Modulares mechatronisches Produktionssystem (MPS): Förderband

Aus HSHL Mechatronik
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Abbildung 1: Förderband

Autor: Mareen Rehberg und Carolin Mohs
Autor: Kevin Hinze und Laura Fricke (WS 2022/23)
Autor: Marius Erdmann (WS 2023/24)


Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Göbel

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Einleitung

Abbildung 2: HSHL-Untersetzer

Im Rahmen des Studiengangs Mechatronik (MTR) an der Hochschule Hamm-Lippstadt wird im siebten Fachsemester das Praktikum Produktionstechnik durchgeführt. Das Praktikum ist Teil des Schwerpunktes Global Production Engineering. In dem Praktikum geht es darum den Studierenden anhand von kleinen Projekten die Möglichkeit zu bieten, das bisher Erlernte in der Praxis umzusetzen. Die hier geforderten Fähigkeiten erstrecken sich über die Konstruktion von Bauteilen und die Umsetzung dieser mittels 3D-Druck bis hin zur Programmierung von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und dem Erstellen von elektrischen und pneumatischen Schaltplänen. In dem hier vorliegenden Artikel soll sich mit dem modularen Produktionssystem (MPS) (vgl. Abbildung 1) beschäftigt werden. Dabei wird der Fokus auf das Förderband und dessen Aufgabe gelegt.

Gesamtkonzept

Bei dem MPS handelt es sich um eine Produktionsanlage, die aus mehreren Stationen besteht. Das Gesamtkonzept ist auf der Seite Mechatronisches Produktionssystem zur Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers genauer beschrieben. Als Station 0 wird das Förderband bezeichnet. Insgesamt gibt es sechs verschiedene Stationen. Die Produktionsanlage wurde ursprünglich dafür verwendet, um kleine Zylinder mit verschiedenfarbigen Kappen zu bestücken und anschließend zu sortieren. Die MPS-Anlage soll aktuell dafür verwendet werden, um HSHL-Getränkeuntersetzer (vgl. Abbilung 2) zu produzieren. Die Untersetzer sollen als Werbegeschenke dienen und werden von vier Stationen hergestellt und mit dem Förderband zwischen den einzelnen Stationen transportiert.

Die 6 verschiedene Stationen an dem Förderband sind gegen den Uhrzeigersinn nummeriert. Für das aktuelle Projekt werden 4 Stationen verwendet. Die einzelnen Bearbeitungsschritte sind nach der Bearbeitungsreihenfolge nummeriert und stimmen damit nicht mit den verwendeten Stationen an dem Förderband überein. Zusätzlich erfolgt die Ansteuerung der Station 4 zum Auswerfen der Untersetzer über die Förderbandanlage.


Station Ursprungsstation Aktuelle Station Link
1 Verpackung Schweißen Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers: Schweißen (Station 2)
2 Kommisionieren Kommisionieren Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers: Kommissionierung (Station 1)
3 Kleben nicht verwendet
4 nicht verwendet Auswerfen der Untersetzer
5 nicht verwendet nicht verwendet
6 Montage Montage Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers: Montage (Station 3)

Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers

Die Produktion des Untersetzers erfolgt an den vier Stationen Kommissionierung, Montage, Schweißen und Auswerfen. Die Stationen sind im Kreis um das Förderband angeordnet und werden gegen den Uhrzeigersinn abgearbeitet. Dabei werden die Stationen teilweise ohne Bearbeitung durchfahren, damit diese in der richtigen Reihenfolge erfolgt. Das Zusammenspiel der Stationen steht im Vordergrund und soll stets abgestimmt werden.

Aufgabe der Station

Das Förderband hat die Aufgabe, die Werkstückträger zwischen den einzelnen Stationen zu transportieren. Außerdem müssen die Werkstückträger über pneumatische Zylinder an den einzelnen Stationen gestoppt werden. Dazu befinden sich an jeder Station induktive Sensoren, die für die Programmierung verwendet werden können. Für den richtigen Produktionsablauf müssen die Station in der Reihenfolge Kommissionierung, Montage, Schweißen und Auswerfen bearbeitet werden. An der Bandanlage sind dies die Stationen 2, 6, 1 und 4. Somit müssen die Stationen teilweise ohne Bearbeitung durchlaufen werden, während an den richtigen Stationen ein Stopp zur Bearbeitung erfolgen muss. Mit den Stationen muss eine Kommunikation stattfinden, damit diese wissen wann die Bearbeitung erfolgen kann und auf der anderen Seite benötigt die Bandanlage ein Signal, wenn die Bearbeitung abgeschlossen ist.

