Die digitale Fabrik der Technikerschule München...

Die digitale Fabrik der Technikerschule München :

Allgemeine Anlagenbeschreibung

Pflichtenhefte für Module und Kommunikation

Die digitale Fabrik der tsm ist ein funktionsfähiges Modell einer vertikal vernetzten

Produktionsanlage mit den heute üblichen Steuerebenen :

- ERP-Ebene (enterprise resource planing)

Zentrale Betriebsdatenverarbeitung. ERP-Systeme wie z.b. SAP realisieren die betriebs-

wirtschaftlich ausgerichteten Prozesse in einer Firma. Hier werden die Aufträge für die

Produktionsstätten erzeugt und alle Resourcen verwaltet.

- MES-Ebene (manufactoring execution system)

Software setzt die Aufträge aus ERP in Fertigungsschritte für die Fertigungsanlagen um

(Fertigungsmanagement) und meldet relevante Anlagendaten zurück in die ERP-Ebene

(Betriebsdatenerfassung).

- Prozess-Ebene

Nimmt Aufträge für Fertigungsschritte entgegen und führt sie im modular aufgebauten

Maschinenpark der Produktionsstätte aus.

- Zulieferer („supply chain“)

Liefert für die Produktion nötige Bauteile zeitgerecht (just-in-time) und in modernen Anlagen

mit Variantenfertigung (Losgröße 1) in der für die Fertigung benötigten Reihenfolge („just-in-

sequence“).

Als vertikale Kommunikationssysteme zwischen den Automatisierungsebenen arbeiten :

- Webservices (XML) zwischen ERP und MES und in der supply chain

- TCP/IP (Ethernet) zwischen MES und Prozess

- Profibus/net (Feldbus) innerhalb der Prozessebene auf SPS-Basis

- S7-Protokoll auf Ethernet RFC1006 als Alternative zum Feldbus

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Dokumentation :

Teil 1 : Überblick zur Laboranlage „digitale Fabrik“

1. Die Anlage als Praktikumsbasis

2. Automatisierungsstruktur

3. Aufbau des Stammwerks

4. Aufbau des Zulieferers

5. IT-Struktur

6. Produktionsablauf, Beschreibung der verschiedenen Betriebsarten

Teil 2 : Kommunikation und allgemeine Adresskonventionen

1. Allgemeines Kommunikationskonzept

1.1 SPS-Ebene

1.2 ERP-Ebene und Zuliefererkommunikation

1.3 ERP-Ebene und MES-Ebene

2. Realisierung der Anlagenkommunikation : Feldbus und Ethernet

2.1 Profibus DP

2.2 Ethernetbasierte Kommunikation

2.3 IP-Adressbelegung

3. Modulfunktionen und Konventionen für die SPS-Programmierung

3

Teil 3 : Pflichtenhefte der Modulfunktionen

Fertigungszellen (Module) im Stammwerk :

Transportband

Lineararm

Vertikalarm

Horizontalarm

Lager und QS-Einheit

Teil 4 : Hardwaredokumentation (Klemmenbelegung der SPS)

4.1 Stammwerk

4.1.1 Montageband

4.1.2 Lineararm

4.1.3 Vertikalarm

4.1.4 Horizontalarm

4.1.5 Lagereinheit

4.2 Zulieferwerk

Teil 5 : Hinweise zur Bedienung (auch über das Internet)

Reiner Doll, Technikerschule München ([email protected]), Februar 2013

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Das Labor Digitale Fabrik am Standort Bergsonstraße der Technikerschule München

dient als Praktikumsbasis für die Fächer Steuerungstechnik (SPS), Automatisierungstechnik

(Industriekommunikation, Fertigungsautomatisierung) und Datenverabreitungstechnik.

Ziel des Gesamtprojektes ist, den teilnehmenden Schülern (und nicht zuletzt auch den

betreuenden Lehrern) praxisnahe Erfahrungen an einer realen Produktionsanlage zu

ermöglichen.

Es handelt sich hierbei aber nicht um eine 100% funktions- und leistungsfähige Fertigungs-

anlage, sondern vielmehr um ein Experimentalsystem, das Stück für Stück durch Projektarbeiten

von Schülern weiterentwickelt und am Stand der Technik gehalten wird.

Kerngedanke der gesamten Anlage ist, die technische und unternehmerische Praxis eines

modernen Fertigungsbetriebs, angefangen bei den betriebswirtschaftlichen Geschäftsabläufen

über die Produktionsautomatisierung bis hin zur Anlagenprogrammierung, realitätsnah und

funktionsfähig abzubilden.

