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H. L.
Diese Lernkarten behandeln grundlegende und fortgeschrittene Konzepte der Automatisierungstechnik auf Universitätsniveau. Sie decken Themen wie Steuerungskonzepte, Regelungstechnik, numerische Steuerungen, und verschiedene Programmiersprachen ab, wobei Schwerpunkte auf SPS, Industrierobotern und Fertigungsprozessen liegen. Besonders nützlich sind sie für Studierende und Ingenieure, die sich mit der Planung, Implementierung und Optimierung von automatisierten Systemen befassen.
Karten
50
Lernende
3
Sprache
Deutsch
Kategorie
Informatik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
27.01.2017 / 29.10.2018

Lernkarten

Wo für ist die Norm?

Wie viele Teile hat die Norm und was ist deren Inhalte?

Ziel: Programmierung der SPS vereinheitlichen

  • Teil 1: Allgemeine Informationen
  • Teil 2: Betriebsmittelanforderungen
  • Teil 3: Programmiersprachen
  • Teil 4: Anwenderrichtlinien
  • Teil 5: Kommunikation
  • Teil 6: Sicherheit
  • Teil 7: Fuzzy-Control-Programmierung

Verteilte Automation: Untershciede Horizontal und Vertikal; Vorteile 

Horiizontal: Datenaustausch kleiner Datenmenge in Echtzeit (z.B. über 2 SPS)

Vertikal: Austausch großer Datenmengen, nciht in Echtzeit (Fabriknetzintegration z.B. über SPS und E/A-Geräte)

Vorteile: einfache, kostengünstige Verdrahtung, gute Möglichkeit der Modularisierung, offene Kommunikation

4 Grundkomponenten von modernen technischen Produkten

  1. Mechanisches Grundgerät
  2. Sensoren
  3. Aktoren
  4. Steuerungs- oder Automatisierungsgerät

Was ist ein Zustandsautomat?

Wirkprinzip

Jede Steuerung nimmt zu einem bestimmten Zeitpunkt einen ganz bestimmten Zustand an --> endlicher Automat

Wirkprinzip: Steuerung reagiert auf Änderung eines Eingangssignals mit einer logischen Antwort (setzen der entsprechenden Ausgangssignale). Logische Funktion ist von Vorgeschichte abhängig (in Merkern)

Unterschied Verknüpfungs- und Ablaufsteuerung

  • Verknüpfung: Verknüpfung der Eingangssignale mit Ausgangssignale anhand boolscher Verknüpfung; unabhängig von zeitlichem Ablauf sondern eher von Bedingung (Aufzugssteuerung)
  • Ablauf: überwiegend zeitliche Abläufe und parallele Aufgaben (Waschmaschine)

4 Programmiersprachen und Analogien

  1. Anweisungsliste AWL: Hardwarenahe Programmiersprache (vgl. Assembler)
  2. Strukturierter Text ST: Höhere Programmiersprache (vgl. PASCAL, C+)
  3. Kontaktplan KOP: Ein im um 90° gedrehter Stromlaufplan
  4. Funktionsbausteinsprache FBS: Logik- und Zeitbausteine
  5. Ablaufsprache AS: Engineering -Tool / Zustandsdiagramme (Petri-Netze)

Aus was besteht die Zykluszeit. Reaktionszeit hat noch 2 weitere Anteile.

Zykluszeit: Systemverwaltung, Eingänge lesen, Programm abarbeiten, Ausgänge schreiben

Reaktionszeit: + Hardware-Verzögerung der Prozessein- und ausgänge

Abtastheorem: Was beschreibt es und Formel?

Theorem besagt, das ein auf fmax bandbegrenztes Signal mit einer Frequenz von größer 2 fmax abgetastet werden muss, damit man es wieder exakt rekonstruieren kann (für eine sichere Signalabtastung der Eingangssignale)

fe < 1/2 fzyklus    oder      te > 2 tzyklus

Ablaufsteuerung einer Bohreinheit

  • Schritt 1 (Ausgangsstellung)
    • Transittion (Startbefehl u. Ausgangsstellung =1)
  • Schritt 2 (Eilgang vorwärts = 1)
    • Transition (Reduzierpunkt erreicht =1)
  • Schritt 3 (Vorschub = 1)
    • Transition (Bohrtiefe erreicht =1)
  • Schritt 4 (Eilgang rückwärts = 1)
    • Transition (Ausgangsstellung =1)

Beispiele für Transitionen und Beschreibung

  • Einfache Kette: SO wird inaktiv und SU aktiv, sobald Trans=True
  • Alternativ Kettenauswahl: Ist SO aktiv, werden die Transitionen von links nach rechts ausgewertet. Die erste Transition mit TRUE deaktiviert SO und schaltet SU aktiv.
  • Anwenderpriorisierte Kettenauswahl: Ist SO aktiv, werden die Transitionen nach Prioritäten ausgewertet. 
  • Zusammenführung von Alternativ-Ketten: Sobald ein SO aktiv ist und die Transition TRUE leifert, wird SO deaktivier und SU aktiviert
  • Simultan-Verzweigung: Wenn SO aktiv ist und Trans TRUE, so wird SO ainaktiv und alle folgenden Schritte aktiv
  • Simultan-Zusammenführung: Wenn alle SO aktiv sind und alle Transitionen TRUE liefern, werden alle SO deaktiviert und SU aktiviert

Warum verkleppt Ablaufkette?