Diese Anforderung soll realisiert werden, indem ein neues Programm für die speicherprogrammierbare Steuerung im TIA-Portal(Totally Integratet Automation-Portal) erstellt wird. Bei dem Programm TIA-Portal handelt es sich ein Programm der Firma Siemens, mit deren Hilfe eine SPS programmiert werden kann. Zudem kann eine Verbindung vom Computer zur SPS hergestellt werden und so eine Fehlersuche im Programm durchgeführt werden.

Vorgehen nach V-Modell

Um die oben genannten Anforderungen umzusetzen, wird nach dem V-Modell gearbeitet und vorgegangen. Dieses Modell wird verwendet, um dem Benutzer bei der Organisation und Durchführung des Projektes zu helfen. Dabei wird das lineare Vorgehen der einzelnen Projektphasen visualisiert. Das V-Modell beginnt mit den Anforderungen an das Projekt und führt den Nutzer bis zum Abnahmetest, welcher den Abschluss des Projektes kennzeichnet. Die einzelnen Schritte des absteigenden Pfades sind mit den gegenübergestellten Schritten des aufsteigenden Pfeils verknüpft und stellen den Zusammenhang der einzelnen Schritte da.

Anforderungsdefinition

Die Anforderungsdefinition ist dafür da, um die einzelnen Aufgaben innerhalb des Projektes festzulegen und einen Überblick zu erhalten. Zudem werden die einzelnen Aufgaben anhand der zuvor definierten Anforderungen spezifiziert und konkretisiert.


ID Typ Kapitel Inhalt Ersteller Datum Durchsicht von am
001 I 1 Aufbau Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
002 A Gegebenenfalls Umbau der Stationen bei neuer Anordnung der Stationen Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
003 I 2 Schnittstellen Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
004 A ASI-Bus (Aktor-Sensor-Interface): Funktionsweise muss verstanden und Adressen ermittelt werden Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
005 A Alle E-/A-Adressen müssen ermittelt werden Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
006 I 3 Software / Programmierung Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
007 A Gerätekonfiguration muss anlegt werden Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
008 A Schnittstellen müssen anlegt und überprüft werden Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
009 A Programmablaufplan muss mit PAP-Designer erstellt werden Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
010 A Freigaben für die Stationen müssen ausgegeben werden Marius Erdmann 31.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
011 A Stopper und Sensoren müssen die Weiterfahrt der Werkstückträger regeln Marius Erdmann 31.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
012 A Induktive Sensoren müssen die Nummerierung der jeweiligen Werkstückträger erkennen Marius Erdmann 31.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
013 A HMI zur Steuerung und Visualisierung muss eingebunden werden Marius Erdmann 31.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
014 A Bei einem Stau müssen Warnmeldungen auf dem HMI erscheinen Marius Erdmann 31.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
015 A Inbetriebnahme der gesamten Anlage muss fehlerfrei erfolgen Marius Erdmann 31.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
016 I 4 Dokumentation Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
017 A Vorhandene Dokumente müssen gesichtet und ggf. aktualisiert werden Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
018 A Wiki muss gepflegt und aktualisiert Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
019 A Dokumentation der Schnittstellen und weiterer relevanter Informationen muss erfolgen Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023
020 A Tätigkeitsbericht muss regelmäßig gepflegt werden Marius Erdmann 17.10.2023 Darvin Welslau 07.11.2023

Funktionaler Systementwurf

Im funktionalen Sytsementwurf werden die einzelnen Schnittstellen visualisiert und ihre Beziehungen dargestellt. Dies hilft zu Beginn des Projektes einen Überblick zu erhalten und Ordnung in den Aufbau zu bringen (vgl. Abbildung 4). Zusätzlich erleichtert es das weitere Vorgehen.

Abbildung 4: Funktionaler Systementwurf Förderband

Technischer Systementwurf

Der technische Systementwurf (vgl. Abbildung 5) spezifiziert das Layout der Anlage und zeigt alle Schnittstellen auf. Zudem dient er als Gesamtübersich für die Anordnung der einzelnen Bauteile, wie zum Beispiel Stopper oder Lichtschranke. Zusätzlich werden die Schnittstellen genauer definiert, wie beispielsweise die Verbindung zu den einzelnen Stationen.

