Türmechanismus Software Rahmenbedingungen Umwelteinflüsse und Vandalismus Personenschutz Termine und Meilensteine Allgemeine Termine Projektphasen Meilensteine Produkteinsatz Anwendungsbereiche Zielgruppen Betriebsbedingungen Produkt Anforderungen Funktionale Anforderungen Bike Box Türmechanik und -modul Einlagerungsvorgang Bike Tower Simulation Auslagerungsvorgang Datenbank Solar Tower und Steuerschrank Touch Panel

3 5.2 Nichtfunktionale Anforderungen Dokumentation Schaltpläne CAD-Zeichnungen Programmentwurf Programmablaufplan Bedienungsanleitung Internetauftritt Vision Produktdaten Maße Bike Box mit Einzugstür Solartower (ohne Solarpanel) Hauptschaltschrank Hardware Software Steuerkomponenten Aufgabenverteilung Ansprechpartner Entscheidungen im Projekt Lieferumfang Im Lieferumfang enthalten sind Im Lieferumfang optional enthalten sind Im Lieferumfang nicht enthalten Qualitätsanforderungen Änderungsverzeichnis Bilder- und Tabellenverzeichnis Bilderverzeichnis Tabellenverzeichnis Glossar Erklärung

4 1 Einleitung Im Rahmen der Ausbildung zum staatlich geprüften Techniker für Automatisierungstechnik an der Berufsbildenden Schule 1 in Mainz, ist im Lernmodul 15 ein Abschlussprojekt in Teamarbeit durchzuführen. Dabei sollen die Fachschüler die Fähigkeit erwerben ein Problem selbständig zu erkennen, zu analysieren, zu strukturieren und zu beurteilen. Dieses Projekt soll in praxisgerechten Lösungen entwickelt, dokumentiert und präsentiert werden. An dem Projekt Pedele arbeiten drei Fachschüler, wobei zwei aus der Fachrichtung Prozessautomatisierung kommen und einer aus der Fachrichtung Produktautomatisierung. Sie werden von den Fachkräften Herr Löser und Herr Müller betreut und unterstützt. Das Projektteam hat im Lastenheft die für das Projekt zu realisierenden Punkte festgehalten, nachdem diese von den Projektbetreuern verfasst wurden. Das Lastenheft Projekt Pedele (Bike Tower) ist Vorlage dieses Pflichtenheftes. 2 Zielsetzung In diesem Kapitel beschreibt das Projektteam Pedele, wie die vom Auftraggeber im Lastenheft geforderten Ziele umgesetzt werden. 2.1 Anlagenschema Um eine Übersicht über das Gesamtbild der später fertigen Anlage zu kommen wurde folgendes Anlagenschema erstellt: Abbildung 1: Anlagenschema Projekt "Pedele" 4

5 2.1.1 Blockbild Verteilung Automatisierungsgeräte Die nachfolgende Abbildung zeigt schematisch die Verteilung der Automatisierungs- und Steuerungsgeräte, die Kommunikation & Signalverarbeitung der Anlage, sowie die Energieeinspeisungen. Abbildung 2a: Blockbild Verteilung Automatisierungsgeräte Projekt "Pedele" 5

6 2.2 Bike Box Abbildung 3: Bike Box vor dem Umbau An der bereits vorhandenen Bike Box werden kleine Änderungen vorgenommen. Das Grundgestell mit dem Einzugsmechanismus bleibt bestehen. Der vorhandene Greifer für das Ausklappen des Induktionsladeständers muss entfernt werden. Dafür wird ein Ladearm konstruiert, der zusammen mit dem Einzugsmechanismus herausfährt und die Möglichkeit bietet ein Pedelec oder E-Bike mit Hilfe eines Netzteiles anzuschließen. Die Signalzustände der Bike Box (Türstellung, Position Einzugmechanismus, Ladearm) werden wie zuvor digital durch Lichtschranken, Näherungs- und Kontaktschalter erfasst und über das Wireless ADIO MU Inline Modul welches im Klemmkasten am Türmodul befestigt ist zum Schaltschrank übertragen. Dort werden die Signale durch eine SPS erfasst und zur Gesamtsteuerung der Anlage ausgewertet. 2.3 Ladearm Da es für E-Bikes und Pedelecs noch keinen einheitlichen Standard in der Energieversorgung (Akkus) und deren Ladung gibt wird für das Ladekonzept ein Ladearm konstruiert, der es ermöglicht sein eigenes mitgebrachtes Netzteil Abbildung 4: Erste Konzeptzeichnung des Ladearms anzuschließen und sicher zu verstauen. Der Ladearm soll eine L Form haben und neben dem Einzugsmechanismus zur Einlagerung mit aus der Bike Box herausfahren. Der Arm befindet sich bei der Einlagerung links vom Fahrrad über den Pedalen und ragt bis zur Fahrradmitte. Zum Verstauen des Netzteils enthält der Ladearm eine Vorrichtung, in der das Netzteil sicher eingelegt wird. Das Netzteil wird dann an das Pedelec oder E-Bike angeschlossen und der Netzstecker des Netzteils kommt in eine übliche 230V/50Hz Steckdose welche am Ladearm befestigt ist. Nachdem das Pedelec oder E-Bike dann im Bike-Tower eingelagert wurde, wird der Ladearm durch Verriegelung in der Endposition mit Spannung versorgt und der Akku wird geladen. 6

