Optimierung von Steuerungsprozessen Industrieller Bildverarbeitungssysteme

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Ist - Analyse
2.1 Bestandteile eines Bildverarbeitungssystems
2.2 Die Hardware
2.2.1 intelligente Kamera
2.2.2 Industrie (Panel-) PC
2.2.3 Anschlussplatine und Ein- / Ausgabe PCI Karte
2.3 Die Software
2.3.1 Bildverarbeitungs- Applikationssoftware
2.3.2 Kamera
2.3.3 Steuerungssoftware
2.4 Die Schnittstellen
2.5 Ergebnis der Ist - Analyse

3 Anforderungsprofil
3.1 Komponenten der Anforderungen
3.1.1 Laufzeitverhalten
3.1.2 Programmierumgebung und Programmiersprachen
3.1.3 Aufrüstbarkeit
3.1.4 Kommunikationsschnittstellen
3.2 Anforderungen der Mitarbeiter

4 Erstellung Lastenheft
4.1 Beschreibung Lastenheft
4.2 Ziele des Lastenheftes
4.3 Bestandteile des Lastenheftes
4.4 Beschreibung der Bestandteile
4.4.1 Offene Punkte
4.4.2 Projekt - Glossar
4.4.3 Ausgangssituation
4.4.4 Zielsetzung
4.4.5 Grobablauf Ist- und Soll - Zustand
4.4.6 Erläuterung der einzelnen Teilabläufe
4.4.7 Zusammenfassung

5 Produkte und Anbieter
5.1 Standardkomponenten der Produkte
5.1.1 Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
5.1.2 Programmierung nach EN 61131
5.2 Weitere Komponenten der Produkte
5.2.1 Hardware des Steuerungssystem
5.2.2 Software des Steuerungssystems
5.3 Anbieter und Produktbeschreibungen
5.3.1 Firma Beckhoff
5.3.2 Firma B & R
5.3.3 Firma Siemens
5.4 Produktauswahl anhand eines Punktesystems

6 Kosten / Nutzen Analyse
6.1 Beschreibung Kosten / Nutzen Analyse
6.2 Beschreibung Kostenvergleichsrechnung
6.3 Vorgang Kostenvergleichsrechnung
6.4 Ergebnis Kosten / Nutzen Analyse

7 Projektierung des neuen Steuerungssystems
7.1 Beschreibung
7.2 Schnittstellen Definition
7.2.1 digitale Ein- und Ausgänge
7.2.2 TTY Daten Kommunikation
7.2.3 Ethernet Kommunikation
7.3 Auswahl und Beschreibung der Hardware Komponenten
7.3.1 Beckhoff Embedded PC – SPS CX9000
7.3.2 Beckhoff serielle TTY – Klemme KS 6011
7.3.3 Beckhoff digitales Ein- und Ausgangsmodul KM 1014 und KM 2004
7.3.4 Beckhoff Endklemme
7.4 Ein- und Ausgabeliste
7.5 Schaltplan Steuerung
7.5.1 Inhaltsverzeichnis
7.5.2 Einspeisung
7.5.3 Übersicht SPS - Aufbau
7.5.4 Grundmodul XC 9000
7.5.5 serielle TTY - Schnittstelle
7.5.6 digitales Eingangsmodul
7.5.7 digitales Ausgangsmodul
7.6 Flussdiagramm
7.7 Beispiel Programmierung
7.8 Beschreibung TTY Übertragung
7.9 Beschreibung TCP/IP Übertragung

8 Benutzerhandbuch

9 Fazit

10 Danksagung

11 Literatur- und Quellenverzeichnis

12 Abkürzungsverzeichnis

13 Abbildungsverzeichnis

14 Tabellenverzeichnis

15 Anhang
Anhang 2.1 Durchführung der Informationsbeschaffung
Anhang 4.1 Lastenheft
Anhang 5.1 Quellen für Produkt - Anbieter
Anhang 6.1 Kostenvergleich der Steuerungsvarianten
Anhang 6.2 Kostenvergleich neue Steuerungslösung
Anhang 6.3 Steigung Kosten/Nutzen Verhältnis
Anhang 6.4 Vergleich optimierte Lösung / bisherige Lösung
Anhang 8.1 Benutzerhandbuch

1 Einleitung

Das Thema der Bachelor – Thesis ist die Optimierung von Steuerungsprozessen von industriellen Bildverarbeitungssystemen bei der Firma XXX GmbH in 12345 Musterhausen.

