Parkhaus mithilfe einer Siemens SPS: Unterschied zwischen den Versionen

Aus HSHL Mechatronik
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[[Kategorie:SPS]]
'''Autoren:''' [[Benutzer:Alvin-Varghese John| Alvin John]],  [[ Almustapha-Abdu Lawan| Almustapha Lawan]], [[Jilu.Mary-Joseph| Jilu Mary Joseph]], [[Ibrahim Nsangou | Ibrahim Nsangou ]]
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'''Betreuer:''' [[Benutzer:Mirekgoebel|Prof. Dr. Mirek Göbel]] & [[Benutzer:Marc Ebmeyer|Marc Ebmeyer]]
'''Betreuer''' [[Benutzer:Michael Wibbeke|Prof. Dr. M. Wibbeke]] & [[Benutzer:Marc Ebmeyer|Marc Ebmeyer]]


'''Wintersemester:''' 2022/2023
'''Wintersemester 2025/2026'''


'''Fachsemester:''' 7
'''Autor:''' [[Benutzer:Bartos_Schwichtenberg|Bartos Schwichtenberg]]<br>


[[Datei:SmartHome.jpg|400px|mini|SmartHome|right]]
[[Datei:Parkhaus.jpg|mini|600px|Parkhaus mit SPS-Steuerung und HMI]]<br>


<br><br><br><br>
== Einleitung ==
<div style="text-align:justify;">Im Rahmen des Praktikums „Produktionstechnik II“ im Studiengang Ba. Mechatronik, mit dem Schwerpunkt „Global Production Engineering“, wird ein Projekt aus dem Bereich der praktischen Automatisierungstechnik mit Hilfe einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) realisiert. In diesem Projekt wird das HSHL-Parkhaus umgesetzt, dessen Steuerung über eine Siemens Simatic SPS in Verbindung mit einem HMI-Bedienelement erfolgt. Ziel ist die automatisierte Ansteuerung und Überwachung der Parkhausfunktionen, wie z. B. das Steuern von Motoren, Sensoren und Anzeigen.</div>


[[Datei:SmartHome Titelbild.png|700px|thumb|Stand bei der Übernahme und Endergebnis|right]]
== Vorgehensweise nach V-Modell ==
→ zurück zur Übersicht: [[Praktikum Produktionstechnik]]
Das Projekt wurde nach dem V-Modell strukturiert bearbeitet. Dabei wurden zunächst Anforderungen und Systemfunktionen definiert, anschließend die technische Umsetzung geplant und realisiert. In der abschließenden Phase erfolgte die Inbetriebnahme sowie die Überprüfung der Funktionen, sodass Entwurf und Ergebnis systematisch miteinander abgeglichen werden konnten.<br><br>
[[Datei:V-Modell Parkhaus.PNG|800px]]<br>


== Anforderungsdefinition ==
<div style="text-align:justify;">Zu Beginn des Projekts wurden die grundlegenden Anforderungen an das System festgelegt. Der Aufbau soll kompakt und von einer bzw. zwei Personen gut<br> transportierbar sein. Außerdem soll das System sowohl digital als auch analog bedienbar sein. Entsprechend dieser Anforderungen wurde<br>eine Materialliste erstellt, um die benötigten Materialien für den Aufbau zu beschaffen.<br></div>


='''Einleitung'''=
== Anforderungen ==


<div style="text-align:justify;">
{| class="wikitable"
Im Rahmen des Produktionstechnik-Praktikums im siebten Semester des Studiengangs Mechatronik an der HSHL soll ein mechatronisches System mithilfe einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) realisiert werden. In diesem Projekt soll ein Smart-Home entwickelt werden, welches die automatische Wohlfühltemperatur im Haus regelt, sowie durch eine intelligente Methode die Tür automatisch öffnet.  
|+ Tabelle 1: Anforderungen an die Komponente
</div>
|-
<br clear = all>
! ID
! Inhalt
=== Aufgabenstellung ===
! Ersteller
Das Ziel des Projekts ist, ein Wohnhaus mit Sensoren und Aktoren intelligent zu gestalten. Dabei sollten für die Bearbeitung des Projekts folgende Punkte beachtet werden:  
|-
* Recherche nach möglichen Automatisierung in einem Haus machen
| 1
* Entscheidungsmatrix erstellen für die Auswahl von geeigneten Sensoren und Aktoren
| Das Parkhaussystem muss ein Fahrzeug auf der Plattform erkennen und für den Transport bereitstellen.
* Temperaturen und Feuchtigkeiten messen
| Bartos Schwichtenberg
* Die Ansteuerung des Hauses per Phoenix Contact-SPS AXC 1050
|-
* Ansprechende Benutzeroberfläche.
| 2
| Über das HMI muss der aktuelle Betriebszustand des Parkhauses angezeigt werden (Bereit, Fahren, Störung).
| Bartos Schwichtenberg
|-
| 3
| Durch Betätigen der HMI-Taste „Hoch“ muss die Plattform mit dem Fahrzeug nach oben verfahren werden.
| Bartos Schwichtenberg
|-
| 4
| Durch Betätigen der HMI-Taste „Runter“ muss die Plattform mit dem Fahrzeug nach unten verfahren werden.
| Bartos Schwichtenberg
|-
| 5
| Die Plattform darf sich nur bewegen, wenn ein Fahrzeug korrekt auf der Plattform positioniert ist.
| Bartos Schwichtenberg
|-
| 6
| Während der Aufwärtsfahrt muss die Abwärtsbewegung gesperrt sein.
| Bartos Schwichtenberg
|-
| 7
| Während der Abwärtsfahrt muss die Aufwärtsbewegung gesperrt sein.
| Bartos Schwichtenberg
|-
| 8
| Die Plattform muss an der oberen Endposition automatisch anhalten.
| Bartos Schwichtenberg
|-
| 9
| Die Plattform muss an der unteren Endposition automatisch anhalten.
| Bartos Schwichtenberg
|-
| 10
| Bei Betätigung eines Not-Aus oder bei einer Störung muss die Bewegung der Plattform sofort gestoppt werden.
| Bartos Schwichtenberg
|}
 
== Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf ==
 
Zur strukturierten Darstellung des Systems werden ein funktionaler und ein technischer Systementwurf herangezogen. Der funktionale Systementwurf fokussiert die Wirkzusammenhänge der Komponenten, während der technische Systementwurf die zugrunde liegenden Signale, Schnittstellen und Datenflüsse beschreibt.<br>
 
'''Hinweis:''' beim dem funktionalen/technischen -Systementwurf sind die Taster mit links/rechts, diese sind entsprechend auf hoch/runter -Taster zu ändern.
 
{| class="wikitable"
|+ Tabelle 2a: Systementwurf – funktionell
|-
! Funktionaler Systementwurf
|-
| Der funktionale Systementwurf beschreibt die geplanten Verbindungen der einzelnen Komponenten und deren Zusammenspiel im System.<br>Im Fokus steht die Funktionsweise der Signalverarbeitung. Die SPS soll die Signale des digitalen oder analogen Bedienelements (HMI)<br>empfangen und entsprechend verarbeiten. Der GeckoDrive (Motortreiber) erhält anschließend die von der SPS ausgegebenen Steuersignale<br>und steuert damit den Schrittmotor an, welcher über eine Kupplung den Riementrieb der Linearachse antreibt.<br>Am Motor ist ein Encoder vorgesehen, der die Drehbewegung des Motors als digitale Signale ausgibt.
|-
| <div style="text-align:center;">
<gallery widths="700" heights="447">
Datei:FunktionalSystementwurfPrakhaus02.png|Abb. Funktionaler Systementwurf nach [[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Systementwurf|Funktionaler Systementwurf]]
</gallery>
|}


Nach der Recherche nach möglichen Automatisierung in einem Haus wurden entschieden, die folgende Unterprojekte zu erarbeiten. Die Nutzwertanalyse lässt sich [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/01_Anforderungsdefinition/ hier]<ref>[https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/01_Anforderungsdefinition/''Nutzwertanalyse'']</ref> finden.
{| class="wikitable"
|+ Tabelle 2b: Systementwurf –technisch
|-
! Technischer Systementwurf
|-
| Der technische Systementwurf legt fest, welche Daten und Signale die Systemkomponenten benötigen, erzeugen oder austauschen.<br>Die SPS soll dabei sowohl digitale als auch analoge Signale verarbeiten und an den GeckoDrive ein Stepsignal (Schrittanzahl) und<br>ein Directionsignal (Drehrichtung) übermitteln. Diese Signale dienen zur Ansteuerung des Schrittmotors. Die Drehimpulse des<br>Encoders werden gemäß RS422-Protokoll ausgegeben und später zur Positionsbestimmung genutzt.
|-
| <div style="text-align:center;">
<gallery widths="700" heights="447">
Datei:technischSystementwurfPrakhaus02.png|Abb. Technischer Systementwurf nach [[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Systementwurf|Technischer Systementwurf]] nach Hauptartikel
</gallery>
|}


'''Hinweis:''' Funktionaler und technischer Systementwurf basierend auf der Quelle, inhaltlich überarbeitet: [[https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Systementwurf Systementwurf]]<br><br>


*Beleuchtung
==Möglicher Aufbau des Projektes mit KI und SolidWorks erstellt==
*Automatische Wohlfühltemperatur-Reglung
Zur Veranschaulichung des geplanten Gesamtsystems wurde ein möglicher Aufbau des Projekts mithilfe von CAD-Modellen erstellt. Die dargestellten Entwürfe zeigen sowohl den mechanischen Aufbau der Parkhausstruktur als auch die Anordnung zentraler Komponenten wie SPS, Antriebseinheit, Netzteil und Bedienelemente. Die Modelle dienen primär der konzeptionellen Darstellung und unterstützen das Verständnis der räumlichen Anordnung sowie der funktionalen Zusammenhänge im System.
*Anwesenheitserkennung
*Tür inkl. Schließmechanismus
*Belüftung des Hauses
*SUB-D Stecker


='''Vorgehensweise nach V-Modell'''=
Aufbauend auf diesen Entwürfen werden in der folgenden Komponentenspezifikation die eingesetzten Bauteile systematisch aufgeführt. Dabei werden sowohl mechanische als auch elektrische Komponenten berücksichtigt, die für den Aufbau und Betrieb des Systems erforderlich sind. Die Auswahl der Komponenten orientiert sich an den funktionalen Anforderungen des Projekts sowie an den Angaben der jeweiligen Herstellerdatenblätter.
[[Datei:V-Modell SmartHome.jpg|500px|thumb|Abbildung 1: V-Modell <ref>[https://www.datenbanken-verstehen.de/datenbankentwicklung/vorgehensmodelle/v-modell/ ''Abbildung 1: V-Modell'']</ref>]]
<BR>
Das Projekt wird nach dem V-Modell durchgeführt, das eine lineare Vorgehensweise zur Projektbearbeitung ermöglicht, um ein strukturiertes Vorgehen bei Planung und Bearbeitung des Projekts zu gewährleisten. Link zu den Dokumenten lassen sich [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/ hier] finden.
<BR>
<BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR>
=== Anforderungsdefinition ===
In dem Abschnitt „Anforderungsdefinition“ wurden verschiedene Anforderungen an das System festgelegt, die während der Projektbearbeitung erarbeitet müssen. Die Anforderungen gliedern sich unter anderem wie folgt: allgemein, Sensoren und Aktoren, Aufbau und Messung, Software und Schnittstellen, und zu guter Letzt Dokumentation.  Die Anforderungsliste für das Projekt lässt sich [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/01_Anforderungsdefinition/ hier]<ref>[https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/01_Anforderungsdefinition/''Anforderungsliste'']</ref>  wiederfinden.


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | ID
|+ Tabelle 3: Aufbau Modelle/Komponenten
! style="font-weight: bold;" | Anforderung
|-
| [[Datei:Idee_1_Parkhaus SPS.PNG|mini|400px|
Abb. Idee Nr. 1 Parkhaus SPS<br>
mit SolidWorks Eigenentwurf<br>
''aus Zeitgründen verworfen'']]
| [[Datei:Parkhaus Bild002.png|center|mini|400px|
Abb. Eigenentwurf mit SolidWorks]]<br><br>
[[Datei:KI_Parkhaus.png|center|mini|400px|
Abb. KI-generierter Aufbau<br>
Eigenentwurf mit SolidWorks für den KI-Aufbau]]
|-
| [[Datei:Netzteilabdeckung.PNG|center|mini|400px|
Abb. Netzteilabdeckung<br>
mit SolidWorks Eigenentwurf]]
| [[Datei:Netzteilandeckung_erw_nr_2.PNG|center|mini|400px|
Abb. Netzteilabdeckung Erweiterung<br>
mit SolidWorks Eigenentwurf]]
|}
<br>


|+ style = "text-align: left"|Tabelle 1: Anforderungen an das Smart-Home
== Komponentenspezifikation ==
|-  
<div style="text-align:justify;">In der Komponentenspezifikation werden die Schnittstellen, Aufgaben und technischen Eigenschaften der verwendeten Bauteile beschrieben. Für das geplante System sollen folgende Komponenten eingesetzt werden (basierend auf den Datenblättern der Hersteller): In diesem Projekt wurden folgende Komponenten und auch Komponente aus dem Punkt "Hardware" verbaut und genutzt (Auszug aus den Datenblättern):</div>
| '''1''' || '''Allgemein'''
 
|-  
{| class="wikitable"
| 1.1 || Es muss eine Recherche nach möglichen Automatisierung gemacht werden
|+ Tabelle 4: Komponentenliste
|-  
|-
| 1.2 || Eine automatische Wohlfühltemperatur-Reglung muss entwickelt werden
! ID !! Komponente !! Bezeichnung !! Menge
|-
| 1 || Schrittmotor || MOT-AN-S-060-020-056-M-D-AAAD || 1
|-
| 2 || Aluminiumprofil || Profil-Platte || 1
|-
| 3 || Holzplatte || Holzplatte || 1
|-
! colspan="4" | Steuerung Schrittmotor
|-
| 4 || Schrittmotorsteuerung || Geko Schrittmotor 201X || 1
|-
| 5 || Montageschrauben || Schrauben für Steuerung || 2
|-
| 6 || Unterlegscheiben || Unterlegscheiben für Montageschrauben || 2
|-
! colspan="4" | Kabelkanal
|-
| 7 || Kabelkanal || Kunststoff-Kabelkanal || 1
|-
| 8 || Schrauben || Schrauben für Kabelkanal || 2
|-
| 9 || Unterlegscheiben || Unterlegscheiben für Kabelkanal || 3
|-
| 10 || Nutensteine || Nutensteine || 2
|-
|-
| 1.3 || Entscheidungsmatrix für Feuchtigkeits- und Temperatursensoren muss erstellt werden
! colspan="4" | Linearachse
|-
|-
| 1.4 || Ein Terminal Block und Stecker muss gebaut werden, um die Verbindung zwischen Haus und Phoenix-Contact durch einen Kabel zu realisieren
| 11 || Linearachse || Linearachse für Igus-Motor || 1
|-
| 1.5 || Frontplatte muss neu erstellt werden, um das Haus schöner zu gestalten
|-
|-
| 1.6 || Es muss ein RFID-Leser gebaut werden
| 12 || Aluminiumprofil || Aluprofil 160 mm × 30 mm (Halter) || 1
|-
|-
| 1.7 || Mechanismus zur Anwesenheitserkennung muss entwickelt werden
| 13 || Schrauben || Schrauben mit Einschraubhülse || 2
|-
|-
| 1.4 || Eine Tür inkl. Türmechanismus muss entwickelt werden
| 14 || Nutensteine || Nutensteine || 2
|-
| 1.5 || Frontplatte muss neu erstellt werden, um das Haus schöner zu gestalten
|-
|-
| 1.6 || Eine Benutzeroberfläche muss programmiert werden
! colspan="4" | Netzteil
|-
|-
 
| 15 || Netzteil || RSP-500-24V || 1
 
| '''2''' || '''Sensoren und Aktoren'''
|-  
| 2.1 || Bewegungsmelder muss für die Anwesenheitserkennung verwendet werden
|-
|-
| 2.2 || Feuchtigkeitssensor(HIH-4000-001) muss für die Innenfeuchtigkeit-Messung verwendet werden
| 16 || Anschlusskabel || Anschlusskabel Netzteil RSP-500 || 1
|-  
| 2.3 || Temperatursensor (10K NTC) muss für die Innentemperatur-Messung verwendet werden
|-
|-
| 2.4 || Servo Motoren müssen für die Öffnung und Schließung der Tür und Fenster verwendet werden
| 17 || Netzteilgehäuse || Netzteilgehäuse (3D-Druck) || 1
|-
|-
| 2.5 || Axiallüfter muss für die Belüftung des Smart-Home verwendet werden
| 18 || Schrauben || Schrauben für Netzteilgehäuse || 4
 
