Transportsystem. Mechanischer Aufbau, Software-Spezifikation

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1 Projekt Fabrik der Zukunft Dritte Phase Sommersemester 2004 Transportsystem Mechanischer Aufbau, Software-Spezifikation Prof. Dr.-Ing. V.Plenk Version 0.0 Dieses Dokument basiert zum grosen Teil auf den Studienarbeiten der folgenden Studenten der Studienrichtung WIng-IT3 im Wintersemester 2003/2004: Ann-Kristin Börner, Janette Opel, Sandra Fichtner, Ronny Keller, Falk Flickinger

2 History Datum Autor Veränderungen V0.0 Plenk - erster Entwurf

3 Inhaltsverzeichnis 1. Mechanischer Aufbau Funktion einer Fixierstation Softwarespezifikation Nachrichten / Befehle Grundlegender Aufbau einer Nachricht (Protokoll) Kommando STE Kommando STE Kommando STE Kommando STE Kommando STE E/A-Station A. Ausgangszustand 11 A.1. Beschreibung der Funktionsbausteine A.1.1. FC10 Allgemein A.1.2. FC11 Ausgänge ansteuern A.1.3. FC29 Schrittkette Ventile A.1.4. FC31 Bogen-Stopper A.1.5. FC32 Weiche-Stopper 2 + Weiche A.1.6. FC33 Weiche-Stopper 3 + Weiche A.1.7. FC34 Bogen-Stopper A.1.8. FC35 Einfach-Stopper A.1.9. FC36 Abmelde-Stopper A FC37 Auslaufweiche-Stopper 7 + Weiche A FC38 Auslaufweiche-Stopper 8 + Weiche A FC39 Bogen-Stopper A FC40 Bogen-Stopper A FC42 Einfach-Stopper A FC45 Stopper 14 + Fixierstation

4 1. Mechanischer Aufbau Abbildung 1.1 zeigt näherungsweise das Layout des Transportsystems. In das Transportsystem werden noch Fixierstationen mit Stopper (blau) für die jeweiligen Stationen Palettenlager, Roboter und E/A-Station eingebaut. Die Anordnung in der Abbildung ist nur hypothetisch angenommen. Die Stationen können auf der Transportanlage beliebig verändert werden. Abbildung 1.1.: Mechanischer Aufbau des Transportsystems (blau: Erweiterungen im SS04) 1.1. Funktion einer Fixierstation Eine Fixierstation besteht aus zwei Stoppern und 3 Sensoren (Abbidung 1.2). Der erste Stopper S1 dient im wesentlichen nur dazu, Werkstückträger vor der vollen Station zu stauen. Sobald ein einzelner Werkstückträger diesen Stopper passiert hat, wird er durch den zweiten Stopper angehalten und fixiert. 4

5 1.1. Funktion einer Fixierstation Abbildung 1.2.: Schema einer Fixierstation (Sx: Stopper, Bx: Digitaler Sensor) Ausgangssituation: Stopper S1 offen Stopper S2 geschlossen Fixieren: Sensor B2 schließt Stopper S1 Sensor B3 löst Fixiervorgang aus und öffnet danach Stopper S2 Freigeben: Fixierung aufheben Sensor B4 schließt Stopper S2 und öffnet Stopper S1 für die nächste Palette 5

6 2. Softwarespezifikation Das Transportsystem verbindet aus mechanischer Sicht (Abbildung 1.1) die einzelnen Stationen (Bestückungsstation, Palettenlager, E/A-Station). Die Funktionalität der E/A- Station wird im Transportsystem dargestellt. Aus softwareseitiger Sicht (Abbildung 2.1) stellt das Transportsystem eines der Module dar, die vom zentralen Steuersystem über TCP/IP angesprochen werden. Das Transportsytem wird dabei über die in Abschnitt 2.1 beschriebenen Kommandos STE01... STE05 angesprochen. Abbildung 2.1.: Integration in das Gesamtsystem Das Transportsystem besteht im wesentlichen aus einem PC (Windows) und einer Siemens SPS (S7). PC und SPS sind über die MPI-Schnittstelle verbunden. Über diese Schnittstelle können durch die Treibersoftware PRODAVE Daten von und zur SPS übertragen werden. Der PC stellt über TCP/IP die Schnittstelle zum Steuersystem bereit und stellt entsprechend Abbildung 2.2 eine Bedienoberfläche für das Transportsystem zur Verfügung, die 6