Die Firma XXX GmbH ist ein Ingenieurbüro mit X Mitarbeitern.

Unter Verwendung von Industriestandardprodukten sowie eigenentwickelten Produkten werden individuelle Lösungen für die Industrie geschafft.

Das Unternehmen besteht aus zwei Abteilungen. Eine Abteilung realisiert Projekte in der industriellen Automation und in der anderen Abteilung werden industrielle Bildverarbeitungsprojekte realisiert.

Für den Bereich der industriellen Bildverarbeitung werden nachfolgend beschriebene Ansprüche gestellt.

Die Qualitätsansprüche in herstellenden Unternehmen steigen ständig an. Die produzierten Produkte müssen noch in der Produktionslinie inspiziert werden, um Fehler rechtzeitig zu bemerken und Ausschuss zu reduzie­ren.

Rückverfolgbarkeit und Kontrollfunktionen von Herstellungsergebnissen sind wichtige Bestandteile in der Qualitätskontrolle.

An automatisierte Herstellungsprozesse werden hohe Ansprüche bezüglich der Produktionsdurchlaufzeiten gestellt. Somit ist der Einsatz von Technologien, wie die industriellen Bildverarbeitungssysteme von immer höherer Bedeutung.

Als Erfassungssensor werden intelligente Kamerasysteme verwendet. Diese speziellen Kameras besitzen einen eigenen Prozessor und eigene Speichermedien.

Mit einem PC und einer zugehörigen Software ist es möglich, die passenden Parameter auf der Kamera einzustellen. Die Auswertung der Aufnahme erfolgt dann sehr schnell direkt in der Kamera.

Durch die Integration in die automatisierten Prozessabläufe müssen Steuerungen eingesetzt werden, die mit den Kameras über vorhandene Schnittstellen kommunizieren. Die Position der zu erfassenden Werkstücke wird mit Sensoren über die Steuerung erfasst. Die Zubringung der Werkstücke erfolgt über Förderbänder oder Roboterarme. Wenn das Werkstück an der richtigen Position ist, wird die Kameraaufnahme gestartet. Nach der Auswertung sendet die Kamera Informationen als digitale Signale an die Steuerung zurück. Somit erfolgt eine schnelle Prozessabfolge.

An die Steuerungen der industriellen Bildverarbeitungssysteme werden somit hohe Ansprüche gestellt.

Die Steuerungsvariante, die momentan bei der Fa. XXX eingesetzt wird, soll optimiert werden und als ein allgemein anwendbarer Standard in zukünftigen Bildverarbeitungssystemen eingesetzt werden.

2 Ist - Analyse

In der Ist – Analyse werden die Komponenten der Bildverarbeitungssysteme der Firma X beschrieben.

2.1 Bestandteile eines Bildverarbeitungssystems

Das Bildverarbeitungssystem besteht in der einfachsten Konstellation aus folgenden Komponenten

- Intelligente Kamera
- Steuerung

Da die Kamera mit einem Prozessor und einem Speichermedium ausgestattet ist, kann sie direkt von einem Sensor zur Triggerung (Startsignal) der Aufnahme angesteuert werden. Nach erfolgter Auswertung der Aufnahme gibt die Kamera ein digitales Signal aus, welches beispielsweise zur Ansteuerung eines Förderbandes benutzt werden kann. Somit kann die Kamera für sich allein stehend ein Bildverarbeitungssystem darstellen.