Dieses Bild zeigt die Struktur der zugrunde liegenden Modellfabrik :

Stammwerk Firmenleitung (Büro mit ERP)

Lager Halle3 Halle2 Halle1

Zulieferbetrieb

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TEIL 1 : Beschreibung der Laboranlage

1. Die Anlage als Praktikumsbasis und im Internetbetrieb

Das Labor Digitale Fabrik ermöglicht Schülern und Lehrern der Technikerschule München,

praxisnahe Erfahrungen in den Fachbereichen Automatisierung, Datenverarbeitung,

Steuerungstechnik und Betriebswirtschaftslehre zu sammeln. Die praktische Arbeit an dieser

Anlage nimmt in den beteiligten Fächern breiten Raum ein. Die Anlage wird durch jährlich

stattfindende Projektarbeiten kontinuierlich weiterentwickelt und so auf dem Stand der

Technik gehalten.

Daneben ist es möglich, auch außerhalb der Unterrichtszeit über ein Webinterface an der

Anlage zu arbeiten und die ablaufenden Funktionen per WebCam zu betrachten. Dies soll in

Zukunft auch durch Onlinekurse und einbettende Webangebote (Wiki, Forum etc..) begleitet

werden.

klassische Struktur der Kernanlage

Unsere Anordnung stellt ein Modell einer modernen Fabrik dar. Deren Struktur wurde früher

meist als hierarchisches Kommunikationsmodell dargestellt :

Bild 1 : hierarchisches Kommunikationsmodell der rechnergestützten Produktion

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2. Struktur der Automatisierung

Die erforderliche Anpassung der Anordnung an den Stand der Technik erfolgte zuletzt durch

Angliederung eines externen Zulieferers und die Anbindung an betriebswirtschaftliche Abläufe.

Bild 2 zeigt die heute übliche Darstellung einer Unternehmensstruktur :

Enterprise Resource Planing :

Früher „Warenwirtschaftssystem“

Betriebswirtschaftliche

Unternehmenssoftware

(z.b. SAP, hier AvErp)

Manufactoring Execution System :

Fertigungsnahe Prozessleittechnik

SCADA-Systeme

Prozessautomation in der Fertigungshalle :

Maschinensteuerung

SPS usw..

Bild 2 : Dreischichtenmodell einer Unternehmensstruktur

Dieses Modell wird nun erweitert durch Einbeziehung der Zulieferkette („supply chain“), die

heute einen wesentlichen Bestandteil moderner Fertigungsabläufe darstellt :

Neben unabhängigen ERP-

Systemen in jedem Werk :

Kommunikation mit

Zulieferern :

„just in time“

„just in sequence“

Unternehmen 1 : Stammwerk Unternehmen 2 : Zulieferer

Bild 3 : Dreischichtenmodell mit Zulieferbetrieb

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3. mechanischer Aufbau Stammwerk

Das Labor „flexible Fertigung“ befindet sich im Raum 13.25 am Standort Bergsonstraße der

Technikerschule München.

Die Fertigung im Stammwerk besteht aus einer Produktionsanlage für Türme aus jeweils 3

verschiedenfarbigen Metallzylindern (ca. 50 x 10 mm).

Über verschiedenfarbige Zylinder in den 3 Lagern der Fertigungsmodule ergeben sich 27

Produktvarianten (verschiedenfarbig zusammengesetzte Türme), die in Losgröße 1 gefertigt

werden.

Der Wertschöpfungsprozess findet im Stammwerk entlang einer Fertigungsstraße mit 3

Fertigungsmodulen, einer Qualitätssicherungseinheit und einem Auslieferungslager an einem

zentralen Transportband statt.

Bild 4 : mechanischer Aufbau des Stammwerks

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4. mechanischer Aufbau Zulieferer

Angegliedert ist der Zulieferer. Dies ist ein unabhängiges Bestückungssystem, das über eine

Transporteinheit („Landstraße“) eines der Module des Stammwerks just-in-time und just-in-

sequence mit Materialsequenzen für je eine Charge ( 3 Türme) versorgt.

Bild 4b : mechanischer Aufbau des Zulieferers und Anbindung ans Stammwerk

„Landstraße“

Fertigungszelle 1

im Stammwerk

Zulieferer

„Werkstor“

„Fertigung“

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5. IT-Struktur

ERP-Ebene : Win2003-Enterprise Server (Hardware : HP-Netserver LH4r)

Open source ERP-System ADEMPIERE

Datenbanken ORACLE und mySQL

Firewall

Apache Webserver (Webservices)

MES-Ebene : Je ein Win2008- Server in Stammwerk und Zulieferwerk

Visual Studio Express 2010 mit VB .net

MES-Funktion mit eigenentwickelter Software (VB .net)

Graphische Bedienschnittstelle, Prozessvisualisierung.

Prozess-Ebene : Win2003 Server zur SPS-Programmierung aus dem Web

und 25 Labor-PC im Raum 13.25

- Stammwerk :

Zellebene : (DP-Master) S7 315pn/dp (koordiniert (verkettet) die

Fertigungsmodule

Feldebene : (DP-Slaves) 5x S7 315pn/dp (Mechaniksteuerung)

Kommunikation über Profibus DP, Profinet CBA oder ISO-on-TCP

- Zulieferer :

Soft-SPS (PC-basiert) und Prozesskoplung „Easyport“

Kommunikation über OPC

Alternativ : Soft-SPS in Codesys (objektorientiert)

Kommunikation über EtherCAT

- virtuelle Fertigungszellen :

In der Versuchsphase existieren 2 virtuelle Fertigungszellen, die

funktions- und belegungsidentisch mit 2 realen Zellen aus dem

Stammwerk arbeiten. (Simulation Wildlife).

