→ zurück zur Übersicht: Praktikum Produktionstechnik

Einleitung

Im Rahmen des Studiengangs Mechatronik (MTR) an der Hochschule Hamm-Lippstadt wird im siebten Fachsemester das Praktikum Produktionstechnik durchgeführt. Das Praktikum ist Teil des Schwerpunktes Global Production Engineering. In dem Praktikum geht es darum den Studierenden anhand von kleinen Projekten die Möglichkeit zu bieten, das bisher Erlernte in der Praxis umzusetzen. Die hier geforderten Fähigkeiten erstrecken sich über die Konstruktion von Bauteilen und die Umsetzung dieser mittels 3D-Druck bis hin zur Programmierung von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und dem Erstellen von elektrischen und pneumatischen Schaltplänen. In dem hier vorliegenden Artikel soll sich mit dem modularen Produktionssystem (MPS) (vgl. Abbildung 1) beschäftigt werden. Dabei wird der Fokus auf das Förderband und dessen Aufgabe gelegt.

Gesamtkonzept

Bei dem MPS handelt es sich um eine Produktionsanlage, die aus mehreren Stationen besteht. Das Gesamtkonzept ist auf der Seite Mechatronisches Produktionssystem zur Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers genauer beschrieben. Als Station 0 wird das Förderband bezeichnet. Insgesamt gibt es sechs verschiedene Stationen. Die Produktionsanlage wurde ursprünglich dafür verwendet, um kleine Zylinder mit verschiedenfarbigen Kappen zu bestücken und anschließend zu sortieren. Die MPS-Anlage soll aktuell dafür verwendet werden, um HSHL-Getränkeuntersetzer (vgl. Abbilung 2) zu produzieren. Die Untersetzer sollen als Werbegeschenke dienen und werden von vier Stationen hergestellt und mit dem Förderband zwischen den einzelnen Stationen transportiert.

Die 6 verschiedene Stationen an dem Förderband sind gegen den Uhrzeigersinn nummeriert. Für das aktuelle Projekt werden 4 Stationen verwendet. Die einzelnen Bearbeitungsschritte sind nach der Bearbeitungsreihenfolge nummeriert und stimmen damit nicht mit den verwendeten Stationen an dem Förderband überein. Zusätzlich erfolgt die Ansteuerung der Station 4 zum Auswerfen der Untersetzer über die Förderbandanlage.

Station	Ursprungsstation	Aktuelle Station	Link
1	Verpackung	Schweißen	Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers: Schweißen (Station 2)
2	Kommisionieren	Kommisionieren	Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers: Kommissionierung (Station 1)
3	Kleben	nicht verwendet
4	nicht verwendet	Auswerfen der Untersetzer
5	nicht verwendet	nicht verwendet
6	Montage	Montage	Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers: Montage (Station 3)

Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers

Die Produktion des Untersetzers erfolgt an den vier Stationen Kommissionierung, Montage, Schweißen und Auswerfen. Die Stationen sind im Kreis um das Förderband angeordnet und werden gegen den Uhrzeigersinn abgearbeitet. Dabei werden die Stationen teilweise ohne Bearbeitung durchfahren, damit diese in der richtigen Reihenfolge erfolgt. Das Zusammenspiel der Stationen steht im Vordergrund und soll stets abgestimmt werden.

Aufgabe der Station

Das Förderband hat die Aufgabe, die Werkstückträger zwischen den einzelnen Stationen zu transportieren. Außerdem müssen die Werkstückträger über pneumatische Zylinder an den einzelnen Stationen gestoppt werden. Dazu befinden sich an jeder Station induktive Sensoren, die für die Programmierung verwendet werden können. Für den richtigen Produktionsablauf müssen die Station in der Reihenfolge Kommissionierung, Montage, Schweißen und Auswerfen bearbeitet werden. An der Bandanlage sind dies die Stationen 2, 6, 1 und 4. Somit müssen die Stationen teilweise ohne Bearbeitung durchlaufen werden, während an den richtigen Stationen ein Stopp zur Bearbeitung erfolgen muss. Mit den Stationen muss eine Kommunikation stattfinden, damit diese wissen wann die Bearbeitung erfolgen kann und auf der anderen Seite benötigt die Bandanlage ein Signal, wenn die Bearbeitung abgeschlossen ist.