7 2.4 Solartower Ein weiteres Ziel ist die Photovoltaikanlage mit deren Steuerung von der restlichen Steuerung der Anlage zu trennen und einen eigenständigen Solartower aufzubauen. Das Gerüst für den Solartower wird von einem älteren Projekt übernommen und für unsere Zwecke umgebaut. Dabei wird am oberen Teil eine Solarzelle montiert, darunter kommt ein kleiner Schaltkasten, in dem sich der Überspannungsschutz befindet. Am unteren Teil des Towers wir ein weiterer Schaltkasten montiert, dort befinden sich die Steuerung für das Photovoltaikpanel mit Batterieladung und Netzumschaltung. Der Solartower speist in den Hauptschaltschrank ein, so dass es möglich ist die Pedelecs oder E-Bikes umweltfreundlich zu laden. 2.5 Bike Tower Der Bike Tower wird mit Hilfe der Software taravrbuilder und taravrcontrol simuliert. Nachdem ein Fahrrad, Pedelec oder E-Bike mit Hilfe der Bike Box eingezogen wurde, beginnt die Simulation über die Software echtzeitgesteuert über einen OPC Server durch Kommunikation mit der SPS. Die Simulation zeigt wie das Fahrrad, Pedelec oder E-Bike in einem Bike Tower an einer freien Parkposition eingelagert wird. Insgesamt werden drei Parkpositionen simuliert. Bei der Einlagerung verbindet sich der Ladearm auch in der Simulation mit der Verriegelungseinheit der Parkposition. Meldet die Position, dass der Ladearm verriegelt ist wird die Spannung freigeschaltet und der Akku wird geladen. 2.6 Schaltschrank Der Schaltschrank bildet die Zentrale Einheit der Anlage. Er ist der Knotenpunkt und beinhaltet die ILC 150 GSM/GPRS SPS zur Steuerung des Gesamtablaufs der Anlage. Die Kommunikation der Steuersignale (Bike Box) mit dem Schaltschrank erfolgt auf der Feldebene mittels Bluetooth über ein Wireless Mux ADIO Set und Interbus Inline Klemmen. Im Schaltschrank befindet sich zudem ein Ethernet- Switch, der auf der Steuerungsebene das Touch Panel und den PC zur Bike Tower Simulation verbindet. Außerdem befindet sich im Schaltschrank ein PSR Trisafe Sicherheitsmodul an das direkt der Not-Halt der Anlage verdrahtet ist und diese bei Betätigen des Not-Halts in einen sicheren Zustand schaltet. Hilfsrelais und Schütze steuern die Zuschaltung der Ladespannung über die SPS. Der in der Bike Box vorhandene Antrieb zum Aus- und Einfahren des Einzugmechanismus wird durch einen SEW Frequenzumrichter gesteuert, der die Freigabe und Drehrichtungssignale von der SPS erhält. Da die Einspeisung des Schaltschranks über einen normalen Netzstecker erfolgt wird im Schaltschrank ein Verpolungsschutz eingebaut. Ist der Netzstecker falsch eingesteckt lässt sich die Anlage aus Sicherheitstechnischen Gründen nicht in Betrieb nehmen. Dies wird über dem eingebauten Hauptschalter durch eine rote Meldeleuchte angezeigt. 7

8 2.7 Touch Panel und Türmechanismus Das Touch Panel bleibt, wie bereits in dem Vorjahresprojekt, am Türmodul der Bike Box befestigt. Es ermöglicht die Anmeldung an der Bike Box, gibt Informationen über die verfügbaren oder belegten Plätze im Bike Tower und ermöglicht die Auswahl ob ein Fahrrad, Pedelec oder E-Bike ein- oder ausgelagert werden soll. Das Touch Panel, über das die Bedienung der Anlage läuft, ist mit einem Ethernet Kabel über einen Switch mit der SPS verbunden, die Kommunikation läuft über OPC Variablen. Der Zugang zur Bike Box bleibt zum Vorjahr unverändert über Schiebetüren, welche automatisch auf- und zugesteuert werden. Unterhalb des Touch Panel ist ein Not-Halt Knopf und ein RFID Zugangsschloss montiert. 2.8 Software Aufgrund von fehlender Software wird der Gesamtablauf der Fahrradgarage durch die SPS mit Ein- und Auslagerungsvorgang komplett neu programmiert. Auch die Touch Panel Visualisierung wird inklusive der notwendigen OPC Variablen neu programmiert, da hier ebenfalls keine Visualisierung mehr vorhanden war. Die Bike Tower Simulation erfolgt über die 3D Visualisierung taravrbuilder und taravrcontrol. 2.9 Rahmenbedingungen Umwelteinflüsse und Vandalismus Die Bike Box und der Bike Tower schützt das Fahrrad, Pedelec oder E-Bike gegen alle Witterungsbedingungen, so dass gerade die Elektronik eines Pedelecs oder E-Bikes besonders geschützt ist. Auch ein Blitzeinschlag kann die Station, dank eingebauter Überspannungsschutzeinrichtungen, nicht schädigen. Im Bike Tower wird das Fahrrad, E-Bike oder Pedelec auch sicher vor Vandalismus sicher geschützt. Das innere der Station wird durch eine IP Kamera überwacht Personenschutz Durch den automatischen Einzug und der Einlagerung des Fahrrads, Pedelecs oder E-Bikes ist Gefahr für Personen minimal. Personen kommen nur bei der Abgabe des Fahrrads mit dem Einzug in Kontakt, aus diesem Grund ist dieser Bereich besonders geschützt. Über dem Einzug befindet sich ein Bewegungsmelder, der erkennt wenn Personen in der Nähe sind. Außerdem befindet sich dort ein Not-Halt Knopf, wird dieser betätig wird der Antrieb und die Anlage Spannungsfrei geschaltet und der Einzugmechanismus bleibt stehen um Verletzungen zu verhindern. Die Auffahrrampe bietet eine Antirutschoberfläche, um die Rutschgefahr bei Regen zu vermeiden. Um die Anlage vor Berührungsspannungen und möglichen Potenzialdifferenzen zu schützen werden die einzelnen Anlagenkomponenten auf eine Potentialausgleichsschiene geführt. 8