Diese werden objektorientiert aus je einer UML-basierten Codesys-

Soft-SPS gesteuert.

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6. Produktionsablauf

Produktionsablauf im Überblick :

Der Kunde bestellt am ERP-System Produkte aus der vorgegebenen Produktpalette.

„Losgröße 1“ : jedes Produkt kann individuell anders aufgebaut sein.

Das ERP-System erstellt Stücklisten, Vorkalkulation, Fertigungsaufträge usw…

Die Disposition erstellt Aufträge zur Befüllung von Lagern im Hauptwerk und Forecasts an den

Zulieferer. Fertigungszeitpläne werden erstellt (Zulieferer, Lagerbestand usw..). Die Fertigung

wird schließlich freigegeben. Hierzu werden Fertigungsaufträge mit fortlaufenden

Auftragsnummern (ID) am Webportal für Stammwerk und Zulieferer bereitgestellt

Nach Ablauf der Fertigung werden die nötigen betriebswirtschaftlichen Schritte

(Rechnungstellung, Disposition, Lieferscheine, Nachkalkulation, Fakturierung usw..)

durchgeführt.

Der Zulieferer muß die Materialien für eine Charge (3 Bauteile) zum richtigen Zeitpunkt („just in

time“) und in der für die Fertigung benötigten Reihenfolge („just in sequence“) bereitstellen. Er

holt die Information (Forecast) vom Webportal des ERP-Systems und fertigt die Sequenz. Dann

wird gewartet bis die Lieferfreigabe (Sequence-Call) erfolgt. Daraufhin wird ausgeliefert.

Die MES-Systeme im Stammwerk und beim Zulieferer koordinieren den Ablauf der Fertigung,

indem Sie die Prozessebene mit Fertigungsschritten beauftragen, die sich aus den

Fertigungsaufträgen aus ERP ergeben. Das MES-System im Stammwerk führt die zeitliche

Koordinierung der einzelnen Fertigungsmodule in der Feldebene durch (Verkettung). Die Anlage

kann mit einem festen Anlagentakt gefahren werden (starre Kopplung) oder mit frei laufenden

Fertigungsmodulen (lose Kopplung). Aufträge werden entweder von MES vorgegeben (Push-

Prinzip) oder mttels der RFID-gestützten Produktidentifizierung direkt aus der ERP-Datenbank

gelesen (siehe Pull-Prinzip, e-Kanban)

Die Fertigungsmodule führen SPS-gesteuert die nötigen mechanischen Tätigkeiten aus.

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Produktionsablauf im Detail (Betriebsarten)

Betriebsart 1 : Prozessablauf bei starrer Kopplung der Prozessmodule

In dieser Betriebsart wird die gesamte Fertigung auf Prozessebene von einem gemeinsamen

Anlagentakt gesteuert. Alle Fertigungsschritte werden im Stammwerk ausgeführt

(Fertigungstiefe 100%, kein Zulieferer). Die Fertigung ist in Chargen zu 3 Produkten organisiert,

jede Charge hat einen Serienanlauf und –auslauf.

Betriebsart 2 : starre Kopplung mit Anbindung eines Zulieferers

In dieser Betriebsart wird die gesamte Fertigung von einem gemeinsamen Anlagentakt wie

oben gesteuert. Die Fertigungstiefe beträgt aber nicht 100%, ein Teil der nötigen

Fertigungsabläufe wird an einen Zulieferbetrieb ausgelagert (supply chain). Dieser liefert just-

in-time und just-in-sequence.

Betriebsart 3 : lose Kopplung mit Zulieferer, RFID-geführt mit Produkt-ID Keine Steuerung durch einen gemeinsamen Anlagentakt. Die Module laufen unabhängig

voneinander. Ein Teil der nötigen Fertigungsabläufe ist an einen Zulieferer ausgelagert (supply

chain). An den Modulen wird aus einem RFID-Tag am zu bearbeitenden Werkstück eine

Produkt-ID ausgelesen, mit deren Hilfe aus der zentralen Datenbank der Anlage der benötigte

Auftrag für das Modul eingeholt werden kann.

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TEIL 2 : Kommunikationsprotokolle und allgemeine Adresskonventionen

1. Kommunikationskonzept

1.1 Handshakeprinzip

Timing-Diagramm des Kommunikationsprotokolls :

READY

START

AUFTR. x y

ACK.