Diese Anforderung soll realisiert werden, indem ein neues Programm für die speicherprogrammierbare Steuerung im TIA-Portal(Totally Integratet Automation-Portal) erstellt wird. Bei dem Programm TIA-Portal handelt es sich ein Programm der Firma Siemens, mit deren Hilfe eine SPS programmiert werden kann. Zudem kann eine Verbindung vom Computer zur SPS hergestellt werden und so eine Fehlersuche im Programm durchgeführt werden.

Vorgehen nach V-Modell

Um die oben genannten Anforderungen umzusetzen, wird nach dem V-Modell gearbeitet und vorgegangen. Dieses Modell wird verwendet, um dem Benutzer bei der Organisation und Durchführung des Projektes zu helfen. Dabei wird das lineare Vorgehen der einzelnen Projektphasen visualisiert. Das V-Modell beginnt mit den Anforderungen an das Projekt und führt den Nutzer bis zum Abnahmetest, welcher den Abschluss des Projektes kennzeichnet. Die einzelnen Schritte des absteigenden Pfades sind mit den gegenübergestellten Schritten des aufsteigenden Pfeils verknüpft und stellen den Zusammenhang der einzelnen Schritte da.

Anforderungsdefinition

Die Anforderungsdefinition ist dafür da, um die einzelnen Aufgaben innerhalb des Projektes festzulegen und einen Überblick zu erhalten. Zudem werden die einzelnen Aufgaben anhand der zuvor definierten Anforderungen spezifiziert und konkretisiert.

ID	Typ	Kapitel	Inhalt	Ersteller	Datum	Durchsicht von	am
001	I	1	Aufbau	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
002	A		Gegebenenfalls Umbau der Stationen bei neuer Anordnung der Stationen	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
003	I	2	Schnittstellen	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
004	A		ASI-Bus (Aktor-Sensor-Interface): Funktionsweise muss verstanden und Adressen ermittelt werden	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
005	A		Alle E-/A-Adressen müssen ermittelt werden	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
006	I	3	Software / Programmierung	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
007	A		Gerätekonfiguration muss anlegt werden	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
008	A		Schnittstellen müssen anlegt und überprüft werden	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
009	A		Programmablaufplan muss mit PAP-Designer erstellt werden	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
010	A		Freigaben für die Stationen müssen ausgegeben werden	Marius Erdmann	31.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
011	A		Stopper und Sensoren müssen die Weiterfahrt der Werkstückträger regeln	Marius Erdmann	31.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
012	A		Induktive Sensoren müssen die Nummerierung der jeweiligen Werkstückträger erkennen	Marius Erdmann	31.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
013	A		HMI zur Steuerung und Visualisierung muss eingebunden werden	Marius Erdmann	31.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
014	A		Bei einem Stau müssen Warnmeldungen auf dem HMI erscheinen	Marius Erdmann	31.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
015	A		Inbetriebnahme der gesamten Anlage muss fehlerfrei erfolgen	Marius Erdmann	31.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
016	I	4	Dokumentation	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
017	A		Vorhandene Dokumente müssen gesichtet und ggf. aktualisiert werden	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
018	A		Wiki muss gepflegt und aktualisiert	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
019	A		Dokumentation der Schnittstellen und weiterer relevanter Informationen muss erfolgen	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023
020	A		Tätigkeitsbericht muss regelmäßig gepflegt werden	Marius Erdmann	17.10.2023	Darvin Welslau	07.11.2023

Funktionaler Systementwurf

Im funktionalen Sytsementwurf werden die einzelnen Schnittstellen visualisiert und ihre Beziehungen dargestellt. Dies hilft zu Beginn des Projektes einen Überblick zu erhalten und Ordnung in den Aufbau zu bringen (vgl. Abbildung 4). Zusätzlich erleichtert es das weitere Vorgehen.

Technischer Systementwurf

Der technische Systementwurf (vgl. Abbildung 5) spezifiziert das Layout der Anlage und zeigt alle Schnittstellen auf. Zudem dient er als Gesamtübersich für die Anordnung der einzelnen Bauteile, wie zum Beispiel Stopper oder Lichtschranke. Zusätzlich werden die Schnittstellen genauer definiert, wie beispielsweise die Verbindung zu den einzelnen Stationen.