9 3 Termine und Meilensteine 3.1 Allgemeine Termine Kick-Off Veranstaltung und Projektbeginn Abgabe der Bestellliste für den BBS 1 Haushalt Offizielle Freischaltung der Internetseite Abgabe des Pflichtenhefts Zwischenpräsentation Abgabe der Projekt-Dokumentationen Fachgespräche Abschlusspräsentation Projektübergabe Abgabe der Ergänzungen zur Dokumentation 3.2 Projektphasen Inbetriebnahme des Vorgängerprojekts (Aufgrund von fehlender Software nicht möglich) Erstellen Bestellliste / Materialzusammenstellung Aufbau Solartower Umbau der Bike Box und des Schaltschrankes Visualisierung des Touch Panels Simulation des Bike Towers Inbetriebnahme der Gesamtanlage Erstellen der Projektdokumentation Erstellen der Abschlusspräsentation 9

10 3.3 Meilensteine Konstruktions- und Schaltpläne sind erstellt Konstruktionsarbeiten Ladearm und Solar Tower abgeschlossen Verdrahtungsarbeiten und Aufbauarbeiten abgeschlossen Visualisierung und Simulation des Bike Towers erstellt/programmiert Programmierung des Gesamtablaufs ist erstellt Inbetriebnahme der Gesamtanlage 4 Produkteinsatz 4.1 Anwendungsbereiche Vor allem an belebten bzw. öffentlichen Plätzen, wo wenig Raum vorhanden ist, ist ein Bike Tower sinnvoll. Durch die Möglichkeit den Bike Tower im Boden zu versenken oder aber nach oben zu bauen ist der Platz bedarf sehr gering. Es müsste lediglich der Einzugsmechanismus frei zugänglich sein. So ist es möglich, gerade an Bahnhöfen, Platz zu sparen und das Chaos der vielen Fahrräder, Pedelecs und E-Bikes zu vermindern. 4.2 Zielgruppen Hauptsächlich in Städten, Gemeinden und an Bahnhöfen, wo viele Fahrräder, Pedelecs oder E-Bikes abgestellt werden ist eine sichere und witterungsunabhängige Aufbewahrung wichtig und mit dem Bike Tower gut umsetzbar. Auch Firmen profitieren vom Bike Tower, durch die sichere Unterbringung des Fahrrads, Pedelecs oder E-Bikes, brauchen sich die Angestellten keine Gedanken um Diebstahl zu machen. Durch die individuelle Anpassung des Bike Towers kann er auch von Familien genutzt werden, die eine sichere und platzsparende Lösung zur Lagerung ihrer Fahrräder, Pedelecs oder E-Bikes wollen. 4.3 Betriebsbedingungen Für den Betrieb sollte genug Platz für einen Bike Tower vorhanden sein, entweder unterirdisch oder nach oben. Die Photovoltaikanlage kann unabhängig von der Bike Box aufgestellt werden, so kann die Bike Box auch an einen Ort gestellt werden, der nicht viel Sonneneinfall hat. Für den Betrieb ist die Tageszeit oder die Wetterbedingung kein Hindernis. 10

11 5 Produkt Anforderungen 5.1 Funktionale Anforderungen In diesem Kapitel werden die funktionalen Anforderungen, also die Kriterien an denen die Projektziele wie im Kapitel 2 beschrieben am Ende des Projektes als erreicht gelten Bike Box Die bisherige Bike Box wurde am Ende des Projektes bis auf den Abbau des Greifmechanismus für den Induktionsladeständer und den Abbau des Photovoltaik Panels nicht groß verändert. Das Grundgestell besteht aus Profilschienen, oben befindet sich ein Deckel aus einer Aluplatte. An einer Seite sind Aluplatten angebracht an der Werbeplakate der Sponsoren angebracht sind. Die andere Seite der Bike Box bleibt offen, damit eine bessere Präsentation möglich ist. Im inneren der Bike Box befinden sich nach Projektdurchführung nach wie vor der Antrieb und die Mechanik für den Einzug, 4 Lichtschranken für die Endlagenerfassung des Einzugs, der Ladearm mit Andockmechanismus und eine Kamera zur Stationsüberwachung. Neu hinzu kam der Ladearm an dem vor dem Einlagerungsvorgang das eigene Netzteil angeschlossen und verstaut werden kann. Hierzu ist am Ladearm eine 220V Steckdose angebracht. Die Lichtschranken, Näherungs- und Kontaktschalter sind über einen Zentralverteiler am Klemmkasten der Bike Box angeschlossen. Im Klemmkasten befindet sich ein Wireless ADIO MU Bluetooth Buskoppler, welcher digitale sowie analoge Ein- und Ausgänge besitzt. Die Signale werden dann an den im Schaltschrank befindlichen Buskoppler über Bluetooth kabellos übertragen. Der Greifmechanismus für den Vorderreifen wurde ebenfalls nicht geändert. Das Vorderrad wird über die Zufahrtsrampe dort ohne ein Risiko zur Beschädigung am Reifen oder der Felge hineingestellt und somit das Fahrrad zur Einlagerung vorbereitet. Ein weiterer neuer optischer Sensor am Eingang der Bike Box erkennt ob das Rad mit dem Vorderreifen korrekt in den Einzugmechanismus gestellt wurde Türmechanik und -modul An der Türmechanik wurde nichts geändert, es handelt sich um eine Doppel-Schiebetür, die mit einem elektrischen Antrieb gesteuert wird. Der Schutz gegen unberechtigtes und mutwilliges Öffnen der Türen wird durch einen elektromechanischen Türverschluss realisiert. Über der Tür ist ein Bewegungsmelder montiert, der Personen im Gefahrenbereich erkennt. Außerdem sind die Sende- und Empfangsantenne des Bluetooth Buskopplers, sowie der Klemmenkasten am Türmodul befestigt. Im Deckel des Klemmenkastens befindet sich das Touch Panel, welches zur Bedienung der Anlage dient, ein Not-Halt und ein RFID Zugangsschloss. 11

