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Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.1 Vorlesung Prozessautomatisierung Ablaufsprache für chargenbasierte Prozesse.

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1 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.1 Vorlesung Prozessautomatisierung Ablaufsprache für chargenbasierte Prozesse Linearisierung – analytische und graphische Methoden 13. November 2002 Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes Fachbereich Elektrotechnik Goebenstr Saarbrücken

2 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.2 Themen Vorlesung RAT (1) Grundlagen & Begriffe Zusammenfassung von Grundlagen und Voraussetzungen der Automatisierungstechnik / Signale / Hilfsenergie / Systembeschreibung / Linearisierung analytisch und in Kennlinien- feldern / Modellbildung / Allgemeine Automatisierungsthemen (Schutzarten, Explosions- schutz, EMV) / Systemarchitektur von Automatisierungssystemen Technische Systeme für Transportvorgänge von Stoffen Übertragungsverhalten von Transport-/Förderbändern für feste Stoffe / Übertragungs- verhalten von Transportsysteme für flüssige Stoffe / Übertragungsverhalten von Be- hältern und Mischsystemen / Beschreibung des Zeitverhaltens von Befüllungs- und Ent- Leerungsvorgängen / Stellgerätetechnik und deren Beschreibungen (Ventile) Signalaufbereichtung (Messumformer, Sensoren) Übersicht von Prozessgrößen und deren Messung / Temperatursensorik und Realisierung entsprechender Messaufgaben

3 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.3 Themen Vorlesung RAT (2) Hilfsmittel / Fliessbilder / R&I-Schemen Darstellung von verfahrenstechnischen Abläufen / Symbole und Kennzeichen / Program- mierungshilfsmittel / Darstellung von Funktionsplänen / Ablaufsteuerung / Automatisierungskonzeption Industrielle Kommunikation (Feldbussysteme) / Systemarchitektur von Automatisierungs- systemen / Organisation von PLT-Projekten / Normen, Vorschriften, Richtlinien / Char- genprozesse / Stellgeräte / Regler / Steuerungen Neue Methoden in der Automatisierungstechnik Fuzzy-Konzept / Fuzzy-Regelung / Einsatz von Neuronalen Netzen in der Automatisie- rungstechnik / Anwendungsbeispiele und technische Realisierungen Automatisierung mit Matlab/SIMULINK Einführung in die Entwicklungsumgebung /Anwendungen / Regelkreisauslegung / Lösen von Differentialgleichungen

4 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.4 Thema heute Grundlagen für die Prozessautomatisierung : Ablaufsteuerung, Chargenprozessbeschreibung, Beschreibungsform, Beispiele und Anwendungen sowie Linearisierung von Kennlinien und nicht linearen Abhängigkeiten Grundlagen Grundbegriffe Mathematische Grundlagen Anwendungen

5 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.5 Technische Prozesse / Unterschiede

6 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.6 Prozessablaufbeschreibungen Steuerungstechnik bietet viele Programmiersprachen für die Reali- sierung von SPS-Softwareprogrammen: Verknüpfungssteuerungen Logische Verknüpfung stehen im Vordergrund. Die Grundsprachen sind KOP, FUP und AWL. Es werden in Form von logischen Funktionen Ver- knüpfungen abgebildet. Ablaufsteuerung Sequentielle Steuerungsabläufe. Zeitpunkt und Reihenfolge einzelner Prozesse sind entscheidend. Das Starten und Reihenfolge einzelner Prozessschritte umfasst logische Verknüpfungen, die wiederum mit den Grundsprachen (KOP, FUP, AWL) abgebildet werden.

7 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.7 Steuerungsarten / Definitionen Verknüpfungssteuerung: Eine Verknüpfungssteuerung ist eine Steuerung, die den Signalzuständen der Eingangssignale bestimmte Signalzustände der Ausgangssignale im Sinne boolscher Verknüpfungen zuordnet (DIN 19237). Wenn Motortemperatur > 70°C und Motor läuft dann Lüfter einschalten. Verknüpfungen entsprechen logischen Aussagen, die mit Hilfe der Grundelemente (UND, ODER, NICHT) kombiniert (verknüpft) werden.

8 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.8 Steuerungsarten / Definitionen Ablaufsteuerung: Eine Ablaufsteuerung ist eine Steuerung mit zwangsläufig schrittwei- sen Ablauf, bei der das Weiterschalten von einem Schritt auf den programmgemäß folgenden Schritt abhängig von Weiterschaltungbe- dingungen erfolgt (DIN 19238). Beispiel: 1.SchrittBehälter füllen Bedingung:Behälter voll? 2. SchrittFlüssigkeit rühren und erhitzen Bedingung:2 h bei 70°C gerührt?

9 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.9 Programmiersprachen von STEP 7 (SIEMENS) AWL Anweisungsliste KOP Kontaktplan FUP Funktionsplan STEP 7 Basis Plattform mit SIMATIC Manager S7-Graph Ablaufsteuerung S7-HiGraph Zu- standssteuerung Optionssoftware S7-SCL Structured Control Language CFC Continous Function Chart

10 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.10 Kurzinfos zu einzelnen Steuerungssprachen KOP (Kontaktplan): Programmierung erfolgt in Anlehnung an Stromlaufplan (Schließer, Öffner). Verknüpfung der binären Signalzustände wird durch parallele oder serielle Kontakte dargestellt. Eine Spule schließt den Pfad ab. FUP (Funktionsplan): Programmierung erfolgt in Anlehnung an elektronische Schaltkreis- symbole (Digitaltechnik). Binäre Verknüpfungen werden durch Ver- schalten von UND, ODER, NICHT Funktionen realisiert. AWL (Anweisungsliste): Programmierung erfolgt in Listenform. Eine Zeile entspricht einer Anweisung mit einer Operation, die die auszuführende Funktion vor- gibt. Quelle: Siemens