BUSY

ERROR

Zeit

Bild 5 : Timingdiagramm der Kommunikation

Das Kommunikationsprotokoll beschrieben als Text (Requester A / Responder B):

B : (Responder) meldet mit READY ihre Bereitschaft (bei Power-On)

A : (Requester) legt die Auftragsinformation an

A : legt den START-Befehl an

B : quittiert mit ACKNOWLEDGE den START

B : zeigt durch BUSY=1 die laufende Mechanikaktion an

A : setzt bei eingegangenem ACKNOWLEDGE den Start zurück

B : setzt bei erkanntem START ACKNOWLEDGE zurück (=0)

A : wartet auf BUSY=0

Bei Fehlfunktion (z.b. Lager leer) läuft das Modul trotzdem weiter (hat Vorteile für

Testbetrieb..), setzt aber ERROR. Dieser kann von MES oder manuell (Starttaste) quittiert

werden.

Bei Auftrag = 0 („Nullauftrag“) wird der Handshake abgewickelt, aber keine Mechanikaktion

gestartet.

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1.2 ERP- und Zuliefererkommunikation

Die Kommunikationsstruktur benutzt Webservices zum Datenaustausch und orientiert sich

vereinfacht an der Funktion üblicher Middleware – Konzepte.

Die Kommunikationspartner verfügen über Kommunikations-Endpunkte (Stubs), die Daten aus

den spezifischen Formaten in ein Standardformat (XML) wandeln und für die Übertragung

sorgen.

Bild 6 : Kommunikation in Middleware-Struktur

Ablauf :

MES1 und MES2 rufen zyklisch den Webservice GET_fa(ID) auf.

Dieser liefert falls ID vorhanden die Bestückungsinformation zum Auftrag(ID), sonst

Fehlermeldung. Mit PUT_sc schreibt MES1 den Sequence-Call an ERP und erhält den

Sequenzstatus zurück. Mit GET_sc liest MES2 zyklisch den Sequence-Call, schreibt Status und

liefert ggf. aus.

VB

VB

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1.3 Fertigungsinformation von ERP zu MES :

Fertigungsaufträge : Liste mit anstehenden Aufträgen am Webportal von ERP, wird von

Stammwerk und Zulieferer (MES1 und MES2) zyklisch gelesen (polling) :

<Produkt-ID> (Zahl, 6-stellig)

<Teil 1> (Zahl, 0..3)

<Teil 2> (Zahl, 0..3)

<Teil 3> (Zahl, 0..3)

< Lagerplatz> (Zahl, 0..4)

<Error> (0 : Auftrag vorhanden 1: Auftrag nicht vorhanden)

Zulieferersteuerung von ERP zu MES in Betriebsart 2 und 3 :

Sequence-Call : Lieferfreigabe für Zulieferer, wird von MES1 an ERP geschrieben, und von

MES2 an ERP zyklisch gelesen (polling).

Nach Herstellen einer Sequenz wird von MES2 der Status für die

bereitstehende Sequenz auf „wait“ gesetzt. Nach Auslieferung bis zur

Fertigstellung der nächsten Sequenz wird der Status „Impossible“ gesetzt.

Die Sequenz-ID ist stets die Produkt-ID des dritten Produkts einer Sequenz

<Sequenz-ID> (Zahl, 6-stellig)

<Status> (String : „wait“ oder „impossible“)

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2.1 Kommunikationskonzept in Profibus DP :

(vgl. 3.6 Seite 20)

Prozessmaster (Master-SPS)

band

linear

vertikal

MES

horizontal

lager

Bild 6 : Kommunikationsüberblick Stammwerk in Profibus DP

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

E0.0

E0.1

E0.2

A0.0

AB1

E10.0

E10.1

E10.2

A10.0

AB AB11

E20.0

E20.1

E20.2

A20.0

AB21

E30.0

E30.1

E30.2

A30.0

AB31

E40.0

E40.1

E40.2

A40.0

AB41

DB 10

start_master

ready_master

ack_master

busy_master

koppel_master

lin1

lin2

vert1

vert2

vert3

hor1

hor2

hor3

lager1

lager2

lager3

lager4

MES

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2.1 Kommunikationskonzept in Ethernet TCP/IP :

(vgl. 3.6 Seite 20)

Alle Module identisch :

MES

Kommerzielle Treiberbibliothek

für den ISO-on-TCP Zugriff auf S7

Bild 8 : Kommunikationsüberblick Stammwerk mit Ethernet-basierten Protokollen

(Auftragsdefinition siehe unten bei

den Modulpflichtenheften)

MES

DB20

DBX0.0 Start

DBX0.1 Ready

DBX0.2 Acknowl.

