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| Einleitung
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| Im Studiengang Mechatronik der Hochschule Hamm-Lippstadt findet im 7. Semester im Studienschwerpunkt „Global Production Engineering“ das Modul „Global Production Engineering III“ statt. Einen Teil dieses Moduls bildet das Praktikum Produktionstechnik. Im Praktikum sollen die Achsen einer 3D-CNC-Bearbeitungsmaschine mit unterschiedlichen Automationshardwares angesteuert werden (vgl. Hauptartikel).
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| Der folgende Artikel beschäftigt sich mit der Ansteuerung der Achsen mittels einer SPS von Phoenix Contact, nämlich der Phoenix Contact AXC 1050. Das Thema wurde im Wintersemester 2019/2020 erstmalig von Niklas Rohlfs und Connor Royle bearbeitet.
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| Aufgabenstellung
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| Die Aufgabe des Projektes war es, die Achsen der 3D-CNC-Bearbeitungsmaschine mit der Phoenix Contact AXC 1050 anzusteuern. Hierzu sollten von einer anderen Gruppe Koordinaten durch einen zentralen Steuerungsalgorithmus in Matlab als String per RS232 an die AXC 1050 gesendet werden. Die Verarbeitung der Koordinaten mitsamt der Berechnung der Verfahrwege sollte dann durch die AXC 1050 geschehen, welche dann zudem die entsprechenden Ausgangssignale an die Schrittmotortreiber der 3D-CNC-Bearbeitungsmaschine weitergeben sollte.
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| Die Aufgabenstellung gliederte sich in diverse Teilaufgaben:
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| Allgemeines:
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| • Einarbeitung in das Projekt (Datenblätter lesen etc.)
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| • Umsetzbarkeit mit vorhandenem Material prüfen
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| • Benötigte Materialien bestellen
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| • Bearbeitung der Aufgaben nach dem V-Modell
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| Aufbau:
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| • Hardwareaufbau mit Kommunikationsmodul erstellen
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| • Aufbau der Optokopplerschaltung zur Umwandlung von 24V auf 5V
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| • Beschriften aller Kabel
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| Datenübertragung:
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| • RS232 Datenübertragung Datenübertragung herstellen
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| • Strings über RS232 empfangen und einlesen
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| Programmierung:
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| • Einlesen der Koordinaten aus dem empfangenen String
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| • String zerlegen (Trennung von Soll- und Ist-Position sowie Vorschub)
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| • Berechnung der Schritt- und Richtungswerte aus der Differenz von Ist zu Soll
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| • Schalten der digitalen Ausgänge
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| • Diagonalfahrten ermöglichen (x und y sollen auch bei unterschiedlicher Fahrstrecke gleichzeitig ankommen)
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| Dokumentation:
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| • Dokumentation des eigenen Projektfortschritts in SVN (Anforderungsliste, Funktionaler Systementwurf, etc.)
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| • HSHL-Wiki-Eintrag erstellen
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| Verwendete Hard- und Software:
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| Hardware:
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| Im Produktionstechnik-Labor war zu Beginn des Praktikums bereits eine funktionsfähige SPS-Station vorhanden. Eine genauere Beschreibung der Station zeigt der Artikel Phoenix SPS. (Datenblätter als Links unten?)
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| Mit dem vorhandenen Aufbau konnte das Projekt allerdings nicht vollständig realisiert werden, sondern es mussten noch einige wenige Teile zusätzlich beschafft werden. Hierbei handelte es sich zum einen um ein Kommunikationsmodul der Firma Phoenix Contact. Dieses Modul soll die Kommunikation über RS232 mit anderen Geräten ermöglichen. Zum anderen handelte es sich um Optokoppler, mit denen eine Optokopplerschaltung gebaut werden kann. Diese Schaltung wird benötigt, um die Schrittmotorentreiber anzusteuern. Sie dient dazu, die Ausgangssignale richtig zu dimensionieren, da die Ausgänge der SPS 24V betragen, die Schrittmotortreiber jedoch mit einer Spannung von 3,3V-5V arbeiten.
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| Weitere Informationen zu den Optokopplern und dem Kommuniaktionsmodul: Links!
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| Software:
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| Versuchsdurchführung:
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| Zu Beginn des Projekts war es wichtig, sich mit der vorhandenen Hardware und Software vertraut zu machen. Die Einarbeitung erfolgte hierbei zu einem großen Teil über die vorhandenen Datenblätter, in denen Informationen über die SPS und deren Module sowie über die verwendete Software PCWorx zu finden waren. Die wichtigsten Datenblätter sind nachfolgend zu finden. Besonders hilfreich bei der Einarbeitung war zudem der Wiki-Artikel Erstellen eines Programms mit PCWorx. Im Artikel wird ein schneller und verständlicher erster Einblick in die Arbeit mit der Software PCWorx gegeben.