12 5.1.3 Einlagerungsvorgang Der Einlagerungsvorgang beginnt am Touch Panel der Station. Der Kunde hat die Möglichkeit sich mit einer RFID Karte und anschließender Eingabe eines persönlichen Codes, oder nach einer erfolgreichen Registrierung an der Station mit seiner Mobiltelefonnummer und Eingabe eines persönlichen Code anzumelden. Der Persönliche Code ist eine 4- stellige nummerische Ziffer und dient der Sicherheit vor Missbrauch. Nach erfolgreicher Anmeldung hat der Kunde die Wahl ein Fahrrad, E-Bike oder Pedelec einzulagern oder ein Fahrrad zu leihen. Hat der Kunde bereits ein Fahrrad im Bike Tower eingelagert hat er nur die Option das eingelagerte Fahrrad auszulagern. Nach Start des Einlagervorgangs beginnt der Ablauf in der 3D Prozessvisualisierung des Bike Towers zu laufen. Der Dreh- und Einzugmechanismus des simulierten Bike Tower fährt zu einer freien Parkposition und holt sich dort einen Ladearm ab, wenn die Option Laden gewählt wurde. Anschließend fährt dieser zur Eingangstür. Ist dieser dort angelangt öffnet sich die Tür in der Simulation und an der Bike Box parallel und der Einzugmechanismus mit Ladearm kommt herausgefahren. Anschließend kann das Fahrrad, E-Bike oder Pedelec über die Auffahrrampe rechts am Ladearm vorbei in den Greifmechanismus hineingestellt werden. Ein E-Bike oder Pedelec wird dann zum Laden über das selbst mitgebrachte Netzgerät an den Ladearm angeschlossen. Nach Start des Einlagerungsvorganges am Touch Panel wird das Fahrrad, E-Bike oder Pedelec eingezogen und die Tür in der Simulation sowie an der Bike Box geschlossen. Das Fahrrad bleibt dabei zunächst in der Bike Box mit dem Einzug an der Vorletzten Lichtschranke stehen. Ist es dort angelangt und sind die Türen in der Simulation und an der Bike Box geschlossen, verfährt der Dreh- und Einzugmechanismus in der 3D Prozessvisualisierung das Fahrrad zum freien Parkplatz und lagert das Fahrrad dort ein. Dabei wird der Ladearm wieder mit abgegeben und verbleibt in der gleichen Position neben dem Fahrrad wie bei der Einlagerung am Eingang der Station. Hat die Simulation den Ladearm angedockt, fährt in der Bike Box das Fahrrad in Endposition und dockt an einem Stecker an. Ob der Ladearm erfolgreich angedockt hat wird durch einen Induktiven Sensor und einem 24V-DC Schleifkontakt überwacht. Nach erfolgreichem Andockvorgang wird die E-Bike oder Pedelec Ladung über ein Schaltschütz gesteuert von der SPS eingeschaltet. Somit wird praktisch die Bike Box zu einem Parkplatz im Bike Tower. 12

13 5.1.4 Bike Tower Simulation Die 3D Prozessvisualisierung und Simulation des Bike Towers wird durch die Software tara- VRbuilder und taravrcontrol realisiert. Diese Simulation wird über ein Beamer auf ein Wideboard im Klassensaal gezeigt. Das Fahrrad wird in einem in der Software konstruierten Bike Tower eingelagert. Hierfür kommuniziert die Software über OPC Variablen mit der im Schaltschrank befindlichen SPS, wodurch die Simulation echtzeitgesteuert ablaufen kann. Das Fahrrad wird in einem freien Lagerplatz zusammen mit dem Ladearm eingelagert. Abbildung 4: Bike Tower Abbildung 5: Dreh- und Einzugmechanismus Abbildung 6: Einlagerungsschiene Abbildung 7: Ladearm in der Simulation Der Bike Tower zeigt in der Simulation eine Kapazität von 20 Fahrradparkplätzen. Jeder Parkplatz kann dabei mit einem Ladearm ausgestattet werden. Aufgrund des hohen Programmaufwandes werden im Bike Tower jedoch maximal 3 Parkplätze belegt. Jeder der 20 Parkplätze kann aber durch das SPS Programm im Handbetrieb über das Touch Panel der Anlage angefahren werden. Bei Projektvorstellung wird ein dieser drei Parkplätze angefahren und dort ein Fahrrad visuell eingelagert. Dieser Ablauf erfolgt zustandsgesteuert von der reellen Anlage. 13