Abbildung 5: Technischer Systementwurf Förderband

Komponentenspezifilation

In der Komponentenspezifikation befindet sich eine Variablentabelle mit allen Ein- und Ausgangsadressen der SPS.

AS-i Adresse Operand Betriebsmittel-kennzeichnung Kommentar
Eingänge ASI
2 I3.4 -10B1 Werkstückträger Station 1
2 I3.5 -10B2 Stau Station 1
2 I3.6 -10B3 Lichtschranke Station 1
2 I3.7 -10B4 Zähler Station 1
5 I4.0 -20B1 Werkstückträger Station 2
5 I4.1 -20B2 Stau Station 2
5 I4.2 -20B3 Lichtschranke Station 2
5 I4.3 -20B4 Zähler Station 2
8 I6.4 -30B1 Werkstückträger Station 3
8 I6.5 -30B2 Stau Station 3
8 I6.6 -30B3 Lichtschranke Station 3
8 I6.7 -30B4 Zähler Station 3
11 I7.0 -40B1 Werkstückträger Station 4
11 I7.1 -40B2 Stau Station 4
11 I7.2 -40B3 Lichtschranke Station 4
11 I7.3 -40B4 Zähler Station 4
14 I9.4 -50B1 Werkstückträger Station 5
14 I9.5 -50B2 Stau Station 5
14 I9.6 -50B3 Lichtschranke Station 5
14 I9.7 -50B4 Zähler Station 5
17 I10.0 -60B1 Werkstückträger Station 6
17 I10.1 -60B2 Stau Station 6
17 I10.2 -60B3 Lichtschranke Station 6
17 I10.3 -60B4 Zähler Station 6
Eingänge
I0.0 Automatik Start
I0.1 Autoamtik Stopp
I0.2 Station 2 fertig
I0.3 Station 3 fertig
I0.4 Station 6 fertig
I0.5 24 V
I0.6 Controller ON
I0.7 Station 1 fertig
Ausgänge ASI
3 Q3.0 -10B5 Stopper Station 1
6 Q5.4 -20B5 Stopper Station 2
9 Q6.0 -30B5 Stopper Station 3, verwendet für Auswerfzylinder Station 4
12 Q8.4 -40B5 Stopper Station 4
15 Q9.0 -50B5 Stopper Station 5
18 Q11.4 -60B5 Stopper Station 6
Ausgänge
Q0.0 -SH4 Licht Automatik Ein
Q0.1 -SH5 Licht Automatik Aus
Q0.2 Startfreigabe Station 2
Q0.3 -H1 Fehler
Q0.4 Startfreigabe Station 3
Q0.5 Startfreigabe Station 6
Q0.6 Startfreigabe Station 1
Q0.7 Motor EIN

Außerdem wurde in der Komponentenspezifikation ein Programmablaufplan für das Förderband erstellt, um die anschließende Programmierung zu vereinfachen. Dazu wurde ein genereller Ablauf erstellt (siehe Abbildung 6), sowie ein Ablaufplan für den jeweiligen Stationsablauf an den einzelnen Stationen (siehe Abbildung 7). Dieser ist an allen Stationen identisch.

Abbildung 6: Genereller Programmablaufplan
Abbildung 7: Programmablaufplan der einzelnen Stationen


Programmierung

Zu Beginn des Praktikums liegt kein funktionierendes TIA-Projekt vor. Lediglich die ursprüngliche Programmierung liegt in Step7 vor. Da das Step7 Programm über keine gute Struktur verfügt, wird beschlossen im TIA-Portal ein neues Projekt zu erstellen. Dieses soll übersichtlicher und speichereffizient gestaltet werden. Ziel ist es zudem den ASI-Bus leichter in das Programm einzubinden, da TIA-Portal die Verwendung des ASI-Busses erleichtert. Außerdem soll dem Anwender eine erleichterte Fehlersuche durch eine kompaktere Programmstruktur ermöglicht werden. Um das Förderband zu steuern, wird auf eine Siemens SPS-300 und ein ASI-Modul mit dem Master CP-343 zurückgegriffen. Nach einer Gerätekonfiguration wurde die SPS über die MPI-Schnittstelle mit dem PC verbunden. Anschließend wurden alle Schnittstellen, wie die ASI-Kommunikation und alle anderen Ein- und Ausgänge angelegt und getestet. Nachdem alle Schnittstellen eingerichtet waren und auf ihre Funktion überprüft wurden, begann die Programmierung mit einer neuen Programmstruktur (siehe Abbildung 8).