7 2.1. Nachrichten / Befehle den Benutzer/Maschinenführer bei der Inbetriebnahme unterstützt, im Automatikbetrieb den Zustand der Anlage zeigt und die Meldungen über die an der E/A-Station zu erledigenden Aufgaben ausgibt. Die SPS übernimmt die eigentliche Steuerung der Anlage. Abbildung 2.2.: Benutzeroberfläche Anlagenzustand: Der Zustand der Stopper, Sensoren und Weichen wird durch Aktivieren/Deaktiviern der Radio-Buttons angezeigt Nachrichten / Befehle In diesem Abschnitt wird der Aufbau der einzelnen Nachrichten festgelegt. Alle Nachrichten haben einen gleichartigen Aufbau und werden über das TCP/IP Netzwerk übertragen Grundlegender Aufbau einer Nachricht (Protokoll) Jede Nachricht die über eine Port Socket Verbindung verschickt wird, besteht aus drei Teilen: 1. Einem 5 Byte großen Message Descriptor. Der Message Descriptor muss dabei aus lesbaren ASCII Zeichen aufgebaut sein. 7

8 Kommando STE01 2. Einem 4 Byte großen Feld in dem die Länge des anschließenden Datenbereichs übertragen wird. Dieser Wert wird dabei als ASCII codierte Darstellung übertragen. Läßt sich die Länge mit weniger als 4 Bytes übertragen, so wird der Wert rechtsbündig in dem Feld abgelegt, führende Leerstellen werden mit Leerzeichen ( ) aufgefüllt. 3. Der letzte Teil der Nachricht ist für die Nutzdaten reserviert. Die Nutzdaten sollten durch lesbare ASCII Zeichen repräsentiert werden, nur in Ausnahmefällen ist eine Binärdarstellung erlaubt. Eine Beispielnachricht (Kommando) könnte also folgendermassen aussehen: SRE03 8 yellow Der Message Deskriptor dieser Nachricht ist folgendermassen aufgebaut: Erstes Byte: Quelle der Nachricht (hier S Steuersystem) Zweites Byte: Ziel der Nachricht (hier R Roboter/Bestückungsstation) Drittes bis 5. Byte: Kommando (hier E03 Elementarbefehl 03) Die Kommunikation geht immer vom Steuersystem aus, das Kommandos entsprechend dieser an die Untereinheiten sendet. Die Untereinheiten antworten nach Ausführen des Kommandos mit einer der folgenden Quittungsnachrichten: Die Okay Quittung: RS_OK 0 Die Error Quittung: RSERR 0 Für die Kommunikation wird der IP Port verwendet Kommando STE01 Transport des Werkstückträgers zur Fixierstation Palettenlager Das Kommando sagt dem Transportsystem löse die aktuell aktivierte Fixierstation, aktiviere den Stopper der Fixierstation des Palettenlagers und transportiere den Werkstückträger bis zum Palettenlager. 8

9 .0.0. Kommando STE Kommando STE02 Transport des Werkstückträgers zur Fixierstation Roboter Das Kommando sagt dem Transportsystem löse die aktuell aktivierte Fixierstation, aktiviere den Stopper der Fixierstation der Roboterstion und transportiere den Werkstückträger bis zum Roboter Kommando STE03 Transport des Werkstückträgers zur Fixierstation E/A-Station Das Kommando sagt dem Transportsystem löse die aktuell aktivierte Fixierstation, aktiviere den Stopper der Fixierstation der E/A-Station und transportiere den Werkstückträger bis zur Ein- und Ausschleusstation Kommando STE04 Ausschleusen einer Produkt-/Lagermatrix Kommando STE05 Einschleusen einer Produkt-/Lagermatrix 2.2. E/A-Station Die E/A-Station besteht im wesentlichen aus einer Fixierstation und einem Hand- Taster. Der Ablauf ist im wesentlichen immer gleich: 1 Ausschleusen einer Matrix (Kommando STE04): 1. Ein Werkstückträger mit Matrix wird an der E/A-Station fixiert. 2. Der Bediener entnimmt die Matrix und quittiert mit dem Hand-Taster. Einschleusen einer Matrix (Kommando STE05): 1. Der Bediener legt eine neue Matrix ein und quittiert mit dem Hand-Taster. 2. Der Werkstückträger mit der neuen Matrix wird freigegeben. Der Bildschirm des Steuerrechners wird so angebracht, dass der Bediener der E/A-Station die Bedienhinweise (Abbildung 2.3: Ein-/Ausschleusen, welches Material) lesen kann. 1 Normalerweise folgt auf jedes Aus- sofort wieder ein Einschleusen, da sonst ein leerer Werkstückträger durch das System kreisen würde. 9