Komponentenspezifilation

In der Komponentenspezifikation befindet sich eine Variablentabelle mit allen Ein- und Ausgangsadressen der SPS. Die Ein- und Ausgänge, die über den ASI-BUS verbunden sind, werden im Programm wie normale Ein- und Ausgänge behandelt. Das ASI-Modul bekommt wie eine normale Ein- und Ausgangsbaugruppe einen Adressbereich.

AS-i Adresse	Operand	Betriebsmittel-kennzeichnung	Kommentar
Eingänge ASI
	2	I3.4	-10B1	Werkstückträger Station 1
	2	I3.5	-10B2	Stau Station 1
	2	I3.6	-10B3	Lichtschranke Station 1
	2	I3.7	-10B4	Zähler Station 1
	5	I4.0	-20B1	Werkstückträger Station 2
	5	I4.1	-20B2	Stau Station 2
	5	I4.2	-20B3	Lichtschranke Station 2
	5	I4.3	-20B4	Zähler Station 2
	8	I6.4	-30B1	Werkstückträger Station 3
	8	I6.5	-30B2	Stau Station 3
	8	I6.6	-30B3	Lichtschranke Station 3
	8	I6.7	-30B4	Zähler Station 3
	11	I7.0	-40B1	Werkstückträger Station 4
	11	I7.1	-40B2	Stau Station 4
	11	I7.2	-40B3	Lichtschranke Station 4
	11	I7.3	-40B4	Zähler Station 4
	14	I9.4	-50B1	Werkstückträger Station 5
	14	I9.5	-50B2	Stau Station 5
	14	I9.6	-50B3	Lichtschranke Station 5
	14	I9.7	-50B4	Zähler Station 5
	17	I10.0	-60B1	Werkstückträger Station 6
	17	I10.1	-60B2	Stau Station 6
	17	I10.2	-60B3	Lichtschranke Station 6
	17	I10.3	-60B4	Zähler Station 6
Eingänge
		I0.0		Automatik Start
		I0.1		Autoamtik Stopp
		I0.2		Station 2 fertig (rote Leitung)
		I0.3		Station 3 fertig (rote Leitung)
		I0.4		Station 6 fertig (rote Leitung)
		I0.5		24 V
		I0.6		Controller ON
		I0.7		Station 1 fertig (rote Leitung)
Ausgänge ASI
	3	Q3.0	-10B5	Stopper Station 1
	6	Q5.4	-20B5	Stopper Station 2
	9	Q6.0	-30B5	Stopper Station 3, verwendet für Auswerfzylinder Station 4
	12	Q8.4	-40B5	Stopper Station 4
	15	Q9.0	-50B5	Stopper Station 5
	18	Q11.4	-60B5	Stopper Station 6
Ausgänge
		Q0.0	-SH4	Licht Automatik Ein
		Q0.1	-SH5	Licht Automatik Aus
		Q0.2		Startfreigabe Station 2 (grüne Leitung)
		Q0.3	-H1	Fehler
		Q0.4		Startfreigabe Station 3 (grüne Leitung)
		Q0.5		Startfreigabe Station 6 (grüne Leitung)
		Q0.6		Startfreigabe Station 1 (grüne Leitung)
		Q0.7		Motor EIN

Außerdem wurde in der Komponentenspezifikation ein Programmablaufplan für das Förderband erstellt, um die anschließende Programmierung zu vereinfachen. Dazu wurde ein genereller Ablauf erstellt (siehe Abbildung 6), sowie ein Ablaufplan für den jeweiligen Stationsablauf an den einzelnen Stationen (siehe Abbildung 7). Dieser ist an allen Stationen identisch.