Abbildung 8: Neue Programmstruktur im TIA-Portal

Die Programmstruktur gliedert sich in den Main und einen General für die grundlegenden Funktionen, wie das Ansteuern des Motors und die Aufrufe der weiteren Funktionen. Darüber hinaus verfügt jede Station über eine eigene Funktion. Über diese ruft jede Station die Funktionen "Position_Werkstückträger" und "Stationsablauf" auf. Dadurch müssen zum Beispiel Änderungen bei dem Stationsablauf nur in der einen Funktion geändert werden und nicht in jeder der Funktionen der Stationen.

Alle Daten, die in dem Projekt verwendet werden, sind in einem globalen Datenbaustein "G" angelegt (siehe Abbildung 9 und 10). Dazu wurden für die Daten spezielle Datentypen angelegt. Durch diese Datentypen kann ein einheitliches System erzeugt werden und Änderungen müssen erneut nur an einer Stelle, nämlich bei dem Datentyp, durchgeführt werden.

Abbildung 9: Globaler Datenbaustein
Abbildung 10: Übersicht des Datentyps Station im globalen Datenbaustein
























Die Station Förderband kann für die Programmierung in die einzelnen Stationen aufgeteilt werden. Jede Station ist für die Funktionsweise des Förderbandes identisch, da dieses die Werkstückträger liefert, die Signale zur Bearbeitung an die Station sendet und anschließend den Werkstückträger weiterfahren lässt. Dadurch ergibt sich, dass der Ablauf bei jeder Station derselbe ist und sich nur in der Bezeichnung der verwendeten Variablen unterscheidet. Lediglich Station 4 stellt eine Ausnahme dar, da an dieser der Auswurfzylinder angesteuert wird. Die Ansteuerung erfolgt in der Hardware über den Stopper-Zylinder der Station 3, dessen Pneumatikleitungen an den Auswurfzylinder angeschlossen sind.


Der Ablauf bei einer Station sieht exemplarisch so aus:

  1. Werkstückträger befindet sich in Bewegung auf dem Förderband und bewegt sich auf Station zu
  2. Zähler der Station erkennt Nummer des Werkstückträgers
  3. Programm erkennt, ob Bearbeitung in der Station stattfinden soll
  4. Werkstückträger wird durch Stopper-Zylinder an der Station angehalten oder durchgelassen
  5. Bei Bearbeitung: Signalweitergabe an die Station, für Start der Bearbeitung
  6. Warten auf Signal von Station, dass Bearbeitung abgeschlossen ist
  7. Erhalt des Signals, danach Einfahren des Stopper-Zylinders
  8. Weiterfahrt des Werkstückträgers
  9. Ausfahren des Stopper-Zylinders, damit der nächste Werkstückträger gestoppt werden kann

Zusatz: Sollte ein Stau innerhalb der Anlage erkannt werden, so wird zur Warnung das entsprechende Bit aus Abbildung 9 gesetzt.

Abbildung 11: Aufruf Stationsablauf



In der Funktion jeder Station wird der allgemeine Stationsablauf aufgerufen (siehe Abbildung 11).

Außerdem befinden sich in den Stationen die Verarbeitung der Ein- und Ausgänge, die Stauerkennung und 3 Netzwerke für die Erkennung der Werkstückträgernummer und das Schreiben der Position.










Abbildung 12: Stationsablauf Netzwerk 1

In dem Netzwerk 1 des Stationsablaufs findet die Abfrage statt, ob der Werkstückträger in der jeweiligen Stationen bearbeitet wird oder ob dieser durch die Station durchfährt (siehe Abbildung 12). Die gleiche Programmierung gibt es für den Werkstückträger 2 und 3 in identischer Form in Netzwerk 2 und 3.





Abbildung 13: Stationsablauf Netzwerk 4 und 5


In dem Netzwerk 4 des Stationsablaufs wird der Stopper-Zylinder der jeweiligen Station gesteuert (siehe Abbildung 13). Das Netzwerk 5 gibt die Freigabe für die Station zur Bearbeitung.