|-
|-
| '''3''' || '''Aufbau und Messung'''
| 19 || Netzteilhalterung || Netzteilhalterung (3D-Druck) || 2
|-
|-
| 3.1 || Es muss ein Projektplan erstellt werden
| 20 || Schrauben || Schrauben für Netzteilhalterung || 2
|-
|-
| 3.2 || Ein Konzept für den Hausaufbau muss erstellt werden
| 21 || Unterlegscheiben || Unterlegscheiben für Netzteilhalterung || 2
|-
|-
| 3.3 || Die Frontplatte muss in SolidWorks konstruiert und anschließend gefräst werden
| 22 || Nutensteine || Nutensteine || 4
|-
|-
| 3.4 || Die Tür muss in SolidWorks konstruiert und 3D gedruckt werden
| 23 || Schrauben || Schrauben für Netzteilhalterung Montage (unten) || 4
|-
|-
| 3.5 || Die Verkablung muss beschriftet sein
! colspan="4" | Parkhausplattform
|-
|-
| 3.6 || Das Fenster sowie die Tür müssen automatisch geöffnet und geschlossen werden
| 24 || Plattform || Parkhausplattform (3D-Druck) || 1
|-
|-
| 3.7 || Feuchtigkeits- und Temperaturmessung von innen muss gemacht werden
| 25 || Schrauben || Schrauben für Parkhausplattform || 2
|-
|-
| '''4''' || '''Schnittstellen und Software'''
| 26 || Modellauto || Modellauto (Sportwagen) || 1
|-
|-
| 4.1 || Das Haus muss über Pc-Worx programmiert werden
! colspan="4" | Kleinmaterial
|-
|-
| 4.2 || Das Smart-Home muss per Phoenix Contact AXC 1050 und Arduino Uno angesteuert werden
| 27 || WAGO-Klemmen || 1-fach / 2-fach (mit Reserve) || 10
|-
|-
| 28 || Kabel || Kabelleitungen (farblich) || Meterware
|-
|-
| '''5''' || '''Dokumentation'''
| 29 || Kabelbinder || Kabelbinder (mit Reserve) || 20
|-
|-
| 5.1 || Detaillierte Dokumentation als Wiki-Artikel muss im HSHL Wiki geschrieben werden
| 30 || Aderendhülsen || Aderendhülsen (mit Reserve) || 20
|-
|-
| 5.2 || Die Dokumentation muss Schritt für Schritt erklärt und nachvollziehbar sein
! colspan="4" | HSHL-Material / Geräte
 
|}
<BR>
 
=== Funktionaler Systementwurf===
Der in Abb. 2 abgebildete Systementwurf gibt einen kleinen Überblick über die Sensoren und Aktoren, sowie ihre entsprechenden Funktionen im System.
Der Phoenix Contact AXC 1050 spielt die Hauptrolle in dem System. Auf der linken Seite befinden sich die Temperatur- und Feuchtigkeitssensor, welche über AXC 1050 angesteuert werden, auf der rechten Seite befinden sich die Lampe sowie die Axiallüfter, welche für die Belüftung verwendet werden. Analog zu der linken Seite werden diese Komponenten auch über AXC 1050 angesteuert. Daneben befinden sich ein Mikrocontroller und zwei Servomotoren, Bewegungsmelder und RFID-Leser, die über den Mikrocontroller angesteuert werden. Zu guter Letzt befindet sich oben eine Benutzeroberfläche, welche die Ansteuerung der Komponenten darstellt. Der funktionale Systementwurf lässt sich  [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/02_Funktionaler_Systementwurf/ hier] wiederfinden.<BR>
[[Datei:Funktionaler Systementwurf SmartHome.png|650px|mini|zentriert|Abbildung 2: Funktionaler Systementwurf<ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/02_Funktionaler Systementwurf/''Funktionaler Systementwurf'']</ref> ]]
 
=== Technischer Systementwurf===
Der technische Systementwurf hat denselben Aufbau wie der funktionale Systementwurf, im Gegensatz zu dem funktionalen Systementwurf werden hier die Verbindungen(die Signalart: digital/analog, Input/Output) zwischen den einzelnen Komponenten genau definiert (siehe Abbildung 3). Der technische Systementwurf lässt sich [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WINSE_21_22/03_Technischer_Systementwurf/ hier] wiederfinden<BR>
[[Datei:Technischer Systementwurf SmartHome.png|650px|mini|zentriert|Abbildung 3: Technischer Systementwurf<ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/03_Technischer Systementwurf/''Technischer Systementwurf'']</ref> ]]
 
 
<BR><BR><BR>
 
=== Entscheidungsmatrix ===
Um die passende Temperatur und Feuchtigkeitssensor zu finden, wurde Entscheidungsmatrix nach Kriterien Preis, Genauigkeit, Messbereich und Lebensdauer erstellt. Die Entscheidungsmatrix lässt sich [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/04_Komponentenspezifikation/ hier] wiederfinden.
 
Entscheidungsmatrix für Temperatursensor wird in Abbildung 4 dargestellt. Anhand der oben genannten Kriterien steht der NTC Sensor mit 8,8 Endsumme, somit wurde für diesen Sensor entschieden.
[[Datei:Entscheidungsmatrix Temperatursensor.png|650px|mini|zentriert|Abbildung 4: Entscheidungsmatrix von Temperatursensor <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/04_Komponentenspezifikation/''Entscheidungsmatrix von Temperatursensor '']</ref>]]
 
 
 
Der Feuchtigkeitssensor wurde ebenfalls anhand der Entscheidungsmatrix ausgewählt. Der Honeywell Feuchtigkeitssensor(HI-4000-001) steht am Ende mit einer Endsumme von 8,5, daher wurde für diesen Sensor entschieden. Die Entscheidungsmatrix für Feuchtigkeitssensor wird in Abbildung 5 dargestellt.
[[Datei:Entscheidungsmatrix Feuchtigkeitsensor.png|650px|mini|zentriert|Abbildung 5: Entscheidungsmatrix von Feuchtigkeitssensor <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/04_Komponentenspezifikation/''Entscheidungsmatrix von Feuchtigkeitssensor '']</ref>]]
 
===Komponentenspezifikation===
In diesem Abschnitt werden die Aufgaben und allgemeine Informationen der ausgewählten Komponenten beschrieben. Außerdem werden die Schnittstelle jeder Komponenten festgelegt. In folgender Tabelle werden alle Komponenten genaue erläutert, die in diesem Projekt verwendet wurden. Die Komponentenspezifikation lässt sich
[https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/04_Komponentenspezifikation/ hier]<ref>[https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/04_Komponentenspezifikation/ ''Komponentenspezifikation'']</ref> wiederfinden.
 
====Phoenix Contact SPS====
Der Hauptkomponente des Projektes war die Phoenix Contact AXC 1050 SPS. Sie besteht aus ein Modul für digitale Ein- und Ausgänge, sowie  ein Modul für analoge Ein- und Ausgänge. Die für das Projekt wichtigsten Eigenschaften der verwendeten Module sind im Folgenden aufgelistet und mit einem Link zu den einzelnen Datenblättern versehen.
[[Datei:SPS-Module.png|450px|thumb|Abbildung 6: SPS Module|rechts]]
 
*'''Digitales Eingangsmodul (I/O Modul – AXL F DI16/1 1H – 2688310):''' [https://www.phoenixcontact.com/online/portal/de?uri=pxc-oc-itemdetail:pid=2688310&library=dede&tab=1 (zur Herstellerseite)]<ref>[https://www.phoenixcontact.com/online/portal/de?uri=pxc-oc-itemdetail:pid=2688310&library=dede&tab=1/ ''Digitales Eingangsmodul der SPS'']</ref>
**Besitzt 16 digitale Eingänge
**Nenneingangsspannung beträgt 24V DC
**Eingangsspannungsbereich „0“-Signal: -3V DC bis 5V DC
**Eingangsspannungsbereich „1“-Signal: 11V DC bis 30V DC
 
*'''Digitales Ausgangsmodul (I/O-Modul - AXL F DO16/1 1H – 2688349):''' [https://www.phoenixcontact.com/online/portal/de?uri=pxc-oc-itemdetail:pid=2688349&library=dede&tab=1 (zur Herstellerseite)] <ref>[https://www.phoenixcontact.com/online/portal/de?uri=pxc-oc-itemdetail:pid=2688349&library=dede&tab=1 ''Digitales Ausangsmodul der SPS'']</ref>
**Besitzt 16 digitale Ausgänge
**Versorgungsspannung: 24V DC
**Ausgangsspannung: 24V DC
 
*'''Analoges Ein- und Ausgangsmodul (I/O-Modul - AXL F AI2 AO2 1H – 2702072):''' [https://www.phoenixcontact.com/online/portal/de?uri=pxc-oc-itemdetail:pid=2702072&library=dede&tab=1 (zur Herstellerseite)] <ref>[https://www.phoenixcontact.com/online/portal/de?uri=pxc-oc-itemdetail:pid=2702072&library=dede&tab=1 ''Analoges Ein- und Ausangsmodul der SPS'']</ref>
**Besitzt 4 analoge Eingänge und 4 analoge Ausgänge
**Versorgungsspannung: 24V DC
**Auflösung des A/D-Wandlers: 16 Bit
**Eingangssignal Strom: 0mA bis 20mA, 4mA bis 20mA, -20mA bis 20mA
**Eingangssignal Spannung: 0V bis 10V, -10V bis 10V, 0V bis 5V, -5V bis 5V
**Ausgangssignal Strom: 0mA bis 20mA, 4mA bis 20mA, -20mA bis 20mA
**Ausgangssignal Spannung: 0V bis 10V, -10V bis 10V, 0V bis 5V, -5V bis 5V
<BR>
 
====Verwendete Komponenten====
{| class="wikitable" style="width: zentriert;"
 
|-
|-
! style="font-weight: bold;" | Komponenten
| 31 || SPS-CPU || SIMATIC CPU 1515SP PC2 (6ES7677-2DB40-0AA0) || 1
! style="font-weight: bold;" | Beschreibung
! style="font-weight: bold;" | Abbildung
! style="font-weight: bold;" | Link
 
|-
|-
 
| 32 || Analogmodul || Analoges Eingangsmodul (6ES7677-2DB40-0AA0) || 1
|Mikrocontroller: Arduino UNO R3
|Ein PWM-Signal wird benötigt, um den Servomotor anzusteuern. Die Phoenix Contact SPS kann hingegen kein PWM Signal erzeugen. Aus diesem Grund wurde zwischen SPS und Servomotor ein Mikrocontroller(Arduino Uno) eingebaut. Der Mikrocontroller soll dann extern über 9v Batterie oder Netzteil mit Spannung versorgt werden. Um zu verhindern, dass der Mikrocontroller geschädigt wird, führt der Ausgang der SPS über einen Spannungsregler auf den Eingang des Mikrocontrollers, dessen genaue Informationen in Abb. (23–24) zu entnehmen sind.
|[[Datei:Arduino UNO R3.jpg|200px|mini|zentriert|Abbildung: 7 Arduino Uno Board]]
| Das Datenblatt lässt sich [https://docs.arduino.cc/resources/datasheets/A000066-datasheet.pdf hier] öffnen <ref>[https://docs.arduino.cc/resources/datasheets/A000066-datasheet.pdf ''Datenblatt Arduino Uno'']</ref>
|-
|-
| NTC Thermistor 
| 33 || Digitalmodul || Digitales Eingangsmodul (6ES7135-6HB00-0DA1) || 1
| Der verwendete NTC Temperatursensor, auch negative Temperatur Koeffizient genannt(siehe Abb. 8). Er ermöglicht einer Temperaturmessung von 0 bis 70 °C mit einer Toleranz von ±2K bei 0 °C und ±5K bei 70 °C sowie maximale Leistung von 60mW bei 25 °C. Die Widerstandswert 10 kΩ liegt ca. bei 25 °C. Zum Auslesen der Temperaturwerte wird eine analoge Schnittstelle des AXC 1050 verwendet. Laut AXC Datenblatt kann der analoge Eingang maximal 10V annehmen, daher kommt hier ein Spannungsteiler zum Einsatz, dessen genaue Informationen in Abb. (23–24) zu entnehmen sind.
| [[Datei:NTC Thermistor.png|200px|mini|zentriert|Abbildung: 8 NTC Thermistor]]                                                                                 
| Das Datenblatt lässt sich [https://docs.rs-online.com/6a46/0900766b813c0ed3.pdf hier] öffnen <ref>[https://docs.rs-online.com/6a46/0900766b813c0ed3.pdf ''Datenblatt Temperatursensor NTC 10k'']</ref>
 
|-
|-
 
| 34 || Digitalmodul || Digitales Ausgangsmodul (6ES7131-6BF00-0CA0) || 1
| Honeywell Feuchtigkeitssensor(H-4000 Series) 
| Der verwendete H-4000 Feuchtigkeitssensor(siehe Abb. 9) ermöglicht einer Feuchtigkeitsmessung von 0 bis 100 % (relative Feuchtigkeit). Er kann maximal mit 5,8V versorgt werden, daher kommt ebenfalls ein Spannungsteiler zum Einsatz, dessen genaue Informationen in Abb. (23–24) zu entnehmen sind.  Die Widerstandswert 10 kΩ liegt ca. bei 25 °C. Zum Auslesen der Feuchtigkeitswerte wird eine analoge Schnittstelle des AXC 1050 verwendet.
|[[Datei:Abbildung-7-Honeywell_Feuchtigkeitssensor.png |200px|mini|zentriert|Abbildung 9: Honeywell Feuchtigkeitssensor]]
| Das Datenblatt lässt sich[https://docs.rs-online.com/53cc/0900766b8138b8e7.pdf hier]  öffnen <ref>[https://docs.rs-online.com/53cc/0900766b8138b8e7.pdf ''Datenblatt Feuchtigkeitssensor'']</ref>   
 
|-
|-
 
| 35 || Digitalmodul || Digitales Ausgangsmodul (6ES7132-6BF00-0CA0) || 1
| Bewegungsmelder
| Der verwendete HC-SR 501 Bewegungsmelder (siehe Abb. 10) besteht mit einer Erkennungsreichweite von ca. 7 Meter, insbesondere wird bei diesem Bewegungsmelder mit einem Detektionswinkel niedriger als 100 Grad gestaltet, die Empfindlichkeit können durch den Drehschalter eingestellt werden. Der HC-SR 501 Bewegungsmelder kann Spannung im Bereich 4,5 bis 20 V annehmen. Zur Ansteuerung wird Arduino Uno digitale Schnittstelle verwendet, dessen genaue Informationen in Abb. (23–24) zu entnehmen sind.
|[[Datei:Bewegungsmelder.png|200px|mini|zentriert|Abbildung 10: Bewegungsmelder]]
| Das Datenblatt lässt sich [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/04_Komponentenspezifikation/Dattenbl%c3%a4tter%20neu/ hier]  öffnen <ref>[[https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/04_Komponentenspezifikation/Dattenbl%c3%a4tter%20neu/ ''Datenblatt Bewegungsmelder'']</ref>   
 
