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Lehre

Prozessdatentechnik

In der Vorlesung Prozessdatentechnik erhalten Studenten einen Einblick in die Prozessautomatisierung und die dafür notwen­digen Komponenten und Systeme. Dazu werden Kommunikationssysteme zur Prozessdatenübertragung (Ethernet, AS-i, CAN, RS232) sowie Echtzeit-Betriebssysteme und Echtzeit-Anwendungen zur Prozesssteuerung behandelt.

Die in der Vorlesung erhaltenen Kenntnisse werden in einem Praktikum eingesetzt um das Modell einer Industrieanlage über ein Feldbussystem zu automatisieren. Bild 1 zeigt das aufgebaute Modell. Es besteht aus fünf Grundmodulen Taktstraße der Firma Fischertechnik. Diese wurden modifiziert und zu einer Komplettanlage zusammengebaut. In der Anlage können Werkstücke mit Förderbändern und Schiebern transportiert werden. An verschiedenen Bearbeitungsstationen stehen Modelle von Bohr- und Fräsmaschinen zur Verfügung, die eine Bearbeitung der Werkstücke simulieren.

 Über Lichtschranken und Endschalter können die verschiedenen Zustände der Anlage ermittelt und die einzelnen Werkstücke verfolgt werden. Die Anlage kann in die fünf Grundmodule mit je fünf Lichtschranken, vier Endschal­tern, zwei Tastern, vier Förderbändern, zwei Schiebern und zwei Bearbeitungs­maschinen unterteilt werden. Insgesamt können somit 55 Sensoren ausgewertet und 40 Aktoren bedient werden.

Die direkte Ansteuerung der einzelnen Module geschieht jeweils durch ein Mikro­controller-Board, das als abgesetzte Slave-Einheit dient. Das Mikro­­controller-Board ist mit einer Profinet Schnittstelle ausgestattet. Über Profinet werden die Mikrocontroller-Boards mit einem PC verbunden, der eine zentrale Steuerung darstellt (Master). Auf diesem System läuft eine echtzeitfähige Linux-Distribution. Zum Einsatz kommt hierbei Debian. Die Standard-Installation wird dabei mit dem Preempt-Patch ergänzt, um definierte Zeiten bei der Abarbeitung der Aufgaben garantieren zu können.

Aufgabe der Studenten im Praktikum ist es eine echtzeitfähige Steuerungssoftware unter Linux zu erstellen mit der die Mikrocontroller-Boards gesteuert werden. Die Profinet Umgebung muss dazu projektiert und konfiguriert werden. Danach können die Mikrocontroller-Boards von einem PC bedient werden. Der Versuchsaufbau und alle verwendeten Komponenten ist in Bild 2 zu sehen.

Im zweiten Schritt wird eine Einheit zum Bedienen und Beobachten der Anlage erstellt. Dazu wird eine UDP-Server-Client Anwendung unter Linux erstellt. Der Server stellt dabei die Prozessdaten zur Verfügung und der Client kann diese Daten per UDP vom Server abrufen. Der Datenaustausch zwischen dem UDP-Server und der Steuerungsanwendung erfolgt dabei mittels Shared Memory unter Linux.

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