DBX0.3 Busy

DBX0.4 Error

BYTE 1 Auftrag

BYTE 2 Fehler

PLCcomm

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2.3 Adressvergabe in TCP/IP :

Alle Adressen sind IP im Labornetz der Technikerschule : 1.0.0.0 / 8

Modul SPS Panel Profinet-Device (Meldeleuchte)

Master 1.0.6.1 1.0.6.11 --

Band 1.0.6.2 1.0.6.12 1.0.6.22

Linear 1.0.6.3 1.0.6.13 1.0.6.23

Vertikal 1.0.6.4 1.0.6.14 1.0.6.24

Horizontal 1.0.6.5 1.0.6.15 1.0.6.25

Lager 1.0.6.6 1.0.6.16 1.0.6.26

Redundanz-SPS : 1.0.6.7

2.4 Adressvergabe in Profinet :

(vgl. 3.6 Seite 20)

Als Ausgangsadressbereich für die Profinet-Devices wird in den Modul-SPS

das Ausgangsbyte 10 reserviert :

A10.0 : grün

A10.1 : gelb

A10.2 : rot

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3. Gerätefunktionen und Programmierkonventionen für SPS und PC :

3.1 ERP

Das ERP-System dient als zentraler Informationsknoten auf IT-Ebene.

Aufträge werden manuell an einer Bedienschnittstelle (Webshop oder Eingabemaske)

eingegeben und für die Anlage zentral redundanzfrei (kein zweiter Speicherort !) in der

Systemdatenbank abgelegt. Die Kommunikation mit MES1 und MES2 erfolgt über Webservices.

Später hinzukommende betriebswirtschaftliche Funktionen (das eigentliche ERP..) sind noch

nicht zu überblicken. Hier werden noch keine Konventionen festgelegt.

3.2 MES1 (Stammwerk)

starre Kopplung (Unterrichtsbetrieb):

MES1 holt sich am ERP-System Aufträge für Chargen von je 3 Produkten (Türmen).

Hierzu wird vom ein VBScript (Stub) getriggert, das die Kommunikation ausführt.

Ist die gelesene Auftragsnummer größer als die des zuletzt bearbeiteten Auftrags, wird der

Auftrag übernommen. Der Produktauftrag wird im MES-Programm in Fertigungsschritte

zerlegt. Für jeden Fertigungsschritt werden die SPS einmal mit einem Timinghandshake

gestartet, dazu werden die Fertigungsinfos für alle Module (Slaves) übergeben. Wenn alle SPS

das Ende eines Fertigungsschritts melden, beginnt der nächste.

lose Kopplung (Projektbetrieb) :

Das Band läuft dauernd, MES scannt die RFID-Reader an den Modulen.

Bei neuer gelesener ID wird der dazugehörige Auftrag aus ERP gelesen, dann die SPS des

Moduls unabhängig von der Restanlage sofort mit Handshake gestartet.

Die Füllmenge der Pufferlager muß programmtechnisch oder mit Sensorik überwacht werden,

bei vollem Puffer muß das Vorgängermodul warten.

3.3 MES2 (Zulieferer)

MES2 holt sich am ERP-System Sequenzaufträge (siehe MES1)

Die Zuliefersequenz aus 3 Bauteilen wird in 3 Fertigungsschritten auf das Transportband

bestückt. Zu jedem Fertigungsschritt wird die Soft-SPS einmal mit einem Timinghandshake

initiiert. Nach Beendigung der 3 Fertigungsschritte (Charge liegt am Werkstor bereit) wird der

Sequenzstatus auf wait gesetzt und auf die Lieferfreigabe von MES des Stammwerks gewartet

(Polling am Webportal des ERP).

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3.4 SPS im Zulieferwerk :

Jeder Fertigungsschritt (je ein Teil) wird durch einen Handshake von MES 2 gestartet.

Ein Fertigungsschritt beinhaltet die Bestückung eines Teils aufs Transportband und Transport

zum Werkstor.

Ist der Teileauftrag = 0, wird die bisher gefertigte Sequenz entsorgt (Transport nach links).

Ein leeres Lager wird MES2 als Fehler gemeldet der Fertigungsvorgang bricht ab (Busy=0).

Der Auftrag „Auslieferung“ bewirkt das Öffnen des Werkstors und die Auslieferung der

gesamten Sequenz. Danach schließt das Tor wieder.

3.5 SPS im Stammwerk :

Starre Kopplung :

Jeder Fertigungsschritt wird durch einen Handshake von MES 1 gestartet.

Ein Fertigungsschritt beinhaltet die Bestückung eines Teils an jeder Station oder bei Nullauftrag

keine Aktion an der jeweilgen Station und einem nachfolgenden Schritt des Transportbands.

Lose Kopplung :

Die Module werden genau wie bei starrer Kopplung durch Handshake gesteuert, nur die

Steuerlogik ändert sich. Das Band läuft ständig durch.

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3.6 Konventionen für die SPS-Programmierung

Festgelegte Adressbereiche für Speicher, Funktions- und Datenbausteine usw. :

Kommunikation :

Adressen 0 -99

Mechaniksteuerung :

Adressen 100-199

A124.6

E125.3

Interne Funktionen :

Adressen 0 - 99

OB1

OB62

FC72

DB100

FB100

z.b. DB 10

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Allgemeine Konventionen für die SPS- Programmierung:

- Programme in Funktionsblöcken als bibliotheksfähige FB mit Variablendefinition.

- Arbeitsdaten in DB mit symbolischen Adressen, keine Merker !

