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1 Automatisierungsprojekte Software-Planung und -Definition in der Automatisierung Prof. Dr. Norbert Link

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Präsentation zum Thema: "1 Automatisierungsprojekte Software-Planung und -Definition in der Automatisierung Prof. Dr. Norbert Link"—  Präsentation transkript:

1 1 Automatisierungsprojekte Software-Planung und -Definition in der Automatisierung Prof. Dr. Norbert Link

2 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/2 Aufgabe und Motivation Automatisierung: Begriff 1946 in Automobilindustrie eingeführt: D.S. Harder (Ford Motor Company) Technologie für Durchführung von Prozessen mittels programmierter Befehle und Steuerung auf Grundlage automatischer Rückmeldung zur Sicherstellung der richtigen Ausführung der Befehle. Das resultierende System kann seine Aufgabe ohne menschliches Zutun erfüllen. Die Entwicklung dieser Technologie wird immer stärker abhängig vom Einsatz von Computern und Computertechnologie. Dadurch können automatisierte Systeme immer ausgefeilter und komplexer werden. Fortgeschrittene Systeme realisieren Fähigkeiten und Leistungen, welche den Menschen in vielerlei Hinsicht übertreffen.

3 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/3 Verbindung zu anderen Vorlesungen Automatisierung 1: Regler Automatisierungsrechner Kommunikation und Bussysteme in der Automatisierung Prozesssignale und -peripherie Sensoren und Aktoren Echtzeitprogrammierverfahren Programmiersprachen in der Automatisierung Software-Technik: Grundlagen: SE-Prozesse und Vorgehensmodelle, Objektorientierung UML Prozessmodelle Objektorientierte Analyse Objektorientiertes Design

4 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/4 Aufgabe und Motivation Automatisierungssysteme basieren auf drei Grundbausteinen: Energiequellen Rückkopplungseinrichtungen Maschinenprogramm Aktivitäten eines automatisierten Systems Bearbeitung Durch Einsatz von Energie wird auf ein Objekt eine Operation ausgeführt (Verformung eines Werkstücks, Schalten einer Telekommunikationsverbindung, Veränderung von Daten in einem Informationssystem). Übertragung Transfer von Objekten zwischen Verarbeitungsstationen (Werkstücke zwischen Maschinen, elektrische Signale in Telekommunikation, Datentransfer in Informationssystemen)

5 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/5 Schema eines Automatisierungssystems Programm- eingabe Programm- speicher Programm- Befehle ReglerProzess Ausgang Sensoren  Steuerung einer Folge von Sollwertvorgaben für eine Menge von Rückkopplungskreisen Geschlossener Rückkopplungskreis Aufgabe und Motivation Wandler Sollgrößen

6 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/6 Information im Rückkopplungskreis ReglerProzess Ausgang Sensoren  Sensoren: 1) einfache physikalische Wandler, transformieren Prozessgröße (z.B. Temperatur) in ein elektrisches Signal. 2) komplexe Sensor/Rechner-Systeme, welche für eine Prozessbeeinflussung nötige Information extrahieren (z.B. im Automobil die Zustandsgrößen der Objekte in der Umgebung). Regler: 1) einfache elektrische Schaltkreise sein (z.B. Bimetall). 2) komplexe Informationsauswertungsverfahren auf Rechnersystemen, welche über die Art und Stärke einer Prozessbeeinflussung entscheiden (z.B. Art von Werbemaßnahmen). Aufgabe und Motivation Zustands- größen Stellgrößen Sollgrößen

7 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/7 Einfaches Automatisierungssystem Beispiel eines sehr einfachen Automatisierungssystems: Regelung der Heizkesseltemperatur auf eine von der Heizungssteuerung vorgegebene Temperatur Einfacher Sensor, einfacher Regler Kessel Temperaturfühler U i = c T (T-T 0 ) Istwert Steuerung Sollwert U s   PID - Regler (analog aus Operationsverstärkern oder digital mit Mikroprozessor) Brenner Brenn- stoff- pumpe Aufgabe und Motivation

8 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/8 Komplexes Automatisierungssystem Beispiel für ein komplexes Automatisierungssystem: Docking Guidance System (DGS) Systemleistung: Leitung des Flugzeugpiloten mittels Display auf die für den Flugzeugtyp vorgeschriebene Stopposition; Registrierung On-block- time; Dokumentation Andockvorgang. Sensor für Bugradposition und Achsenwinkel eines anrollenden Flugzeugs auf Basis von Video-Bildsequenzen. Flughafengebäude Passagierbrücke Rollfeld Einroll- leitlinie Stoppposition Videokamera B Display Aufgabe und Motivation

