Funktionssteuerung

1. Erfassung des Problems in einer Wahrscheinligkeitstabelle
2. Aufstellung der Funktionsgleichung (konjunktive/disjunktive Normalform)
3. Vereinfachung (Minimierung) der Funktion durch Umformung mit Hilfe booleschen Algebra
4. Schaltungstechnische Realisierung

• Service-Kanal:
  - zusätzliches Datenfeld von 2-8 Byte innerhalb der festen Struktur jedes zyklischen ATs und MDTs
• Wozu:
  - Übertragung nichtzyklischer Daten zwischen Antrieben und Steuerunge (z.B. Diagnose, Parameter)
• Wie:
  - Unterteilung der Daten in mehrere kleine Pakete bei Sender
  - Übertragung in mehreren aufeinanderfolgenden Zyklen
  - Zusammensetzung der Einzelpakete beim Empfänger

• NOTAUS
• Abschalten überhitzter Geräte (z.B. Motoren)
• Überwachung gefährlicher Bewegungen
• Zugangsüberwachung
• Zugangskontrolle
• sicheres Einrichten

• Was:
  - schaltungstechnische Verknüpfung von elektrischen Bauteilen
  - Eingangssignale: Schalter, Taster, Relaiskontakte, etc.
  - Ausgangssignale: Relais, Schütze, Lampen, etc.
  - Zeitgleider: über LC- bzw. RC-Glieder
• Funktion:
  - Programm- und Informationsspeicherung wird realisiert über die schaltungstechnische Verknüpfung
  - mehrere parallele Stromzweige ("Netzwerke")
  - alle Verknüpfungen werden gleichzeitig (parallel) verarbeitet

• Konflikte: mehrdeutige Schaltsituationen (Widersprüche in Sezifikatione oder Implementierung)
• Sicherheit: max. Markenanzahl pro Platz ist garantiert (keine Überlagerungen, Überläufe, Kollisionen)
• Verklemmung: in bestimmten Markierungen kann keine Transition mehr schalten (Prozess hängt)
• Lebendigkeit: keine Verklemmungen möglich
• instabile Markierung: Iteration können in Endloszyklen enden (Prozess hängt)
• Erreichbarkeit: alle Plätze sind durch geeignete Ansteuerung aktivierbar (erreichbar)

• Feldbus: Kommunikationssystem zur Datenübertragung in Automatisierungs- und Steuerungssystemen
• Motivation:
  - Reduzierung Verkabelungsaufwand
  - Reduzierung Kabelgewicht
  - serielle Verdrahtung
  - dezentrale E/A und Verarbeitung
  - digitale und störungsarme Datenübertragung
  - Diagnosefähigkeit
  - ebenenübergreifende Kommunikation

• Nein!
• Begründung:
  - reales physisches Objekt enthält unendlich viele Informationen
  - reales physisches Objekt ändert sich ständig über der Zeit
  - Modellierung erfordert die gezielte Auswahl und Verdichtung der relevanten Informationen
• stochastisches Verhalten ist prinzipiell nur mit Unsicherheiten (Streuungen) modellierbar
• prinzipielle, technische und wirtschaftliche Grenzen bedingen immer einen Modellfehler

• mehrere Transitionen in einem Petrinetz können unabhängig voneinander schalten
• relevant bei unabhängig voneinander (zeitlich parallel) ablaufenden (Teil-)Prozessen

• Wozu: abstrakte Beschreibung (Abbildung) von relevanten Zustände, möglichen Zustandsübergängen sowie zustandsabhängigen Reaktionen eines Systems
• Grundelemente:
  - endliche Anzahl von (diskreten) Zuständen (davon 1 Anfangs-/Initialisierungszustand)
  - endliche Anzahl von Transitionen (Zustandsübergänge)
  - endliche Anzahl von Aktionen

• Schutz von Gesundheit und Leben der Beschäftigten
• Schutz der Umwelt
• Schutz von Gütern

• Master sendet am Zyklusanfang ein MST \(\rightarrow\)Teilnehmer synchronisieren ihre interne Uhr auf MST
• Antriebe senden nacheinander ihre AT mit den Istwerten im zugewiesenen Zeitfenster
• Master sendet ein MDT

• Zusatzbeschaltung an Relais zur Reduzierung der Spannungsspitze infolge von Gegeninduktion beim Abschalten der Relaisspule
• Vermeidung der Schädigung/Zerstörung der schaltenden Kontakte durch Lichtbögen

• AS Interface
• CAN-Bus
• Interbus-S
• Profibus
• EtherCat
• SERCOS

• Was:
  - einzelnes, vom Master über die Busleitung gesendetes Telegramm
  - durchläuft alle Teilnehmer und wird schließlich wieder vom Master empfangen
  - jeder Teilnehmer kann lesen/schreibend auf zuvor vereinbarte Telegramminhalte zugreifen
• Vorteile:
  - keine Buskollision möglich
  - hohe Protokolleffizienz
  - kurze Zykluszeiten möglcih
• Voraussetzung:
  - Kommunikation muss in Ringstruktur erfolgen
• Feldbusse mit SRT:
  - Interbus-S
  - EtherCAT

• Buszuteilung:
  - Master/Slave
  - CSMA
• Kollisionbehandlung:
  - Token-Passing
  - CSMA/CA (bei CAN)
  - CSMA/CD (bei Ethernet)

• S - schwere der Verletzung
• F - Häufigkeit/Dauer der Gefährdung
• P - Möglichkeit zur Gefährdungsvermeidung bzw. Schadensbegrenzung