Allgemeine Vorschriften für die Funktionen der Module :

- Das Handshakesignal READY ist mit der grünen Meldeleuchte zu visualisieren

- Das Handshakesignal BUSY ist mit der gelben Meldeleuchte zu visualisieren

- Das Signal ERROR (z.b. Lager leer) ist mit der roten Meldeleuchte durch Blinken zu

visualisieren, die Mechanik läuft wenn möglich weiter. Der Fehler wird durch Drücken

der Starttaste zurückgesetzt.

- Die Mechanikfunktion ist durch den Baustein FB 100 zu realisieren

- Die Handshakefunktion am Bussystem ist durch den Baustein FB 10 zu realisieren

- Die Kommunikation zwischen FB100 und FB10 wird durch ein Signal ACTION

realisiert, das vom Handshakebaustein bei eintreffendem Startsignal auf 1 und vom

Mechanikbaustein nach Beenden der Mechanikfunktion wieder auf 0 gesetzt wird.

- ACTION und der Fertigungsauftrag werden im Datenbaustein DB20 gespeichert, dieser

dient bei Betrieb über Ethernet TCPIP oder Profinet CBA auch als Kommunikations-

schnittstelle.

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Dokumentation der Fertigungsmodule im Stammwerk

3.7 Transportband

Bild :

Transportband mit optischem Sensor und

Stoppzylinder.

Bild 7 : Transportband

Die Station wird mit dem Standardprotokoll (Handshake) der Anlage gesteuert .

-Betrieb bei loser Kopplung :

Das Band läuft im Dauerbetrieb. Bauteile können so bei Betrieb in loser Kopplung vor den Modulen zu einem Puffer

auflaufen, und werden durch Zurückziehen der Stopper vereinzelt.

Die Aufträge („Teil_Lin“ bis „Teil_Hor“) bewirken die Öffnung der entsprechenden Stopper-Sperre für 1 Produkt.

Die Stopperöffnungszeit für die Freigabe eines Produkts (Turms) muß über den Inkrementgeber gesteuert werden.

-Betrieb bei starrer Kopplung :

Das Band läuft bis zur nächsten Station (Taktfertigung)

Auftragsbyte DB20.DBB1: 1 =Bit 0: Teil_Linearmodul vereinzeln

2= Bit 1 : Teil_Vertikalmodul vereinzeln

4= Bit 2: Teil_Horizontalmodul vereinzeln

8= Bit 3 : Bandlauf an, vorwärts

16 =Bit 4 : Band stop

32= Bit 5 : Alle Stationen ein Teil freigeben (vereinzeln)

64= Bit 6: Fahrt bis zum nächsten Modul (starre kopplung)

Funktion der Meldeleuchte an Profinet :

Die Meldeleuchte visualisiert die Protokollsignale READY (=grün) , BUSY (=gelb) und ERROR (=rot).

ERROR kann nach eigenem Ermessen des Entwicklers definiert werden, und sollte in behebbare Fehler (=Blinken

rot) und nicht behebbare Fehler (=Dauerlicht rot) differenziert werden. Ein leergelaufenes Lager z.b. wäre hier ein

durch Bedienung behebbarer Fehler, eine fehlende Energiequelle (Druckluft) ein nicht behebbarer Fehler

(Reparatur nötig).

Eine Feinpositionierung durch Mechanikumbau ist nicht zulässig !!

Jede abweichende Funktion ist nicht Pflichtenheftkonform und damit unzulässig !!

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3.8 Lineararm

Bild : Station „Lineararm“

Bild 8 : Lineararm

Die Station wird mit dem Standardprotokoll (Handshake). der Anlage gesteuert .

Ausgehend vom Referenzpunkt (frei wählbar) wird das angeforderte Bauteil auf das Transportband abgelegt.

Unmittelbar nach Ablegen kann BUSY rückgesetzt werden.

Auftragsbyte DB20.DBB1: Bit 0: Teil 1

Bit 1: Teil 2

Bit 2: Teil 3

Fehlersignale (bei Zulieferbetrieb wichtig) : DB20.DBX2.1 : Lager 1 leer

DB20.DBX2.1 : Lager 2 leer






(Reparatur nötig).

Es darf nur jeweils ein Bauteil auf das Band gelegt werden !

Jede abweichende Funktion ist nicht Pflichtenheftkonform und damit unzulässig !

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3.9 Vertikalarm

Bild : Der Vertikalarm-Roboter

Bild 9 : Vertikalarm

Wird von MES1 durch Standard-Handshake (Bild 5) gesteuert.


Bit 1: Teil 2

Bit 2: Teil 3



Wenn die Ablegeposition vom Dreharm oder der Referenzpunkt nicht in vorgegebener Zeit erreicht werden kann

(z.b. Turm fehlerhaft zu hoch !), muß der Drehzylinder sofort kraftlos geschalten werden






(Reparatur nötig).

Es darf nur jeweils ein Bauteil auf das Band gelegt werden !


