Lehrveranstaltungshandbuch Steuerungstechnik


Verantwortlich: Prof. Dr. Stefan Kreiser

Lehrveranstaltung

Befriedigt Modul (MID)

Organisation

Version
erstellt 2011-10-14
VID 1
gültig ab WS 2012/13
gültig bis
Bezeichnung
Lang Steuerungstechnik
LVID F07_STE
LVPID (Prüfungsnummer)

Semesterplan (SWS)
Vorlesung 2
Übung (ganzer Kurs) 2
Übung (geteilter Kurs)
Praktikum
Projekt 1
Seminar
Tutorium (freiwillig) 2
Präsenzzeiten
Vorlesung 30
Übung (ganzer Kurs) 30
Übung (geteilter Kurs)
Praktikum
Projekt 15
Seminar
Tutorium (freiwillig) 30
max. Teilnehmerzahl
Übung (ganzer Kurs)
Übung (geteilter Kurs)
Praktikum
Projekt 18
Seminar

Gesamtaufwand: 150

Unterrichtssprache

  • Deutsch

Niveau

  • Bachelor

Notwendige Voraussetzungen

  • grundlegende prozedurale Programmierkenntnisse
  • Shannon'sches Abtasttheorem
  • Boole'sche Algebra
  • Datendiskretisierung
  • Datenkodierung
  • endliche Automaten (FSM)

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)

Dozenten

  • Prof. Dr. Stefan Kreiser

Wissenschaftliche Mitarbeiter

  • Dipl.-Ing. Norbert Kellersohn

Zeugnistext

Steuerungstechnik

Kompetenznachweis

Form
sMP Regelfall (bei großer Prüfungszahl: sK)

Aufwand [h]
sMP 10

Intervall: 3/Jahr


Lehrveranstaltungselemente

Vorlesung / Übung

Lernziele

Lerninhalte (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
  • 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
  • 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

Begleitmaterial

  • elektronische Vortragsfolien zur Vorlesung
  • elektronische Übungsaufgabensammlung
  • elektronische Entwicklungswerkzeuge für Petrinetzentwurf
  • elektronische Tutorials für Selbststudium
    • Themenscripte
    • Hilfsblätter
    • Videos

Besondere Voraussetzungen

  • keine

Besondere Literatur

  • keine

Besonderer Kompetenznachweis

Form
bK 2-3 eTests je 20min (je 1x wiederholbar)
bÜA Präsenzübung und Selbstlernaufgaben

Beitrag zum LV-Ergebnis
bK Voraussetzung für bPA
bÜA unbenotet

Intervall: 1/Jahr

Projekt

Lernziele

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
  • Simulator für Zielsystem im Zusammenspiel mit SPS-Entwicklungswerkzeug nutzen

Handlungskompetenz demonstrieren
  • komplexe Aufgaben im Team bewältigen
    • einfache Projekte planen und steuern
    • Absprachen und Termine einhalten
    • Reviews planen und durchführen
  • 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
  • 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
  • Steuerung am Zielsystem in Betrieb nehmen

Begleitmaterial

  • elektronische Projektaufgabe (Lastenheft)
  • elektronische Entwicklungswerkzeuge für Petrinetzentwurf und SPS-Programmierung
  • Tutorials (Script, Video)
    • Zielsystem
    • Emulator für Zielsystem
    • Programmgerüst für SPS

Besondere Voraussetzungen

  • keine

Besondere Literatur

  • elektronische Bedienhandbücher und Tutorials für Programmiersystem des SPS-Herstellers

Besonderer Kompetenznachweis

Form
bPA 3 Präsenztermine je 4h je Projektgruppe
sMB 20min Ergebnispräsentation zu bPA

Beitrag zum LV-Ergebnis
bPA Testat
sMB zu bPA

Intervall: 1/Jahr

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