 
 
|-
|-
| Axiallüfter
| 36 || Netzteil || SIMATIC ET 200SP Netzteil (6EP7133-6AE00-0BN0) || 1
| Der verwendete Axiallüfter von Firma Sunon (siehe Abb. 11) besteht aus einer Geräuschentwicklung von 25,5 dB, maximaler Luftdurchsatz von 15,13 m³/h, Versorgungsspannung von 24V DC(min. 8 V, max. 27,6 V) sowie maximale Stromaufnahme von 39mA. Der Betriebstemperaturbereich liegt bei -10 °C bis max. 70 °C. Zur Ansteuerung dieses Aktor wird ein digitaler Ausgang des AXC 1050 verwendet, dessen genaue Informationen in Abb. (22–23) zu entnehmen sind.
| [[Datei:Axiallüfter.png|200px|mini|zentriert|Abbildung 11: Axiallüfter]]
|Das Datenblatt lässt sich  [https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/002147541DS01/datenblatt-2147541-sunon-mf40202v1-1000u-a99-axialluefter-24-vdc-1513-mh-l-x-b-x-h-40-x-40-x-20-mm.pdf hier] öffnen<ref>[https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/002147541DS01/datenblatt-2147541-sunon-mf40202v1-1000u-a99-axialluefter-24-vdc-1513-mh-l-x-b-x-h-40-x-40-x-20-mm.pdff ''Datenblatt Axiallüfter'']</ref>.
|-
|-
 
| 37 || HMI || SIMATIC HMI Comfort Panel (6AV2124-0GC01-0AX0) || 1
| Servomotor
|Der verwendete HS-65 MG Servomotor(siehe Abb. 12) besteht aus einer Motorsteuerung, einem Elektromotor, einem Getriebe und einem Potentiometer zur Positionsbestimmung. Alle Komponenten sind in einem robusten Gehäuse untergebracht. Winkelbereich [0; 180] Grad. Der Servomotor wird durch Arduino Uno angesteuert und mit einer Spannung von 4,8 V bis 6V versorgt werden.
|[[Datei:Servomotor.png|200px|mini|zentriert|Abbildung 12: Servomotor]]
|Das Datenblatt lässt sich [https://www.hoelleinshop.com/Sender-Servos-etc-/Servos/Hitec/Analog/Nennspannung-bis-6-0V/Servo-HS-65-MG-23-6x11-6x24mm-18Ncm-12g-Multiplex-Hitec-112066.htm?shop=hoellein&SessionId=&a=article&ProdNr=M112066&t=182&c=15374&p=15374 hier] öffnen<ref>[https://www.hoelleinshop.com/Sender-Servos-etc-/Servos/Hitec/Analog/Nennspannung-bis-6-0V/Servo-HS-65-MG-23-6x11-6x24mm-18Ncm-12g-Multiplex-Hitec-112066.htm?shop=hoellein&SessionId=&a=article&ProdNr=M112066&t=182&c=15374&p=15374 ''Servomotor'']</ref>
 
|-
|-
 
| 38 || PC mit Aufbau für die SPS-Komponenten || Hochschul-PC, Montageplatte für SPS,<br>Kabelkanal, Verkabelung, Aderendhülsen, <br>weitere Montagekleinteile || 1
| RFID-RC522 MEGA KIT
| Der verwendete RFID steht für " Radio-Frequency Identification"(siehe Abb. 13). Dies bedeutet, dass eine Identifizierung von zwei Systemen über die Hilfe der elektromagnetischen Wellen erfolgt. Damit ist es möglich, sich ohne Berührung zu identifizieren. Es gibt einen Sender und einen Empfänger bei einem RFID-Türöffner. Der Empfänger befindet sich in der Tür. Wenn der richtige Chip gescannt wird, wird die Tür 5 Sekunde lang geöffnet. Danach wird es geschlossen. Der RFID besteht mit einer Arbeitsfrequenz von 13,56 MHz, Betriebstemperatur liegt bei -20 bis 80 °C sowie die Betriebsstromaufnahme von 13-26mA.
| [[Datei:RFID.png|200px|mini|zentriert|Abbildung 13: RFID für die Türöffnung]]
| Das Datenblatt lässt sich [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/04_Komponentenspezifikation/Dattenbl%c3%a4tter%20neu/ hier]  öffnen <ref>[[https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/04_Komponentenspezifikation/Dattenbl%c3%a4tter%20neu/ ''Datenblatt RFID'']</ref>
 
 
|-
|-
 
| 39 || Software || TIA Portal V15 || 1
 
|}
|}


==Hardware:==
Im Folgenden werden die im Projekt eingesetzten Hardware-Komponenten vorgestellt. Dabei werden die verwendeten Bauteile systematisch aufgelistet und durch ausgewählte technische Kenndaten ergänzt. Ziel dieser Übersicht ist es, einen klaren Überblick über die eingesetzte Hardwarebasis zu geben, ohne auf die funktionale Umsetzung im Detail einzugehen.<br>


<BR><BR><BR>
==== SPS-Einheit ====
 
Einsatz von Siemens SPS.
===Entwicklung===
Modell:  SIMATIC CPU 1515SP.  
 
{| class="wikitable"
====Bauplan====
|+ Teile der SPS und Komponenten
Wie in der Anforderungsdefinition beschrieben, wurde ein Konzept für den Hausaufbau erstellt, dabei handelt es sich um wo was neu entwickelt wird sowie wo die neuen Komponenten platziert werden sollten. Das in Abbildung 14 dargestellte Bild, zeigt das Konzept der neuen Vorderseite des Hauses. Außerdem zeigt das in Abbildung 15 dargestellte Bild, wo und wie das SUB-D Stecker gebaut werden sollten. Zu guter Letzt erklärt das Bild unter Abbildung 16 das Konzept des innen Aufbaus, der benötigte Servomotor wird direkt hinter der Tür gebaut und mit der 3D-gedrükten Stange an die Tür geklebt.
|-
 
! Beschreibung !! Parameter/Nummer
{|class="wikitable"
|-
|[[Datei:Vorderansicht .png|320px|thumb|zentriert|Abbildung 14: Vorderansicht<ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Vorderansicht '']</ref>]]
| SIMATIC CPU 1515SP PC2 Steuerung (1+2)|| T.Nr. 6ES7677-2DB40-0AA0
|[[Datei:Hinten.png|320px|thumb|Abbildung 15: Hintersicht <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Hintersicht'']</ref>]]
|-
|[[Datei:Innenbau.png|320px|thumb|Abbildung 16: Draufsicht<ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Draufsicht '']</ref>]]
| Analoges Eingangsmodul (3) || T.Nr. 6ES7134-6HB00-0DA1
|-
| Analoges Ausgangsmodul (4) || T.Nr. 6ES7135-6HB00-0DA1
|-
| Digitales Eingangsmodul (5) || T.Nr. 6ES7131-6BF00-0CA0
|-
| Digitales Ausgangsmodul (6) || T.Nr. 6ES7132-6BF00-0CA0
|-
| Netzteil (6) SIMATIC ET 200SP || T.Nr. 6EP7133-6AE00-0BN0
|-
| SIMATIC HMI Comfort Panel || T.Nr. 6AV2-124-0GC01-0AX0
|}
|}
<BR>
[[Datei:SPS_Aufbau_Parkhaus.jpg|left|mini|400px|
Abb. SPS-Aufbau mit Komponenten]]


====Konstruktion====
<br>
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<br>
<br>
<br>
<br><br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>


Das Haus ist aus Holzplatten(stand WS 21/22) gefertigt. Die Außenseite des Hauses wurde neu gestaltet, um den Bewegungsmelder und die RFID-Karte sowie die Tür unterzubringen. Der Entwurf des Hauses erfolgte in SolidWorks und die Konstruktion wurde in der Mechatronik Werkstatt zu Ende gebracht. Zur Übersicht werden in folgenden die technische Zeichnung der neuen Außenseite sowie die weiteren 3D-gedrückten Teile dargestellt, die Zeichnungen sind in "inch" angegeben. 
<br>
{|class="wikitable"
|[[Datei:Vorne Zeichnung .png|200px|mini|zentriert|Abbildung 17: Außenseite  <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Außenseite des SmartHome  '']</ref>]]
|[[Datei:Tür Zeichnung.png|150px|mini|zentriert|Abbildung 18: Tür <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Tür des SmartHome  '']</ref>]]
|[[Datei:Türknopf Zeichnung .png|200px|mini|zentriert|Abbildung 19: Türknopf <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Türknopf des SmartHome  '']</ref>]]
|[[Datei:Tür Stange Zeichnung .png|200px|mini|zentriert|Abbildung 20: Türstange <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Türstange des SmartHome  '']</ref>]]
|[[Datei:Türwinkel Zeichnung .png|200px|mini|zentriert|Abbildung 21: Türwinkel <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Türwinkel des SmartHome  '']</ref>]]
|}


====Hutschiene====
Halterung für die SPS und Bausteine.
{| class="wikitable"
|+ Technische Details Hutschiene
|-
! Beschreibung !! Parameter/Nummer
|-
| Siemens-Hutschiene || -
|}<br>


Wir haben auch ein konfektioniertes Rundkabel erstellt, das aus einzelnen Kabeln (25-polig) besteht.  Die Kabel wurden beschriftet. Die Stecker können an D-SUB Stiftleisten (siehe Abb. 22) (1x 25-polig) angeschlossen werden. Dies erleichterte das Trennen des Smart Home von der AXC 1050-Steuerung enorm.
==== Igus ====
Einsatz von Igus Schrittmotor. Modell: MOT-AN-S-060-020-056-M-D-AAAD.
Technische Daten der Komponente Schrittmotor, Encoder, Bremse.


{|class="wikitable"
{| style="width:100%; border:none; border-collapse:collapse;"
|[[Datei:SUB D.png|400px|mini|zentriert|Abbildung 22: SUB-D Terminal Block  <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''SUB-D Terminal Block  '']</ref>]]
|-
|[[Datei:SUBD.png|200px|mini|zentriert|Abbildung 22: SUB-D Terminal Block  <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''SUB-D Terminal Block  '']</ref>]]
| style="vertical-align:top; border:none; padding:4px; width:33%;" |
{| class="wikitable" style="width:100%;"
|+ Schrittmotor
! Parameter !! Wert
|-
| Nennspannung || 24–48 V DC
|-
| max. Eingangsspannung || 60 V DC
|-
| Nennstrom || 4,2 A
|-
| Haltemoment || 2,0 Nm
|-
| Resthaltemoment || 0,068 Nm
|-
| Schrittwinkel || 1,8°
|-
| Widerstand pro Phase || 0,5 Ω ± 10 %
|-
| Induktivität pro Phase || 1,9 mH ± 20 %
|-
| Pin 1 || A/ (braun)
|-
| Pin 2 || A (weiß)
|-
| Pin 3 || B/ (blau)
|-
| Pin 4 || B (schwarz)
|-
| Pin 5 || PE
|}
|}
 
| style="vertical-align:top; border:none; padding:4px; width:33%;" |
====Schaltplan====
{| class="wikitable" style="width:100%;"
Während die Inbetriebnahme des Projekts (stand WS 21/22) nach der ausführlichen Auseinandersetzung mit dem Fachthema, wurden verschiedene Fehler aufgetreten. Insbesondere beim Auslesen der Feuchtigkeitswerte könnte nicht die richtigen Werte(wie in der WS 21/22 Dokumentation geschrieben) ausgelesen werden. Nach der systematischen Fehlersuche mit einem Multimeter wurde herausgefunden, dass die Verschaltung nicht war, außerdem liefert die digitale Ausgangsspannung zum Arduino trotz des Spannungsteiler 24V.   
|+ Encoder
 
! Parameter !! Wert
Der aktuelle Schaltplan (siehe Abbildung 23 & 24) wurde mit der kostenlosen Software QElectroTech erstellt, dessen ausführliche Informationen[https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Verdrahtungsplan_mit_QElectroTech ''auf diese Seite''] <ref> [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Verdrahtungsplan_mit_QElectroTech ''QElectroTech Verdrahtungsoftware'']</ref> zu entnehmen sind. Die Dateien lassen sich [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/Schaltung/ ''hier''] wiederfinden.
|-
In Abbildung 16 werden der Phoenix Contact AXC 1050 sowie alle Komponenten, die mit den SPS Digital und analoge Ein- und Ausgänge verbunden sind, dargestellt. Auf der linken Seite befinden sich die Mikrocontroller sowie die Aktoren, die mit dem Digital-Ausgang verbunden sind. Wie im Abschnitt "Komponentenspezifikation" beschrieben, benötigen diese Aktoren 24V Spannung, welche exakt die AXC 1050 Ausgang ausgibt, d.h eine direkte Verschaltung ist hier möglich. Arduino Uno kann jedoch nur max. 5V annehmen, um die 24V digitale Ausgangsspannung auf 5V zu reduzieren wurde ein Spannungsregler(L7805) dazwischen gebaut. Bewegungsmelder, RFID-Leser sowie Servomotoren sind außerdem mit dem Mikrocontroller verbunden, da dieser die Servomotoren mit dem erforderlichen PWM-Signal versorgt(siehe Abbildung 20).
| Impulse/Umdrehung || 500
 
|-
Auf der rechten Seite befinden sich der Temperatur sowie Feuchtigkeitssensor, welche mit dem SPS Analogeingang verbunden sind. Wie bereit im Kapitel ''Komponentenspezifikation'' erwähnt, soll zum Auslesen der Temperaturwerte und Luftfeuchtigkeit ein Spannungsteiler verwendet werden. Aus diesem Grund ist der Temperatursensor(10k-NTC) über einen Spannungsteiler mit einem Widerstand(47kOhm) und dann mit den analogen Eingängen AI0.0 und AI0.1 verbunden. Mit diesem Spannungsteiler konnte sichergestellt werden, dass nur eine Spannung von 0V bis maximal 10V an dem Analogeingang angelegt wird. Der Feuchtigkeitssensor ist außerdem über einen Spannungsteiler mit einem Widerstand von 20kOhm und einem Widerstand von 5,1kOhm mit der Eingang SPS (Analog Input: AI0.1 und AI1.1) verbunden. <Br>
| Index || Ja
{|class="wikitable"
|-
|[[Datei:Schaltplan SPS AXC1050.png|500px|thumb|Abbildung 23: Schaltplan<ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Schaltplan '']</ref>]]
| Line-Treiber || RS422
|[[Datei:Arduino schaltplan.png|500px|thumb|zentriert|Abbildung 24: Schaltplan <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''Schaltplan für Arduino '']</ref>]]
|-
|}
| Pin 1 || A (weiß)
<BR>
|-
 
| Pin 2 || A/ (braun)
====Pin Belegung====
|-
 
| Pin 3 || B (grün)
{| class="wikitable"
|-
 
| Pin 4 || B/ (gelb)
|-
|-
|'''SUB-D
| Pin 5 || 0V (grau)
|'''Signalart'''
|'''Komponente'''
|'''Adresse'''
|-
|-
|1
| Pin 6 || N/ (rosa)
|Digital
|Luefter 1
|DO1.1
 
|-
|-
|2
| Pin 7 || N (blau)
|Digital
|Luefter 2
|DO1.0
 
|-
|-
|3
| Pin 8 || 5V DC (rot)
|Digital
|}
|Arduino PWM-Signal
| style="vertical-align:top; border:none; padding:4px; width:33%;" |
|DO1.0
{| class="wikitable" style="width:100%;"
 
|+ Bremse
! Parameter !! Wert
|-
|-
|4
| Nennspannung || 24 V DC
|Digital
|Heizbirne
|DO2.0
 
|-
|-
|6
| Leistung || 8–11 W
|Analog
|Feuchtigkeit auslesen
|AI1.1
 
|-
|-
|23
| Haltemoment || 2,0 Nm
|Analog
|Temperatur auslesen
|AI0.0  
 
|-
|-
|8
| Pin 1 || +24 V (braun)
|Analog
|Schalter4
|DI1.0
 
|-
|-
|11
| Pin 2 || 0V (blau)
|
|GND
|
 
|-
|-
|13
| Pin 3 || − (schwarz)
|
|}
|24V
|
|}
|}


====Programmierung====
==== Geko ====


Die Hauptprogrammierung wurde mit PC Worx durchgeführt(siehe Abbildung 25).  PC Worx ist eine Programmiersoftware, die für die SPS-Programmierung verwendet wird. Die Programmierung der SPS erfolgt nur in PC Worx mithilfe der Funktionsblocksprache FBS. Das Anlegen eines neuen Projekts in PC Worx, das Herstellen der Verbindung zwischen SPS und PC sowie das Erstellen eines SPS-Programms in der Funktionsblocksprache werden im Artikel Erstellen eines Projektes in PC Worx(siehe Projektunterlagen).  Ein Teil der Programmierung wurde auch mit der Arduino IDE durchgeführt. Das Arduino-Programm wird im späteren Abschnitt im Detail erklärt.
Einsatz von Geko-Steuerung.
 