9 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/9 Komplexes Automatisierungssystem DGS als Subsystem im Flughafeninformationssystem Leitsystem Tower Vorfeld- kontrolle Gate Touchdownzeit, Flugzeugtyp, Flugnummer Gate-Nr, Gateankunft (Soll), Flugzeugtyp, Flugnummer Gateankunftzeit (ist), Stopposition, On-block time ADS Regler: Display Video- aus- wertung Flugzeugmodell Status, Position, Winkel, Zeit Typ Lage Aufgabe und Motivation

10 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/10 Komplexes Automatisierungssystem Vernetzte Steuergeräte im Automobil BMW der 7er-Serie (E65) (Quelle: BMW AG) Aufgabe und Motivation Demo

11 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/11 Komplexes Automatisierungssystem Und natürlich die Fertigung Quelle: VA TECH ELIN EBG „Rohbaumontageanlgen mit flexiblen Fertigungszellen - eine Herausforderung für die Automatisierung. Firma AUDI errichtet in Ingoldstadt 2 Fertigungslinien für den neuen A4. VA TECH ELIN EBG plante, lieferte und montierte die gesamte elektrotechnische Ausrüstung für die 2 Vorder- und Hinterbodenlinien und automatisierte beide Hinterbodenanlagen.“ Liefer-und Leistungsumfang Automation: SPS-Softwareerstellung (Step 7) und Inbetriebnahme für 45 Fertigungszellen, Prozessvisualisierung mit WinCC auf 45 Bedienpulten, Schnittstellenengineering, Leitsystemanbindung über Ethernet, Profibusanbindung der Bedienpulte und Messstationen, Dezentrale I/O's über INTERBUS-S Aufgabe und Motivation

12 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/12 Komplexes Automatisierungssystem Als kleines Abbild der Wirklichkeit zum Üben: Auto-Labor Aufgabe und Motivation

13 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/13 Komplexes Automatisierungssystem Als kleines Abbild der Wirklichkeit zum Üben: Auto-Labor Aufgabe und Motivation

14 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/14 Beherrschung der Komplexität Anforderungen eines Automatiserungsprojektes Vollständige Erfassung der Aufgabenstellung Vollständige Erfassung der Randbedingungen Technisch Wirtschaftlich Rechtlich Wettbewerb Technisches Lösungskonzept Projektplanung und -management Systemarchitektur HW/SW-Design Implementierung Inbetriebnahme Abnahme/Tests Aufgabe und Motivation

15 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/15 Machbarkeit: Vorstufe zum technischen Lösungskonzept Möglich? Sinnvoll? Lohnend? Aussagen zu Nutzen des angestrebten Automatisierungssystems (Ammortisation) Vorhandene Lösungsansätze Zeit- und Kostenbedarf von Lösungskomponenten (Aufwand) Identifikation von Projektrisiken (Kritikalität für Projekt und Produkt) Auswirkung relevanter Vorschriften und Richtlinien Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Wartungs- und Schulungsaufwand Produktlebensdauer Machbarkeit Aufgabe und Motivation

16 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/16 Komponenten von Automatisierungsprojekten Produktzyklus und Prozessmodelle Projektvorphasen Requirement Engineering Modellierung (formale Spezifikation) von Automatisierungssystemen Zustandsautomaten Petri-Netze SA/RT Dynamisches Verhalten in UML Projektplanung Angebotserstellung Systemintegration Test und Abnahme Lernziele Aufgabe und Motivation

17 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/17 Docking Guidance System Docking Guidance System (DGS) Systemleistung: Leitung des Flugzeugpiloten mittels Display auf die für den Flugzeugtyp vorgeschriebene Stopposition; Registrierung On-block- time; Dokumentation Andockvorgang. Besonderheit: Sensor für Bugradposition und Achsenwinkel eines anrollenden Flugzeugs auf Basis von Video-Bildsequenzen. Gründe ?FlughafenHersteller Flughafengebäude Passagierbrücke Rollfeld Einroll- leitlinie Stopposition Videokamera B Display Beispielprojekt

18 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/18 Docking Guidance System Beispielprojekt