  1. In der Alternativ-Kettenauswahl erfolgt die Schrittfolge von Simultan2 nach SimultanB
  2. Simultan A kann nicht mehr aktiv werden
  3. Für die Aktivierung von SimultanX über T4 müssen Simultan1 und SimultanA aktiv sein.
  4. T5 wartet jetzt darauf, dass SimultanX und SimultanB aktiv werden. Das ist nicht möglich 

Aufrufstruktur - Wörter zuordnen

Konfiguration - Resource- Taks/Laufzeitprogramm

Programm - Funktionsbaustein - Funktion

Wo werden Anforderungsdefintionen durchgeführt?

Wo werden Abnahmebedingugnen definiert?

Analysephase

- Im Lastenheft

- im Pflichtenheft

Verteilung der Softwarekosten

  1. Dokumentation 10%
  2. Programmierung 15%
  3. Planung/Entwurf 35%
  4. Test-Inbetriebnahme 40%

Fehlerverteilung

5 % SPS --> 10 % CPU 

Rechts: 1/8 % Anteil am gesamten Ausfall

Grundstruktur beschreiben:

Sequenz, Auswahl-Verzweigung, Zusammenführung

  1. Sequenz: Marke P1 wird beim Schalten von T1 nach P2 weitergeleitet
  2. Auswahl-Verzweigung: Marke P1 wird beim Schalten der Transition T1 oder T2 nach P2 oder P3 weitergeleitet. 
  3. Zusammenführung: Marke P1 oder P2 wird beim Schalten von T1 oder T2 nach P3 weitergeleitet.

Grundstrukturen beschreiben:

Vorwärtssynchronisation, Rückwärtssynchronisation, Gleichzeitige Vorwärts-und Rückwärtsintegration

  1. Vorwärtssynchronisation: Beim Schalten von T1 wird die Marke aus P1 entfernt und in P2 und P3 werden neue Marken erzeugt
  2. Rückwärtssynchronisation: Beim Spalten von T1 werden die Marken aus P1 und P2 gleichzeitig entfernt und in P3 eine neue Marke erzeugt.
  3. Gleichzeitige Vorwärts- und Rückwärtssynchronisation: Beim Schalten von T1 werden die Marken aus P1 und P2 entfernt und in P3 und P4 gleichzeitig erzeugt. 

Welche Problematik tritt bei nicht priorisierten Grundstrukturen auf?

Gleichzeitige Erfüllung: Programmierer muss sicherstellen, dass T1 und T2 nie gleichzeitig erfüllt sien können

Was ist Sicherheit? Wann ist etwas sicher? und was ist in der Technik nie erreichbar?

  • Sicherheit: hinreichende Gefährdungsfreiheit
  • Sicherheit, wenn Risiko kleiner als Grenzrisiko
  • Absolute Sicherheit ist in der Technik nicht erreichbar

Maß für Zuverlässigkeit?

Eigenschaft einer technischen Einrichtung ihre Funktion während ihrer Betriebsdauer zu erfüllen

MTBF: Mittlere Betriebszeit zwischen zwei AUsfällen

Was bedeutet Verfügbarkeit? Formel; wie kann ich Anteile erhöhen

  • Wahrscheinlichkeit, dass ein System funktionsfähig ist
  • V = MTBF / (MTBF + MDT) * 100%
  • Erhöhen: Redundanz, Diagnosesystem (Fehlererkennungszeit), modularer Aufbau (Reparaturzeit)

Welche Branchen gehören zur Stück- oder Fließgüterproduktion

  • Stückgut: Fertigungstechnik (Automobilproduktion) --> Einzelautomaten und Automatisierung des Transports
  • Fließgut: VErfahrenstechnik (Chemie, Zement) --> Einsatz von Prozessrechnern

Wie unterscheidet man Steuerungen?

Manuelle Steuerung: Handsteuerung

Automatische Steuerung: Zeitplansteuerung; Wegplansteuerung (Nachformsteuerung und numerische Steuerung)

Was ist Hand, Zeit- und Wegplansteuerung?

  • Handsteuerung: in nicht automatisierten Prozessen werden alle Steuerfunktionen vom Mescnehn per Hand aufgerufen
  • Zeitplansteuerung: ein in einem Zeitplangeber gespeichertes Programm bestimmt die Steuergrößen (in Abhängigkeit der Zeit)
  • Wegplansteuerung: Auslösen der Schaltfunktion durch Erreiche einer Position. Bei variabler Geschwindigkeit Schaltfuntkion immer bei gleicher Position ausgelöst. Bei Zeitplan würde sich die Position in Abhängigkeit der Geschwindigkeit ändern

Was ist Nachformsteuerung?

Arbeitsverfahren, bei dem das Werkzeug von einer Leitkurve so gesteuert wird, dass das Profil des Musters auf das Werkstück übertragen wird.