In den automatisierten Abläufen einer Produktionslinie werden aber häufig viel höhere Ansprüche an die Steuerungsaufgaben gestellt. Deshalb werden die Signale der Kamera über Signalleitung an externe Steuerungen geleitet und dort weiterverarbeitet.

Häufig werden vom Kunden weitere Funktionen wie Rückverfolgbarkeit des Produktionsablaufes, Erfassung von Statistiken oder Visualisierung der Abläufe gefordert. Um diese Funktionen in das Bildverarbeitungssystem zu integrieren werden Industrie PCs eingesetzt, auf denen eine Applikationssoftware die geforderten Funktionen bereitstellt.

Die Fa. XXX realisiert zum Großteil Bildverarbeitungssysteme mit der oben genannten Applikationssoftware (weitere Beschreibung in Kap. 2.3.1) auf einem Industrie PC. Des Weiteren werden auch die Steuerungsaufgaben in dem PC verarbeitet.

Kommunikation

Abbildung 2.1 Aufbau Bildverarbeitungssystem

2.2 Die Hardware

2.2.1 intelligente Kamera

Bei den Bildverarbeitungssystemen werden Kameras der Fa. Cognex eingesetzt. Diese sind robuste und leistungsstarke Aufnahmesensoren für den Industriestandard. Sie zeichnen sich durch eine schnelle Bild- Erfassung und Verarbeitung aus.

Die Sensoren gibt es mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen und Typen. Ein häufig verwendeter Typ ist der Vision Sensor In – Sight 5100.

Dieser Typ hat eine Auflösung von 640 x 480 Pixel und einen Arbeitsspeicher von 32 MB. Die Kamera hat eine maximale Aufnahmegeschwindigkeit von 60 Bildern pro Sekunde.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.2 Cognex Kamera Typ In-Sight 5100

2.2.2 Industrie (Panel-) PC

Industrie PCs sind Computer für den Einsatz in industriellen Bereichen. Eine kompakte Bauweise, Störsicherheit gegen elektromagnetische Störungen und Schutz vor Staub und Feuchtigkeit sind besondere Merkmale. Die Montage erfolgt in einem Schaltschrank. Zur Visualisierung wird ein Monitor an den PC angeschlossen.

Ebenfalls zum Einsatz kommen Panel PCs. Diese weisen die gleichen Merkmale nur mit integriertem Monitor auf.

Typische Leistungsdaten:

- 15“ Monitor
- 1 GHz Prozessor
- 60 GB Festplatte
- RS 232 Schnittstelle
- Ethernet 100BaseT Schnittstelle
- Betriebssystem MS Windows XP

2.2.3 Anschlussplatine und Ein- / Ausgabe PCI Karte

Die Signalleitungen für die Steuerungsverarbeitung werden in einen Schaltschrank geführt. In dem Schaltschrank befinden sich die Anschlussplatinen für die Signalleitungen und der Industrie PC der über Ein- und Ausgabe PCI Karten verfügt.

Von der Anschlussplatine gelangen die +24V Signale optoisoliert über ein Kabel mit 37 pol. D-SUB Stecker in den PC. Die PCI Karten nehmen die Signale über 37. pol. D-SUB Buchen auf und wandeln die +24V Signale auf den Pegel +5V um, damit diese in dem PC weiter verarbeitet werden können. Die Anschlussplatinen und die PCI Karten gibt es in verschiedenen Ausführungen für eine unterschiedliche Anzahl von Ein- und Ausgängen.

Die Abbildung 2.3 zeigt die Hardwarekomponenten in einem Bildverarbeitungssystem

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.3 Übersicht der Hardware

2.3 Die Software

2.3.1 Bildverarbeitungs- Applikationssoftware

Die Fa. XXX bietet je nach Anforderung des Kunden individuelle Software - Lösungen an.

