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EinleitungEinleitung
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Tätigkeiten eines AutomationsingenieursTätigkeiten eines Automationsingenieurs
Automatisierungskonzepte (Anlagenkonzept) MSR-Konzepte: Feldgeräte, Konzepte der Elektrik
(Prinzipien Installation, Stromversorung, Verdrahtung ...), Archiktektur des Steuersystems
Konzepte der Automations-Informatik: Design der Steuer- und Leitsoftware
Lasten- und Pflichtenhefter für die MSR-Belange Projektmanagement
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Voraussetzungen für Erfolg:Voraussetzungen für Erfolg:
Beherrschung von formale Sprachen zur effizienten Beschreibung der Konzepte: Tabellen Ablaufdiagramme UML ...
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Transparents !Transparents !
Für Steuerungssoftware (nach L. Litz 2002):
Es ist offensichtlich, was die Steuerungssoftware gerade macht was die Steuerungssoftware in beim Eintreffen
von Aenderungen macht wie ein Fehler ohne unerwünschte Veränderung
des Rests korrigiert werden kann
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AblaufspracheSFC
AblaufspracheSFC
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Wieso graphische Ablaufsprachen?
Wieso graphische Ablaufsprachen?
geschriebene Sprache: unübersichtlich ineffizient, kompliziert
falls ... und wenn .. und gerade .. dann ... aber nur falls ..
nicht eindeutig Missverständnisse oft nur für lineare Zusammenhänge geeignet
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Wieso Ablaufsprache:Wieso Ablaufsprache:
einfach zu verstehen sehr gut geeignet für parallele Abläufe grosse theoretische Grundlagen (von Petri-
Netzen übertragbar) grosse Verbreitung
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Ziele:Ziele:
Sie können einfache Prozesse in einem Ablaufdiagramm darstellen
Sie können die Synchronisation zweier Prozesse in einem Ablaufdiagramm darstellen
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Anwendungen der Ablaufsprache & Petri-NetzeAnwendungen der Ablaufsprache & Petri-Netze
Informatik: Programmablauf darstellen parallele Prozesse modellieren und analysieren,
programmieren geteilte Ressourcen Datenbankzugriff Echtzeitsysteme Modellierung, Simulation und Analyse von Warteschlangen
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Steuerungstechnik: Modellierung, Analyse, Programmierung von
Steuerungen Parallele Prozesse
Betriebstechnik: Workflow Modellierung, Analyse von Fertigungsanlagen Abläufe in der Qualitätssicherung
Anwendungen der Ablaufsprache & Petri-NetzeAnwendungen der Ablaufsprache & Petri-Netze
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Das BegleitbeispielDas Begleitbeispiel
EIN AUS
MTemperaturüberwachung
TSH
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Ein einfaches Ablaufdiagramm:Ein einfaches Ablaufdiagramm:
A k o m m tM otor Aus
M o to r E in
Taster EIN &keine Uebertemperatur
Taster Aus /Uebertemperatur
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Elemente eines Ablaufdiagramm
Schritt:Elemente eines Ablaufdiagramm
Schritt:
Zustandsvariable Schaltzustand Aussage Bearbeitungszustand
S c h r it t
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Drehzahl erreicht
Elemente eines Ablaufdiagramms
Transition:Elemente eines Ablaufdiagramms
Transition:
Schaltbedingung
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Elemente eines Ablaufdiagramms
Verbindung:Elemente eines Ablaufdiagramms
Verbindung:
Gerichtete Verbindung von Transitionen und Schritten
meist von oben nach unten, Pfeil bei Unklarheiten oder Sprüngen
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Elemente eines Ablaufdiagramms
Markierung, aktiver SchrittElemente eines Ablaufdiagramms
Markierung, aktiver Schritt
Simulation des Diagramms
S c h r it t
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BeispielBeispiel
A k o m m tM o to r A u s
M o to r E in
Taster EIN &keine Uebertemperatur
Taster Aus /Uebertemperatur
A k o m m tM otor Aus
M o to r E in
Taster EIN &keine Uebertemperatur
Taster Aus /Uebertemperatur
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BeispielBeispiel
A k o m m tM otor Aus
M o to r E in
Taster EIN &keine Uebertemperatur
Taster Aus /Uebertemperatur
A k o m m tM otor Aus
M o to r E in
Taster EIN &keine Uebertemperatur
Taster Aus /Uebertemperatur
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Verzweigungen sind nötig!Verzweigungen sind nötig!
