Lehrveranstaltungshandbuch STE
Steuerungstechnik
PDF Lehrveranstaltungsverzeichnis English Version: STE
Version: 3 | Letzte Änderung: 30.09.2019 14:20 | Entwurf: 0 | Status: vom verantwortlichen Dozent freigegeben
| Langname | Steuerungstechnik |
|---|---|
| Anerkennende LModule | STE_BaET |
| Verantwortlich |
Prof. Dr. Stefan Kreiser
Professor Fakultät IME |
| Gültig ab | Wintersemester 2022/23 |
| Niveau | Bachelor |
| Semester im Jahr | Wintersemester |
| Dauer | Semester |
| Stunden im Selbststudium | 78 |
| ECTS | 5 |
| Dozenten |
Prof. Dr. Stefan Kreiser
Professor Fakultät IMEKellersohn |
| Voraussetzungen | Grundlegende prozedurale Programmierkenntnisse Shannon'sches Abtasttheorem Boole'sche Algebra Datendiskretisierung Datenkodierung Endliche Automaten (FSM) |
| Unterrichtssprache | deutsch |
| separate Abschlussprüfung | Ja |
Literatur
| Lauber, Göhner: Prozessautomatisierung Bd. 1 u. 2 (Springer) |
| John, Tiegelkamp: SPS-Progr. mit IEC 61131-3 (Springer) |
| Wellenreuther, Zastrow: Automatisieren m. SPS Theorie u. Praxis (Vieweg) |
| B. Baumgarten: Petri-Netze (Spektrum Akad.) |
| Priese, Wimmel: Theoretische Informatik - Petri Netze (Springer) |
Abschlussprüfung
| Details |
Mündliche Prüfung nach schriftlicher Vorbereitung. Anhand einer realitätsnahen automatisierungstechnischen Aufgabenstellung angemessener Komplexität entwickeln die Studierenden ein geeignetes Modell für ein nebenläufiges ereignisdiskretes Steuerungssystem. Sie begründen die essenziellen Strukturen ihres Modells unter Bezugnahme auf typische automatisierungstechnische System-, Entwicklungs- und Wartungsanforderungen sowie aufgabenspezifische Vorgaben und weisen nach, dass das das Modell das geforderte Verhalten und die geforderte Qualität zeigt, auf einem Steuerungsgerät implementierbar und dann als Steuerungssystem für die gegebene automatisierungstechnische Aufgabenstellung einsetzbar ist. |
|---|---|
| Mindeststandard | - Studierende extrahieren die wesentlichen relevanten Informationen und Lösungseinschränkúngen aus der Aufgabenspezifikation und entwerfen ein begründetes, steuerungstechnisch interpretiertes Petri-Netz-Modell der Steuerung unter Berücksichtigung essenzieller automatisierungstechnischer Qualitätskriterien. - Studierende sind fähig, wesentliche Modellausschnitte im Gedankenexperiment zu simulieren und damit nachzuweisen, dass das betrachtete Modell spezielle, geforderte Verhaltensanteile realisiert. - Studierende sind fähig, ein angemessenes Implementierungskonzept für ihr spezifisches Modell auf einem industriellen Steuerungsgerät in seinen wesentlichen Strukturen und Eigenschaften zu beschreiben und zu begründen. Dabei zeigen sie, wie die einzelnen Modellelemente und Strukturen auf das Implementierungskonzept abgebildet werden. |
| Prüfungstyp | mündliche Prüfung, strukturierte Befragung |
Lernziele
| Zieltyp | Beschreibung |
|---|---|
| Kenntnisse | Modellbildung Strukturierung Systemgrenzen Systemzerlegung Schnittstellen Systemfunktionen Verhaltensmodellierung Statecharts (SC) hybride Netze Nebenläufigkeit Hierarchie und Historie Aktionskonzept Petrinetze (PN) S/T-Netze Netzelemente Netzmatrix Vorbereichsmatrix Nachbereichsmatrix B/E-Netze Verhaltensanalyse Schaltsequenzen E-Graph Überdeckungsgraph Invarianten Verhaltensbewertung Lebendigkeit Reversibilität Beschränktheit Determiniertheit Steuerungstechnisch Interpretierte Petrinetze (SIPN) Modellierungsmuster Komplementstelle / Reservierung Kanten Test Inhibitor Event Hierarchie zeitbehaftete Transitionen Transitionsunternetze Stellenunternetze Seiten variables Kantengewicht |
| Kenntnisse | Steuerungssysteme Signalverarbeitung Echtzeit Arten Herkunft von Zeitbedingungen Diskretisierung Wert Zeit Sensorik Signaltechnischer Aufbau Sensorsysteme Kalibrierung Aktorik Signaltechnischer Aufbau Aktorsysteme Steuerungsgeräte IPC Programmorganisation Ressourcen RTOS Tasks und Threads Scheduling Gerätebeispiele µC-Boards Prozessrechner PAC RTU SPS EN61131 Konfiguration Ressourcen zyklische Tasks EA-Variable Programmorganisation POE Datentypen Funktionsbausteine Programmiersprachen vergleichende Übersicht prozedural (ST) grafische Sprachen (FB) musterbasierte Implementierung von SIPN auf SPS Gerätebeispiele verteilte Automatisierungssysteme Kommunikation Strukturen Stern Bus Ring Redundanz Verfahren Shared Memory Message Passing asynchron synchron Rendezvous Futures OSI-Modell Protokollschichten MAC-Verfahren deterministisch nicht deterministisch Feldbusse Industrie (EN61158) Interbus Profibus Profinet Automotive CAN Flexray Netze Protokollschichten IEEE802 IP Transportprotokolle UDP TCP SCTP Industrial Ethernet Hardware QoS Redundanz (RSTP) Virtuelle Netze (VLAN) Leitsysteme EN 61499 Architektur Programmierung Sicherheit Gerätesicherheit Netzwerksicherheit MES und ERP Stückgutverfolgung Automatische Objektidentifikation (AutoID) Objekthistorie Protokolle |