Kernstück der Applikationssoftware ist ein Softwarepaket. Dieses ist eine eigenentwickelte Software für die Bildverarbeitungssysteme.

Die Bildverarbeitungslösung wird bezüglich der Anzahl der Kameras, der Beleuchtung, der Bedienoberfläche und des Leistungsumfangs geliefert.

Einige Ausführungen der Software werden nachfolgend aufgelistet.

- Innensichtprüfung, Präzisionsmessung und Oberflächenprüfung von Werkstücken
- 2D- und 3D-Positionsbestimmung
- Robotersichtführung
- Montagekontrolle bezüglich Vollständigkeit, Bauteiltyp, Einbaulage und Teilesitz

Abbildung 2.4 zeigt die Visualisierung einer Innensichtprüfung zur Kontrolle eines Innengewindes. Die einzelnen Gewindegänge sind klar zu erkennen.

In Abbildung 2.5 sind die modularen Bestandteile der Applikationssoftware abgebildet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.4 modularer Aufbau der Applikationssoftware

2.3.2 Kamera

Der Hersteller der Kameras Fa. Cognex liefert ein Softwaretool, womit man sich zwecks der Parametrierung mit der Kamera verbindet.

Nachfolgende Funktionen können auf der Kamera parametriert werden.

- Blobanalyse zur Analyse von punktförmigen Erhöhungen und Vertiefungen einer Fläche
- Histogramm Funktion zur Analyse von Graustufen
- ID Funktion zur Analyse von Data Matrix Codes und Strichcodes
- OCR Funktion zur Analyse von Zeichen
- Koordinatenberechnung für Roboterdaten

2.3.3 Steuerungssoftware

Die digitalen Signale des Bildverarbeitungssystems werden auf einem MS Windows basierten Industrie PC verarbeitet. Die Programmierung der Steuerungsaufgaben erfolgt mit der Hochsprachenplattform .NET.

2.4 Die Schnittstellen

Die Kamera hat zwei Anschlüsse. Ein Anschluss ist für ein spezielles Cognex Kamera Kabel (24V – Gleichstrom Breakoutkabel) zur Übertragung von digitalen Signalen und seriellen RS232 Telegrammen sowie zur Spannungsversorgung. Der zweite Anschluss ist für ein Netzwerkkabel vorgesehen, welches auf einer Seite einen speziellen Anschlussstecker für die Kamera hat. An diesem Anschluss wird die Kamera über Ethernet – Kommunikation an ein Netzwerk angeschlossen.

Abbildung 2.6 zeigt ein 24 V – Gleichstrom Breakoutkabel mit der Pinbelegung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.5 Kamera Anschlusskabel: 24 V - Gleichstrom Breakoutkabel

Abbildung 2.7 zeigt ein Kamera Ethernet - Netzwerkkabel

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.6 Kamera Ethernet - Netzwerkkabel

Durch den Ethernet – Anschluss lassen sich eine oder mehrerer Kameras über einen Switch ohne viel Aufwand mit einem Kamera - Netzwerkkabel in ein vorhandenes Netzwerk integrieren.

Zur Parametrierung der Kamera verwendet man die Ethernet – oder die serielle RS232 Kommunikation.

Die direkten digitalen Ein- und Ausgänge der Kamera werden über das 24V Breakoutkabel übertragen. Diese sind:

- Eingang zum Triggern der Aufnahme
- Zwei freiwählbare Ausgänge. Typische Funktion:
- Auswertungsergebnis I.O.
- Auswertungsergebnis nicht I.O.

Weitere Signale, wie beispielsweise dass der Lesevorgang beendet ist, werden seriell über dasselbe Kabel übertragen und dann über ein Zusatzmodul in ein digitales Signal umgewandelt.