Modell: GekoDrive 201X.
Im Programm sollten die Werte des Temperatur- bzw. Feuchtigkeitssensors ständig überwacht werden. Ist die Temperatur höher als 25 °C und/oder die Luftfeuchtigkeit höher als 60 %, sollte das Fenster geöffnet, die Ventilatoren eingeschaltet und die Heizung (Glühbirne) ausgeschaltet werden. Andernfalls sollte das Fenster nur dann geschlossen werden, wenn die Temperatur unter 18 °C und/oder die Luftfeuchtigkeit unter 35 % sinkt, und in diesem Fall sollte die Heizung (Heizlampe) eingeschaltet werden. Parallel dazu erkennt der Bewegungsmelder, ob es eine Bewegung gibt. Wird eine Bewegung erkannt, schalten sich die Lichter an der Oberseite der Tür ein.  
Technische Daten der Komponente GekoDrive 201X.
[[Datei:ProgrammSPS.png|600px|thumb|zentriert|Abbildung 25: SPS-Programm <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/05_Entwicklung/''SPS Programm '']</ref>]]
{| class="wikitable" style="width:20%;"
<BR>
|+ Technische Daten
Folgende Tabelle zeigt alle FBS Blöcke, die wir für das SPS-Programm verwendet haben. Im Kapitel Programmierung sollen wir das Wissen anwenden, das wir bereits im Bereich Digitaltechnik erworben haben.
! Parameter !! Wert
 
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | FBS Block
! style="font-weight: bold;" | Beschreibung
! style="font-weight: bold;" | Wahrheitstabelle
|-
|-
|[[Datei:Block NOT.jpg|200px|mini|zentriert|NOT_Block]]
| Eingangsspannung || 18–80 V DC
|Im „NOT_Block“, wird das Eingangssignal invertiert. Das heißt, wenn am Eingang eine "0" anliegt, liegt am Ausgang eine "1" an und umgekehrt.
|[[Datei:NOT Wahrheitstabelle.jpg|200px|mini|zentriert|NOT Wahrheitstabelle]]
|-
|-
|[[Datei:Block LT.jpg|200px|mini|zentriert|LT_Block]]
| maximale Stromaufnahme (''Motors'') || 7 A
|Der „LT_Block“, was für "lower than" steht, vergleicht zwei Eingangssignale miteinander. In diesem Fall handelt sich um das Eingangssignal "Input4"(AI0.1) und eine Variable V002, der wir den Wert 12630 zugewiesen haben. Wenn das Eingangssignal kleiner als diese Variable V002 ist, dann wird der Ausgang auf boolesche 1 geschaltet.
|
|-
|-
|[[Datei:Block AND.jpg|200px|mini|zentriert|AND_Block]]
| Induktivität des Motors || 1–50 mH
|Der „AND-Block“ steht für eine UND-Verknüpfung. Das bedeutet,dass am Ausgang nur dann eine boolesche „1“ steht, wenn beide Eingänge auf  „1“ stehen (siehe Wahrheitstabelle)
|[[Datei:AND Wahrheitstabelle.jpg|200px|mini|zentriert|AND Wahrheitstabelle]]
|-
|-
|[[Datei:Block GT.jpg|200px|mini|zentriert|GT_Block]]
| Eingangsfrequenz des Step-Inputs || 0–200 kHz
|Der „GT_Block“, was für "greater than" steht, vergleicht auch zwei Eingangssignale miteinander. In diesem Fall handelt sich um das Eingangssignal "Input2"(AI0.1) und eine Variable V003 Wenn das Eingangssignal größer als diese Variable V003 ist, dann wird der Ausgang auf boolesche 1 geschaltet.
|
|-
|-
|[[Datei:Block RS.jpg|200px|mini|zentriert|RS_Block]]
| Spannung der Inputs || 3,3–5 V DC
|Der „RS_Block“ steht für eine RS-Flip-Flop. Das bedeutet, dass der Eingang S(Set) dazu dient, ein Signal zu setzen und der Eingang R(Reset) dient dazu, ein Signal zurückzusetzen (Siehe Wahrheitstabelle).
|[[Datei:RS Wahrheitstabelle.jpg|200px|mini|zentriert|RS Wahrheitstabelle]]
|-
|-
|[[Datei:Block OR.jpg|200px|mini|zentriert|OR_Block]]
| Inputs || Spannungsversorgung,<br>
|Der „OR_Block“ steht für eine ODER-Verknüpfung. Das bedeutet, dass t eine boolesche 1 nur dann am Ausgang anliegt, wenn an einem der beiden oder an beiden Eingängen eine „1“ vorhanden ist.
Disable,<br>
|[[Datei:OR Wahrheitstabelle.jpg|200px|mini|zentriert|OR Wahrheitstabelle]]
Direction,<br>
Step,<br>
Common,<br>
Current Set
|-
|-
| Output || Winding A+B<br>(1 Schrittmotor)
|}
|}
<BR>
[[Datei:G201x-3.jpg|left|mini|400px|
Abb. GekoDrive 201X]]


====Arduino Code====


Um die Servomotoren zu steuern, haben wir einen Mikrocontroller zwischengeschaltet, der die Position des Motors so bestimmt, dass sich das Fenster öffnet, wenn der Ausgang OUT4 der SPS ein Signal sendet und die Tür öffnet, wenn die Rfid-Karte erfolgreich gelesen wurde. Der Ausgang der SPS ist mit dem analogen Pin A0 verbunden. Wenn der Ausgang der SPS kein Signal liefert, gibt A3_Value einen Wert unter 1000 zurück (d. h. Eingangsspannung kleiner als 4V). In diesem Fall sollte das Fenster geschlossen werden, indem der Servomotor auf 80° gestellt wird. Andernfalls, wenn der Ausgang der SPS (AO1.0) ein Signal führt, gibt A3_Value einen Wert größer als 1000 zurück (d. h. Eingangsspannung größer als 4,7 V). In diesem Fall sollte das Fenster geöffnet werden, indem der Servomotor auf 10° eingestellt wird. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden die folgenden Bibliotheken einbezogen. Servo.h, Adafruit_NeoPixel.h, SPI.h, MFRC522.h. Der Teil des Codes, der das Fenster öffnet, ist unten zu sehen.
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br><br>
<br>
<br>
<br>
<br>


<div style="width:1100px; height:200px; overflow:auto; border: 2px solid #088">
'''GeckoDrive am 24 V-Ausgang der SPS betreiben'''<br>
#include <Servo.h>
Um die Eingänge des GeckoDrives nicht zu beschädigen, mussten Widerstände an den Ausgängen des digitalen Ausgangsmoduls benutzt werden.<br>
#include <Adafruit_NeoPixel.h>
Der Wert der Widerstände wurde mit der Formel <math>\frac{V_\text{PLC}-5}{0,016}</math> berechnet, was einen Widerstandswert von 1,2 kOhm ergab.<br>
#include <SPI.h>
* Widerstände 1,2 kOhm, um die Eingänge des GeckoDrive mit den Ausgängen der SPS beschalten zu können.<br><br>
#include <MFRC522.h>  


  {
==Software:==
//  /**************************************
*SIEMENS Totally Integrated Automation Portal (TIA-Portal) Version 15.1
//    Teil 1: Schließsystem (Fensters)
*Simatic Software Pack: PLC F+HMI
//  **************************************/
*In Heimarbeit wurde TIA16 und TIA17 getestet, durch fehlgeschlagene Lizenz war eine weiterarbeit an diesen TIA's nicht möglich,<br> es wurde weiter mit TIA15 am Hochschulrechner gearbeitet.
  A3_Wert = analogRead(SPS_Data);
    Serial.print("SPS WERT ");
  Serial.println(A3_Wert);
  if (A3_Wert >= 1000) // SPS führt ein Signal
  {
    Serial.println("Öffne das Fenster!");
    ServoFenster.write(10);
  }
  else
  {
    Serial.println("Schließe das Fenster!");
    ServoFenster.write(80);
  }
</div>
<BR>


== Entwicklung vom Stromlaufplan, Verkabelung==


=== Erstellen eines Stromlaufplans mit SEE Electrical ===
Die verwendeten Komponenten wurden in einem Stromlaufplan dargestellt und den Datenblättern entsprechend verbunden.<br>
Der Stromlaufplan aus dem [[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#E|Basisartikel]] wurde überarbeitet, welcher mit der Software [[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Erstellen eines Stromlaufplans mit SEE Electrical|SEE Electrical 7]] erstellt war. Wurde neu überarbeitet im Projekt vom 12.2025 und als Grafik eingefügt.<br>
Der Stromlaufplan wurde entsprechend ausgefüllt und Änderungen an Anschlussbeschreibung und Signalleitungen benannt.
Zum Einsatz kommt der Mikrokontroller.<br><br>


Da der Einsatz von Mikrocontrollern unbedingt notwendig war, haben wir diesen Fall genutzt, um eine neue Funktion im Haus einzurichten. Das ist die Anwesenheitserkennung. Um die Anwesenheit zu erkennen, haben wir einen Bewegungsmelder verwendet, der in der Lage ist, Objekte berührungslos zu erkennen. Wenn eine Anwesenheit oder Bewegung erkannt wurde, geht das Licht (oben an der Tür) an. Es geht nach 10 Sekunden aus, wenn keine Bewegung mehr erkannt wird.
{| class="wikitable" style="width:50%; text-align:right;"
|+ Stromlaufplan
|-
|
[[Datei:Stromlaufplan Verkabelung_2a.jpg|center|mini|900px|
Schrittmotor, GeckoDrive, Bremse, Encoder überarbeitet 12.2025]]
|-
|
[[Datei:Stromlaufplan Verkabelung_2b.jpg|center|mini|900px|
Eingänge und Ausgänge der SPS überarbeitet 12.2025]]
|}


<div style="width:1100px; height:200px; overflow:auto; border: 2px solid #088">
'''Quelle:'''<br>
Link: [[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Erstellen eines Stromlaufplans mit SEE Electrical|Erstellen eines Stromlaufplans mit SEE Electrical
]]<br>
Autoren: Matthias Stork, Lukas Kriete - Wintersemester 20/21 - <br>
Hinweis: Die Textformatierung und Textinhalt ist angepasst.<br></small>
<br>


    /**************************************
==Entwicklung im TIA Portal - Möglichkeit der Programmierung nach Projekt von Ansteuerung einer Schrittmotorachse mit SPS und HMI==
    Teil 2: Bewegungserkennung und Licht
  **************************************/
  int val = digitalRead(inputPin); //Das Eingangssignal lesen
  if (val == HIGH) { // Prüfen ob der Wert HIGH, also ob ein Signal anliegt
    //Wenn der gespeicherte Status == LOW ist, also wenn vorher kein Signal vorhanden war,
    //dann soll auf dem Seriellen Ausgang der Text ausgegeben werden und der PIR Status auf HIGH gesetzt werden.
    if (pirState == LOW) {
      Serial.println("Bewegung erkannt!");
      pirState = HIGH;
    }
  //Wenn der gelesene Wert nicht HIGH ist, also es liegt KEIN Signal an.
  } else {
    //Wenn der PIR Status HIGH ist, also es lag ein Signal vorher an,
    //dann soll auf dem Seriellen Ausgang der Text ausgegeben werden und der PIR Status auf LOW gesetzt werden.
    if (pirState == HIGH){
      Serial.println("Bewegung beendet!");
      pirState = LOW;
    }
  }
  //Wenn der PIR Status auf HIGH ist dann soll ein Ton ausgegeben werden.
  //Hier könnte auch zusätzlich eine LED oder ähnliches mit angebracht werden.
  if(pirState == HIGH)
 
    {
    setcolor(127, 127, 127);
    delay (10000);
    }
      else
  {
    setcolor(0, 0, 0);
  }
</div>
<BR>


Im Rahmen des Projekts „Ansteuerung einer Schrittmotorachse mit SPS und HMI“ wurde eine praxisnahe Automatisierungsaufgabe mit dem TIA Portal realisiert. Die Dokumentation zu diesem Projekt wurde im Wintersemester 20/21 von Matthias Stork und Lukas Kriete erstellt. Über folgenden Link ist der entsprechende Abschnitt zur Entwicklung im TIA Portal abrufbar, in dem alle wichtigen Schritte zur Erstellung des TIA Portal-Projekts sowie zur Hardware- und Software-Konfiguration beschrieben sind:
[[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Entwicklung im TIA Portal|Entwicklung im TIA Portal]].


Es wurden zwei Servomotoren verwendet. Einer zum Öffnen des Fensters und der andere zum Öffnen der Tür. Die Tür wird mit dem Servomotor geöffnet, wenn der richtige RFID-Schlüssel vor den RFID-Block gehalten wird. Die Tür bleibt 5 Sekunden lang geöffnet und schließt sich danach automatisch. Der Teil des Codes, der RFID liest und die Tür öffnet, ist unten zu sehen.
=== Erstellung der Hardware im TIA-Portal ===


<div style="width:1100px; height:200px; overflow:auto; border: 2px solid #088">
Weitere Details dazu sind im Abschnitt: [[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Erstellung der Hardware im TIA-Portal|Erstellung der Hardware im TIA-Portal]] zu finden.''<br>


    /**************************************
=== Programmierung im TIA Portal ===
    Teil 3: RFID Lesen und Tür aufmachen
  **************************************/


  if (rfid.PICC_IsNewCardPresent())
Weitere Details dazu sind im Abschnitt: [[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Programmierung im TIA Portal|Programmierung im TIA Portal]] zu finden.''<br>
  {  // new tag is available
    if (rfid.PICC_ReadCardSerial())
    { // NUID has been readed
      MFRC522::PICC_Type piccType = rfid.PICC_GetType(rfid.uid.sak);


      if (rfid.uid.uidByte[0] == authorizedUID[0] &&
Es wurden in den Punkten Variablen und SPS-Programm, Änderungen vorgenommen, welche man für das Projekt-Parkhaus umsetzen kann.
          rfid.uid.uidByte[1] == authorizedUID[1] &&
          rfid.uid.uidByte[2] == authorizedUID[2] &&
          rfid.uid.uidByte[3] == authorizedUID[3] )
          {
        Serial.println("Authorized Tag");


       
===== Variablen =====
        for (angle = 360; angle >= 0; angle -= 1)  {
      // in steps of 1 degree
        ServoDoor.write(angle);              // tell servo to go to position in variable 'angle'
      delay(15);                      // waits 15ms for the servo to reach the postion
  }
  delay (5000);
    for (angle = 0; angle <= 360; angle += 1) {
    ServoDoor.write(angle);              // tell servo to go to position in variable 'angle!
    delay(15);                      // waits 15ms for the servo to reach the position
  }
          }
      else {
        Serial.print("Unauthorized Tag with UID:");
        for (int i = 0; i < rfid.uid.size; i++) {
          Serial.print(rfid.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
          Serial.print(rfid.uid.uidByte[i], HEX);
        }
        Serial.println();
      }


      rfid.PICC_HaltA(); // halt PICC
Als erstes werden die PLC-Variablen in dem TIA-Portal erstellt. Dieses sind die Eingänge und Ausgänge, die mit den Ein- und Ausgangskarten<br>
      rfid.PCD_StopCrypto1(); // stop encryption on PCD
eingelesen werden können. ''Beachten Sie die Hinweise.''
    }
<gallery widths = "800" heights = "200" perrow = "1" >
03 PLC AI.PNG | Dieses sind die Analogen Eingänge (Analogen Inputs = AI) von dem Bedienelementen und dem Encoder. Unter der ersten Spalte befindet sich dazu der Variablenname, welcher im Programm später verwendet werden kann. Bei allen Variablen handelt es sich um die Datentypen „Bool“. Diese haben somit den Zustand „false“ (z.B. Taster.links := 0) oder den Zustand „true“ (z.B. Taster.links := 1). Die ersten drei Variablen kommen von dem Bedienelement, welches das analoge Steuern ermöglicht. Mit diesen Variablen wird eingelesen, ob der Bediener den Taster links, rechts oder Stopp betätigt. Die nächsten vier Variablen kommen von dem Encoder und werden zur Bestimmung der Ist- Position verwendet.<br>'''''Hier können die HMI-Variablenangepasst werden in Taster_hoch, Taster_runter, Taster_stopp.'''
<gallery widths = "800" heights = "200" perrow = "1" >
PLCDO.png | Die digitalen Ausgänge werden für Ausgabe an den Encoder verwendet. Diese können den Zustand „true“ (Ausgang = 24 Volt) oder den Zustand „false“ (Ausgang = 0 Volt) an der digitalen Ausgangskarte ausgeben. Die Signale Schritte und Richtung gehen an den Geckodrive. Mit dem Ausgang Bremse kann die Bremse des Schrittmotors gelöst werden. Dabei ist zu beachten, dass bei 24 Volt die Bremse gelöst ist.
<gallery widths = "800" heights = "200" perrow = "1" >
AllDataDB.png | Alle Daten werden in dem Datenbaustein (kurz DB) „All_data“ gespeichert. Die Variablen werden in den Bereichen für HMI und Motor eingeteilt. Unter der Struktur „HMI“ befinden sich die Variablen, die von dem HMI kommen. Diese sind zum Beispiel die Variablen für den Taster links, rechts und Stopp. Unter der Struktur „Motor_Logik“ werden alle Variablen aufgeführt, die für die Logik des Motors intern als Variable benötigt werden. Dieses ist zum Beispiel ein Zähler (=counter), der für das Zählen der Steps benötigt wird.<br>'''''Hier können die Eingänge angepasst werden in Taster_hoch, Taster_runter, Taster_stopp.'''
<gallery widths = "800" heights = "200" perrow = "1" >
04 HMI Variablen.PNG | Hier werden alle Variablen des HMIs aufgeführt. Diese Variablen sind alle mit der Variable unter den DB „All_data.HMI“ verbunden. Für die Verbindung ist die internen Verbindung „HMI_Verbindung“ zuständig. Zudem Beispiel ist der Wert des rechten Tasters mit der PLC-Variable „All_data.HMI.taster_rechts“ verbunden.<br>'''''Hier können die Standard-Variablenangepasst werden in Taster_hoch, Taster_runter, Taster_stopp.'''
</gallery>


</div>
==== SPS-Programm ====
<BR>


<BR>
Im folgenden wird anhand der selbst programmierten Funktionsbausteines "AnsteuerungMotor" die Funktionsweise der Ansteuerung erklärt.<br>
Dieser Baustein kann für die analoge und digitale Steuerung verwendet werden.