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3.10 Horizontaldreharm

Bild : Der Horizontal-Dreharm Roboter

Bild 10 : Horizontalarm

Wird von MES1 durch Standard-Handshake (Bild 5) gesteuert.


Bit 1: Teil 2

Bit 2: Teil 3



Wenn die Ablegeposition vom Dreharm oder der Referenzpunkt nicht in vorgegebener Zeit erreicht werden kann

(z.b. Turm fehlerhaft zu hoch !), muß der Drehzylinder sofort kraftlos geschalten werden






(Reparatur nötig).

Der Dreharm darf nur elektrisch, niemals manuell gedreht werden (Beschädigung) !!


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3.11 Lager, Qualitätssicherung und Recycling

Bild : Die Lagereinheit mit 4 Lagern

Bild : mechanisches Recycling

Bild 11 : Lager und QS

In der Sortieranlage werden die zuvor aufgebauten Türme in Material und Höhe auf Norm geprüft

und von pneumatischen Schiebern in die gewählten Lager eingebracht oder ins Recycling ausgeschoben.

Betrieb A : Standard

Wird von MES1 anlagensynchron gesteuert und läuft ohne Qualitätskontrolle

In dieser Betriebsart wird mit dem Standardkommunikationsprotokoll das anzufahrende

Lager übergeben. Eine Qualitätskontrolle findet nicht statt. Wird von MES1 durch Standard-Handshake (Bild 5)

gesteuert.

Auftragsbyte DB20.DBB1: Bit 0: Lager 1

Bit 1: Lager 2

Bit 2: Lager 3

Bit 3: Lager 4






(Reparatur nötig).

WICHTIG : Jede abweichende Funktion ist nicht Pflichtenheftkonform und damit unzulässig !

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4. Hardwaredokumentation der SPS-Ebene :

4.1 Stammwerk

Jedes Modul verfügt zur Mechaniksteuerung über eine an den Profibus angegliederte Slave-SPS

vom Typ S7-315-2 pn/dp. Die Profibuskonfiguration ist festgelegt. Alternativ kann über Profinet

CBA kommuniziert werden oder direkt ohne Master-SPS aus MES1 über Ethernet TCP/IP.

Die Belegung der Ein-Ausgangssignale ist festgelegt und darf hardwaremäßig nicht verändert

werden :

4.1.1 BAND :

band rück A 124.3

band vor A 124.4

z_hor A 125.2

z_lin A 125.0

z_vert A 125.1

lampe start A 124.6

lampe m/a A 124.5

schalter m/a E 124.2

taster start E 124.1

z_lin end E 124.6

z_lin ruhe E 124.5

z_vert end E 125.1

z_vert ruhe E 125.0

z_hor end E 125.4

z_hor ruhe E 125.3

Sensor lin E 124.4

Sensor vert E 124.7

Sensor hor E 125.2

Motorgeber E 124.3

Notaus E 124.0

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4.125.2 LINEAR-ARM :