Programmierung

Zu Beginn des Praktikums liegt kein funktionierendes TIA-Projekt vor. Lediglich die ursprüngliche Programmierung liegt in Step7 vor. Da das Step7 Programm über keine gute Struktur verfügt, wird beschlossen im TIA-Portal ein neues Projekt zu erstellen. Dieses soll übersichtlicher und speichereffizient gestaltet werden. Ziel ist es zudem den ASI-Bus leichter in das Programm einzubinden, da TIA-Portal die Verwendung des ASI-Busses erleichtert. Außerdem soll dem Anwender eine erleichterte Fehlersuche durch eine kompaktere Programmstruktur ermöglicht werden. Um das Förderband zu steuern, wird auf eine Siemens SPS-300 und ein ASI-Modul mit dem Master CP-343 zurückgegriffen. Nach einer Gerätekonfiguration wurde die SPS über die MPI-Schnittstelle mit dem PC verbunden. Anschließend wurden alle Schnittstellen, wie die ASI-Kommunikation und alle anderen Ein- und Ausgänge angelegt und getestet. Nachdem alle Schnittstellen eingerichtet waren und auf ihre Funktion überprüft wurden, begann die Programmierung mit einer neuen Programmstruktur (siehe Abbildung 8).

Abbildung 8: Neue Programmstruktur im TIA-Portal

Die Programmstruktur gliedert sich in den Main und einen General für die grundlegenden Funktionen, wie das Ansteuern des Motors und die Aufrufe der weiteren Funktionen. Darüber hinaus verfügt jede Station über eine eigene Funktion. Über diese ruft jede Station die Funktionen "Position_Werkstückträger" und "Stationsablauf" auf. Dadurch müssen zum Beispiel Änderungen bei dem Stationsablauf nur in der einen Funktion geändert werden und nicht in jeder der Funktionen der Stationen.

Alle Daten, die in dem Projekt verwendet werden, sind in einem globalen Datenbaustein "G" angelegt (siehe Abbildung 9 und 10). Dazu wurden für die Daten spezielle Datentypen angelegt. Durch diese Datentypen kann ein einheitliches System erzeugt werden und Änderungen müssen erneut nur an einer Stelle, nämlich bei dem Datentyp, durchgeführt werden.

Die Station Förderband kann für die Programmierung in die einzelnen Stationen aufgeteilt werden. Jede Station ist für die Funktionsweise des Förderbandes identisch, da dieses die Werkstückträger liefert, die Signale zur Bearbeitung an die Station sendet und anschließend den Werkstückträger weiterfahren lässt. Dadurch ergibt sich, dass der Ablauf bei jeder Station derselbe ist und sich nur in der Bezeichnung der verwendeten Variablen unterscheidet. Lediglich Station 4 stellt eine Ausnahme dar, da an dieser der Auswurfzylinder angesteuert wird. Die Ansteuerung erfolgt in der Hardware über den Stopper-Zylinder der Station 3, dessen Pneumatikleitungen an den Auswurfzylinder angeschlossen sind.

Der Ablauf bei einer Station sieht exemplarisch so aus:

Werkstückträger befindet sich in Bewegung auf dem Förderband und bewegt sich auf Station zu
Zähler der Station erkennt Nummer des Werkstückträgers
Programm erkennt, ob Bearbeitung in der Station stattfinden soll
Werkstückträger wird durch Stopper-Zylinder an der Station angehalten oder durchgelassen
Bei Bearbeitung: Signalweitergabe an die Station, für Start der Bearbeitung
Warten auf Signal von Station, dass Bearbeitung abgeschlossen ist
Erhalt des Signals, danach Einfahren des Stopper-Zylinders
Weiterfahrt des Werkstückträgers
Ausfahren des Stopper-Zylinders, damit der nächste Werkstückträger gestoppt werden kann

Zusatz: Sollte ein Stau innerhalb der Anlage erkannt werden, so wird zur Warnung das entsprechende Bit aus Abbildung 9 gesetzt.

In der Funktion jeder Station wird der allgemeine Stationsablauf aufgerufen (siehe Abbildung 11).

Außerdem befinden sich in den Stationen die Verarbeitung der Ein- und Ausgänge, die Stauerkennung und 3 Netzwerke für die Erkennung der Werkstückträgernummer und das Schreiben der Position.

In dem Netzwerk 1 des Stationsablaufs findet die Abfrage statt, ob der Werkstückträger in der jeweiligen Stationen bearbeitet wird oder ob dieser durch die Station durchfährt (siehe Abbildung 12). Die gleiche Programmierung gibt es für den Werkstückträger 2 und 3 in identischer Form in Netzwerk 2 und 3.

Abbildung 13: Stationsablauf Netzwerk 4 und 5

In dem Netzwerk 4 des Stationsablaufs wird der Stopper-Zylinder der jeweiligen Station gesteuert (siehe Abbildung 13). Das Netzwerk 5 gibt die Freigabe für die Station zur Bearbeitung.