===Komponententest===
<gallery widths = "800" heights = "200" perrow = "1" >
01 Motor Ansteuerung HMI.PNG | Der Funktionsbaustein "Ansteuerung_Baustein" dient zur Ansteuerung des Motors mithilfe von Eingaben des HMIs.  Dieser wird links mit den Eingängen und rechts mit den Ausgängen verknüpft. Gesteuert wird dieser Baustein mit den Tastern des HMIs. So wird für den linken Taster das Signal der HMI von dem linken Taster verknüpft. Die Soll- Position ist die Position, die in dem HMI vorgeben wird. Zu dieser Position wird der Schrittmotor verfahren. Die Länge der Schrittmotorachse beträgt 110 cm. Damit der Schlitten nicht an das linke und rechte Ende verfahren wird, werden die obere und untere Grenze mit den Positionen 90 cm und 10 cm angegeben. Dadurch kann der Schlitten nur zwischen den Grenzen 10 cm und 90 cm verfahren werden. <br>'''''Hier kann die Ansteuerung angepasst werden in HMItaster_hoch, HMItaster_runter, HMIHstop_taster.'''


In diesem Abschnitt wird jede einzelne Komponente getestet. Die Funktionstüchtigkeit der Komponenten werden auf einem Breadboard getestet. Die Lüfter und der Servomotor drehen sich, Werte können vom Temperatur- und Feuchtigkeitssensor eingelesen werden. Bewegung wurde durch den Bewegungsmelder erkannt, zu guter Letzt wurde auch der RFID-Leser getestet und wie erwartet, hat es funktioniert.  
02.Verfahren Richtung Steps.PNG | Die Verfahrrichtung des Motors abhängig von HMI-Eingabe steuern: Der Motor verfährt, je nach betätigtem Taster, in eine bestimmte Richtung. Die Steps werden hierzu über die Soll-Position berechnet, welche über einen festen Faktor von Distanz in Zentimeter in Steps umgerechnet wird (1cm entspricht ca. 285 Steps).
Laut des NTC 10K Datenblatts liegt bei 25 °C ca. 10 kΩ, diese konnte erfolgreich ausgelesen werden (siehe Abb. 27), ebenso zeigt laut H-4000 Datenblatt ein lineares Verhalten(siehe Abb. 28), welche auch durch die Messungen bestätigt wurden.


{|class="wikitable"
03 Flanken Steps.PNG | Einhaltung der Grenzen prüfen: Es wird geprüft, ob die aktuelle Position die Grenzen der Schrittmotorachse einhält und der Stop-Taster nicht aktiv ist. Ist dies der Fall, verfährt der Motor mit einer Verzögerung von 2ms zwischen den Steps in die gewünschte Richtung - '''''hier ist wichtig das ober-Grenze und unter-Grenze festzulegen ist'''''.
|[[Datei:KTest.jpg|325px|thumb|Abbildung 26: Komponententest]]
<br>''Hier kann die Logic_Motor_DB angepasst werden für hoch_taster, runter_taster.
|[[Datei:Temperatur diagramm.png|325px|mini|zentriert|Abbildung 27: Temperatur-Spannungs-Diagramm  <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/06_Komponententest/''Temperatur-Spannungs-Diagramm  '']</ref>]]
04 Verfahren Links Counter.PNG | Schlitten nach links verfahren lassen bei zeitgleicher Aktualisierung der Ist-Position: Da der Motor nach links verfährt, muss von der aktuellen Position der Verfahrweg subtrahiert werden. Um Rundungsfehler zu vermeiden, passiert dies nicht nach jedem Step, sondern erst nach dem 28ten Steps.
|[[Datei:Feuchtigkeit-Diagramm.png|325px|mini|zentriert|Abbildung 28: Feuchtigkeits-Spannungs-Diagramm  <ref> [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/06_Komponententest/''Feuchtigkeits-Spannungs-Diagramm  '']</ref>]]
05 Verfahren Rechts Counter.PNG | Schlitten nach rechts verfahren lassen bei zeitgleicher Aktualisierung der Ist-Position: Da der Motor nach rechts verfährt, muss von der aktuellen Position der Verfahrweg subtrahiert werden. Um Rundungsfehler zu vermeiden, passiert dies nicht nach jedem Step, sondern erst nach dem 28ten Steps.</gallery>
|}


Alle verbauten Komponenten müssen im TIA-Portal korrekt ausgewählt und konfiguriert werden. Hierbei sind die in der Hardwareliste angegebenen<br>Teilenummern zur eindeutigen Identifizierung der Komponenten von großer Bedeutung.<br><br>


'''Quelle:'''<br>
Link zu Variablen: [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Variablen Variablen]<br>
Link zu SPS-Programm: [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#SPS-Programm SPS-Programm]<br>
Autoren: Matthias Stork, Lukas Kriete - Wintersemester 20/21 - <br>
Die Textformatierung und Textinhalt wurde hier angepasst.<br><br>


<BR>
== Komponententest ==


===Integrationtest===
Der Komponententest des Parkhauses konnte nicht vollständig durchgeführt werden, siehe [[Parkhaus_mithilfe_einer_Siemens_SPS#Fazit|Fazit]]<br>


Mit dem Integrationstest wird überprüft, ob der zusammengefügte Aufbau und die Integration der einzelnen Komponenten erfolgreich abgeschlossen wurden. Die folgenden Videos zeigen, wie sich die Tür öffnet und schließt und wie das Fenster funktioniert.
<div style="text-align:justify;"> Zur Überprüfung der verbauten Komponenten wurde zunächst eine Sichtprüfung der Anlage vorgenommen. Dabei wurden die Auswahl der Betriebsmittel, die vorhandenen Sicherheitseinrichtungen sowie der Schutz gegen direktes Berühren überprüft. Da zum Zeitpunkt der Durchführung noch kein Not-Aus vorhanden war, konnte dieser sicherheitsrelevante Bestandteil nicht getestet werden, wodurch der Komponententest nicht vollständig abgeschlossen werden konnte.


{|class="wikitable"
Im weiteren Verlauf wurden die ausgegebenen Spannungen der eingesetzten Netzteile mithilfe eines Spannungsmessgeräts überprüft. Der GeckoDrive wird über ein externes Netzteil mit 24 V versorgt, während der Encoder mit 5 V betrieben wird; dies ist entsprechend im Stromlaufplan dokumentiert. Anschließend wurde die Anlage gemäß Plan verdrahtet, um grundlegende Funktionstests durchführen zu können.
|[[Datei:ITest1.jpg|350px|thumb|Abbildung 29: Integrationstest]]
|[[Datei: Schließsystem.mp4|links|500px|Video 1: Öffnen und Schließen der Tür.|mini]]
|[[Datei:FensterMechanismus.mp4|rechts|400px|Video 2: Fenstermechanismus.|mini]]
|}


===Systemtest===
Mit Hilfe eines Oszilloskops sollte der Spannungsverlauf am Schrittmotor sowie am Encoder überprüft werden. Beide Komponenten lieferten die erwarteten Rechtecksignale. Zusätzlich wurde ein einfaches SPS-Programm erstellt, das ein Drehrichtungssignal (Direction) sowie ein Schrittsignal (Step) an den GeckoDrive überträgt, um die grundsätzliche Funktion des Schrittmotors zu testen.
Im Abschnitt "Systemtest" wird der Zusammenbau des gesamten Systems getestet. Der Terminal Block konnte hinten gebaut werden und durch ein SUB-D Stecker mit AXC-1050 verbunden. Das Konzept der Wohlfühltemperaturreglung war erfolgreich umgesetzt, dass die beiden integrierten Axiallüfter angeschaltet werden, sobald der Temperaturbereich überschreitet und bleiben ausgeschaltet, wenn die Temperatur innerhalb der angegebenen Bereich liegt.  
Die intelligente Anwesenheitserkennung wurde auch richtig umgesetzt, dass nach der Registrierung eine Bewegung durch den Bewegungsmelder das Licht automatisch angeschaltet wird, d.h, wenn kein Lichtbedarf bleibt das Licht aus und somit wird der Nutzer Energiekosten sparen.
Das automatische Schließsystem war auch erfolgreich umgesetzt, sobald der RFID erfolgreich den Chip ein ausliest, wird die Tür automatisch geöffnet und nach weniger Sekunde wieder automatisch geschlossen. 
Leider konnte die Benutzeroberfläche aufgrund technischen Fehlers "Download fehlgeschlagen" nicht zu Ende programmiert werden. Wir haben versucht, den Fehler durch manuelles Hochladen der Daten per FTP in den PC-Ordner zu beheben, allerdings war auch dies nicht möglich. Eine Einführung zur Erstellung einer Benutzeroberfläche in Webvisit wurde auch zu diesem Zweck in einem "Wiki-Artikel" erstellt, den Sie über diesen [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Erstellung_einer_Benutzeroberfl%C3%A4che_f%C3%BCr_das_PHOENIXCONTACT_AXC_1050_PN_Starterkit_mit_WebVisit hier] finden können.


===Abnahmetest===
Die Motorbremse wurde zunächst über einen Direktanschluss an das 24 V-Netzteil und anschließend soll diese über einen digitalen Ausgang der SPS angesteuert werden. Dabei muss sich zeigen, dass die Bremse den Motor zuverlässig stoppt, sobald keine Spannung anliegt. Der Signalverlauf wird über die Beobachtungsfunktion des TIA-Portals kontrolliert.
Im Abschnitt "Abnahmetest" wird geprüft, ob das System die zuvor festgelegten Anforderungen erfüllt. Der Abnahmetest wurde erfolgreich durchgeführt, alle Komponenten funktionieren wie in der Anforderungsliste beschrieben. Der Abschnitt Testfall lässt sich über den Knopf "Ausklappen" anzeigen.
<div class="mw-collapsible">


===== Einleitung =====
Aufgrund der noch nicht vollständig implementierten Sicherheitseinrichtungen und der fehlenden Gesamtsystemintegration konnte der Komponententest des Parkhauses insgesamt nicht vollständig abgeschlossen werden.</div><br>
Test-Artikel des Projekts" Smart-Home" WiSe 22/23. Die intelligente Automatisierung im Haus wird getestet. Dafür werden die zu übertragenden Daten wie das PC-Worx Projekt über Phoenix Contact AXC 1050 geschickt sowie der Code für die Ansteuerung des Servo, RFID, und Bewegungsmelder über Arduino Uno geschickt.  
===== Verwendete Daten =====
Hier wird alles aufgelistet inkl. Datum/Versionnummer, was zur Ausführung des Testfalls notwendig ist<br>
SVN-Projektarchiv:  XY in Version 12345<br>
Wikiartikel:        Smart-Home: Belüftung, Anwesenheitserkennung vom 31.01.2023<br>
Benötigte Software: PC-Worx und Arduino IDE.


===== Der Testfall im Detail =====
=== Limitationen der SPS - Auslesen des Encoders ===
<gallery widths = "800" heights = "400" perrow = "1" >


Bezeichnung:          Smart-Home<br>
Trace Encoder.png |Die Ausgänge des Encoders sind in dem TIA-Portal gemessen worden. Damit die Drehrichtung und Geschwindigkeit mit dem Encoder bestimmt werden können, werden vier Signale des Encoders eingelesen. Das Datenblatt des Encoders gibt an, dass das Signal A/ das negierte Signal A darstellt. In dem TIA-Portal werden dazu die Signale des Encoders eingelesen. Dazu wird der Wert ("0" oder "1") des Signals über die Zeit betrachtet. Dabei ist ersichtlich, dass nicht der Verlauf des Datenblatts gemessen werden kann. Grund dafür ist, dass die Eingänge nicht schnell genug eingelesen werden können. Somit können die Drehrichtung und Geschwindigkeit nicht mit den gemessenen Signalen bestimmt werden. Eine Alternative stellt das Eingangsmodul TM (Time Based) von Siemens dar. Dieses kann auch schnellere Signale messen.
Erstellt von:          Lawan, John, Mary Joseph<br>
</gallery>
Erstellt am:          4.01.2023 <br>


'''Maximale Verfahrgeschwindigkeit'''<br>
Aufgrund der Limitationen ist eine maximale Verfahrgeschwindigkeit von 5,71mm pro Sekunde realisierbar, was maximal 162 Steps pro Sekunde entspricht.<br>


{| class="wikitable" style="width: zentriert;"
! style="font-weight: bold;" | Schritt Nr. !! Beschreibung !! Ausgangszustand !! Aktion(en)!! Erwartetes Ergebnis !! Ergebnis !! Bewertung !! Bemerkung
|-
| Precondition 1
| PC und Daten vorbereiten
| PC ist aus, Kabel nicht eingesteckt
| Start des PCs
| Der PC ist an, die Anlage betriebsbereit, Update SVN Arbeitskopie ( [https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/SmartHome/WS_22_23/''Pfad''])
| PC ist an, SVN-Ordner " SmartHome WS_22_23" ausgecheckt
|
|
|-
| Precondition 2
| Phoenix Contact AXC 1050 hochfahren
| Anlage ist aus
| Netzteil anschließen, Schalterknopf betätigen
| Anlage betriebsbereit, SPS-Status ist auf grün (siehe Ergebnis)
| [[Datei: AXC 1050.png|126px|mini|zentriert|]]
|
|-
| Precondition 3
| Arduino Uno hochfahren
| Mikrocontroller ist aus
| USB-Kabel anschließen
| Anlage ist betriebsbereit, Arduino Uno blinkt
| Arduino erfolgreich verbunden
|
|
|-
| Precondition 4
| Hausvorbereitung SUB-D Stecker
| Terminal Block ist nicht SUB-D verbunden
| SUB-D Kabel anschließen
| Anlage ist betriebsbereit
| Erforderliche Spannung war vorhanden
|
|
|-
| Testschritt 1
| SmartHome Programm öffnen.
| Anlage ist betriebsbereit
| Ordner Entwicklung klicken, Smart-Home SPS öffnen
| PC-Worx Arbeitsbereich geöffnet (siehe Ergebnis)
| [[Datei:PC worx.png|126px|mini|zentriert|]]
|
|
|-
| Testschritt 2
| Steuerung neu starten
| Anlage ist betriebsbereit
| Arbeitsbereich „Busaufbau“ markieren, IP 192.168.0.14 wählen.
Gerätdetails klicken, den Reiter erweiterte Einstellung wählen und Steuerung neu starten.
| Steuerung neu gestartet (siehe Ergebnis)
| [[Datei:P.png|126px|mini|zentriert|]]
|
|
|-
| Testschritt 3
| Projekt neu erzeugen
| Anlage ist betriebsbereit
| Wechsel zum IEC-Programming Plattform, wähle Main, unter Punkt "Main" wählen. Unter Code Projekt neu erzeugen
| Projekt neu erzeugt, 0 Fehler (siehe Ergebnis)
| [[Datei:Projekt neu erzeugt.png|126px|mini|zentriert|]]
|
|
|-
| Testschritt 4
| Projekt automatischer Betrieb
| Anlage ist betriebsbereit
| wähle den Button Ausführung (siehe Ergebnis), und danach rücksetzen, dann senden und kalt ausführen. 
| Projekt läuft, Temperatur und Feuchtigkeit gemessen, Lüfter schaltet an, wenn die Temperaturwert > 12000 oder Feuchtigkeitswert> 11000. Wenn nicht, gehe zu Schritt 5.
| [[Datei:Ausführung.png|126px|mini|zentriert|]]
|
|
|-
| Testschritt 5
| Projekt manueller Betrieb
| Anlage ist betriebsbereit
| Bestätige den Schalter 1 und 2, um im manuellen Betrieb zu wechseln. 
| Projekt läuft, Lüfter schaltet an.
| |[[Datei: Lüfter .mp4|links|126px|Lüftungsmechanismus.|mini]]
|
|
|-
| Testschritt 6
| Echtzeit Online Werte ansehen
| Anlage ist betriebsbereit
| Wähle den Button Online und Debug durchführen. 
| Projekt läuft, online Werte wird angezeigt.
| [[Datei:SPS Online werte.png|126px|mini|zentriert|]]
|
|
|-
| Testschritt 7
| Anwesenheitserkennung
| Anlage ist betriebsbereit
| Wähle den Ordner Entwicklung und Arduino_SmartHome auf Arduino Uno hochladen.   
| Projekt läuft, Licht wird angeschaltet, Anwesenheit erkannt.
| Siehe Abschnitt "Integrationstest"
|
|
|-
| Testschritt 7
| Türmechanismus
| Anlage ist betriebsbereit
| Halte der blauen Laserkarte ein paar Sekunden vor RFID   
| Tür wird automatisch nach auslesen und nach 5 Sekunden automatisch wieder schließen
| Siehe Abschnitt "Integrationstest"
|
|
|-
| Postcondition 1
| Anlage AXC 1050 und Arduino Uno herunterfahren
| Anlage läuft
| Schaltknopf ausschalten, Arduino USB vom PC nehmen.
| Temperatur und Feuchtigkeitswert = 0, SPS aus (alle LEDs aus), Netzteil aus
|
|
|
|-
| Postcondition 2
| PC herunterfahren
| PC läuft
| SmartHome Ordner schließen, Software PC-Worx, Arduino IDE schließen,
| PC aus
| PC aus, Daten in SVN gesichert
|
|


|}
'''Quelle:'''<br>
</div>
Link:[[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Limitationen der SPS - Auslesen des Encoders|Limitationen der SPS - Auslesen des Encoders]]<br>
Autoren: Matthias Stork, Lukas Kriete - Wintersemester 20/21 - <br>
Die Textformatierung und Textinhalt ist angepasst.<br><br>