Komponententest

Innerhalb des Komponententests sollen die verwendeten Komponenten auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden. Bei den Sensoren wurde immer bis zur SPS getestet und die Aktoren wurden über die SPS angesteuert. Dadurch konnte neben der eigentlichen Funktion der Komponenten ebenfalls die Schnittstelle überprüft werden.

Dazu wurden folgende Aktoren getestet:

  1. Ansteuerung der Motoren zur Bewegung des Förderbands
  2. Stopper-Zylinder der einzelnen Stationen
  3. Auswurfzylinder an der Station 4 (Ansteuerung über nicht verwendeten Stopper-Zylinder der Station 3)

Folgende Sensoren wurden getestet:

  1. Induktive Sensoren zur Werkstückträgererkennung in den Stationen
  2. Induktive Sensoren zur Stauerkennung vor den Stationen
  3. Induktive Sensoren als Zähler zur Erkennung der Werkstückträgernummer

Integrationstest

Mithilfe des Integrationstests soll das Zusammenspiel mehrere Komponenten getestet werden. Dadurch können Fehler in der Schaltung, der Programmierung, der Mechanik und der Pneumatik identifiziert werden. Es ist wichtig, das Zusammenspiel aller Teilbereiche zu betrachten, da diese später auch alle zusammenarbeiten sollen.

Für den Integrationstest wurde das Förderband durch die Motoren in Bewegung versetzt und ein Werkstückträger durchlief anschließend alle Stationen. Hierbei ist aufgefallen, dass die Höhen der induktiven Sensoren teilweise nicht passte. Bei manchen induktiven Sensoren wurden die Werkstückträger aufgrund einer zu tiefen Positionierung nicht erkannt, da die Entfernung zum Metall des Werkstückträgers zu groß war. Andere Sensoren waren etwas zu hoch montiert, wodurch die Werkstückträger angestoßen sind oder den Sensor leicht berührten.

Systemtest

Im Systemtest wird die gesamte Anlage getestet. Dafür wurde das neu erstellte Programm in die SPS geladen und die Anlage gestartet.

Es konnten mehrere Punkte beobachtet werden:

  • An den Stationen passte teilweise die Positionierung von dem induktiven Sensor zur Werkstückträgererkennung und dem Stopper-Zylinder nicht. Dadurch fuhr der Stopper bereits hoch, obwohl der Werkstückträger den Stopper noch nicht vollständig passiert hat.
  • Der induktive Zähler Sensor an Station 6 war falsch positioniert, wodurch zwei Werkstückträgernummern gezählt wurden. Dies bereitete Probleme bei der Abfrage, ob der Werkstückträger bearbeitet werden muss.
  • Zwischenzeitlich funktionierte die Abfolge der Bearbeitung nicht korrekt. Bei mehr als einem Werkstückträger kam es zu Problemen.


In dem Systemtest konnten verschiedene Fehler entdeckt werden, die anschließend gelöst werden konnten, sodass der Systemtest erfolgreich abgeschlossen werden konnte.


Anmerkung: Für die Produktion des HSHL-Untersetzers werden nur vier Stationen benötigt. Die zwei verbleibenden Stationen wurden am Förderband nicht abgebaut. Lediglich der Stopper-Zylinder an der Station 3 wurde abgebaut, da dessen Ansteuerung für den Auswurfzylinder an Station 4 verwendet wird. An der Station 5 ist der Stopper-Zylinder noch verbaut. Bei dem Start der Anlage fährt der Stopper-Zylinder dauerhaft runter, wodurch keine Beeinflussung der passierenden Werkstückträger mehr stattfinden kann.

Abnahmetest

Bei dem Abnahmetest soll es sich um den letzten Test innerhalb des Projektes handeln. Dieser Test wird nicht durch die bearbeitende Gruppe selbst durchgeführt, sondern von außenstehenden Personen. Diese Personen sollen sich mit der vorliegenden Anlage nicht auskennen und die Handhabung dieser testen und so etwaige Fehler aufdecken. Der Abnahmetest wurde innerhalb des Praktikums am 16.01.2024 erfolgreich durchgeführt.