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| Links zu Datenblättern
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| Das weitere Vorgehen des Projekts hat sich am V-Modell orientiert. Dementsprechend wurde nachdem die Anforderungen und Teilaufgaben definiert wurden ein funktionaler Systementwurf erstellt.
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| Funktionaler Systementwurf:
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| Beim funktionalen Systementwurf soll das Gesamtsystem lösungs- und hardwareneutral dargestellt werden. Somit erhält man eine gute erste Übersicht über die Zusammenhänge der einzelnen Komponenten im Gesamtsystem. In diesem Fall wird ein erstelltes CAD-Modell in eine CAM-Software geladen, welche G-Code Befehle erzeugt. Mit dem jeweiligen Steuerungsprogramm, in diesem Fall der Phoenix Contact SPS, werden die übergebenen Strings dann eingelesen und geben die notwendigen Informationen über die zu tätigen Verfahrwege und Geschwindigkeiten dann an die Schrittmotortreiber weiter, welche die Schrittmotoren der jeweiligen Achsen ansteuern.
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| Funktionaler Systementwurf einfügen
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| Technischer Systementwurf:
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| Nach dem funktionalen Systementwurf wird zudem ein technischer Systementwurf erstellt. Bei diesem werden die Schnittstellen zwischen den Systemen konkretisiert. Zudem ist hier ein Skizze für die geplante Optokopplerschaltung erstellt worden.
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| Technischer Systementwurf (3 Bilder) einfügen
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| Aufbau:
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| Anschließend galt es, den Hardwareaufbau fertig zu stellen und das beschaffte Kommunikationsmodul in das Board zu integrieren und anzuschließen, um eine RS232-Kommunikation zu ermöglichen. Das Kommunikationsmodul und das zugehörige Bussockelmodul, mit welchem die interne Busverbindung aufgebaut wird, konnten mittels eines Push-In-Anschlusses in das Board integriert werden. Mit Hilfe der im Datenblatt vorgegebenen Pinbelegung (Bild Pinbelegung) konnten die benötigten Datenleitungen zur RS232-Kommunikation (RxD, TxD, CTS, DTR, GND) in die jeweiligen Pins im Kommunikationsmodul platziert werden. Mit einem Nullmodelkabel konnte dann der Anschluss an den PC hergestellt werden.
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| Nach der Fertigstellung des Aufbaus ist es zu einem internen Kommunikationsfehler (Busfail) innerhalb der SPS gekommen. Es bestand laut Fehlermeldung keine Kommunikationsverbindung der Module untereinander. Als erste Maßnahme wurde das komplette Board nochmals auseinandergebaut und die internen Verbindungen der Bussockelmodule überprüft. Nach dem erneuten Zusammenbau trat das Problem allerdings weiterhin auf. Als nächste Maßnahme wurde die SPS mittels des Reset-Buttons auf Werkseinstellungen zurückgesetzt. Somit konnte das Problem gelöst werden.
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| Hilfreich bei Problemen mit der SPS ist insbesondere das Datenblatt ABC, in welchem mögliche Fehlermeldungen erklärt werden.
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| Zudem sollte wie bereits erwähnt eine Optokopplerschaltung entworfen und gebaut werden, um die Schrittmotortreiber ansteuern zu können. Die Planung hierzu erfolgte gemeinsam mit der Gruppe Siemens, da diese eine solche Schaltung ebenfalls benötigt. Der Aufbau und Test der Schaltung erfolgte durch die Siemens-Gruppe, da diese im Projekt bereits weiter fortgeschritten war. Eine ausführliche Erläuterung sowie der Aufbau der Schaltung ist im Artikel SIEMENS zu finden.
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| Einarbeitung in PCWorx
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| Entwicklung
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| Zusammenfassung
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| Insgesamt lässt sich festhalten, dass das Projekt eine interessante und sehr herausfordernde Aufgabe war für uns war. Da das Projekt erstmals durchgeführt wurde, gab es keine Vorarbeiten vorheriger Jahrgänge, weshalb eine lange und intensive Einarbeitungsphase benötigt wurde, um die Phoenix Contact AXC 1050 SPS und ihre dazugehörigen notwendigen Module zu verstehen. Die größte Herausforderung stellte für uns der Kommunikationsaufbau über RS232 dar, hier konnte keine fehlerfreie Kommunikation aufgebaut werden.
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| Die Aufgabenstellung des Projekts konnte somit nicht vollständig erfüllt werden, nachfolgende Gruppen finden allerdings einen fertigen Hardwareaufbau sowie eine angefangene Programmierung und einen Programmablaufplan vor.
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| Das Projekt kann von nachfolgenden Gruppen insofern fortgeführt werden, dass sie eine funktionsfähige RS232 Kommunikation aufbauen, sodass Strings fehlerfrei eingelesen und verarbeitet werden können. Zudem steht noch die Berechnung der Verfahrwege sowie das entsprechende Schalten der Ausgänge aus.
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| Lessons Learned
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| Projektunterlagen
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