14 5.1.5 Auslagerungsvorgang Der Auslagerungsvorgang wird wie der Einlagerungsvorgang nach Anmeldung am Touch Panel gestartet. Vor dem eigentlichen Auslagerungsvorgang des Fahrrades aus der Bike Box startet wieder die Simulation und holt das Fahrrad von der eingelagerten Position mit Ladearm aus dem Bike Tower ab. Ist das Fahrrad in der Simulation wieder aufgenommen und an der Eingangstür angelangt, startet der tatsächliche Auslagerungsvorgang an der Bike Box und das Fahrrad kann anschließend entnommen werden. Nach der Entnahme des Fahrrads fährt der Einzugmechanismus zurück auf seine Grundposition und die Tür schließt wieder. In der 3D Prozessvisualisierung wird der frei gewordene Ladearm wieder an die Parkposition abgegeben Datenbank Zur Speicherung der Kundendaten für die Anmeldung an der Station und Informationen ob der Kunde ein Fahrrad eingelagert hat, oder ob dieser ein E-Bike oder Pedelec besitzt wird eine Datenbankanbindung an eine MySQL Datenbank der SPS über Ethernet realisiert. Die Datenbank ist aus zwei einfachen Tabellen aufgebaut, eine Kundentabelle Kunde und einer Parkplatztabelle Parkplatz. Die Auswertung der erforderlichen Daten erfolgt vollautomatisiert durch die SPS. Hierdurch soll vor allem auch eine Intelligenz der Anlage erreicht werden. So hat z.b. ein Kunde der bereits ein Fahrrad eingelagert hat, nach der nächsten Anmeldung nur die Möglichkeit dieses wieder auszulagern, da jeder Kunde maximal ein Fahrrad einlagern kann. Bevor eine Anmeldung an der Station erfolgen kann muss daher der Kunde registriert sein. Diese Registrierung kann direkt per Touch Panel an der Anlage mit der Eingabe der Mobiltelefonnummer, des Namens und einer Vergabe eines persönlichen Codes erfolgen. Zusätzlich hat der Kunde die Möglichkeit anzugeben, ob er im Besitz eines E-Bikes oder Pedelecs ist oder ein normales Fahrrad besitzt. Sind die Daten korrekt eingegeben und per Tastendruck bestätigt bekommt der Kunde eine SMS auf die angegebene Mobilfunknummer mit einem Registrierungscode gesendet. Wird dieser Code am nachfolgenden Bildschirm eingegeben, erfolgt der Eintrag der Daten in die Datenbank und die Meldung Ihre Registrierung war erfolgreich. Anschließend hat der Kunde direkt die Möglichkeit sich mit seiner Mobilfunknummer und seinem persönlich gewähltem Code an der Station anzumelden und ein Fahrrad, E-Bike oder Pedelec einzulagern. Die Datenbank läuft unter einer MySQL AMPP Installation auf dem Rechner auf dem auch die Tarakos Simulation des Bike Tower von der SPS gesteuert abläuft. Sollte es Probleme beim Einrichten der Datenbank auf dem Schulrechner kommen kann die Datenbank auch auf dem Schülerlaptop laufen. Sollte es generell zu unvorhergesehenen Problemen mit der Datenbank geben oder sollte es zu Verbindungsproblemen kommen soll es eine Option geben, die Bike Tower Simulation und Einlagerung eines Fahrrades auch ohne Datenbank und der daraus resultierenden Menüführung mit den eingeschränkten Optionen Einlagern und Auslagern darzustellen. Hierzu wird in der SPS ein Standardzugangscode hinterlegt und das Touch Panel um zwei weitere Prozessbilder erweitert. Daher ist die Datenbankanbindung der Anlage als optionaler Lieferumfang zum Produkt zu sehen. 14

15 5.1.7 Solar Tower und Steuerschrank Mit Hilfe von Solarenergie soll die Ladung der E-Bike oder Pedelecs umweltfreundlich erfolgen, dazu dient der neu errichtete Solar Tower. Auf einem Gestell wurde zu Projektende ein Photovoltaik Panel angebracht welches Sonnenenergie in elektrischen Strom wandelt. Die Einspeisung der Solarenergie erfolgt in einem Klemmenkasten, indem sich eine Überspannungsschutzeinrichtung und eine Abschaltvorrichtung befinden. Vom Klemmenkasten wird der Eingespeiste Gleichstrom in den Steuerschrank weiterverdrahtet. Der Steuerschrank besitzt ebenfalls eine Netzeinspeisung. Bei ausreichender Sonne werden zwei Blei-Gel Akkumulatoren im Solar Tower zur Speicherung der Sonnenenergie geladen. Diese stellen auch eine Versorgung für die Pedelec oder E-Bike Ladung sicher, wenn keine ausreichende Sonne scheint. Sollte die Spannung der Batterien unter 10,5V sinken erfolgt die Umschaltung der Ladung auf Netzspannung (innerhalb des Steuerschranks). Die Steuerung des Solarpanels und die Ladung der Batterien erfolgt über einen Solarcontroller. Die vom Panel erzeugten 12V Gleichspannung werden mit einem Wechselrichter zu 230V Wechselspannung umgewandelt. Zum Schutz der Batterien vor Tiefenentladung ist ein Spannungsüberwachungsrelais eingebaut. Sollte die Batteriespannung trotz Umschalten auf Netzspannung weiter sinken, z.b. aufgrund von weiterhin fehlender Sonne, wird der Solarcontroller von der Batterieladung getrennt und ein Netzladegerät übernimmt die Aufladung der Batterien bis die Batterien entweder voll (Ladeschlussspannung 13,8V erreicht) oder wieder ausreichend Sonne vorhanden ist. Die Steuerung der Netzumschaltung und des Tiefenentladeschutz erfolgt durch eine SPS. Der Solartower speist seine Energie in den Schaltschrank der Bike Box an, wo diese zur Ladung der E-Bikes oder der Pedelecs verwendet wird Touch Panel Das vorhandene Touch Panel dient weiterhin zur Bedienung und Visualisierung der Einbzw. Auslagerung der Fahrräder, E-Bikes oder Pedelecs. Dabei wird der Nutzer mit Bildern und Texten durch eine Intuitive Bedienoberfläche unterstützt. Das Touch Panel wird mit der Software VISU+ programmiert und kommuniziert durch OPC Variablen mit der SPS des Steuerungsschranks. Das Touch Panel ist über ein Ethernet Kabel an den Switch im Schaltschrank angeschlossen. 5.2 Nichtfunktionale Anforderungen Dokumentation Über die Dauer der kompletten Projektphase wird eine Dokumentation erstellt. Diese Dokumentation beinhaltet Teildokumentationen von allen Teammitgliedern, sowie alle benötigten Informationen zu dem Projekt, dazu zählen unter anderem CAD Pläne, Programmablaufpläne, Schaltpläne, Protokolle und eine Bedienungsanleitung. Die Dokumentation wird vor der Projektpräsentation in Papier- und Datenform abgegeben. Nach der Präsentation wird eine weitere Nachtragsdokumentation abgegeben, die ergänzende Inhalte beinhaltet. 15