='''Zusammenfassung und Ausblick'''=
== Integrationstest ==


Auch wenn allein die Realisierung des gesamten Projektes ein umfangreiches Lernen der gesamten Thematik erforderte, war das Erreichen der definierten Projektziele am Ende mit einer besonderen Erleichterung und Freude verbunden, auch wenn wir am Ende keine Benutzeroberfläche erstellen konnten. Wir haben zum ersten Mal 3D-gedruckte Teile hergestellt, was eine gute Erfahrung war. Wir hatten auch die Möglichkeit, in der Mechatronik Werkstatt zu arbeiten, um eine neue Frontplatte des Hauses zu erstellen, wo wir die Aufgaben wie fräsen, schleifen, löschen usw. erledigten.
=== Bedienungsanleitung ===
''Hinweis: Eigen-Grafik vom HMI ist ein Entwurf wie diese Steuerung aussehen kann.<br>


Um dieses Projekt zu realisieren, nutzten wir unsere seit dem ersten Semester erworbenen Kenntnisse im Bereich der Programmierung, Digitaltechnik, Elektronik und andere Kenntnisse und Fähigkeiten. Dieses Projekt half uns, die im 3. Semester erlernten Logikgatter in der Programmierung zu verstehen und anzuwenden.
[[Datei:HMI_Parkhaus.png|mini|400px|Benutzeroberfläche des HMI]]
Der Benutzer bedient die Anlage ausschließlich über das Interface des HMI. Die dargestellte Schrittmotorachse wird in Echtzeit aktualisiert und zeigt somit immer die aktuelle Position des Schlittens an.


===Lessons-Learned===
# Der Benutzer trägt einmalig die aktuelle Position des Schlittens in das entsprechende Feld im Interface ein. Die Achse ist nun einsatzbereit.
# Der gewünschte Verfahrweg des Schlittens kann nun eingetragen werden oder mit Hilfe der [+] [-] Schaltflächen in 5cm-Schritten eingestellt werden.
# Nach Eingabe des Verfahrwegs muss nun die Fahrtrichtung durch Druck auf die Schaltfläche [Links] oder [Rechts] ausgewählt werden.
# Die Schaltfläche [Stop] hält den Motor umgehend an und muss zum Deaktivieren erneut gedrückt werden.
Sollte die eingegebene Endposition das Achsenlimit von 0 bzw. 50cm unter- oder überschreiten, verfährt der Schlitten bis zur maximal möglichen Position und stoppt dort automatisch. Wird eine Soll-Position von 0cm eingegeben, fährt der Motor im Handbetrieb, d.h. solange die Richtungstaste gedrückt ist, verfährt der Motor.<br>


*Solidworks, Teile 3D gedrückt
'''''Hier Ende zur Entwicklung im TIA Portal'''<br>
*SPS Programmierung
''- Möglichkeit der Programmierung nach Projekt von Ansteuerung einer Schrittmotorachse mit SPS und HMI -<br>
*Strukturierte Vorgehensweise nach V-Modell
''Erstellung der Hardware im TIA-Portal, Programmierung im TIA Portal, SPS-Programm, Komponententest, Limitationen der SPS - Auslesen des Encoders, Maximale Verfahrgeschwindigkeit, Integrationstest, Bedienungsanleitung<br><br>
*Projektdokumentation(Wochenbericht)
'''Quelle:'''<br>
*Löten
Weitere Details dazu sind im Abschnitt: [[Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI#Komponententest|Komponententest]] zu finden.
*Vertiefung Arduino-Programmierung
<br>
*Vertiefung elektrotechnische Kenntnisse
Autoren: Matthias Stork, Lukas Kriete - Wintersemester 20/21 - <br>
*Im Team arbeiten- Arbeitsteilung
Die Textformatierung und Textinhalt ist angepasst.<br>
<br>


===Probleme und Schwierigkeiten===
== Abnahmetest & Systemtest ==
'''Hinweis:''' Der Abnahme & System -Test konnte leider nicht erfolgen.''<br><br>


*Verbindungsaufbau zwischen PC und SPS anfangs nicht möglich, da die IP-Adresse falsch eingestellt war.
== Fazit, Lessons Learned und Blick in die Zukunft ==
*Start neues Programm im PC-Worx-Einarbeitung PC-Worx
*Wie die SPS-Programmierung funktioniert, war am Anfang nicht leicht zu verstehen
*SPS liefert ungeeignete Spannungswerte.
*Time Out
*Probleme mit Erstellung einer Benutzeroberfläche mit WebVisit
*Download-Fehlgeschlagen (WebVisit)- Konnten keine HMI programmieren.


===Ausblick===
===Fazit===
<div style="text-align:justify;">


*Eine neue Platine für komplette Schaltung drücken
Im Projekt wurde ein miniaturisiertes, SPS-gesteuertes Parkhaussystem als Einzelarbeit vollständig von Grund auf geplant, aufgebaut und realisiert. Dabei handelte es sich nicht um ein vorgegebenes oder fertiges System, sondern um eine eigenständige Entwicklung.
*Fenster Schließsystem optimieren
*Einen Weg finden, RFID direkt mit SPS zu verbinden, so dass es in HMI angezeigt werden kann, wann die Tür offen ist
*Benutzeroberfläche programmieren


===Projektunterlagen===
Während der Umsetzung zeigte sich, dass zunächst zu stark auf ästhetische Aspekte, wie z. B. die Kabelführung, geachtet wurde, bevor die grundlegende Funktionalität vollständig sichergestellt war. Zudem führten Unachtsamkeiten in der Elektronik sowie fehlendes Baumaterial im Laborraum zu Verzögerungen in der Bauzeit. Zwar war entsprechendes Material im Materialraum des 1. Obergeschosses vorhanden, der Zugang war jedoch nur gemeinsam mit dem Praktikumsbetreuer möglich, der gleichzeitig mehrere Gruppen betreute. Ein gut ausgestatteter Materialschrank direkt im Laborraum hätte die Bauzeit schätzungsweise um mindestens 60 % verkürzen können. Eine funktionierende TIA Software zu Hause wäre ebenfalls deutlich hilfreicher gewesen, da durch das Probieren der Installation diverser Versionen sehr viel Zeit unnötig verloren ging.


In diesem Zip-Ordner befinden sich alle Originaldateien für das Projekt: [[Datei:WS 22 23.zip]]
Insgesamt wurde deutlich, dass die angesetzten Termine für ein Projekt dieser Größenordnung knapp bemessen waren, insbesondere wenn Planung, Entwicklung und Aufbau bei null beginnen. Aufgrund der zuvor beschriebenen Umstände, Verzögerungen und technischen Schwierigkeiten war ein abschließender Systemtest nicht möglich. Das Projekt befindet sich jedoch in einem weit fortgeschrittenen Umsetzungsstand, sodass mit überschaubarem Aufwand die weitere Bearbeitung sowie die Inbetriebnahme des Systems erfolgen können.
</div>


='''Literaturverzeichnis'''=
=== Lessons Learned ===
# Umsetzung eines Projekts nach dem V-Modell (Anforderungen, Entwurf, Realisierung, Test)
# Auswahl, Dimensionierung und Verdrahtung der Komponenten auf Basis der Datenblätter
# Inbetriebnahme, Parametrierung und Programmierung einer Siemens-SPS
# Strukturierte Dokumentation eines umfangreichen Entwicklungs- und Aufbauprojekts<br>


<references />
=== Blick in die Zukunft ===
<div style="text-align:justify;">
Automatisierte Park- und Fördersysteme, wie sie in diesem Projekt im Miniaturmaßstab umgesetzt wurden, sind in anderen Bauformen bereits industriell realisiert und haben sich insbesondere in platzkritischen Anwendungen bewährt. Das vorliegende System zeigt, dass die grundlegenden Konzepte auch im modularen und skalierbaren Aufbau umsetzbar sind. Darüber hinaus könnten zukünftige Systeme um zusätzliche Funktionen ergänzt werden, wie beispielsweise die automatische Energieversorgung von Elektrofahrzeugen während des Parkvorgangs. Solche Konzepte werden bereits in ersten Anlagen erprobt und könnten die Effizienz und den Nutzen automatisierter Parkhaussysteme weiter erhöhen.</div>


== Projektunterlagen ==
=== Projektplan ===
[[Datei:Gantt_Parkhaus.PNG|900px|rahmenlos]]


→ zurück zur Übersicht: [[Praktikum Produktionstechnik]]
== Quellen ==
→ Basis für das Projekt [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Ansteuerung_einer_Schrittmotorachse_mit_SPS_und_HMI Ansteuerung einer Schrittmotorachse]<br>
→ Igus-Pinbelegungsplan [https://wiki.hshl.de/wiki/images/6/6c/Motordatenblatt_DE.pdf Pinbelegung für Igus]<br>
→ Digital Step Driver [https://www.geckodrive.com/product/g201x-digital-step-drive/ GekoDrive 201X]<br>
→ zurück zur Übersicht: [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Praktikum_Produktionstechnik Praktikum Produktionstechnik]<br>
→ zurück nach oben zu Parkhaus mithilfe einer Siemens SPS [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Parkhaus_mithilfe_einer_Siemens_SPS Parkhaus]<br>
→ Das Projekt wird als SVN-Ordner zur Verfügung gestellt. Jegliche Nutzung der Inhalte setzt voraus, dass bei Verwendung oder Zitierung die ursprüngliche Webseite bzw. der Artikel als Quelle genannt wird.
[https://svn.hshl.de/svn/MTR_GPE_Praktikum/trunk/Fachthemen/Parkhaus/ SVN-Parkhaus]

Aktuelle Version vom 25. Januar 2026, 22:24 Uhr

zurück zum Hauptartikel: Praktikum Produktionstechnik

Betreuer Prof. Dr. M. Wibbeke & Marc Ebmeyer

Wintersemester 2025/2026

Autor: Bartos Schwichtenberg

Parkhaus mit SPS-Steuerung und HMI






Einleitung

Im Rahmen des Praktikums „Produktionstechnik II“ im Studiengang Ba. Mechatronik, mit dem Schwerpunkt „Global Production Engineering“, wird ein Projekt aus dem Bereich der praktischen Automatisierungstechnik mit Hilfe einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) realisiert. In diesem Projekt wird das HSHL-Parkhaus umgesetzt, dessen Steuerung über eine Siemens Simatic SPS in Verbindung mit einem HMI-Bedienelement erfolgt. Ziel ist die automatisierte Ansteuerung und Überwachung der Parkhausfunktionen, wie z. B. das Steuern von Motoren, Sensoren und Anzeigen.

Vorgehensweise nach V-Modell

Das Projekt wurde nach dem V-Modell strukturiert bearbeitet. Dabei wurden zunächst Anforderungen und Systemfunktionen definiert, anschließend die technische Umsetzung geplant und realisiert. In der abschließenden Phase erfolgte die Inbetriebnahme sowie die Überprüfung der Funktionen, sodass Entwurf und Ergebnis systematisch miteinander abgeglichen werden konnten.


Anforderungsdefinition

Zu Beginn des Projekts wurden die grundlegenden Anforderungen an das System festgelegt. Der Aufbau soll kompakt und von einer bzw. zwei Personen gut
transportierbar sein. Außerdem soll das System sowohl digital als auch analog bedienbar sein. Entsprechend dieser Anforderungen wurde
eine Materialliste erstellt, um die benötigten Materialien für den Aufbau zu beschaffen.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen an die Komponente
ID Inhalt Ersteller
1 Das Parkhaussystem muss ein Fahrzeug auf der Plattform erkennen und für den Transport bereitstellen. Bartos Schwichtenberg
2 Über das HMI muss der aktuelle Betriebszustand des Parkhauses angezeigt werden (Bereit, Fahren, Störung). Bartos Schwichtenberg
3 Durch Betätigen der HMI-Taste „Hoch“ muss die Plattform mit dem Fahrzeug nach oben verfahren werden. Bartos Schwichtenberg
4 Durch Betätigen der HMI-Taste „Runter“ muss die Plattform mit dem Fahrzeug nach unten verfahren werden. Bartos Schwichtenberg
5 Die Plattform darf sich nur bewegen, wenn ein Fahrzeug korrekt auf der Plattform positioniert ist. Bartos Schwichtenberg
6 Während der Aufwärtsfahrt muss die Abwärtsbewegung gesperrt sein. Bartos Schwichtenberg
7 Während der Abwärtsfahrt muss die Aufwärtsbewegung gesperrt sein. Bartos Schwichtenberg
8 Die Plattform muss an der oberen Endposition automatisch anhalten. Bartos Schwichtenberg
9 Die Plattform muss an der unteren Endposition automatisch anhalten. Bartos Schwichtenberg
10 Bei Betätigung eines Not-Aus oder bei einer Störung muss die Bewegung der Plattform sofort gestoppt werden. Bartos Schwichtenberg

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Zur strukturierten Darstellung des Systems werden ein funktionaler und ein technischer Systementwurf herangezogen. Der funktionale Systementwurf fokussiert die Wirkzusammenhänge der Komponenten, während der technische Systementwurf die zugrunde liegenden Signale, Schnittstellen und Datenflüsse beschreibt.

Hinweis: beim dem funktionalen/technischen -Systementwurf sind die Taster mit links/rechts, diese sind entsprechend auf hoch/runter -Taster zu ändern.

Tabelle 2a: Systementwurf – funktionell
Funktionaler Systementwurf
Der funktionale Systementwurf beschreibt die geplanten Verbindungen der einzelnen Komponenten und deren Zusammenspiel im System.
Im Fokus steht die Funktionsweise der Signalverarbeitung. Die SPS soll die Signale des digitalen oder analogen Bedienelements (HMI)
empfangen und entsprechend verarbeiten. Der GeckoDrive (Motortreiber) erhält anschließend die von der SPS ausgegebenen Steuersignale
und steuert damit den Schrittmotor an, welcher über eine Kupplung den Riementrieb der Linearachse antreibt.
Am Motor ist ein Encoder vorgesehen, der die Drehbewegung des Motors als digitale Signale ausgibt.
Tabelle 2b: Systementwurf –technisch
Technischer Systementwurf
Der technische Systementwurf legt fest, welche Daten und Signale die Systemkomponenten benötigen, erzeugen oder austauschen.
Die SPS soll dabei sowohl digitale als auch analoge Signale verarbeiten und an den GeckoDrive ein Stepsignal (Schrittanzahl) und
ein Directionsignal (Drehrichtung) übermitteln. Diese Signale dienen zur Ansteuerung des Schrittmotors. Die Drehimpulse des
Encoders werden gemäß RS422-Protokoll ausgegeben und später zur Positionsbestimmung genutzt.

