Automatisierung
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Cartes-fiches
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
- Mechanisches Grundgerät
- Sensoren
- Aktoren
- 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
- Anweisungsliste AWL: Hardwarenahe Programmiersprache (vgl. Assembler)
- Strukturierter Text ST: Höhere Programmiersprache (vgl. PASCAL, C+)
- Kontaktplan KOP: Ein im um 90° gedrehter Stromlaufplan
- Funktionsbausteinsprache FBS: Logik- und Zeitbausteine
- 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?
- In der Alternativ-Kettenauswahl erfolgt die Schrittfolge von Simultan2 nach SimultanB
- Simultan A kann nicht mehr aktiv werden
- Für die Aktivierung von SimultanX über T4 müssen Simultan1 und SimultanA aktiv sein.
- 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
- Dokumentation 10%
- Programmierung 15%
- Planung/Entwurf 35%
- Test-Inbetriebnahme 40%
Fehlerverteilung
5 % SPS --> 10 % CPU
Rechts: 1/8 % Anteil am gesamten Ausfall
Grundstruktur beschreiben:
Sequenz, Auswahl-Verzweigung, Zusammenführung
- Sequenz: Marke P1 wird beim Schalten von T1 nach P2 weitergeleitet
- Auswahl-Verzweigung: Marke P1 wird beim Schalten der Transition T1 oder T2 nach P2 oder P3 weitergeleitet.
- Zusammenführung: Marke P1 oder P2 wird beim Schalten von T1 oder T2 nach P3 weitergeleitet.
Grundstrukturen beschreiben:
Vorwärtssynchronisation, Rückwärtssynchronisation, Gleichzeitige Vorwärts-und Rückwärtsintegration
- Vorwärtssynchronisation: Beim Schalten von T1 wird die Marke aus P1 entfernt und in P2 und P3 werden neue Marken erzeugt
- Rückwärtssynchronisation: Beim Spalten von T1 werden die Marken aus P1 und P2 gleichzeitig entfernt und in P3 eine neue Marke erzeugt.
- 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
- Einfache Einlegegeräte: Verfahren zwischen Anschlägen (Pick and Place); einfache Steuerung ohne Messystem und Antriebe
- Punktgesteuerte Roboter: Bewegung ohne Funktionszusammenhang von Punkt-zu-Punkt; (messystem und Antrieb) --> Programmierung im Teach-In oder durch direkte Dateneingabe
- Bahngesteuerte Roboter: frei programmierbare Bewegungsabläge (Aufgabe während Verfahrens)
- Play-Back-Roboter: Bewegungsabläufe durch mechanische, manuelle Bewegung