16 5.2.2 Schaltpläne Die Erstellung der Schaltpläne erfolgt Normgerecht nach DIN EN Zur Erstellung der Schaltpläne wird das gesponserte Programm WSCAD genutzt CAD-Zeichnungen Alle neu geplanten und hergestellten Komponenten werden als CAD-Zeichnung der Dokumentation eingefügt. Bereits bestehende Komponenten, die zum Vorjahres Projekte gehören, sind nicht Teil der Dokumentation Programmentwurf Die Anfertigung des Programms der speicherprogrammierbaren Steuerung wird nach IEC umgesetzt. Der Programmentwurf wird der Dokumentation beigefügt Programmablaufplan Der Programmablaufplan wird nach IEC erstellt. Der Ablauf des Programms wird über genormte Zeichen dargestellt und verständlich gemacht Bedienungsanleitung Es wird eine sowohl eine Bedienungsanleitung erstellt, als auch ein Video gedreht, damit die Anlage vom Auftraggeber in Betrieb genommen werden kann Internetauftritt Während der Projektzeit ist es möglich den Fortschritt auf der Internetseite zu sehen. Dort werden Meilensteine, Sponsoren und allgemeine Informationen zur Verfügung gestellt, außerdem führt jedes Teammitglied einen eigenen Blog. Für Gestaltung und Inhalt ist das Projektteam verantwortlich. Für den Inhalt von Gästebucheinträgen, Kommentaren oder Posts ist allein der Verfasser verantwortlich. 16

17 5.3 Vision Das Projekt wird in den nächsten Jahren weiter optimiert und mechanisch an die erstellte Simulation des Bike Towers angepasst. Idealerweise entsteht in diesem Zusammenhang ein vollfunktionstüchtiges Modell eines Bike Towers. Durch die Möglichkeiten der mobilen Kommunikation lässt sich der Bike Tower zukünftig nicht mehr nur über RFID und GPRS sondern auch direkt über eine App durch vorherige Kundenregistrierung steuern. 17

18 6 Produktdaten 6.1 Maße Die einzelnen Baugruppen haben folgende Maße Bike Box mit Einzugstür Länge: 2550mm Breite: 1760mm Höhe: 1600mm Solartower (ohne Solarpanel) Höhe: 20000mm Breite: 7500mm Tiefe: 4000mm Hauptschaltschrank Höhe: 18000mm Breite: 12000mm Tiefe: 4000mm 6.2 Hardware - Grundgestell aus Aluminium - Verkleidung aus Plexiglasscheiben - Schaltschränke aus Metall - Ladearm aus Aluminium - Andockbare Steckverbindung - Solartower aus Metall - Drehstrommotoren mit vorgeschaltetem Frequenzumrichter - Kameras mit Internetzugang und PoE - Photovoltaikpanel - Verschlussplatte Station oben und seitlich aus Aluminium - Dryfit-Akkumulatoren (Stationsakkus) - Wechselrichter 12V zu 230V - Solarcontroller und Laderegler - Spannungstransformator Netzspannung 230VAC zu Steuerspannung 24VDC - Radarbewegungsmelder zu Personenüberwachung - RFID-Zugangsmodul - RCD-Fehlerstromschutzschalter - Überspannungsschutzeinrichtungen (Blitzschutz) - Potenzialausgleichschiene - Kabel (Last- und Steuerspannung) - Pedelec mit eingebautem LiMn-Akkumulator 18