• Relais:
  - geringe Schaltleistung, meist für Gleichspannung ausgelegt
  - Klappanker
  - einfach unterbrechende Schaltglieder
• Schütz:
  - hohe Schaltleistung, auch für Wechselspannung ausgelegt
  - Zuganker
  - doppelt unterbrechende Schaltglieder

• Gemeinsamkeiten:
  - Verknüpfungssteuerung
  - alle Verknüpfungen sind gleichzeitig aktiv
• Unterschiede:
  - Kontaktsteuerung: elektromechanisch realisiert, parallele Verarbeitung aller Verknüpfungen
  - SPS: als Software realisiert, quasiarallele Abarbeitung aller Verknüpfungen in sequentiellen Zyklen

• Kurven
• Trommeln
• Anschläge
• Nocken
• Getriebe
• Lochkarten

• Alle Vorplätze einer Transition sind markiert
• Alle Nachplätze einer Transition sind unmarkiert
• die Schaltbedingungen der Transition sind erfüllt
• Eine der Transition zugeordnete Zeitbedingung (Mindestmarkierungsdauer eines Vorplatzes) ist erfüllt

• Parallelwiderstand
• Löschkondensator
• Löschdiode

• Sequenz
• Auswahl-Verzweigung
• Zusammenführung
• Vorwärtssynchronisation
• Rückwärtssynchronisation
• gleichzeitige Vorwärts- ud Rückwärtssynchronisation

• Verknüpfungssteuerung: Verknüpfung (meist boolesch) von Eingängen und Merkern zu Ausgängen
• Abalaufsteuerung: Realisierung schrittweiser Aläufe (z.B. Schrittketten), sequentiell/parallel
• Nachbildung Ablaufsteuerung mit Hilfe der Verknüpfungssteuerung

• Risiko: Kombination der Wahrscheinlichkeit des Schadenseintritts und seines Schadensausmaßes
• Restrisiko: verbleibendes Risiko, nachdem Schutzmaßnahmen ergriffen wurden

• Datenflussverbindung innerhalb eines Programms
• Kommunikation über globale  Variablen
• Kommunikations-Funktionsbausteine
• Kommunikation über Zugriffspfade

• Effekt:
  - beim Abschalten der Relaisspule entsteht durch Gegeninduktion eine Spannungsspitze
  - diese kann in den schaltenden Kontakten einen Lichtbogen erzeugen
  - dieser kann zur Beschädigung und Zerstörung des Schaltkontaktes führen
• Umgang damit:
  - Reduzierung der Spannungsspitze im Schaltkontakt durch Zusatzbeschaltung mit Parallelwiderstand, Löschkondensator oder Löschdiode

• Nein!
• Begründung:
  - Nebenläufigtkeit erfordert die Abbildung von mehreren gleichzeitig aktiven Zuständen
  - in einem Zustandsgraph kann aber zu jedem Zeitpunkt nur ein Zustand aktiv sein

siehe Bild

• Signaländerungen sind nur dann sicher erkennbar, wenn Signaldauer \(\geq\) Zyklusszeit
• maximale Reaktionszeit beträgt 2 x Zykluszeit
• Verknüpfungsergebnisse sind abhängig von der Reihenfolge der Programmanweisungen (Dominanz)

- zyklische bzw. periodische Abarbeitung

- pro Zyklus sequentiell EVA=Eingänge lesen \(\rightarrow\)Verknüpfungen berechnen\(\rightarrow\)Ausgänge setzen

• Funktion: 2 Relais/Schütze realisieren die Vertauschung einer der drei Phasen
• Grundschaltung:
  - Selbsthaltung mit Abschaltung (rücksetzbarer Speicher)
  - Verriegelung
• zu beachten: beide Schütze dürfen nie gleichzeitig angezogen sein, sonst gibt es einen Kurzschluss

• am Anfang jedes CAN-Telegrams wird die ID-Nummer der Nachricht gesendet
• auf der Busleitung sind 0-Bits dominant, sodass die niedrigste ID-Nummer höchste Priorität bekommt
• Teilnehmer mit IDs von geringerer Priorität bemerken die Kollision und brechen ihre Übertragung ab

• notwendige Einheiten:
  - Grundsystem
  - Informationsverarbeitung
  - Sensoren
  - Aktoren
• optionale Einheiten:
  - Informationsverarbeitung
  - Mensch
• Flüsse:
  - Stoff
  - Energie
  - Information

• Echtzeit: kürzeste Zeit, in der relevante Zustandsänderungen in einem System auftreten
• Determinismus: garantierte, vorherbestimmte Reaktion innerhalb eines definierten Zeitintervalls
• Latenzzeit: Zeit vom Auftreten eines Ereignisses bis zum Beginn der Reaktion (Schrecksekunde)
• Jitter: Schwankung der (meist als konstant angenommenen) Zykluszeit

• alle 5 Sprachen, insbesondere AS

1. Verkürzen der Zykluszeit
2. Priorisierung der Eingänge
3. Interrupts

• MST (Master-Synchron-Telegramm): Synchronisation aller Busteilnehmer
• AT (Antriebstelegramme): Datentransfer vom Antrieb (Slave) zur Steuerung (Master)
• MDT (Master-Daten-Telegramm): Datentransfer von der Steuerung (Master) zu den Antrieben (Slave)

• was: genormte, digitale Antriebs-Schnittstelle
• Abkürzung:  SErial Realtime COmmunication System (serielles Echtzeit-Kommunikationssystem)

• Schritte
• Transitionen
• Aktionen
• Alternative Verzweigung
• parallele Verzweigung