Komponententest

Innerhalb des Komponententests sollen die verwendeten Komponenten auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden. Bei den Sensoren wurde immer bis zur SPS getestet und die Aktoren wurden über die SPS angesteuert. Dadurch konnte neben der eigentlichen Funktion der Komponenten ebenfalls die Schnittstelle überprüft werden.

Dazu wurden folgende Aktoren getestet:

Ansteuerung der Motoren zur Bewegung des Förderbands
Stopper-Zylinder der einzelnen Stationen
Auswurfzylinder an der Station 4 (Ansteuerung über nicht verwendeten Stopper-Zylinder der Station 3)

Folgende Sensoren wurden getestet:

Induktive Sensoren zur Werkstückträgererkennung in den Stationen
Induktive Sensoren zur Stauerkennung vor den Stationen
Induktive Sensoren als Zähler zur Erkennung der Werkstückträgernummer

Integrationstest

Mithilfe des Integrationstests soll das Zusammenspiel mehrere Komponenten getestet werden. Dadurch können Fehler in der Schaltung, der Programmierung, der Mechanik und der Pneumatik identifiziert werden. Es ist wichtig, das Zusammenspiel aller Teilbereiche zu betrachten, da diese später auch alle zusammenarbeiten sollen.

Für den Integrationstest wurde das Förderband durch die Motoren in Bewegung versetzt und ein Werkstückträger durchlief anschließend alle Stationen. Hierbei ist aufgefallen, dass die Höhen der induktiven Sensoren teilweise nicht passte. Bei manchen induktiven Sensoren wurden die Werkstückträger aufgrund einer zu tiefen Positionierung nicht erkannt, da die Entfernung zum Metall des Werkstückträgers zu groß war. Andere Sensoren waren etwas zu hoch montiert, wodurch die Werkstückträger angestoßen sind oder den Sensor leicht berührten.

Systemtest

Im Systemtest wird die gesamte Anlage getestet. Dafür wurde das neu erstellte Programm in die SPS geladen und die Anlage gestartet.

Es konnten mehrere Punkte beobachtet werden:

An den Stationen passte teilweise die Positionierung von dem induktiven Sensor zur Werkstückträgererkennung und dem Stopper-Zylinder nicht. Dadurch fuhr der Stopper bereits hoch, obwohl der Werkstückträger den Stopper noch nicht vollständig passiert hat.
Der induktive Zähler Sensor an Station 6 war falsch positioniert, wodurch zwei Werkstückträgernummern gezählt wurden. Dies bereitete Probleme bei der Abfrage, ob der Werkstückträger bearbeitet werden muss.
Zwischenzeitlich funktionierte die Abfolge der Bearbeitung nicht korrekt. Bei mehr als einem Werkstückträger kam es zu Problemen.

In dem Systemtest konnten verschiedene Fehler entdeckt werden, die anschließend gelöst werden konnten, sodass der Systemtest erfolgreich abgeschlossen werden konnte.

Anmerkung: Für die Produktion des HSHL-Untersetzers werden nur vier Stationen benötigt. Die zwei verbleibenden Stationen wurden am Förderband nicht abgebaut. Lediglich der Stopper-Zylinder an der Station 3 wurde abgebaut, da dessen Ansteuerung für den Auswurfzylinder an Station 4 verwendet wird. An der Station 5 ist der Stopper-Zylinder noch verbaut. Bei dem Start der Anlage fährt der Stopper-Zylinder dauerhaft runter, wodurch keine Beeinflussung der passierenden Werkstückträger mehr stattfinden kann.

Abnahmetest

Bei dem Abnahmetest soll es sich um den letzten Test innerhalb des Projektes handeln. Dieser Test wird nicht durch die bearbeitende Gruppe selbst durchgeführt, sondern von außenstehenden Personen. Diese Personen sollen sich mit der vorliegenden Anlage nicht auskennen und die Handhabung dieser testen und so etwaige Fehler aufdecken. Der Abnahmetest wurde innerhalb des Praktikums am 16.01.2024 erfolgreich durchgeführt.