19 6.3 Software Mit nachfolgend aufgelisteter Software wird das Projekt durchgeführt: Nr. Software Hersteller Anlass Funktionsumfang 1 MS Office Microsoft Dokumentation, Zwischenpräsentation, Basic Version Abschlussprä- sentation 2 WSCAD WSCAD electronic CAD- und Elektroschaltpläne GmbH 3 Visu+ 2.3 Phoenix Contact Visualisierung des Touch Basic Version Panels 4 A OPC Server Phoenix Contact Anbindung Touch Panel an Basic Version Steuerungsebene 5 PC WOR V Phoenix Contact Programmierung SPS Basic Version 6 taravrbuilder tarakos 3D Simulation Vollversion (bis Februar) 7 taravrcontrol tarakos Schnittstelle 3D Simulation SPS Vollversion (bis Februar) 6.4 Steuerkomponenten Da wir den Schaltschrank des Vorjahres übernehmen, übernehmen wir auch die Automatisierungskomponenten aus dem Schaltschrank. Dabei handelt es sich ausschließlich um Komponente der Firma Phoenix Contact. Folgende Komponenten werden vom wieder verwendet: 1x speicherprogrammierbare Steuerung - ILC 150 GSM/GPRS 2x ILB BT ADIO MU-OMNI 8 2x Inline Klemmen IB IL 24 DO 16 2x Inline Klemmen IB IL 24 DI 16 Phoenix Contact Touch-Panel TP 3070T Industrial Ethernet Switch FL SWITCH SMN 6T/2POF-PN Sicherheitsbaustein PSR-TRISAFE Als neue Automatisierungskomponente kommt eine kleine Phönix Contact Steuerung in den Schaltschrank der Photovoltaikanlage. Diese soll den Tiefentladeschutz und die Netzumschaltung intelligent steuern. 19

20 7 Aufgabenverteilung Harald Haßler: Teamsprecher Erstellung und Pflege des Internetauftritts Erstellung Lastenheft Erstellung Anlagenschema Erstellung Konzeptzeichnungen Ladearm und Andockmechanismus Überarbeitung des Pflichtenhefts Erstellung der Schaltpläne Gesamtprojekt (WSCAD) Materialzusammenstellung Gesamtprojekt Kontakt Sponsoren Neuverdrahtung Hauptschrank Neuverdrahtung Klemmenkasten Bike Box Programmierung des Gesamtablaufs SPS Screen Design Visualisierung Touch Panel Programmieren der Bike Tower Simulation Programmieren der MySQL Datenbank und der Datenbankabfragen Mehmet Inan: Mechanischer Aufbau/Umbau Erstellung CAD-Zeichnungen Planung und Konstruktion des Ladearms Montage Solarpanel Programmierung SPS Solartower CAD Konstruktionen für die Bike Tower Simulation Bedienungsanleitung erstellen Carsten Schmitt: Erstellung Pflichtenheft Aufbau Solartower Montage Solarpanel (Unterstützung für Mehmet Inan) Verdrahtung Schaltschrank und Klemmenkasten Solartower Screen Design Visualisierung Touch Panel Programmierung der Visualisierung Touch Panel Erstellen einer Energiebilanz Optional: Anbindung des Soundmoduls an der Anlage Pflege des Facebook-Accounts 8 Ansprechpartner Alle Mitglieder des Projekts Pedele können bei Anregungen angesprochen werden. Die Projektleitung liegt bei Herrn Haßler. 20

21 Für die Teammitglieder stehen die Projektbetreuer Herr Löser und Herr Müller für Rückfragen zur Verfügung. 8.1 Entscheidungen im Projekt Entscheidungen im Projekt werden vom gesamten Projektteam unter sorgfältiger Abwägung aller Vor- und Nachteile nach der Prüfung der zur Verfügung stehenden Möglichkeiten in Abstimmung gefällt. Hierzu sammelt Herr Haßler alle Vorschläge/Ideen, gliedert diese und ruft in regelmäßigen Abständen das Projektteam zu Abstimmungstreffen zusammen. In Einzel- und Ausnahmefällen kann Herr Haßler als Projektleiter eigenständig Entscheidungen treffen und übernimmt in diesem Fall auch die Gesamtverantwortung. Dies kann z.b. notwendig werden, wenn Entscheidungen durch unterschiedliche Auffassungen in Abstimmungsrunden nicht herbeigeführt, oder sehr zeitkritische Entscheidungen getroffen werden müssen. Alle Entscheidungen welche Änderungen des Lasten- / Pflichtenheftes nach sich ziehen müssen mit dem Auftraggeber und den Projektbetreuern Herr Löser und Herr Müller abgestimmt werden. 9 Lieferumfang 9.1 Im Lieferumfang enthalten sind Eine vollständige Projektdokumentation Schaltpläne (WSCAD) CAD Zeichnungen von vorgenommenen Änderungen an der vorhanden Station CAD Konstruktion und Zeichnungen eines Bike Towers für bis zu 3 Fahrräder Programmentwurf nach DIN IEC Alle unter dem Kapitel 4 Produktanforderungen aufgeführte Funktionalitäten Bedienungsanleitung Datenblätter der verbauten Komponenten Montage 9.2 Im Lieferumfang optional enthalten sind Wartungspläne Datenbankanbindung an ein MySQL Datenbank Ausgabe von Sprachwarnungen über ein Soundmodul und Lautsprecher Eine Smartphone App als weitere Zugangs- und Registrierungsmöglichkeit 9.3 Im Lieferumfang nicht enthalten CAD Konstruktionszeichnungen von bereits bestehenden Anlagenteilen Wartungsintervalle Sonstige Serviceleistungen 21

22 10 Qualitätsanforderungen Die Angemessenheit, Korrektheit und Vollständigkeit der Merkmale sind durch den Auftragnehmer zu dokumentieren. Die Überprüfung findet durch den Auftragnehmer statt. Merkmale Sehr Gut Gut Normal Nicht relevant Funktionalität Kommunikation der einzelnen Komponenten Sicherheit Bedienbarkeit Verständlichkeit Energieeffizienz Zeitverhalten Lärmentwicklung Platzbedarf Ordnungsmäßigkeit (Normgerecht) Modifizierbarkeit Stabilität Wartungstauglichkeit Umwelteinwirkungen Umweltauswirkungen Installierbarkeit RFID-/ Handyzugang Tabelle 1: Qualitätsmerkmale 22