Je nach vorhandener Netzstruktur werden individuell auch andere Kommunikationstechnologien wie beispielsweise die serielle Übertragung RS485 oder TTY sowie alle gängigen Feldbusse wie z.B. Profibus eingesetzt. Hierzu werden oftmals Gateway Koppler eingesetzt. Diese Koppler dienen der Protokollumwandlung und arbeiten mit den OSI-Schichten 4–7 (Transport-, Sitzungs-, Darstellungs- und Anwendungsschicht).

2.5 Ergebnis der Ist - Analyse

Unter Zuhilfenahme einer Mitarbeiterbefragung wird ein Fazit über die bisherigen Steuerungen in den Bildverarbeitungssystemen erstellt.

An die Steuerungen werden oftmals hohe Ansprüche bezüglich ihrer Flexibilität und Leistungsfähigkeit gesetzt. Die Bildverarbeitungssysteme werden häufig in bestehende automatisierte Abläufe integriert. Die geringen Taktzeiten in einer Fertigungslinie sind fest vorgegeben. Die Steuerung wird so einer hohen Leistungsbeanspruchung ausgesetzt.

Die Bildverarbeitungs- Software - Applikationen laufen als Anwendung auf einem MS Windows basierten Industrie PC. Je nach Anforderung werden dafür hohe Prozessorleistungen benötigt. Durch die Verarbeitung der Steuerungsaufgaben auf einer weiteren MS Windows Anwendung wird der Prozessor stark ausgelastet. MS Windows ist zwar Multitasking fähig, d.h. die Umschaltung mehrerer Prozesse erfolgt sehr schnell, bietet aber keine zeitäquidistante Laufzeit für die Steuerungsaufgaben, da ein Prozess, beispielsweise für die Steuerungsaufgaben, keine höhere Priorität erhält. Es können somit leicht Störungen des Ablaufs auftreten.

Weiterhin gestalten sich Optimierungen, Veränderungen oder Erweiterungen in dem durch die Hochsprache .NET erstellten Steuerungsprogramm als schwierig. Der Grund: Der offene Programmierstandard enthält keine einheitlichen Programm Richtlinien.

Der Einsatz von Ein- und Ausgabe Schnittstellen für die digitalen Signale im Industrie PC lässt keine feingranulare Aufrüstbarkeit zu. Werden weitere Ein- oder Ausgänge benötigt, müssen die kostspieligen PCI – Karten durch Größere ausgetauscht werden. Da die Abstufungen sehr groß sind, (Beispiel: von 16 Eingängen à direkt auf 32) entstehen hohe Kosten und eine hohe Anzahl unbenutzter Ein- oder Ausgänge.

3 Anforderungsprofil

Auf Basis der Ist – Analyse werden nachfolgend die Anforderungen an die optimierte Steuerung gestellt. Dabei wird ebenfalls auf Kostenreduzierung bzw. geringe Kosten geachtet. Die Anforderungen aus Kap.3.1 werden mit den Anforderungen und Wünschen der Mitarbeiter aus Kap.3.2 zusammengefügt.

3.1 Komponenten der Anforderungen

3.1.1 Laufzeitverhalten

Die Abarbeitung der Steuerungsaufgaben muss ein zeitäquidistantes Laufzeitverhalten aufweisen. Störungen beim Abarbeitungszyklus dürfen nicht auftreten.

Um diese Eigenschaft zu garantieren muss gewährleistet sein, dass die Prozessorleistung vorrangig den Steuerungsaufgaben zur Verfügung gestellt wird.

Besonders geeignet für Steuerungsaufgaben sind Speicherprogrammierbare Steuerungs- Systeme.

3.1.2 Programmierumgebung und Programmiersprachen

Durch den Einsatz einer übersichtlichen Programmierumgebung werden Optimierungen, Änderungen und Erweiterungen der Steuerprogramme vereinfacht.

Eine übersichtliche Programmierumgebung wird durch die Verwendung von Programmiersprachen die in SPS – Programmiernormen festgelegt sind erreicht.