Inbetriebnahme

Als erstes wurde die Anlage nach Quickstart-Anleitung ^[1] der vorherigen Gruppenarbeiten gestartet. Folgende Schritte sind dort für das Förderband vorgesehen:

Vorbereiten der Anlage

Alle Werkstückträger leeren
Alle Not-Aus Schalter entriegeln

Einschalten der Anlage

Druckluftversorgung herstellen (Kugelhahn / Wartungseinheiten öffnen)
Spannungsversorgung herstellen (FI / Steckerleiste einschalten)
Hauptschalter am Fließband einschalten und "Controller on" betätigen

Starten der Anlage

"Automatic on" betätigen

Inbetriebnahmeprotokoll/"Abnahme-Testanleitung"

Schritt Nr.	Beschreibung	Ausgangszustand	Aktion(en)	Erwartetes Ergebnis	Ergebnis	Bewertung
Einschalten 1	Vorbereitung der Anlage	Anlage befindet sich im Zustand des letzen Durchlaufs	Entfernen aller Werkstückträger vom Förderband	Förderband ist im Ausgangszustand leer, alle Werkstückträger sind entfernt	eingetroffen	i.O.
Einschalten 2	Signalüberprüfung	Spannungsversorgung abgeschaltet, Druckluft abgedreht	Überprüfung der Signale	Keine anliegenden Signale an der Anlage	eingetroffen	i.O.
Einschalten 3	Ausgangszustand der Sensoren prüfen	Druckluftzylinder ausgefahren, Lichtschranken auf selber Höhe, Induktive Sensoren fest verbaut	Überprüfen der Sensoren	"Druckluftzylinder ausgefahren, Lichtschranken auf selber Höhe, Induktive Sensoren fest verbaut"	durchgeführt	i.O.
Einschalten 4	Überprüfen des Förderbandes	Förderband frei von Fremdkörpern	Überprüfen der Anlage auf Fremdkörper	Keine Fremdkörper vorhanden, z.B. auf dem Förderband	durchgeführt	i.O.
Einschalten 5	Werkstückträger einlegen	Werkstückträger nicht auf dem Förderband und leer	Werkstückträger auf das Förderband legen	Definierte Anzahl an Werkstückträgern befindet sich auf dem Förderband	erledigt	i.O.
Einschalten 6	Not-Aus-Schalter	Not-Aus betätigt oder bereits entriegelt	Not-Aus entriegeln	Not-Aus-Schalter entriegelt	erledigt	i.O.
Einschalten 7	Druckluftzufuhr herstellen	Druckluftventil abgestellt	Druckluftversorgung herstellen (Kugelhahn öffnen)	Druckluftzufuhr an der Anlage aktiv	erledigt	i.O.
Einschalten 8	Spannungsversorgung herstellen	Hauptschalter ist ausgeschaltet	Hauptschalter betätigen	Spannungsversorgung liegt an	erledigt	i.O.
Einschalten 9	Controller einschalten	Controller ausgeschaltet, Controller off leuchtet	Controller on betätigen	Leuchtmelder Controller on leuchtet	erledigt	i.O.
Einschalten 10	Automatikbetrieb starten	Automatikbetrieb nicht gestartet	Automatikbetrieb Ein betätigen	Automatikbetrieb startet, Leuchtmelder Automatikbetrieb Ein leuchtet	erledigt	i.O.
Einschalten 11	Funktionsweise Förderband	Förderband fängt langsam an sich zu drehen	Beobachtung	Förderbänder drehen sich alle und in die gleiche Richtung	erledigt	i.O.
Einschalten 12	Funktionsweise Pneumatikzylinder (Stopper)	Zylinder ausgefahren, Zylinder wird eingefahren, wenn Werkstückträger erkannt	Beobachtung	Zylinder fährt ein	erledigt	i.O.
Einschalten 13	Funktionsweise induktive Sensoren	Kein Werkstückträger: Induktive Sensoren nicht aktiv; Werkstückträger: Induktive Sensoren aktiv	Beobachtung; Werkstückträger über induktive Sensoren bewegen	Siganllämpchen am induktiven Sensor leuchtet bei Erkennung	erledigt	i.O.
Ausschalten 1	Automatikbetrieb stoppen	Automatikbetrieb ist eingeschaltet	Automatikbetrieb aus betätigen	Automatikbetrieb stoppt, Leutmelder Automatikbetrieb aus leuchtet	erledigt	i.O.
Ausschalten 2	Controller ausschalten	Controller eingeschaltet, Controller on leuchtet	Controller off betätigen	Leuchtmelder Controler off leuchtet	erledigt	i.O.
Ausschalten 3	Spannungsversorgung abschalten	Hauptschalter ist eingeschaltet	Hauptschalter ausschalten	Keine Spannung mehr an der Anlage vorhanden, Leuchtmelder alle ausgeschaltet	erledigt	i.O.
Ausschalten 4	Druckluft abschalten	Druckluft an Anlage vorhanden	Druckluftversorgung abstellen	Keine Druckluft mehr an der Anlage vorhanden	erledigt	i.O.
Ausschalten 5	Entnahme der Werkstückträger	Werkstückträger auf dem Förderband vorhanden, ggf. in unterschiedlichen Stadien der Produktion	Werkstückträger entnehmen	Förderband ohne Werkstückträger	erledigt	i.O.