23 11 Änderungsverzeichnis Änderungen Nr. Datum Version Geänderte Kapitel Alle Kapitel 2, 4 bis 7, 10 und 11 Beschreibung der Änderung Erstellung Pflichtenheft Überarbeitung Autor Carsten Schmitt Harald Haßler Kapitel 5, 7 und 9 Überarbeitung Harald Haßler Tabelle 2: Änderungsverzeichnis 12 Bilder- und Tabellenverzeichnis 12.1 Bilderverzeichnis Abbildung 1: Anlagenschema Projekt "Pedele"... Seite 4 Abbildung 1a: Blockbild Verteilung Automatisierungsgeräte... Seite 5 Abbildung 2: Bike Box vor dem Umbau... Seite 6 Abbildung 3: Erste Konzeptzeichnung des Ladearms... Seite 6 Abbildung 4: 3D Prozessvisualisierung des Bike Tower... Seite 13 Abbildung 5: Dreh- und Einzugmechanismus der Simulation... Seite 13 Abbildung 6: Einlagerungsschiene... Seite 13 Abbildung 7: Ladearm in der Simulation... Seite Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Qualitätsmerkmale... Seite Tabelle 2: Änderungsverzeichnis... Seite 20 Tabelle 3: Glossar... Seite

24 13 Glossar Akkumulatoren (Akkus) Bewegungsmelder Bluetooth Computer-Aided Design (CAD) Dryfit-Akkumulatoren Drehstrommotor E-Bike Ethernet Feldebene Frequenzumrichter Kontaktschalter Lichtschranke Näherungsschalter Netzteil Pedelec Lernmodul Photovoltaik Potentialdifferenz RFID Simulation Wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie Elektronischer Sensor, der Bewegungen in seiner näheren Umgebung erkennt und dadurch als elektrischer Schalter arbeiten kann Funktechnik zur Datenübertragung für kurze Distanzen Konstruieren mit dem Computer Blei-Gel-Akkumulator; Industriebatterie speziell für Solaranwendungen. Ein Elektromotor bezeichnet, der mit Dreiphasenwechselstrom betrieben wird. Unterschied zum Pedelec: Der Elektroantrieb wirkt auch wenn nicht pedaliert wird. Technologie, die Software und Hardware für kabelgebundene Datennetze spezifiziert Unterste Ebene der Ebenenhierarchie. Auf dieser Ebene wird die Steuerung der Prozesse direkt durch die Sensoren und Aktoren ausgeführt Stromrichter, der aus Wechselspannung eine in der Frequenz und Amplitude veränderbare Wechselspannung für die direkte Versorgung von elektrischen Maschinen wie Drehstrommotoren generiert Sensoren, die bei direktem Kontakt reagieren Elektronisch-optisches System, das die Unterbrechung eines Lichtstrahls erkennt Sensoren, die auf Annäherung, d. h. ohne direkten Kontakt berührungsfrei reagieren Einheit innerhalb eines Gerätes, die die elektronischen Schaltungen mit den entsprechenden Spannungen und Strömen versorgt Fahrrad mit Trittunterstützung durch einen Elektromotor und Akku bis zu einer Fahrgeschwindigkeit von 25 km/h In sich abgeschlossenes und eigenständig Bewertetes Modul der Fachschulausbildung Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie durch Solarzellen Zwei oder mehrere Objekte haben zueinander unterschiedliche Potentiale RFID ermöglicht die automatische Identifizierung und Lokalisierung von Gegenständen und Lebewesen und erleichtert damit erheblich die Erfassung von Daten. Vorgehensweise zur Analyse von Systemen, die für die theoretische oder formelmäßige Behandlung zu komplex sind Smartphone Mobiltelefon, das mehr Computerfunktionalität und - konnektivität als ein herkömmliches fortschrittliches Mobiltelefon zur Verfügung stellt. 24

25 Software Spannung Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) Switch Tiefenentladung Touch Panel Wechselrichter Wireless Tabelle 3: Glossar Zusammenfassende Bezeichnung für die Programme, die auf einem Computer ausgeführt werden können Physikalische Größe die Angibt wieviel Energie notwendig ist um eine elektrische Ladung innerhalb eines elektrischen Feldes zu bewegen. Ein Gerät, das zur Steuerung oder Regelung einer Maschine oder Anlage eingesetzt und auf digitaler Basis programmiert wird Elektronisches Gerät zur Verbindung mehrerer Computer bzw. Netzwerk-Segmente in einem lokalen Netzwerk Die Stromentnahme bis zur nahezu vollständigen Erschöpfung der Kapazität des Akkumulators Bildschirm der Berührung erkennt und darauf reagieren kann Elektrisches Gerät, das Gleichspannung in Wechselspannung, also Gleichstrom in Wechselstrom umrichtet. Kabellos. Wird meist im Zusammenhang mit kabelloser Funkübertragung verwendet. Beispiel: Wireless LAN = WLAN 14 Erklärung Mit nachfolgenden Unterschriften bestätigen der Auftraggeber sowie der Auftragnehmer, dass sie die in diesem Pflichtenheft aufgeführten Punkte verpflichtend zur Projektdurchführung anerkennen und sich an die hier aufgeführten Ziele, Regeln und Bestimmungen verbindlich halten. Unterschrift Auftraggeber Unterschrift Auftragnehmer 25