Lampe m/a A 125.7

Lampe Start A 125.6

Lampe Störung Rot A 125.5

Motor Links (zum band) A 124.2

Motor Rechts A 124.3

Sauger abfahren A 124.4

Vakuum Aus A 124.6

Vakuum Ein A 124.5

z_lager1 A 124.7

z_lager2 A 125.0

Vakuum OK E 124.7

z_Lager1 end E 125.5

z_Lager1 ruhe E 125.4

z_Lager2 end E 125.7

z_Lager2 ruhe E 125.6

Manuell/Auto- Schalter E 124.2

Not-Aus-Schalter E 124.0

Start Taster E 124.1

Sauger oben E 124.4

Sauger unten E 124.3

Position Lager 1 E 124.5

Position Lager 2 E 124.6

Sensor Lager 1 Material E 125.1

Sensor Lager 2 Material E 125.2

Motorgeber E 126.0

4.125.3 VERTIKAL - ARM :

Arm bewegen A 124.5

lampe grün A 124.1

lampe rot A 124.0

teil1_frei A 124.2

teil2_frei A 124.3

zylinder_teil3 A 124.4

vakkum ein A 124.6

vakuum aus A 124.7

m/a schalter E 124.2

starttaster E 124.1

vakuum vorhanden E 124.5

z_ruhe E 124.6

z_end E 124.7

arm am band E 124.4

arm am lager E 124.3

teil 3 da E 125.0

29

4.125.4 HORZIONTAL-ARM :

lampe start A 124.7 lampe m/a A 124.6

arm links A 124.4

arm rechts A 124.5

arm runter A 124.3

lager 1 frei A 125.3

lager 2 frei A 125.4

lager 3 zylinder A 124.2

vakuum an A 125.0

vakuum aus A 125.1

z_lager3 ruhe E 125.2 z_lager3 end E 125.1

notaus E 124.5

arm ist oben E 124.3

arm ist unten E 124.2

starttaster E 124.6

m/a schalter E 124.5

motorgeber E 126.0

pos lager1 E 124.4

pos lager2 E 124.1

pos lager 3 E 124.0 vakuum da E 125.4

4.125.5 LAGER-STATION :

Band_vor A 124.3 Band rück A 124.2

Stopper A 125.0

Zylinder_1 A 124.4

Zylinder_2 A 124.5

Zylinder_3 A 124.6

Zylinder_4 A 124.7

lampe start A 125.1

lampe m/a A 124.1

starttaster E 125.1 m/a schalter E 125.2

Not_Aus E 125.0

Sensor_induktiv_mitte E 124.4

Sensor_induktiv_oben E 124.5

Sensor_induktiv_unten E 124.3

Sensor_optisch_oben E 124.2

Sensor_optisch_unten E 124.0

Stopper_Grundstellung E 124.6

Stopper_offen E 124.7

Zylinder_1_Ausgefahren E 125.4 Zylinder_2_Ausgefahren E 125.5

Zylinder_3_Ausgefahren E 125.6

Zylinder_4_Ausgefahren E 125.7

motorgeber E 126.0

30

Dokumentation der Zuliefereinheit

Bild : Das Zulieferwerk

Fertigung

“Werkstor“

„“Landstraße“

Das Modul verfügt zur Mechaniksteuerung über eine im MES2 - Server installierte Soft-SPS.

Die Programmlogik wird in Simatic S7 oder CODESYS (objektorientiert) entwickelt.

Das Projekt wird dann in einen Simulator geladen und ausgeführt.

Über einen OPC-Server werden die I/O–Daten (RS232-Verbindung) zur Hardwareschnittstelle

„Easyport“ kommuniziert. Easyport steuert die Prozessperipherie an.

(Aufruf und Konfiguration des OPC-Servers : „EZOPC“ starten, Kanal von Easyport nach PLCsim

legen.)

Kommunikationsschnittstelle zu MES2 :

Standardhandshake wie auf Seite 12 beschrieben.

Handshakesignale siehe Seite 16.

Aufträge :

DB20.DBX1.0 Anlage Leerfahren

DB20.DBX1.1 Teil 1 fertigen



DB20.DBX1.4 Sequenz ausliefern

31

Belegung der Ein-Ausgangssignale :

4.2.1 ZULIEFERWERK :

Band_zum Werkstor A 1.6

Band rück (Schrott) A 1.7

Werkstor auf A 1.4

Zylinder_A A 1.0

Zylinder_B A 1.1

Zylinder_C A 1.2

lampe rot A 0.0

lampe grün A 0.1

starttaster E 0.5

M/A-Schalter E 0.6

Not_Aus E 0.4

Zylinder_A_Ruhe E 1.0

Zylinder_A_Ausgefahren E 1.1

Zylinder_B_Ruhe E 1.2

Zylinder_B_Ausgefahren E 1.3

Zylinder_C_Ruhe E 1.4

Zylinder_C_Ausgefahren E 1.5

Motorgeber E 0.0

32

5. Programmieren an der Anlage und Bedienung (auch aus dem Internet)

Legen Sie bitte keine neuen Projekte mit eigener Hardwarekonfiguration an, sondern

dearchivieren Sie stets das von uns fertig konfigurierte Basisprojekt :

Netzwerkumgebung –> Windows-Netzwerk -> labornetz :

\\r2d2\filer\stt\musterprojekt\muster.zip

Dieses Projekt speichern sie unter anderem Namen auf ihrer lokalen Festplatte (c:) und

bearbeiten es dann. Von Zeit zu Zeit sollten sie eine Sicherungskopie auf ihr Homedirectory h:

machen.

Sie können die Anlage über die lenkbare WebCam beobachten :

http://portal.ts-muenchen.de

Zugriff auf die Serverfarm von Zuhause über das Internet :

- Server stammwerk.labornetz.local (S7-Programmierung Stammwerk)):

Im Remotedesktop (Zubehör/Kommunikation) ihres WinXP: Server = 62.245.200.166:1

- Server mes1_v2.labornetz.local (MES Stammwerk) :

Im Remotedesktop (Zubehör/Kommunikation) ihres WinXP : Server = 62.245.200.166:2

- Server mes2v2.labornetz.local (MES Zulieferer incl. SPS-Programmierung) :


- Server erp.labornetz.local (ERP-Server) :


Wenn die Verbindung nicht zustandekommt oder die Programme eine Lizenzverletzung melden,

arbeiten bereits zu viele Teilnehmer aus dem Internet. Probieren Sie’s später nochmal …

Vermeiden Sie Versuche, die bei Fehlern dazu führen könnten, daß Anlagenteile nicht mehr

abgeschaltet werden können : Motoren sollten nicht weiterlaufen, die Vakuumdüsen sollten

nicht unnötig Druckluft verbrauchen, der Anlagenscheinwerfer sollte immer abgeschaltet

werden.

Anlagenprobleme bitte sofort melden : [email protected]

Die digitale Fabrik der Technikerschule München...

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