Ergebnis

Zum Ende des diesjährigen Praktikums konnte das Förderband mit einem neuen Programm wieder in Betrieb genommen werden. Mit dem neuen Programm, das im TIA-Portal erstellt wurde, konnte die Einbindung des ASI-Busses vereinfacht und eine neue übersichtliche Programmstruktur geschaffen werden. Durch die Auslagerung von Programmteilen in einzelne Funktionen, die in jeder Station aufgerufen werden und die Verwendung von Datentypen können Änderungen schnell und einfach umgesetzt werden. Lediglich die Einbindung eines Touch-Panels konnte aus Zeitgründen nicht abgeschlossen werden. Schlussendlich konnte durch die verschiedenen Tests die Funktionsfähigkeit des Förderbands sichergestellt werden, sodass dieses anschließend durch andere Teilnehmer des Praktikums erfolgreich abgenommen werden konnte.

Lessons Learned

Im Praktikum wurde sich tiefgehend mit der Programmierung im TIA-Portal beschäftigt. Zunächst musste der Umgang mit dem ASI-BUs erlernt werden. Anschließend konnte der gesamte Prozess einer Anlagenprogrammierung praxisnah durchlaufen werden. Durch die Möglichkeit, jederzeit das Programm an der Anlage testen zu können, konnten Fehler früh identifiziert und ausgebessert werden. Hierbei hat eine strukturierte Fehlersuche geholfen. Ein systematisches Vorgehen war bei dem ganzen Projekt von großer Bedeutung, wobei das V-Modell unterstützend geholfen hat.

Ausblick

Der gemeinsame Betrieb mit den externen Stationen konnte bisher noch nicht getestet werden. Für die Einbindung der Stationen muss in den Stationen im Programm die Simulation für das Freigabesignal zur Weiterfahrt ausgeschaltet werden, wodurch ausschließlich das jeweilige Eingangssignal für die Weiterfahrt sorgt. Zum Beispiel muss für die Station 1 in dem globalen Datenbaustein die Variable G.General.SIM.SIM_Station_1 auf false gesetzt werden. Die PLC-Variable "Station 1 fertig" mit der Eingangsadresse %I0.7 gibt anschließend das Signal zur Weiterfahrt des Werkstückträgers an der Station. Außerdem konnte die Visualisierung auf dem HMI nicht abgeschlossen werden. Dazu ist es eventuell ratsam, die aktuell verwendete SPS durch eine modernere SPS mit Profinet Anschluss auszutauschen. Dadurch wird die Einbindung eines HMI deutlich einfacher, moderner und praxisnäher, da heutzutage fast ausschließlich Profinet Verbindungen genutzt werden. Bei der aktuell verwendeten Hardware ist eine spezielle Bus-Leitung zu verwenden, die das Durchschleifen der Daten ermöglicht (siehe Abbildung 14).

Verwendete Software

MS PowerPoint:Erstellung des funktionalen und technischen Systementwurfs und der Komponentenspezifikation
MS Excel: Erstellung einer Anforderungsdefinition
PAP Designer: Erstellen eines Programmablaufplans
Siemens Step7: Sichten des „Alten“ Programm
Siemens TIA-Portal: Erstellung des neuen Programms

Unterlagen

Handout für die Bearbeitung der Programmieraufgabe

Die Unterlagen zum Förderband befinden sich gesammelt in SVN.