19 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/19 DGS als Subsystem im Flughafeninformationssystem Docking Guidance System Beispielprojekt Leitsystem Tower Vorfeld- kontrolle Gate Touchdownzeit, Flugzeugtyp, Flugnummer Gate-Nr, Gateankunft (Soll), Flugzeugtyp, Flugnummer Gateankunftzeit (ist), Stopposition, On-block time ADS Regler: Display Video- aus- wertung Flugzeugmodell Status, Position, Winkel, Zeit Typ Lage

20 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/20 Innovative Komponente: Aircraft Situation Monitoring and Positioning Segment (ASMPS) Gate Gateankunftzeit (ist), Stopposition, On-block time ADS Regler: Display ASMPS Flugzeugmodell Status, Position, Winkel, Zeit Typ Lage Gate-Nr, Gateankunft (Soll), Flugzeugtyp, Flugnummer Systemanforderungen „Sensor“ ASMPS: Primärsensor: CCD- oder HDRC- Videokamera mit Tageslich/Flutlicht mit 576*768 Pixel (Sensorelementen) Standard-PC-System, Betriebssystem Windows NT Informationsgewinnung mit Mindestmeßfrequenz 12 Hz Bugradposition +/- 0,2 m, Winkel Flugzeugachse/Leitlinie +/-2° Fehltyperkennung Pushbackerkennung Multi-Leitlinien-Fähigkeit Allwetterfähigkeit bis Cat III Sichtbedingung Docking Guidance System Beispielprojekt

21 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/21 Sensorkomponente ASMPS („Videoauswertung“) Aufgabe: Extraktion der interessierenden Informationen aus dem Strom der Kamerasignale 1. Bugrad-Position und Winkellage der Flugzeugachse zur Ansteuerung des Reglers (Display für den Piloten) 2. Detektion des Stillstandes des Flugzeuges 3. Detektion des Beginns des „Push-Back“-Vorganges 4. Erkennung „falscher“ andockender Flugzeuge 5. Unempfindlichkeit gegen andere Fahrzeuge 6. Zuverlässigkeit der Messung 7. Echtzeitfähigkeit Docking Guidance System Beispielprojekt

22 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/22 R&D-Komponenten des ASMPS 1. Informationsgewinnung durch Modellanpassung Flugzeugmodell aus Triebwerkseinlass, Windshield, Hauptfahrwerk und deren geometrischen Zusammenhang wird an Bildinhalt (Merkmale) angepaßt. Übereinstimmungsmaß: Kreuzkovarianz 2. Kamerakalibrierung und Zuordnung Bildkoordinaten-Weltkoordinaten Docking Guidance System Beispielprojekt

23 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/23 Subkomponente Merkmalsextraktion Ziel: geringe Beleuch- tungsabhängigkeit R&D-Komponenten des ASMPS Docking Guidance System Beispielprojekt

24 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/24 R&D-Komponenten des ASMPS 3. Suchen eines Flugzeuges im Videobildstrom Docking Guidance System Beispielprojekt

25 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/25 R&D-Komponenten des ASMPS 4. Verfolgung „Tracking“ eines Flugzeugs Docking Guidance System Beispielprojekt

26 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/26 R&D-Komponenten des ASMPS 5. Detektion des Pushback-Vorgangs 6. Detektion eines unangemeldeten Flugzeugs 5. Bestimmung der Sichtbedingungen 6. Selbsttest 7. Kalibrierung Docking Guidance System Beispielprojekt

27 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/27 ASMPS: Software Docking Guidance System Beispielprojekt

28 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/28 ASMPS Test: Robustheitsergebnisse Produkt Docking Guidance System Beispielprojekt

29 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/29 ASMPS Test: Auswerteergebnisse Betrieb Andockvorgänge Pushbackvorgänge Docking Guidance System Beispielprojekt B 747

30 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/30 ASMPS Test: Auswerteergebnisse Betrieb Docking Guidance System Beispielprojekt B 757 Nacht

31 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/31 ASMPS Test: Auswerteergebnisse Betrieb Docking Guidance System Beispielprojekt MD 87 Tag

32 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/32 ASMPS Test: Auswerteergebnisse Betrieb Docking Guidance System Beispielprojekt A 320 Tag

33 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/33 ASMPS Test: Auswerteergebnisse Betrieb Docking Guidance System Beispielprojekt A 321 Nacht

34 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/34 ASMPS Test: Auswerteergebnisse Betrieb Docking Guidance System Beispielprojekt B757 Tag

35 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 1/35 ASMPS Videosensor Docking Guidance System Beispielprojekt


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