| Fertigkeiten | Verhalten ereignisdiskreter Systeme modellieren Systemverhalten aus Texten verstehen technische Textabschnitte vollständig erfassen implizite Angaben erkennen und verstehen fehlende Angaben erkennen und ableiten bzw. erfragen als State Chart (SC) modellieren FSM als Spezialfall erkennen Steuerungstechnisch Interpretiertes Netz als Petrinetz modellieren BE-Netz ST-Netz Syntax beherrschen Muster und Makros erkennen und zielführend anwenden hierarchisches Netz tiefe Hierarchien verwenden flache Hierarchie verwenden Steuerungstechnisch Interpretiertes Netz Petrinetz-Entwicklungswerkzeug verstehen und zielgerichtet einsetzen Modelle verifizieren Bewertungskriterien definieren Äquivalenz Vollständigkeit Determiniertheit Lebendigkeit Reversibilität Beschränktheit Einhalten von Modellierungsvorgaben … Testfälle definieren statische Reviews durchführen und dokumentieren Selbst mit Peer grafische Analyse (mathematische Analyse) dynamische Tests im Simulator durchführen Modelle anhand der Testergebnisse korrigieren und optimieren |
| Fertigkeiten | Steuerungssysteme entwerfen Echtzeit Echtzeitbedingungen ableiten geeignete Steuerungsgeräte auswählen geeignete Bussysteme auswählen Echtzeitfähigkeit von Steuerungssystemen nachweisen SPS in ST programmieren (EN61131-3) Syntax beherrschen Funktionsbausteine einsetzen Implementierungsmuster für SIPN herleiten und nutzen Codegenerator für SIPN konzipieren für B/E-Netze für S/T-Netze Kontrollfluss in Leitsystemen nach EN61499 modellieren |
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Vorlesung | 2 |
| Übungen (ganzer Kurs) | 1 |
| Übungen (geteilter Kurs) | 0 |
| Tutorium (freiwillig) | 1 |
Besondere Voraussetzungen
|
keine |
| Begleitmaterial |
digitale Vortragsfolien zur Vorlesung, digitale Übungsaufgabensammlung, Entwicklungswerkzeuge für Petrinetzentwurf, digitale Tutorials für Selbststudium Themenscripte Hilfsblätter Videos |
|---|---|
| Separate Prüfung | Nein |
Lernziele
| Zieltyp | Beschreibung |
|---|---|
| Fertigkeiten | Steuerung programmieren kommerzielles SPS-Entwicklungswerkzeug verstehen und zielgerichtet einsetzen wesentliche Eigenschaften einer SPS konfigurieren Programmiersprache ST beherrschen synchrones Message Passing anwenden Funktionsbausteine in der Programmierung anwenden |
| Fertigkeiten | Simulator für Zielsystem im Zusammenspiel mit SPS-Entwicklungswerkzeug nutzen |
| Fertigkeiten | komplexe Aufgaben im Team bewältigen einfache Projekte planen und steuern Absprachen und Termine einhalten Reviews planen und durchführen |
| Fertigkeiten | Realweltsysteme modellieren System analysieren umfangreiche technische Texte erfassen und zielgerichtet auswerten Außenschnittstellen erkennen und korrekt nutzen System strukturieren sinnvolle Teilsysteme definieren Teilsystemfunktionen definieren Schnittstellen definieren Modell der Steuerung entwerfen hierarchisches Steuerungsmodell konzipieren Teilsystemsteuerungen als SIPN modellieren Teilsystemsteuerungen prüfen Funktion im Petrinetzsimulator testen im Peer-Review verifizieren, bewerten und freigeben Teilsystemsteuerungen integrieren Gesamtmodell der Steuerung im Simulator verifizieren |
| Fertigkeiten | Steuerungsprogramm für SPS entwerfen SPS konfigurieren zyklische Tasks definieren vordefinierte EA-Variablen nutzen vordefinierte Bedienoberfläche nutzen Modelltransformationen anwenden Modelle der Teilsystemsteuerungen musterbasiert auf SPS implementieren hierarchische Gesamtsystemsteuerung integrieren Implementierung verifizieren Teilsystemtest am Emulator für Zielsystem Integrationstest am Emulator für Zielsystem |
| Fertigkeiten | Steuerung am Zielsystem in Betrieb nehmen |
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Projekt | 1 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Voraussetzungen
|
keine |
| Begleitmaterial |
digital vorgegebene Projektaufgabe (Lastenheft), Entwicklungswerkzeuge für Petrinetzentwurf und SPS-Programmierung, Tutorials (Script, Video) Zielsystem Emulator für Zielsystem Programmgerüst für SPS |
|---|---|
| Separate Prüfung | Ja |
Separate Prüfung
| Prüfungstyp | Projektaufgabe im Team bearbeiten (z.B. im Praktikum) |
|---|---|
| Details | 3 Präsenztermine je 4h je Projektgruppe, Abschlusspräsentation |
| Mindeststandard | Finden sinnvoller Systemgrenzen und Modellierung eines hierarchischen Gesamtsystems und der konzipierten Teilsysteme. Implementierung der Steuerung auf einem professionellen Steuerungsgerät |
Bei Fehlern, bitte Mitteilung an die
Webredaktion der Fakultät IME
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