11 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.11 Was ist eine Ablaufsteuerung? Ablaufsteuerung: Nicht im Vordergrund statische Zuordnung von Eingangs- und Aus- gangssignalen Im Vordergrund zeitliche Abfolge einzelner Prozessschritte Jeder Schritt enthält ein oder mehrere Aktionen (z.B. Motor EIN) Weiterschaltbedingungen in der Schrittkette (Transitionen) Prozessabhängige Weiterschaltbedingung Bedingungen müssen hierfür erfüllt sein z.B. Transportvorgang: Türe ist geöffnet und Stellplatz nicht belegt Zusammensetzung aus logischen Verknüpfungen Zeitabhängige Weiterschaltbedingung Bedingungen einer Zeitvorgabe (Zeitdauer) muss erfüllt sein z.B. Mischvorgang: Mischdauer von 2 min ist abgelaufen

12 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.12 Zustandsbeschreibung von Stellgeräten Innerhalb von Regelungsaufgaben können Stellglieder wechselnde Zu- stände annehmen. Regelventile können kontinuierlich von auf zu ver- fahren werden. Quelle: Epple, PLT Aachen

13 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.13 Zustandsbeschreibung in Transitionsnetzwerken Komplexe Abläufe mit sequentiellen Charakter lassen sich gut in solchen Zustandsbeschreibungen modellieren (Objekt Modelling Technique) OMT setzt folgende Elemente ein: Zustand Werte (Definitionsbereich) Aktion Kurzzeitige Operationen / Änderungen / Prozesse, die zu Beginn, während und beim Verlassen des Zustandes ausgeführt werden. Aktivität Andauernde Operation oder sequentielle Abläufe. Beschreibung in Form von Gleichungen, Ablauflogiken. Transition Zustandsänderung, tritt ein, wenn alle Bedingungen erfüllt sind.

14 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.14 Beispiel für OMT Quelle: Epple, PLT Aachen

15 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.15 Transition Ereignisgesteuerte Transition: Vorzustand ist gesetzt Bestimmtes Ereignis ist ein- getreten Bestimmte Bedingungen sind erfüllt Allgemein Eine Transition wird ausgeführt, wenn der Vorzustand gesetzt ist und Transitionsbedingungen erfüllt sind. Bei Erfüllung der Transitionsbedigung wird der Vorzustand zurück- gesetzt (einschließlich Ausführung der exit-Aktionen) und der Folge- zustand wird gesetzt (einschließlich der entry-Aktionen) Ablaufgesteuerte Transition: Vorzustand ist gesetzt Vorzustand-Aktivität ist terminiert Bestimmte Bedingungen sind erfüllt

16 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.16 Notation von Transitionen Quelle: Epple, PLT Aachen

17 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.17 Steuerlogik Motorventil Quelle: Epple, PLT Aachen

18 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.18 Formale Beschreibung einer Ablaufsteuerung Notation in Form von Strichen und Kastensymbolen. Transitionen enthält die Bedingungen Box enthält Anweisungen, was ist Nach Freigabe in dem betreffenden Schritt zu tun Quelle: Epple, PLT Aachen

19 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.19 Formale Beschreibung einer Ablaufsteuerung Bild 16, Epple, Bild 17 Epple Quelle: Epple, PLT Aachen

20 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.20 Paralleler Ablauf Simultanverzweigung entspricht einer logischen UND Verknüpfung Die Zustände 2 und Zustände 3 Werden zeitgleich durchlaufen, Wenn die Transistionsbedingung 1 erfüllt ist. Quelle: Epple, PLT Aachen

21 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.21 Alternativer Ablauf Alternativverzweigung entspricht einer logischen ODER Verknüpfung Die Zustände 2 oder Zustände 3 werden abhängig von den Transi- tionsbedingungen durchlaufen. Es wird immer nur eine der Teil- ketten bearbeitet. Abweichend von der logischen ODER-Verknüp- fung. Quelle: Epple, PLT Aachen

22 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.22 Beispiel klassischer Ablauf- steuerung: Chargenprozess Rezeptfahrweise mit 2 Rezepten Quelle: Uhlig

23 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.23 Beispiel Ablaufsteuerung Ablaufdiagramm Teil 1 mit Starttransition

24 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.24 Beispiel Ablaufsteuerung Ablaufsteuerung Teil 2 Ablaufschema entspricht der verbalen Prozess- Beschreibung und dem Verfahrensfließbild

25 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.25 Beispiel 2: Dosierung von Flüssigkeiten

26 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.26 Rezeptbeschreibung

27 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.27 Ablaufsteuerung

28 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.28 Rezeptbeschreibung Ablaufsteuerung

29 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.29 Umsetzung auf SPS S7 Quelle: Siemens Ablaufsteuerung mit S7: Start mit Initialisierungsschritt (mehrere Bedingungen sein) Abwechselnd werden Transitionen und Schritte durchlaufen (Ablauf- kette) Durchlauf von Verzweigungen / Simulaten Schritten Durchlauf bis Ende erreicht oder Rücksprung auf den Start der Schrittkette erfolgt. Schrittkette Funktionsbaustein und Datenbaustein FB steuert die Schrittkette, DB enthält die Daten Anlegen nacheinander von Schritten und Transitionen Jeder Schritt / jede Transition kann aus mehreren Verknüpfungen bestehen.

30 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.30 Movies zur Programmierung mit Ablaufsteuerung GRAPH (1) Quelle: Siemens

31 Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel November 2002 / Prozess- automatisierung Blatt 4.31 Movies zur Programmierung mit Ablaufsteuerung GRAPH (2) Quelle: Siemens


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