M o to r O nN M o to r C o ilN G re e n L a m p o n
ON
O FF Temperature h igh
M o to r O ff N R e d L a m p O N
A la rm N A la rm L a m p O N
Reset
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Elemente eines Ablaufdiagramms
Entweder-Oder-Verzweigung:Elemente eines Ablaufdiagramms
Entweder-Oder-Verzweigung:
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Elemente der Ablaufsprache
Entweder-Oder-Verzweigung:Elemente der Ablaufsprache
Entweder-Oder-Verzweigung:
v o rV e rz w e ig u n g
W eiche nach A
W e g A W e g B
W eiche nach B
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Elemente eines Ablaufdiagramms
Start paralleler Abläufe:Elemente eines Ablaufdiagramms
Start paralleler Abläufe:
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Elemente eines Ablaufdiagramms
Start paralleler Abläufe:Elemente eines Ablaufdiagramms
Start paralleler Abläufe:
v o r S ta r t
Start Prozesse A&B
P a ra lle lp ro z e ss A P a ra lle lp ro z e ss B
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Elemente eines Ablaufdiagramms
Zusammenführen:Elemente eines Ablaufdiagramms
Zusammenführen:
O hn e P a n n e a n g ek om m en
Z u g p ü n k lic h e r re ic h t
P a rk p la tz g efu nd e n
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Elemente eines Ablaufdiagramms
Zusammenführen:Elemente eines Ablaufdiagramms
Zusammenführen:
w e ite r
W eg A fertig
W e g A W e g B
W eg B fertig
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Elemente eines Ablaufdiagramms
Synchronisation paralleler Abläufe:Elemente eines Ablaufdiagramms
Synchronisation paralleler Abläufe:
Auto bereit
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Schaltregeln:Schaltregeln:
darf nicht schalten,auch wenn ‚weiter ...‘wahr ist
disabled enabled
w e ite r
weiter ine inem Prozess
P a ra lle lp ro z e ss A P a ra lle lp ro z e ss B
darf schalten,wenn ‚weiter ...‘wahr ist
w e ite r
weiter ine inem Prozess
P a ra lle lp ro z e ss A P a ra lle lp ro z e ss B
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schaltetschaltet
w e ite r
weiter ine inem Prozess
P a ra lle lp ro z e ss A P a ra lle lp ro z e ss B
w e it e r
weiter ine inem Prozess
P a ra lle lp ro z e ss A P a ra lle lp ro z e ss B
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S c h r it t 1
S c h r it t 2
Regeln für das ZeichnenRegeln für das Zeichnen
Zwei Schritte können nicht direkt miteinan-der verbunden werden. Zwischen zwei Schritten liegt immer eine Transition.
S c h r it t 1
S c h r it t 2
Schaltbedingung
04/11/23 Seite 30
w e ite r
W e g A W e g B
W eg B fertig
W eg A fertig
Regeln für das ZeichnenRegeln für das Zeichnen
Zwei Transitionen können nie direkt miteinander verbunden werden. Zwischen zwei Transitionen liegt immer ein Schritt.
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sondern:sondern:
w e ite r
W eg A fertig
W e g A W e g B
W eg B fertig
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Beispiel: MotorensteuerungBeispiel: Motorensteuerung
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Ausführung des AutomatenAusführung des Automaten
Aktionen: einfache Aktionen/Transaktionen zyklisch aufgerufene Aktionen
parametrisierbare Aktionen
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mögliche Zeitpunkte:mögliche Zeitpunkte:im Ablauf Aktion
beim Schalten einer Transition einfache Aktion
1 . m a l
beim Eintritt in einen Schritt, d.h. wenn derSchritt in der Berechnung des Ablaufs daserste Mal markiert ist.
einfache Aktion
Initialisierung und Berechnung einerzyklischen Aktion
x . m a l
Stationäre Markierung von Schritten. Berechnung zyklischer Aktionen
le tz e s m a l
vor dem Verlassen eines Schrittes, d.h. wenndie Schaltbedingung bereits war ist.
einfache Aktion
Berechnung und 'Abschalten' einerzyklischen Aktion
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Ablaufsprache:Ablaufsprache:
Aktionen nur in den Schritten keine parametrisierbaren Aktionen Ausführung durch Qualifiers festgelegt
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Qualifiers für Aktionen: NQualifiers für Aktionen: N
n
Zeit
n+1
n+2
activ
inactiv
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WiesoWieso
Nicht aktive Aktionen werden nicht berechnet!