Die International Electrotechnical Commision (IEC) und die Europäischen Normen (EN) haben Programmiersprachen vereinheitlicht. Die IEC 61131 - 3 oder EN 61131 -3 Normen beinhalten diese.

Durch die Vereinheitlichung werden Projektierungs-, Inbetriebnahme- und Instandhaltungskosten gesenkt. Insbesondere die Kosten für die Software lassen sich durch die Anwendung der Norm reduzieren. Die Senkung der Kosten lassen sich begründen durch:

- Hohe Flexibilität von Programmen durch Modularisierung
- Widerverwendbarkeit und Portierbarkeit von Bausteinen
- Reduzierung von Ausbildungskosten

Weiterhin wird die Transparenz der Steuerungsprogramme vom Kunden gefordert. Eine Fehleranalyse im laufenden Betrieb ohne Einsatz der Fa. XXX soll möglich sein.

Häufig wünschen Kunden den Einsatz von standardisierten Lösungen.

3.1.3 Aufrüstbarkeit

Die Ein- und Ausgabe Baugruppen müssen kostengünstig aufrüstbar sein. Um viele unbenutzte Ein- und Ausgänge bei der Aufrüstung vorzubeugen, müssen die Module für die Erweiterung feingranular sein. Die Module sollten mit wenig Zeitaufwand in das System integrierbar sein.

3.1.4 Kommunikationsschnittstellen

In der optimierten Steuerung sollte die Anbindung an die Kommunikationsschnittstellen möglich sein, die auch von den Kameras benutzt werden.

Die Anbindung an die Ethernet Kommunikation (100BaseT, IEEE 802.3) ist wichtig. So kann einfach ein Netzwerk zwischen Steuerung und Kameras aufgebaut werden.

In den Produktionslinien des Kunden sind häufig weitere Kommunikationstechnologien im Einsatz. Es sollte daher möglich sein weitere Kommunikationsschnittstellen einzubinden, um beispielsweise mit weiteren Bus Systemen zu kommunizieren.

3.2 Anforderungen der Mitarbeiter

Mit Hilfe eines Fragebogens sind die Mitarbeiter zu den Anforderungen an eine optimierte Steuerung befragt worden.

Zunächst sollten die vorgeschlagenen Komponenten aus Kap.3.2 durch die Mitarbeiter eingestuft werden, wie wichtig diese Anforderungen sind.

Weitere Komponenten und Wünsche können zudem in dem Fragebogen aufgeführt werden.

Die Fragen sind mit einem Punktesystem versehen. Die Mitarbeiter können die Wichtigkeit der Komponenten durch ankreuzen von 1 ( nicht wichtig ) bis 6 ( sehr wichtig ) angeben.

Die Auswertung der Bewertungsbögen ist in Diagramm 3.1 in grafischer Form dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Diagramm 3.1 Wichtigkeit der Anforderungskomponenten aus Mitarbeitersicht

Diagramm 3.1 zeigt, dass die in Kap. 3.1 vorgeschlagenen Anforderungskomponenten für die Mitarbeiter als sehr Wichtig gesehen werden.

Um eine weitere Unterstützung der Übersichtlichkeit für den Kunden sowie für die Fehleranalyse zu erhalten, ist von den Mitarbeitern eine weitere Anforderung gestellt worden.

Das optimierte System sollte eine Visualisierungsumgebung der Steuerungsaufgaben aufweisen. Diese Anforderung kann optional erfolgen.

Dem Nutzer wird dadurch der Umgang mit großen Datenbeständen erleichtert und in einfacherer Form dargestellt.

Die Vorteile im Überblick:

- Die komplexen Zusammenhänge zwischen Objekten und Attributen werden vereinfacht
- Verschiedene Sichten auf identische Datenbestände (Multiple Views) werden ermöglicht
- Verschiedene Informationen werden im gleichen Kontext dargestellt
- Relationen, Strukturen oder Trends in unstrukturiert erscheinenden Informationsmengen werden erkannt

4 Erstellung Lastenheft

Das Lastenheft ist als Anhang 4.1 der Dokumentation beigefügt.