Hinweis: Funktionaler und technischer Systementwurf basierend auf der Quelle, inhaltlich überarbeitet: [Systementwurf]

Möglicher Aufbau des Projektes mit KI und SolidWorks erstellt

Zur Veranschaulichung des geplanten Gesamtsystems wurde ein möglicher Aufbau des Projekts mithilfe von CAD-Modellen erstellt. Die dargestellten Entwürfe zeigen sowohl den mechanischen Aufbau der Parkhausstruktur als auch die Anordnung zentraler Komponenten wie SPS, Antriebseinheit, Netzteil und Bedienelemente. Die Modelle dienen primär der konzeptionellen Darstellung und unterstützen das Verständnis der räumlichen Anordnung sowie der funktionalen Zusammenhänge im System.

Aufbauend auf diesen Entwürfen werden in der folgenden Komponentenspezifikation die eingesetzten Bauteile systematisch aufgeführt. Dabei werden sowohl mechanische als auch elektrische Komponenten berücksichtigt, die für den Aufbau und Betrieb des Systems erforderlich sind. Die Auswahl der Komponenten orientiert sich an den funktionalen Anforderungen des Projekts sowie an den Angaben der jeweiligen Herstellerdatenblätter.

Tabelle 3: Aufbau Modelle/Komponenten
Abb. Idee Nr. 1 Parkhaus SPS
mit SolidWorks Eigenentwurf
aus Zeitgründen verworfen
Abb. Eigenentwurf mit SolidWorks


Abb. KI-generierter Aufbau
Eigenentwurf mit SolidWorks für den KI-Aufbau
Abb. Netzteilabdeckung
mit SolidWorks Eigenentwurf
Abb. Netzteilabdeckung Erweiterung
mit SolidWorks Eigenentwurf


Komponentenspezifikation

In der Komponentenspezifikation werden die Schnittstellen, Aufgaben und technischen Eigenschaften der verwendeten Bauteile beschrieben. Für das geplante System sollen folgende Komponenten eingesetzt werden (basierend auf den Datenblättern der Hersteller): In diesem Projekt wurden folgende Komponenten und auch Komponente aus dem Punkt "Hardware" verbaut und genutzt (Auszug aus den Datenblättern):
Tabelle 4: Komponentenliste
ID Komponente Bezeichnung Menge
1 Schrittmotor MOT-AN-S-060-020-056-M-D-AAAD 1
2 Aluminiumprofil Profil-Platte 1
3 Holzplatte Holzplatte 1
Steuerung Schrittmotor
4 Schrittmotorsteuerung Geko Schrittmotor 201X 1
5 Montageschrauben Schrauben für Steuerung 2
6 Unterlegscheiben Unterlegscheiben für Montageschrauben 2
Kabelkanal
7 Kabelkanal Kunststoff-Kabelkanal 1
8 Schrauben Schrauben für Kabelkanal 2
9 Unterlegscheiben Unterlegscheiben für Kabelkanal 3
10 Nutensteine Nutensteine 2
Linearachse
11 Linearachse Linearachse für Igus-Motor 1
12 Aluminiumprofil Aluprofil 160 mm × 30 mm (Halter) 1
13 Schrauben Schrauben mit Einschraubhülse 2
14 Nutensteine Nutensteine 2
Netzteil
15 Netzteil RSP-500-24V 1
16 Anschlusskabel Anschlusskabel Netzteil RSP-500 1
17 Netzteilgehäuse Netzteilgehäuse (3D-Druck) 1
18 Schrauben Schrauben für Netzteilgehäuse 4
19 Netzteilhalterung Netzteilhalterung (3D-Druck) 2
20 Schrauben Schrauben für Netzteilhalterung 2
21 Unterlegscheiben Unterlegscheiben für Netzteilhalterung 2
22 Nutensteine Nutensteine 4
23 Schrauben Schrauben für Netzteilhalterung Montage (unten) 4
Parkhausplattform
24 Plattform Parkhausplattform (3D-Druck) 1
25 Schrauben Schrauben für Parkhausplattform 2
26 Modellauto Modellauto (Sportwagen) 1
Kleinmaterial
27 WAGO-Klemmen 1-fach / 2-fach (mit Reserve) 10
28 Kabel Kabelleitungen (farblich) Meterware
29 Kabelbinder Kabelbinder (mit Reserve) 20
30 Aderendhülsen Aderendhülsen (mit Reserve) 20
HSHL-Material / Geräte
31 SPS-CPU SIMATIC CPU 1515SP PC2 (6ES7677-2DB40-0AA0) 1
32 Analogmodul Analoges Eingangsmodul (6ES7677-2DB40-0AA0) 1
33 Digitalmodul Digitales Eingangsmodul (6ES7135-6HB00-0DA1) 1
34 Digitalmodul Digitales Ausgangsmodul (6ES7131-6BF00-0CA0) 1
35 Digitalmodul Digitales Ausgangsmodul (6ES7132-6BF00-0CA0) 1
36 Netzteil SIMATIC ET 200SP Netzteil (6EP7133-6AE00-0BN0) 1
37 HMI SIMATIC HMI Comfort Panel (6AV2124-0GC01-0AX0) 1
38 PC mit Aufbau für die SPS-Komponenten Hochschul-PC, Montageplatte für SPS,
Kabelkanal, Verkabelung, Aderendhülsen,
weitere Montagekleinteile		 1
39 Software TIA Portal V15 1

Hardware:

Im Folgenden werden die im Projekt eingesetzten Hardware-Komponenten vorgestellt. Dabei werden die verwendeten Bauteile systematisch aufgelistet und durch ausgewählte technische Kenndaten ergänzt. Ziel dieser Übersicht ist es, einen klaren Überblick über die eingesetzte Hardwarebasis zu geben, ohne auf die funktionale Umsetzung im Detail einzugehen.

SPS-Einheit

Einsatz von Siemens SPS. Modell: SIMATIC CPU 1515SP.

Teile der SPS und Komponenten
Beschreibung Parameter/Nummer
SIMATIC CPU 1515SP PC2 Steuerung (1+2) T.Nr. 6ES7677-2DB40-0AA0
Analoges Eingangsmodul (3) T.Nr. 6ES7134-6HB00-0DA1
Analoges Ausgangsmodul (4) T.Nr. 6ES7135-6HB00-0DA1
Digitales Eingangsmodul (5) T.Nr. 6ES7131-6BF00-0CA0
Digitales Ausgangsmodul (6) T.Nr. 6ES7132-6BF00-0CA0
Netzteil (6) SIMATIC ET 200SP T.Nr. 6EP7133-6AE00-0BN0
SIMATIC HMI Comfort Panel T.Nr. 6AV2-124-0GC01-0AX0
Abb. SPS-Aufbau mit Komponenten

















Hutschiene

Halterung für die SPS und Bausteine.

Technische Details Hutschiene
Beschreibung Parameter/Nummer
Siemens-Hutschiene -


Igus

Einsatz von Igus Schrittmotor. Modell: MOT-AN-S-060-020-056-M-D-AAAD. Technische Daten der Komponente Schrittmotor, Encoder, Bremse.

Schrittmotor
Parameter Wert
Nennspannung 24–48 V DC
max. Eingangsspannung 60 V DC
Nennstrom 4,2 A
Haltemoment 2,0 Nm
Resthaltemoment 0,068 Nm
Schrittwinkel 1,8°
Widerstand pro Phase 0,5 Ω ± 10 %
Induktivität pro Phase 1,9 mH ± 20 %
Pin 1 A/ (braun)
Pin 2 A (weiß)
Pin 3 B/ (blau)
Pin 4 B (schwarz)
Pin 5 PE
Encoder
Parameter Wert
Impulse/Umdrehung 500
Index Ja
Line-Treiber RS422
Pin 1 A (weiß)
Pin 2 A/ (braun)
Pin 3 B (grün)
Pin 4 B/ (gelb)
Pin 5 0V (grau)
Pin 6 N/ (rosa)
Pin 7 N (blau)
Pin 8 5V DC (rot)
Bremse
Parameter Wert
Nennspannung 24 V DC
Leistung 8–11 W
Haltemoment 2,0 Nm
Pin 1 +24 V (braun)
Pin 2 0V (blau)
Pin 3 − (schwarz)

Geko

Einsatz von Geko-Steuerung. Modell: GekoDrive 201X. Technische Daten der Komponente GekoDrive 201X.

Technische Daten
Parameter Wert
Eingangsspannung 18–80 V DC
maximale Stromaufnahme (Motors) 7 A
Induktivität des Motors 1–50 mH
Eingangsfrequenz des Step-Inputs 0–200 kHz
Spannung der Inputs 3,3–5 V DC
Inputs Spannungsversorgung,

Disable,
Direction,
Step,
Common,
Current Set

Output Winding A+B
(1 Schrittmotor)
Abb. GekoDrive 201X





















GeckoDrive am 24 V-Ausgang der SPS betreiben
Um die Eingänge des GeckoDrives nicht zu beschädigen, mussten Widerstände an den Ausgängen des digitalen Ausgangsmoduls benutzt werden.
Der Wert der Widerstände wurde mit der Formel VPLC−50,016 berechnet, was einen Widerstandswert von 1,2 kOhm ergab.

  • Widerstände 1,2 kOhm, um die Eingänge des GeckoDrive mit den Ausgängen der SPS beschalten zu können.

Software:

  • SIEMENS Totally Integrated Automation Portal (TIA-Portal) Version 15.1
  • Simatic Software Pack: PLC F+HMI
  • In Heimarbeit wurde TIA16 und TIA17 getestet, durch fehlgeschlagene Lizenz war eine weiterarbeit an diesen TIA's nicht möglich,
    es wurde weiter mit TIA15 am Hochschulrechner gearbeitet.

Entwicklung vom Stromlaufplan, Verkabelung

Erstellen eines Stromlaufplans mit SEE Electrical

Die verwendeten Komponenten wurden in einem Stromlaufplan dargestellt und den Datenblättern entsprechend verbunden.
Der Stromlaufplan aus dem Basisartikel wurde überarbeitet, welcher mit der Software SEE Electrical 7 erstellt war. Wurde neu überarbeitet im Projekt vom 12.2025 und als Grafik eingefügt.
Der Stromlaufplan wurde entsprechend ausgefüllt und Änderungen an Anschlussbeschreibung und Signalleitungen benannt. Zum Einsatz kommt der Mikrokontroller.

Stromlaufplan
Schrittmotor, GeckoDrive, Bremse, Encoder überarbeitet 12.2025
Eingänge und Ausgänge der SPS überarbeitet 12.2025

Quelle:
Link: Erstellen eines Stromlaufplans mit SEE Electrical
Autoren: Matthias Stork, Lukas Kriete - Wintersemester 20/21 -
Hinweis: Die Textformatierung und Textinhalt ist angepasst.

Entwicklung im TIA Portal - Möglichkeit der Programmierung nach Projekt von Ansteuerung einer Schrittmotorachse mit SPS und HMI

Im Rahmen des Projekts „Ansteuerung einer Schrittmotorachse mit SPS und HMI“ wurde eine praxisnahe Automatisierungsaufgabe mit dem TIA Portal realisiert. Die Dokumentation zu diesem Projekt wurde im Wintersemester 20/21 von Matthias Stork und Lukas Kriete erstellt. Über folgenden Link ist der entsprechende Abschnitt zur Entwicklung im TIA Portal abrufbar, in dem alle wichtigen Schritte zur Erstellung des TIA Portal-Projekts sowie zur Hardware- und Software-Konfiguration beschrieben sind: Entwicklung im TIA Portal.

Erstellung der Hardware im TIA-Portal

Weitere Details dazu sind im Abschnitt: Erstellung der Hardware im TIA-Portal zu finden.

Programmierung im TIA Portal

Weitere Details dazu sind im Abschnitt: Programmierung im TIA Portal zu finden.

Es wurden in den Punkten Variablen und SPS-Programm, Änderungen vorgenommen, welche man für das Projekt-Parkhaus umsetzen kann.

Variablen

Als erstes werden die PLC-Variablen in dem TIA-Portal erstellt. Dieses sind die Eingänge und Ausgänge, die mit den Ein- und Ausgangskarten
eingelesen werden können. Beachten Sie die Hinweise.

  • Dieses sind die Analogen Eingänge (Analogen Inputs = AI) von dem Bedienelementen und dem Encoder. Unter der ersten Spalte befindet sich dazu der Variablenname, welcher im Programm später verwendet werden kann. Bei allen Variablen handelt es sich um die Datentypen „Bool“. Diese haben somit den Zustand „false“ (z.B. Taster.links := 0) oder den Zustand „true“ (z.B. Taster.links := 1). Die ersten drei Variablen kommen von dem Bedienelement, welches das analoge Steuern ermöglicht. Mit diesen Variablen wird eingelesen, ob der Bediener den Taster links, rechts oder Stopp betätigt. Die nächsten vier Variablen kommen von dem Encoder und werden zur Bestimmung der Ist- Position verwendet. Hier können die HMI-Variablenangepasst werden in Taster_hoch, Taster_runter, Taster_stopp.
    Dieses sind die Analogen Eingänge (Analogen Inputs = AI) von dem Bedienelementen und dem Encoder. Unter der ersten Spalte befindet sich dazu der Variablenname, welcher im Programm später verwendet werden kann. Bei allen Variablen handelt es sich um die Datentypen „Bool“. Diese haben somit den Zustand „false“ (z.B. Taster.links := 0) oder den Zustand „true“ (z.B. Taster.links := 1). Die ersten drei Variablen kommen von dem Bedienelement, welches das analoge Steuern ermöglicht. Mit diesen Variablen wird eingelesen, ob der Bediener den Taster links, rechts oder Stopp betätigt. Die nächsten vier Variablen kommen von dem Encoder und werden zur Bestimmung der Ist- Position verwendet.
    Hier können die HMI-Variablenangepasst werden in Taster_hoch, Taster_runter, Taster_stopp.
  • Die digitalen Ausgänge werden für Ausgabe an den Encoder verwendet. Diese können den Zustand „true“ (Ausgang = 24 Volt) oder den Zustand „false“ (Ausgang = 0 Volt) an der digitalen Ausgangskarte ausgeben. Die Signale Schritte und Richtung gehen an den Geckodrive. Mit dem Ausgang Bremse kann die Bremse des Schrittmotors gelöst werden. Dabei ist zu beachten, dass bei 24 Volt die Bremse gelöst ist.
    Die digitalen Ausgänge werden für Ausgabe an den Encoder verwendet. Diese können den Zustand „true“ (Ausgang = 24 Volt) oder den Zustand „false“ (Ausgang = 0 Volt) an der digitalen Ausgangskarte ausgeben. Die Signale Schritte und Richtung gehen an den Geckodrive. Mit dem Ausgang Bremse kann die Bremse des Schrittmotors gelöst werden. Dabei ist zu beachten, dass bei 24 Volt die Bremse gelöst ist.
  • Alle Daten werden in dem Datenbaustein (kurz DB) „All_data“ gespeichert. Die Variablen werden in den Bereichen für HMI und Motor eingeteilt. Unter der Struktur „HMI“ befinden sich die Variablen, die von dem HMI kommen. Diese sind zum Beispiel die Variablen für den Taster links, rechts und Stopp. Unter der Struktur „Motor_Logik“ werden alle Variablen aufgeführt, die für die Logik des Motors intern als Variable benötigt werden. Dieses ist zum Beispiel ein Zähler (=counter), der für das Zählen der Steps benötigt wird. Hier können die Eingänge angepasst werden in Taster_hoch, Taster_runter, Taster_stopp.
    Alle Daten werden in dem Datenbaustein (kurz DB) „All_data“ gespeichert. Die Variablen werden in den Bereichen für HMI und Motor eingeteilt. Unter der Struktur „HMI“ befinden sich die Variablen, die von dem HMI kommen. Diese sind zum Beispiel die Variablen für den Taster links, rechts und Stopp. Unter der Struktur „Motor_Logik“ werden alle Variablen aufgeführt, die für die Logik des Motors intern als Variable benötigt werden. Dieses ist zum Beispiel ein Zähler (=counter), der für das Zählen der Steps benötigt wird.
    Hier können die Eingänge angepasst werden in Taster_hoch, Taster_runter, Taster_stopp.
  • Hier werden alle Variablen des HMIs aufgeführt. Diese Variablen sind alle mit der Variable unter den DB „All_data.HMI“ verbunden. Für die Verbindung ist die internen Verbindung „HMI_Verbindung“ zuständig. Zudem Beispiel ist der Wert des rechten Tasters mit der PLC-Variable „All_data.HMI.taster_rechts“ verbunden. Hier können die Standard-Variablenangepasst werden in Taster_hoch, Taster_runter, Taster_stopp.
    Hier werden alle Variablen des HMIs aufgeführt. Diese Variablen sind alle mit der Variable unter den DB „All_data.HMI“ verbunden. Für die Verbindung ist die internen Verbindung „HMI_Verbindung“ zuständig. Zudem Beispiel ist der Wert des rechten Tasters mit der PLC-Variable „All_data.HMI.taster_rechts“ verbunden.
    Hier können die Standard-Variablenangepasst werden in Taster_hoch, Taster_runter, Taster_stopp.

