Lernmaterialien für ATP an der RWTH Aachen

Prozess (nach DIN66201): Ein technischer Prozess ist ein Prozess, dessen physikalische Größen mit technischen Mitteln erfasst und beeinflusst werden können.

Über Sensoren wird die Produktionsumgebung erfasst, über Aktoren beeinflusst.

• Prozessrechner zur Automatisierung technischer Prozesse
• Prozessrechnersysteme sind digitale, programmierbare Gerätesysteme
• Entwicklung der Halbleitertechnologie ermöglichte eine Miniaturisierung und damit auch eine Spezialisierung

wie:

Mikrocomputer
Robotersteuerung
CNC
SPS

• für verschiedene Anwendungsbereiche
• 
  
  

• Steuert bzw. regelt auf Basis digitaler Programmierung Maschinen und Anlagen.
• SPS besteht aus Ein und Ausgängen, einer Firmware sowie Schnittstellen für Anwenderprogramme
• 
  
• SPS besteht aus Ein- und Ausgängen, einer Firmware sowie Schnittstellen für Anwenderprogramme 
  •  Sensoren wie z. B. Lichtschranken, Temperaturfühler, Endschalter werden zur Datenerfassung an den Eingängen angeschlossen  
  • Über die Ausgänge der SPS werden die Aktoren zur Steuerung der Anlage angesprochen
• 2 Sorten:
  • SPS besteht aus Ein- und Ausgängen, einer Firmware sowie Schnittstellen für Anwenderprogramme  Sensoren wie z. B. Lichtschranken, Temperaturfühler, Endschalter werden zur Datenerfassung an den Eingängen angeschlossen  Über die Ausgänge der SPS werden die Aktoren zur Steuerung der Anlage angesprochen
  • zyklusorientierten und ereignisgesteuerten SPS

Vielfältige Einsatzzwecke: 

• Anlagensteuerung
•  Touch- bzw. ControlPanel
•  (Daten)Server 

Ausführungsformen als Steuerung:

• Soft-SPS (weiche bis harte Echtzeit)
  • Anbindung der Steuerung über IndustrialEthernet-Feldbus (Feldgerätezugriff)
  • Realisierung der SPS-Funktionalität durch Abbildung einer virtuellen SPS
• Slot-SPS (echtzeitfähig)
  • PCI-Einsteckkarte
  • Separate CPU und IO-Baugruppen

Die Steuerungsebene beinhaltet die „Ablauf-Logik“ und Bewegungssteuerung von Automatisierungsgeräten

– Supervisory Control and Data Acquisition
Jede Zelle, die eine funktionale Einheit bildet, kann durch einen Zellencomputer verwaltet werden. Ziel ist die Überwachung und Steuerung des Prozesses.

• Die Zellensteuerung leitet Vorgaben der Leitebene als Komponentenanweisungen weiter
•  Verwaltete Unterkomponenten sind z. B
  •  Transportbänder, Pufferplätze, Magazinplätze
  •  Werkstücke
• In kleineren Anlagen fallen MES und SCADA häufig zusammen.

• Was versteht man unter Echtzeit?
  • Reaktion auf ein Ereignis innerhalb einer definierten maximalen Zeitspanne (Latenzzeit) 
  • Es wird unterschieden zwischen harter und weicher Echtzeit
•  Welche typischen Eigenschaften haben Echtzeitsysteme?
  • Verwendung spezifischer Protokolle, die Echtzeit garantieren
  • Nutzung von Echtzeit-Betriebssystemen, um Determinismus von Steuerungsfunktionen bereitzustellen
• Welche Anforderungen haben Automatisierungssysteme in Bezug auf Echtzeit?
  • Typische Latenzzeiten in der Automatisierung auf der Feldebene im 1-2 stelligen Millisekunden-Bereich
  • Relevant bei bspw. Motorsteuerung, Synchronisation von Achsen, sicherheitsrelevanten Aufgaben, etc.
  • Notwendige Eigenschaften
    • Verlässlichkeit
    •  Synchronisierung paralleler Abläufe

1. Unternehmensleitebene (Planungsebene)
2. Produktionsleitebene (Leitebene)
3. Produktionsebene

Manufacturing Execution System: Die Leitebene 

Das Produktionsleitsystem (MES) plant, steuert und erfasst die Produktion. 

• Kapazitätsplanung, Ressourcenplanung 
• Überwachung von Prozessen  Leistungsanalyse 
• Aus Aufträgen werden spezifische Arbeitsanweisungen

Enterprise Ressource Planning: Die Planungsebene

Das ERP (Unternehmensplanung z. B. SAP) plant grob auf Firmenebene. 

• Materialwirtschaft 
• Finanz- und Rechnungswesen 
• Personalwirtschaft 
• Verkauf

• Stückzahlen 
  • Einzelfertigung weist i.d.R. niedrigen Automatisierungsgrad auf 
  •  Massenfertigung weist hohen Automatisierungsgrad auf
• • Entwicklungsprozess Anlage
  • Flexible Anlagen sind häufig sehr komplex und daher teuer 
  • Massenfertigung wird i.d.R. an unflexiblen, konkret dafür entwickelten, hochautomatisierten Anlagen durchgeführt
• Entwicklungsprozess Produkt 
  • Aufwendig bei der Einzelfertigung 
  •  Kosten der Entwicklung gering bei Massenfertigung 
  •  Nutzung von Baukastensystemen für flexible Fertigungssysteme

„Automatisierungstechnik ist das selbstständige

Ausführung von fertigungs

und verfahrens

technischen Arbeitsvorgängen!“