Abschaltung nötig
04/11/23 Seite 38
Qualifiers für Aktionen: P+Qualifiers für Aktionen: P+
n
Zeit
n+1
n+2
activ
inactiv
04/11/23 Seite 39
Qualifiers für Aktionen: P-Qualifiers für Aktionen: P-
n
Zeit
n+1
n+2
activ
inactiv
04/11/23 Seite 40
Qualifiers für Aktionen: SQualifiers für Aktionen: S
n
Zeit
n+1
n+2
activ
inactiv
04/11/23 Seite 41
Qualifiers für Aktionen: RQualifiers für Aktionen: R
n
Zeit
n+1
n+2
activ
inactiv
04/11/23 Seite 42
Schaltregeln der AblaufspracheSchaltregeln der Ablaufsprache
Search for stability:
Transitionen werden geschaltet, bis ein stabiler Zustand erreicht wird, d.h. keine Transition mehr schalten kann. Aktionen werden erst ausgeführt, wenn ein solcher Zustand erreicht ist.
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Schaltregeln der AblaufspracheSchaltregeln der Ablaufsprache
No Search for stability:
In einer Iteration werden die möglichen Transitionen geschaltet, danach die in der daraus resultierenden Markierung aktiven Aktionen durchgeführt. Danach werden die Transitionsbedingungen wieder geprüft
04/11/23 Seite 44
Vergleiche!Vergleiche!
Search for stability
No Search for stability
Berechnung derTransitionen, die
enabled sind
m ind.eine Transition kann
schalten?
Ja Nein
Schalten:Berechnung der neuen
Markierung
falls SchrittwechselBestim m ung
der aktiven Aktionen
Ausführen der aktiven Aktionen
Start Berechnungzyklus
Ende Berechnungzyklus
StartBerechnungzyklus
Berechnung derTransitionen, die
enabled sind
m ind.eine Transition kann
schalten?
Ja
NeinSchalten:
Berechnung der neuenMarkierung
Bestim m ung der aktiven Aktionen
Ausführen der aktiven Aktionen
Ende Berechnungzyklus
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wahr
falsch
Aktion A
wahr
falsch
Aktion B
wahr
wahr
Aktion A
wahr
falsch
Aktion B
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Einsatz von AutomatenEinsatz von Automaten
e in fach e S teu erfu n k tio n en :
ü b lich e P ro g ra m m iersp ra ch en
e re ign isd isk re te s S ys tem : A b la u fsp ra ch e
A n steu eru n gen
R ü ck m eld u n gen
U m sch a lts ign a le ,
P a ram eterG ren zw erts ign a l
e
M essw erte
S tellw erte
P ro z ess
04/11/23 Seite 47
Gliederung eines AblaufdiagrammsGliederung eines Ablaufdiagramms
Normalbetrieb:üblicher Ablauf
Störungsbetrieb:intelligente, d.h. flexible Reak-tion auf Störungen
einfach
NOT-AUS
Uebergänge:
selten überlegt
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Beispiel: Mutual exclusionBeispiel: Mutual exclusion
P 1 :
....................... .......................
P 2 :
..............................................
....................................
04/11/23 Seite 49
Bei
spie
l: G
etei
lte
Res
sour
cen
Bei
spie
l: G
etei
lte
Res
sour
cen
A k o m m t B k o m m tRoboter fre i
start A
A la d e n
start B
B la d e n
BearbeitungA fre i
BearbeitungB fre i
F re igabe Fre igabe
A b e a rb e it e n
geladen
A b e re it
fertig
A b e a rb e it e t
A e n t la d e n
start entladen A
A entladen
A fe r t ig
neues A
A kommt B kommt
geladen
B b e re it
B b e a rb e it e n
fertig
B b e a rb e it e t
B e n t la d e n
start entladen B
B entladen
B fe r t ig
neues B
04/11/23 Seite 50
Bei
spie
l: S
ynch
roni
sati
onB
eisp
iel:
Syn
chro
nisa
tion B k o m m t
start
S ilo b e re it
Reaktor id leA k o m m tSilo id le
start
L ö su n gv o rb e re it e n
L ö su n g b e re it
fertig
P u lv e r d o s ie re n
start umfü llen
fertig
L tg re in ig e n a u fh e iz e n
sauber T erre icht
B e in fü lle n
M enge erre icht
re in ig e n
fertig
sauber