10 2.2. E/A-Station Abbildung 2.3.: Benutzeroberfläche Prompt der E/A-Station 10

11 A. Ausgangszustand Das Transportsystem wird von einer Siemens SPS gesteuert. Die Software ist in Step7 (FUP und AWL) implementiert. Abbildung A.1.: Schema des Transportsystems (Sx: Stopper, Bx: Digitaler Sensor) A.1. Beschreibung der Funktionsbausteine A.1.1. FC10 Allgemein Netzwerk 1: Steuerung Ein/Aus Ansteuerung der SSteuerung Ein/AusLLampe 17H7 Netzwerk 2: Weichestörung Netzwerk 3: Motorstörung Prüfung der Bandantriebe Netzwerk 4: speichernd Störung Zusammenfassung aller Störungsfälle Netzwerk 5: Start Anlage 11

12 A.1.2. FC11 Ausgänge ansteuern Netzwerk 6: Zyklus Ende - Anlage Aus Ein Zyklus ist beendet wenn kein Stopper mehr in Bewegung ist Netzwerk 7: Erkennung Anlauf Netzwerk 8: Anlauf beendet Alle Stopper müssen ausgefahren sein und alle Antreibe eingeschaltet Netzwerk 9: Antreibe min. 10sec Ein Alle Antreibe müssen 10sec gelaufen sein A.1.2. FC11 Ausgänge ansteuern Netzwerk 1: Motor 1 Wenn die Vorraussetzungen für den Bandanlauf gewährleistet sind und der Not-Aus nicht betätigt ist startet das Band 1 Netzwerk 2: Motor 2 Netzwerk 3: Motor 3 Netzwerk 4: Freig_Band1_Ventile Wenn die Vorraussetzungen für die Ventilfreigabe gewährleistet ist und die Anlage gestartet ist werden die Ventile an Band 1 freigegeben Netzwerk 5: Freig_Band2_Ventile Netzwerk 6: Freig_Band3_Ventile Netzwerk 7: Stopper 1 Stopper 1 per Aufruf Ausfahren, wenn Ventile des entsprechenden Bandes freigegeben Netzwerk 8: Stopper 1 Stopper 1 per Aufruf Einfahren, wenn Ventile des entsprechenden Bandes freigegeben Netzwerk 9-35: Stopper 2-14 Netzwerk 36: Lampe Störung Wenn eine Störung vorliegt wird Lampe 17H3 eingeschaltet Netzwerk 37: Reset Fehler Weichen Netzwerk 38: Lampe Not Aus Lampe 17H5 wieder ausschalten wenn Störung quittiert wurde Netzwerk 39: Lampe Steuerung Ein Mit der Steuerung wird Lampe 17H7 eingeschaltet Netzwerk 40: Lampe Start aktiv Netzwerk 41: Fixierstation belegt (aus SK) Netzwerk 42: H:Fehler W1 auf 12

13 A FC29 Schrittkette Ventile Netzwerk 43: H:Fehler W1 zu Netzwerk 44: H:Fehler W2 auf Netzwerk 45: H:Fehler W2 zu A.1.3. FC29 Schrittkette Ventile Netzwerk 1: Band 3 Wenn die Anlage gestartet ist und keine Störung vorliegt dann 1 Sekunde warten und danach Band3 verz. Ventile Ein Netzwerk 2: Band 2 Nach einer weiteren Sekunde Band2 verz. Ventile Ein Netzwerk 3: Band 1 Nach einer weiteren Sekunde Band1 verz. Ventile Ein Netzwerk 4: Reset Freigaben Band 1..3 Stopper FC30 Schrittkette Antriebe Netzwerk 1: Freigabe Motor Anlauf Motor wird freigegeben, wenn Stopper ausgefahren oder Sensoren belegt Netzwerk 2: Freigabe Motor 2 Sekunden Timer um Anlauffehler zu unterdrücken Netzwerk 3: Motor 1 Wenn keine Störungen vorliegen wird Band 1 verzögert um 1 Sekunde eingeschaltet Netzwerk 4: Motor 2 Wenn Band 1 läuft, Band 2 verzögert um 1 Sekunde einschalten Netzwerk 5: Motor 3 Wenn Band 2 läuft, Band 3 verzögert um 1 Sekunde einschalten 13

14 A FC31 Bogen-Stopper 1 A.1.4. FC31 Bogen-Stopper 1 A.1.5. FC32 Weiche-Stopper 2 + Weiche 2 A.1.6. FC33 Weiche-Stopper 3 + Weiche 1 A.1.7. FC34 Bogen-Stopper 4 A.1.8. FC35 Einfach-Stopper 5 A.1.9. FC36 Abmelde-Stopper 6 A FC37 Auslaufweiche-Stopper 7 + Weiche 1 A FC38 Auslaufweiche-Stopper 8 + Weiche 2 A FC39 Bogen-Stopper 9 A FC40 Bogen-Stopper 10 A FC42 Einfach-Stopper 12 A FC45 Stopper 14 + Fixierstation 14