4.1 Beschreibung Lastenheft

Das Lastenheft beschreibt die Zielsetzungen, Aufgabenstellungen und Eckdaten des Anforderungsprofils und bedient sich dabei der Beschreibung des Ist - Zustandes mit anschließender Erläuterung des Soll - Zustandes.

Es enthält alle, an das zu optimierende System, verbindliche Anforderungen. Mit dem Lastenheft werden Rahmenbedingungen für die Entwicklung festgelegt. Alle relevanten Anforderungen an das System werden ermittelt und dort dokumentiert. Das Lastenheft sollte im Allgemeinen keine technischen Lösungen vorgeben, um Anbietern bei der Suche nach optimalen technischen Lösungen nicht einzuschränken.

4.2 Ziele des Lastenheftes

- Strukturierte Vorgehensweise
- Reflektion durch die Analyse des Ist - Zustandes
- Grundlage für die Vergleichbarkeit der Angebote aus Kundensicht

4.3 Bestandteile des Lastenheftes

- Offene Punkte
- Projekt - Glossar
- Ausgangssituation
- Zielsetzung
- Grobablauf Ist- und Soll Zustand
- Erläuterung der einzelnen Teilabläufe
- Zusammenfassung

4.4 Beschreibung der Bestandteile

4.4.1 Offene Punkte

Während der Arbeiten an einem Lastenheft kommen u. U. Dinge zum Vorschein, die erst zu einem späteren Zeitpunkt detailliert angesprochen werden sollten. Damit diese Punkte nicht verloren gehen, sollte während der gesamten Arbeit an dem Lastenheft eine Liste mit den noch offenen Punkten geführt werden.

4.4.2 Projekt - Glossar

Lastenhefte behandeln meist sehr fachspezifische Dinge. Aus diesem Grund muss für ein gemeinsames Verständnis aller Beteiligten für die im Lastenheft benutzten Begrifflichkeiten ein Glossar erstellt werden.

4.4.3 Ausgangssituation

Zu Beginn eines jeden Lastenheftes sollte eine kurze Beschreibung der Ausgangssituation stehen. Es ist eine kurze Darstellung der aktuellen Situation mit Hinblick auf die zukünftig gewünschte Situation.

4.4.4 Zielsetzung

Während bei der Beschreibung der Ausgangssituation die Frage gestellt worden ist: "Was war der Auslöser für diese Aktivität?". Stellt sich bei der Formulierung von Aufgabenstellung und Zielsetzung die Frage: „Wie soll was erreicht werden?“

4.4.5 Grobablauf Ist- und Soll - Zustand

Darstellung des Gesamtumfangs des im Lastenheft abzuhandelnden Themas. Hierbei sind Visualisierungen in Form von Grafiken für das Verständnis des Problems sinnvoll.

4.4.6 Erläuterung der einzelnen Teilabläufe

Hier werden die im Grobablauf dargestellten Informationen detailliert dargestellt.

4.4.7 Zusammenfassung

Die Zusammenfassung dient dazu, einen Überblick der im Lastenheft beschriebenen Abläufe, zu erhalten.

[Quelle: http://www.hdvo.de/]

5 Produkte und Anbieter

In diesem Kapitel werden auf Basis des Lastenheftes Produkte und Anbieter ermittelt.

5.1 Standardkomponenten der Produkte

Nachfolgend werden die Komponenten beschrieben, die in den ausgewählten Produkten grundsätzlich vorhanden sein sollten.

5.1.1 Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)

Wie in Kap. 2 Ist-Analyse beschrieben, wird die Steuerung des Systems je nach Anwendung bezüglich des Laufzeitverhaltens stark beansprucht.