Inbetriebnahme

Als erstes wurde die Anlage nach Quickstart-Anleitung [1] der vorherigen Gruppenarbeiten gestartet. Folgende Schritte sind dort für das Förderband vorgesehen:

Vorbereiten der Anlage

  • Alle Werkstückträger leeren
  • Alle Not-Aus Schalter entriegeln

Einschalten der Anlage

  • Druckluftversorgung herstellen (Kugelhahn / Wartungseinheiten öffnen)
  • Spannungsversorgung herstellen (FI / Steckerleiste einschalten)
  • Hauptschalter am Fließband einschalten und "Controller on" betätigen

Starten der Anlage

  • "Automatic on" betätigen

Inbetriebnahmeprotokoll/"Abnahme-Testanleitung"

Schritt Nr. Beschreibung Ausgangszustand Aktion(en) Erwartetes Ergebnis Ergebnis Bewertung Bemerkung
Einschalten 1 Vorbereitung der Anlage Anlage befindet sich im Zustand des letzen Durchlaufs Entfernen aller Werkstückträger vom Förderband Förderband ist im Ausgangszustand leer, alle Werkstückträger sind entfernt eingetroffen i.O.
Einschalten 2 Signalüberprüfung Spannungsversorgung abgeschaltet, Druckluft abgedreht Überprüfung der Signale Keine anliegenden Signale an der Anlage eingetroffen i.O.
Einschalten 3 Ausgangszustand der Sensoren prüfen Druckluftzylinder ausgefahren, Lichtschranken auf selber Höhe, Induktive Sensoren fest verbaut Überprüfen der Sensoren "Druckluftzylinder ausgefahren,

Lichtschranken auf selber Höhe, Induktive Sensoren fest verbaut"

durchgeführt i.O.
Einschalten 4 Überprüfen des Förderbandes Förderband frei von Fremdkörpern Überprüfen der Anlage auf Fremdkörper Keine Fremdkörper vorhanden, z.B. auf dem Förderband durchgeführt i.O.
Einschalten 5 Werkstückträger einlegen Werkstückträger nicht auf dem Förderband und leer Werkstückträger auf das Förderband legen Definierte Anzahl an Werkstückträgern befindet sich auf dem Förderband erledigt i.O.
Einschalten 6 Not-Aus-Schalter Not-Aus betätigt oder bereits entriegelt Not-Aus entriegeln Not-Aus-Schalter entriegelt erledigt i.O.
Einschalten 7 Druckluftzufuhr herstellen Druckluftventil abgestellt Druckluftversorgung herstellen (Kugelhahn öffnen) Druckluftzufuhr an der Anlage aktiv erledigt i.O.
Einschalten 8 Spannungsversorgung herstellen Hauptschalter ist ausgeschaltet Hauptschalter betätigen Spannungsversorgung liegt an erledigt i.O.
Einschalten 9 Controller einschalten Controller ausgeschaltet, Controller off leuchtet Controller on betätigen Leuchtmelder Controller on leuchtet erledigt i.O.
Einschalten 10 Automatikbetrieb starten Automatikbetrieb nicht gestartet Automatikbetrieb Ein betätigen Automatikbetrieb startet, Leuchtmelder Automatikbetrieb Ein leuchtet erledigt i.O.
Einschalten 11 Funktionsweise Förderband Förderband fängt langsam an sich zu drehen Beobachtung Förderbänder drehen sich alle und in die gleiche Richtung erledigt i.O.
Einschalten 12 Funktionsweise Pneumatikzylinder (Stopper) Zylinder ausgefahren, Zylinder wird eingefahren, wenn Werkstückträger erkannt Beobachtung Zylinder fährt ein erledigt i.O.
Einschalten 13 Funktionsweise induktive Sensoren Kein Werkstückträger: Induktive Sensoren nicht aktiv; Werkstückträger: Induktive Sensoren aktiv Beobachtung; Werkstückträger über induktive Sensoren bewegen Siganllämpchen am induktiven Sensor leuchtet bei Erkennung erledigt i.O.
Ausschalten 1 Automatikbetrieb stoppen Automatikbetrieb ist eingeschaltet Automatikbetrieb aus betätigen Automatikbetrieb stoppt, Leutmelder Automatikbetrieb aus leuchtet erledigt i.O.
Ausschalten 2 Controller ausschalten Controller eingeschaltet, Controller on leuchtet Controller off betätigen Leuchtmelder Controler off leuchtet erledigt i.O.
Ausschalten 3 Spannungsversorgung abschalten Hauptschalter ist eingeschaltet Hauptschalter ausschalten Keine Spannung mehr an der Anlage vorhanden, Leuchtmelder alle ausgeschaltet erledigt i.O.
Ausschalten 4 Druckluft abschalten Druckluft an Anlage vorhanden Druckluftversorgung abstellen Keine Druckluft mehr an der Anlage vorhanden erledigt i.O.
Ausschalten 5 Entnahme der Werkstückträger Werkstückträger auf dem Förderband vorhanden, ggf. in unterschiedlichen Stadien der Produktion Werkstückträger entnehmen Förderband ohne Werkstückträger erledigt i.O.