SPS-Programm

Im folgenden wird anhand der selbst programmierten Funktionsbausteines "AnsteuerungMotor" die Funktionsweise der Ansteuerung erklärt.
Dieser Baustein kann für die analoge und digitale Steuerung verwendet werden.

  • Der Funktionsbaustein "Ansteuerung_Baustein" dient zur Ansteuerung des Motors mithilfe von Eingaben des HMIs. Dieser wird links mit den Eingängen und rechts mit den Ausgängen verknüpft. Gesteuert wird dieser Baustein mit den Tastern des HMIs. So wird für den linken Taster das Signal der HMI von dem linken Taster verknüpft. Die Soll- Position ist die Position, die in dem HMI vorgeben wird. Zu dieser Position wird der Schrittmotor verfahren. Die Länge der Schrittmotorachse beträgt 110 cm. Damit der Schlitten nicht an das linke und rechte Ende verfahren wird, werden die obere und untere Grenze mit den Positionen 90 cm und 10 cm angegeben. Dadurch kann der Schlitten nur zwischen den Grenzen 10 cm und 90 cm verfahren werden. Hier kann die Ansteuerung angepasst werden in HMItaster_hoch, HMItaster_runter, HMIHstop_taster.
    Der Funktionsbaustein "Ansteuerung_Baustein" dient zur Ansteuerung des Motors mithilfe von Eingaben des HMIs. Dieser wird links mit den Eingängen und rechts mit den Ausgängen verknüpft. Gesteuert wird dieser Baustein mit den Tastern des HMIs. So wird für den linken Taster das Signal der HMI von dem linken Taster verknüpft. Die Soll- Position ist die Position, die in dem HMI vorgeben wird. Zu dieser Position wird der Schrittmotor verfahren. Die Länge der Schrittmotorachse beträgt 110 cm. Damit der Schlitten nicht an das linke und rechte Ende verfahren wird, werden die obere und untere Grenze mit den Positionen 90 cm und 10 cm angegeben. Dadurch kann der Schlitten nur zwischen den Grenzen 10 cm und 90 cm verfahren werden.
    Hier kann die Ansteuerung angepasst werden in HMItaster_hoch, HMItaster_runter, HMIHstop_taster.
  • Die Verfahrrichtung des Motors abhängig von HMI-Eingabe steuern: Der Motor verfährt, je nach betätigtem Taster, in eine bestimmte Richtung. Die Steps werden hierzu über die Soll-Position berechnet, welche über einen festen Faktor von Distanz in Zentimeter in Steps umgerechnet wird (1cm entspricht ca. 285 Steps).
    Die Verfahrrichtung des Motors abhängig von HMI-Eingabe steuern: Der Motor verfährt, je nach betätigtem Taster, in eine bestimmte Richtung. Die Steps werden hierzu über die Soll-Position berechnet, welche über einen festen Faktor von Distanz in Zentimeter in Steps umgerechnet wird (1cm entspricht ca. 285 Steps).
  • Einhaltung der Grenzen prüfen: Es wird geprüft, ob die aktuelle Position die Grenzen der Schrittmotorachse einhält und der Stop-Taster nicht aktiv ist. Ist dies der Fall, verfährt der Motor mit einer Verzögerung von 2ms zwischen den Steps in die gewünschte Richtung - hier ist wichtig das ober-Grenze und unter-Grenze festzulegen ist.
    Einhaltung der Grenzen prüfen: Es wird geprüft, ob die aktuelle Position die Grenzen der Schrittmotorachse einhält und der Stop-Taster nicht aktiv ist. Ist dies der Fall, verfährt der Motor mit einer Verzögerung von 2ms zwischen den Steps in die gewünschte Richtung - hier ist wichtig das ober-Grenze und unter-Grenze festzulegen ist.
  • Schlitten nach links verfahren lassen bei zeitgleicher Aktualisierung der Ist-Position: Da der Motor nach links verfährt, muss von der aktuellen Position der Verfahrweg subtrahiert werden. Um Rundungsfehler zu vermeiden, passiert dies nicht nach jedem Step, sondern erst nach dem 28ten Steps.
    Schlitten nach links verfahren lassen bei zeitgleicher Aktualisierung der Ist-Position: Da der Motor nach links verfährt, muss von der aktuellen Position der Verfahrweg subtrahiert werden. Um Rundungsfehler zu vermeiden, passiert dies nicht nach jedem Step, sondern erst nach dem 28ten Steps.
  • Schlitten nach rechts verfahren lassen bei zeitgleicher Aktualisierung der Ist-Position: Da der Motor nach rechts verfährt, muss von der aktuellen Position der Verfahrweg subtrahiert werden. Um Rundungsfehler zu vermeiden, passiert dies nicht nach jedem Step, sondern erst nach dem 28ten Steps.
    Schlitten nach rechts verfahren lassen bei zeitgleicher Aktualisierung der Ist-Position: Da der Motor nach rechts verfährt, muss von der aktuellen Position der Verfahrweg subtrahiert werden. Um Rundungsfehler zu vermeiden, passiert dies nicht nach jedem Step, sondern erst nach dem 28ten Steps.

Alle verbauten Komponenten müssen im TIA-Portal korrekt ausgewählt und konfiguriert werden. Hierbei sind die in der Hardwareliste angegebenen
Teilenummern zur eindeutigen Identifizierung der Komponenten von großer Bedeutung.

Quelle:
Link zu Variablen: Variablen
Link zu SPS-Programm: SPS-Programm
Autoren: Matthias Stork, Lukas Kriete - Wintersemester 20/21 -
Die Textformatierung und Textinhalt wurde hier angepasst.

Komponententest

Der Komponententest des Parkhauses konnte nicht vollständig durchgeführt werden, siehe Fazit

Zur Überprüfung der verbauten Komponenten wurde zunächst eine Sichtprüfung der Anlage vorgenommen. Dabei wurden die Auswahl der Betriebsmittel, die vorhandenen Sicherheitseinrichtungen sowie der Schutz gegen direktes Berühren überprüft. Da zum Zeitpunkt der Durchführung noch kein Not-Aus vorhanden war, konnte dieser sicherheitsrelevante Bestandteil nicht getestet werden, wodurch der Komponententest nicht vollständig abgeschlossen werden konnte.

Im weiteren Verlauf wurden die ausgegebenen Spannungen der eingesetzten Netzteile mithilfe eines Spannungsmessgeräts überprüft. Der GeckoDrive wird über ein externes Netzteil mit 24 V versorgt, während der Encoder mit 5 V betrieben wird; dies ist entsprechend im Stromlaufplan dokumentiert. Anschließend wurde die Anlage gemäß Plan verdrahtet, um grundlegende Funktionstests durchführen zu können.

Mit Hilfe eines Oszilloskops sollte der Spannungsverlauf am Schrittmotor sowie am Encoder überprüft werden. Beide Komponenten lieferten die erwarteten Rechtecksignale. Zusätzlich wurde ein einfaches SPS-Programm erstellt, das ein Drehrichtungssignal (Direction) sowie ein Schrittsignal (Step) an den GeckoDrive überträgt, um die grundsätzliche Funktion des Schrittmotors zu testen.

Die Motorbremse wurde zunächst über einen Direktanschluss an das 24 V-Netzteil und anschließend soll diese über einen digitalen Ausgang der SPS angesteuert werden. Dabei muss sich zeigen, dass die Bremse den Motor zuverlässig stoppt, sobald keine Spannung anliegt. Der Signalverlauf wird über die Beobachtungsfunktion des TIA-Portals kontrolliert.

Aufgrund der noch nicht vollständig implementierten Sicherheitseinrichtungen und der fehlenden Gesamtsystemintegration konnte der Komponententest des Parkhauses insgesamt nicht vollständig abgeschlossen werden.


Limitationen der SPS - Auslesen des Encoders

  • Die Ausgänge des Encoders sind in dem TIA-Portal gemessen worden. Damit die Drehrichtung und Geschwindigkeit mit dem Encoder bestimmt werden können, werden vier Signale des Encoders eingelesen. Das Datenblatt des Encoders gibt an, dass das Signal A/ das negierte Signal A darstellt. In dem TIA-Portal werden dazu die Signale des Encoders eingelesen. Dazu wird der Wert ("0" oder "1") des Signals über die Zeit betrachtet. Dabei ist ersichtlich, dass nicht der Verlauf des Datenblatts gemessen werden kann. Grund dafür ist, dass die Eingänge nicht schnell genug eingelesen werden können. Somit können die Drehrichtung und Geschwindigkeit nicht mit den gemessenen Signalen bestimmt werden. Eine Alternative stellt das Eingangsmodul TM (Time Based) von Siemens dar. Dieses kann auch schnellere Signale messen.
    Die Ausgänge des Encoders sind in dem TIA-Portal gemessen worden. Damit die Drehrichtung und Geschwindigkeit mit dem Encoder bestimmt werden können, werden vier Signale des Encoders eingelesen. Das Datenblatt des Encoders gibt an, dass das Signal A/ das negierte Signal A darstellt. In dem TIA-Portal werden dazu die Signale des Encoders eingelesen. Dazu wird der Wert ("0" oder "1") des Signals über die Zeit betrachtet. Dabei ist ersichtlich, dass nicht der Verlauf des Datenblatts gemessen werden kann. Grund dafür ist, dass die Eingänge nicht schnell genug eingelesen werden können. Somit können die Drehrichtung und Geschwindigkeit nicht mit den gemessenen Signalen bestimmt werden. Eine Alternative stellt das Eingangsmodul TM (Time Based) von Siemens dar. Dieses kann auch schnellere Signale messen.

Maximale Verfahrgeschwindigkeit
Aufgrund der Limitationen ist eine maximale Verfahrgeschwindigkeit von 5,71mm pro Sekunde realisierbar, was maximal 162 Steps pro Sekunde entspricht.


Quelle:
Link:Limitationen der SPS - Auslesen des Encoders
Autoren: Matthias Stork, Lukas Kriete - Wintersemester 20/21 -
Die Textformatierung und Textinhalt ist angepasst.

Integrationstest

Bedienungsanleitung

Hinweis: Eigen-Grafik vom HMI ist ein Entwurf wie diese Steuerung aussehen kann.

Benutzeroberfläche des HMI

Der Benutzer bedient die Anlage ausschließlich über das Interface des HMI. Die dargestellte Schrittmotorachse wird in Echtzeit aktualisiert und zeigt somit immer die aktuelle Position des Schlittens an.

  1. Der Benutzer trägt einmalig die aktuelle Position des Schlittens in das entsprechende Feld im Interface ein. Die Achse ist nun einsatzbereit.
  2. Der gewünschte Verfahrweg des Schlittens kann nun eingetragen werden oder mit Hilfe der [+] [-] Schaltflächen in 5cm-Schritten eingestellt werden.
  3. Nach Eingabe des Verfahrwegs muss nun die Fahrtrichtung durch Druck auf die Schaltfläche [Links] oder [Rechts] ausgewählt werden.
  4. Die Schaltfläche [Stop] hält den Motor umgehend an und muss zum Deaktivieren erneut gedrückt werden.

Sollte die eingegebene Endposition das Achsenlimit von 0 bzw. 50cm unter- oder überschreiten, verfährt der Schlitten bis zur maximal möglichen Position und stoppt dort automatisch. Wird eine Soll-Position von 0cm eingegeben, fährt der Motor im Handbetrieb, d.h. solange die Richtungstaste gedrückt ist, verfährt der Motor.

Hier Ende zur Entwicklung im TIA Portal
 - Möglichkeit der Programmierung nach Projekt von Ansteuerung einer Schrittmotorachse mit SPS und HMI -
 Erstellung der Hardware im TIA-Portal, Programmierung im TIA Portal, SPS-Programm, Komponententest, Limitationen der SPS - Auslesen des Encoders, Maximale Verfahrgeschwindigkeit, Integrationstest, Bedienungsanleitung

 Quelle:
Weitere Details dazu sind im Abschnitt: Komponententest zu finden.
Autoren: Matthias Stork, Lukas Kriete - Wintersemester 20/21 -
Die Textformatierung und Textinhalt ist angepasst.

Abnahmetest & Systemtest

Hinweis: Der Abnahme & System -Test konnte leider nicht erfolgen.

Fazit, Lessons Learned und Blick in die Zukunft

Fazit

Im Projekt wurde ein miniaturisiertes, SPS-gesteuertes Parkhaussystem als Einzelarbeit vollständig von Grund auf geplant, aufgebaut und realisiert. Dabei handelte es sich nicht um ein vorgegebenes oder fertiges System, sondern um eine eigenständige Entwicklung.

Während der Umsetzung zeigte sich, dass zunächst zu stark auf ästhetische Aspekte, wie z. B. die Kabelführung, geachtet wurde, bevor die grundlegende Funktionalität vollständig sichergestellt war. Zudem führten Unachtsamkeiten in der Elektronik sowie fehlendes Baumaterial im Laborraum zu Verzögerungen in der Bauzeit. Zwar war entsprechendes Material im Materialraum des 1. Obergeschosses vorhanden, der Zugang war jedoch nur gemeinsam mit dem Praktikumsbetreuer möglich, der gleichzeitig mehrere Gruppen betreute. Ein gut ausgestatteter Materialschrank direkt im Laborraum hätte die Bauzeit schätzungsweise um mindestens 60 % verkürzen können. Eine funktionierende TIA Software zu Hause wäre ebenfalls deutlich hilfreicher gewesen, da durch das Probieren der Installation diverser Versionen sehr viel Zeit unnötig verloren ging.

Insgesamt wurde deutlich, dass die angesetzten Termine für ein Projekt dieser Größenordnung knapp bemessen waren, insbesondere wenn Planung, Entwicklung und Aufbau bei null beginnen. Aufgrund der zuvor beschriebenen Umstände, Verzögerungen und technischen Schwierigkeiten war ein abschließender Systemtest nicht möglich. Das Projekt befindet sich jedoch in einem weit fortgeschrittenen Umsetzungsstand, sodass mit überschaubarem Aufwand die weitere Bearbeitung sowie die Inbetriebnahme des Systems erfolgen können.

Lessons Learned

  1. Umsetzung eines Projekts nach dem V-Modell (Anforderungen, Entwurf, Realisierung, Test)
  2. Auswahl, Dimensionierung und Verdrahtung der Komponenten auf Basis der Datenblätter
  3. Inbetriebnahme, Parametrierung und Programmierung einer Siemens-SPS
  4. Strukturierte Dokumentation eines umfangreichen Entwicklungs- und Aufbauprojekts

Blick in die Zukunft

Automatisierte Park- und Fördersysteme, wie sie in diesem Projekt im Miniaturmaßstab umgesetzt wurden, sind in anderen Bauformen bereits industriell realisiert und haben sich insbesondere in platzkritischen Anwendungen bewährt. Das vorliegende System zeigt, dass die grundlegenden Konzepte auch im modularen und skalierbaren Aufbau umsetzbar sind. Darüber hinaus könnten zukünftige Systeme um zusätzliche Funktionen ergänzt werden, wie beispielsweise die automatische Energieversorgung von Elektrofahrzeugen während des Parkvorgangs. Solche Konzepte werden bereits in ersten Anlagen erprobt und könnten die Effizienz und den Nutzen automatisierter Parkhaussysteme weiter erhöhen.

Projektunterlagen

Projektplan

Quellen

→ Basis für das Projekt Ansteuerung einer Schrittmotorachse
→ Igus-Pinbelegungsplan Pinbelegung für Igus
→ Digital Step Driver GekoDrive 201X
→ zurück zur Übersicht: Praktikum Produktionstechnik
→ zurück nach oben zu Parkhaus mithilfe einer Siemens SPS Parkhaus
→ Das Projekt wird als SVN-Ordner zur Verfügung gestellt. Jegliche Nutzung der Inhalte setzt voraus, dass bei Verwendung oder Zitierung die ursprüngliche Webseite bzw. der Artikel als Quelle genannt wird. SVN-Parkhaus

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