Um ein zeitäquidistantes Laufzeitverhalten zu erhalten, werden die Steuerungsaufgaben aus dem MS Windows Taskverhalten in eine speicherprogrammierbare Steuerungsvariante ausgegliedert. Speicherprogrammierbare Steuerungen sind Systeme, die vorwiegend für Steuerungs- und Regelungsaufgaben in Anlagen der Automatisierungstechnik eingesetzt werden.

Bezüglich des Laufzeitverhaltens und der Kosten lassen sich folgende SPS Varianten unterscheiden:

- Modular-SPS : Bei einer Modular-SPS sind die Komponenten der SPS in einem Schaltschrank oder Gehäuse angeordnet und über einen Rückwandbus miteinander verbunden. Neben CPU und Speicher, gibt es z.B. Einsteckkarten / Busklemmenmodule zur Feldbusankopplung oder mit klassischen Ein-/Ausgangskanälen zur Verdrahtung der Sensoren und Aktuatoren. Nur zur Programmierung, Parametrierung und Konfiguration einer solchen SPS wird ein externer PC als Programmiergerät benötigt.
- Slot-SPS: Eine Slot-SPS ist eine Einsteckkarte für den PC. Auf ihr läuft ein eigenes multitaskingfähiges Betriebssystem und es sind alle Module einer SPS auf ihr enthalten. Als Besonderheit besitzt sie ein multi-portet RAM, auf den sowohl die Slot-SPS als auch der PC zugreifen können, was den Datenaustausch zwischen PC und Slot-SPS stark vereinfacht. Zur Anbindung von Sensoren und Aktuatoren befindet sich auf der Slot-SPS eine Feldbusankopplung. Die Stromversorgung erhält die Slot-SPS über den PC.
- Soft-SPS: Eine Soft-SPS ist eine reine Software und benutzt die Hardware des Host-PCs. Daraus resultiert eine enorme Flexibilität. Ein weiterer Vorteil ist zum Beispiel, dass neben den Steuerungsaufgaben auch informationsverarbeitende Aufgaben, wie zum Beispiel Messwertverarbeitung und deren Visualisierung, erfolgen können. Ein Nachteil ist, dass eine Soft-SPS möglicherweise bestimmte industrielle Anforderungen, wie beispielsweise die Echtzeitanforderung nicht zu 100% erfüllen kann. Die Verteilung der Task - Reihenfolge wird durch klare Prioritäten Verteilung geregelt.
- Soft – Modular SPS: Eine weitere Variante ist die Kombination aus Soft- und Modular SPS. Dadurch werden die Vorteile der Soft – SPS wie beispielsweise die Flexibilität beim Zugriff auf Informationen von PC basierten Anwendungen und die Vorteile der dezentralen Modular SPS wie beispielsweise die Modularität und Feingranularität der Ein- und Ausgänge genutzt.

5.1.2 Programmierung nach EN 61131

Die von der International Electrotechnical Commision (IEC) bzw. der Europäischen Normen (EN) entwickelte Norm IEC 61131 bzw. EN 61131 Teil 3 aus dem Jahr 2003 befasst sich mit Programmiersprachen. Hier sind die fünf Programmiersprachen definiert, mit denen Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) programmiert werden können.

Die International Electrotechnical Commission ist das internationale Normierungsgremium mit Sitz in Genf für Normen im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik. Die Europäischen Normen (EN) sind Regeln, die von einem der drei europäischen Komitees für Standardisierung, Europäische Komitee für Normung (CEN), Europäische Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) oder Europäisches Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI), ratifiziert worden sind.

Der benannte Teil 3 der EN 61131 ist die einzig weltweit gültige Norm für Programmiersprachen von speicherprogrammierbaren Steuerungen.

Diese umfasst:

- Anweisungsliste (AWL)
- Kontaktplan (KOP)
- Funktionsbausteinsprache (FBS)
- Ablaufsprache (AS)
- Strukturierter Text (ST)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5.1 SPS -Programmiersprachen nach EN 61131

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