Lehrveranstaltungshandbuch Steuerungstechnik

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Verantwortlich: Prof. Dr. Stefan Kreiser

Lehrveranstaltung

Befriedigt Modul (MID)

• aktuelle
  • Ba ET2012 STE
  • Ba ET2010 STE

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

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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