Ergebnis

Zum Ende des diesjährigen Praktikums konnte das Förderband mit einem neuen Programm wieder in Betrieb genommen werden. Mit dem neuen Programm, das im TIA-Portal erstellt wurde, konnte die Einbindung des ASI-Busses vereinfacht und eine neue übersichtliche Programmstruktur geschaffen werden. Durch die Auslagerung von Programmteilen in einzelne Funktionen, die in jeder Station aufgerufen werden und die Verwendung von Datentypen können Änderungen schnell und einfach umgesetzt werden. Lediglich die Einbindung eines Touch-Panels konnte aus Zeitgründen nicht abgeschlossen werden. Schlussendlich konnte durch die verschiedenen Tests die Funktionsfähigkeit des Förderbands sichergestellt werden, sodass dieses anschließend durch andere Teilnehmer des Praktikums erfolgreich abgenommen werden konnte.

Lessons Learned

Im Praktikum wurde sich tiefgehend mit der Programmierung im TIA-Portal beschäftigt. Zunächst musste der Umgang mit dem ASI-BUs erlernt werden. Anschließend konnte der gesamte Prozess einer Anlagenprogrammierung praxisnah durchlaufen werden. Durch die Möglichkeit, jederzeit das Programm an der Anlage testen zu können, konnten Fehler früh identifiziert und ausgebessert werden. Hierbei hat eine strukturierte Fehlersuche geholfen. Ein systematisches Vorgehen war bei dem ganzen Projekt von großer Bedeutung, wobei das V-Modell unterstützend geholfen hat.

Ausblick

Der gemeinsame Betrieb mit den externen Stationen konnte bisher noch nicht getestet werden. Für die Einbindung der Stationen muss in den Stationen im Programm die Simulation für das Freigabesignal zur Weiterfahrt ausgeschaltet werden, wodurch ausschließlich das jeweilige Eingangssignal für die Weiterfahrt sorgt. Zum Beispiel muss für die Station 1 in dem globalen Datenbaustein die Variable G.General.SIM.SIM_Station_1 auf false gesetzt werden. Die PLC-Variable "Station 1 fertig" mit der Eingangsadresse %I0.7 gibt anschließend das Signal zur Weiterfahrt des Werkstückträgers an der Station. Außerdem konnte die Visualisierung auf dem HMI nicht abgeschlossen werden. Dazu ist es eventuell ratsam, die aktuell verwendete SPS durch eine modernere SPS mit Profinet Anschluss auszutauschen. Dadurch wird die Einbindung eines HMI deutlich einfacher, moderner und praxisnäher, da heutzutage fast ausschließlich Profinet Verbindungen genutzt werden. Bei der aktuell verwendeten Hardware ist eine spezielle Bus-Leitung zu verwenden, die das Durchschleifen der Daten ermöglicht (siehe Abbildung 14).

Abbildung 14: Profibusleitung für den Anschluss eines Touch-Panels

Verwendete Software

  • MS PowerPoint:Erstellung des funktionalen und technischen Systementwurfs und der Komponentenspezifikation
  • MS Excel: Erstellung einer Anforderungsdefinition
  • PAP Designer: Erstellen eines Programmablaufplans
  • Siemens Step7: Sichten des „Alten“ Programm
  • Siemens TIA-Portal: Erstellung des neuen Programms

Unterlagen

Handout für die Bearbeitung der Programmieraufgabe

Die Unterlagen zum Förderband befinden sich gesammelt in SVN.

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Programmierung von Siemens Simatic S7 Anlagen unter Step7

Wiki Artikel zu Step7

Literatur

  1. Funktion: Datei:Quick-Start-Anleitung MPS500.pdf (Originaldatei), Studentenarbeit im GPE Praktikum, erstellt bei vorheringen Gruppenarbeiten


Alle nicht mit Quellen versehenen Abbildungen sind eigene Abbildungen.

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