Geometrien und Geschwindigkeitsinformationen in Schablone 

Was ist numerische Steuerung?

Arbeitsoperationen in einem NC-Programm (numerisch gespeichert)

Optimierungskriterien für Fertigungsprozesse

  • Art des Fertigungsverfahrens
  • Art des Fertigungsmittels
  • Art des verwendeten Steuerungskonzeptes 

Was ist Haupt, was Nebenzeit?

  • Hauptzeit: für Arbeitsprozesse benötigte Zeit
  • Nebenzeit: Zeitanteile für Prozessablauf (Handling, Werkzeugwechsel, Vorbereitung)

Grundlegende Steuerungsarten

  • Punktsteuerung: Arbeitsgänge nur an bestimmten Stellen (Bohrwerke, Punktschweißen)
  • Streckensteuerung: Dreh-und Fräsbearbeitung (Nutenfräsen, Drehen planparaller Absätze) - Verfahrwege und Geschwindigkeit angeben
  • Bahnsteuerung: Bearbeitung entlang beliebiger Kurven 

DND-Konzept: Defintion und Grundfunktionen

Betriebsart, bei der mehrere NC oder CNC-Maschinen an zentralen Prozessrechner online angeschlossen sind, um Programme direkt an einzelne Maschine zu übertragen

NC-Programmverwaltung und Daten-Verwaltung

Was sind synchrone und asynchrone Achsen?

  • Synchrone: Hauptachsen (NC-Achsen), die simultan interpolieren
  • Asynchrone: Hilfs- oder Nebenachsen, die nicht mit Hauptachsen interpolieren und von diesen unabhängig verfahren

Was ist Blockzykluszeit?

Wenn Abarbeitungszeit eines Satzes < als vorbereitungszeit für nächsten --> Vorschubeinbrüche und schlechte Oberflächenqualität

--> hohe Rechengeschwindigkeit und dynamischer Pufferspeicher notwendig

Anhand von Blockzykluszeit und Polygonlänge lässt sich max. erreichbare Vorschubgeschwindigkeit ermitteln

Verfahren E-Code und Unterschied zum Parity-Check

  • Jede Spur auf Lochsteifen hat binäre Wertigkeit
  • die Summe der Spuren wird addiert, wenn Löcher zu finden sind
  • Ganze Summe wird mit angehängtem Error-Code (E285) vergleichen und Weitergabe

Ziel: Lese- oder Übertragungsfehler zuverlässig erkennen 

Parity: Nur Auswerten von Gerade/Ungerade 

Fuzzy-Logic: was ist das, wo wird es eingesetzt und auf was verzichtet es? 

  • Steuerungs- oder Regelmethode, welche Ungenauigkeiten und Unsicherheiten des menschlichen Verstandes nachempfindet
  • Verzichtet auf matehmatisch exakte Reaktionen, entscheidet schnell
  • je komplexer Prozess und Eingriffe, umso deutlicher sind Vorteile (Zeitvorteile, höhere Sicherheiten)

2 Stationen von CNC bis FFS und 2 Merkmale des FFS

CNC - Bearbeitungszentrum - Flexible Fertigungszelle - Flexibles Fertigungssystem

Merkmale: Mehrmaschinen-Konzept (technisch) und Losgrößen-unabhängig (Fertigungs)

was sind sich ergänzende, was sich ersetzende Bearbeitungen?

  • ergänzend: unterschiedliche Werkzeugmaschinen -> mehrstufier Produktionsprozess
  • ersetzend: Funktionsgleiche Systeme

Abkürzugnen kennen und Funktionalitäten zuordnen

  • CAD -> Zeichnung, Stücklisten
  • CAE -> Montagepläne, Dokumentation
  • CAP -> Masch. belegung, Arbeitspläne
  • CAM -> NC,Programme, Werkzeuglisten

CAD: 3 Modelle

  • Kantenmodell: rechnerinterne Darstellung durch begrenzende Kanten (bsp. Zeichnung)
  • Flächenmodell: rechnerinterne Darstellung durch begrenzende Flächen
  • Volumenmodell: rechnerinterne Darstellung räumlicher Objeke durch Verknüpfung einzelner Teilvolumen

Volumen bietet Möglichkeit zur Durchdringung, Ausblenden von Kanten, Erzeugung von Schnitten 

was versteht man unter DMU?

wirklichkeitsgetreue, computergeneriertes Versuchsmodell --> reale Prüfung und Versuche durch Modell ersetzen

Steuerungskonzeptionen von IR

  1. Einfache Einlegegeräte: Verfahren zwischen Anschlägen (Pick and Place); einfache Steuerung ohne Messystem und Antriebe
  2. Punktgesteuerte Roboter: Bewegung ohne Funktionszusammenhang von Punkt-zu-Punkt; (messystem und Antrieb) --> Programmierung im Teach-In oder durch direkte Dateneingabe 
  3. Bahngesteuerte Roboter: frei programmierbare Bewegungsabläge (Aufgabe während Verfahrens)
  4. Play-Back-Roboter: Bewegungsabläufe durch mechanische, manuelle Bewegung

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