Produktion eines HSHL-Getränkeuntersetzers: Montage (Station 3)
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Autoren:
M. Anas Habbaba (Diskussion) 11:30, 18. Januar. 2022 (CET)
Timo Wortmann (Diskussion) 11:30, 18. Januar. 2022 (CET)
Autoren WS 22/23: Frederik Markman und Henning Luetkemeier
Betreuer:
Prof. Dr. Mirek Göbel
Marc Ebmeyer
Einführung
In dem Modul "Global Production Engineering III" (GPE3) ist ein Praktikum in dem Bereich Produktionstechnik zu absolvieren. Der Hauptgedanke dieses Praktikums besteht darin, eigenständig mit einer systematischen Vorgehensweise praxisnahe Projekte umzusetzen. Zusätzlich wird der Umgang mit einer Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) sowie die Ansteuerung von Sensorik und Pneumatik gelehrt.
- Die Station Montage
Die Station Montage stellt die dritte Station des Gesamtkonzeptes, nach den Stationen Kommissionierung und Kleben, dar. In dieser Station werden die Einzelteile des HSHL-Untersetzers mit dem Parallelroboter Quattro 650 (H/HS) von dem Warenträger entnommen und in die Grundplatte des Untersetzers eingefügt. Auf der linken Seite der Abbildung 2 sind die einzelnen Bauteile des Untersetzers vor der Montage zu sehen, welche durch die Montage zusammengefügt werden. Das fertige Endprodukt ist auf der rechten Seite zu betrachten.
Originaldatei von Abbildung 2: Zusammenbaudarstellung.
Vorgehensweise nach V-Modell
Bei der Durchführung unseres Projektes sind wir systematisch nach dem V-Modell vorgegangen, welches wir in Abbildung 3 sehen können. Die Vorgehensweise nach dem V-Modell bietet den Vorteil, dass dadurch strukturierter und übersichtlicher gearbeitet werden kann.
Zusätzlich haben wir in dem V-Modell unseren aktuellen Projektstand grafisch dargestellt.
Zuerst haben wir die Entwicklungsphasen absolviert. Bei jedem Schritt, der im V-Modell durchlaufen wird, ist eine anschließende Verifizierung der vorherigen Schritte notwendig. Es muss überprüft werden, ob die Ergebnisse der vorherigen Schritte zum aktuell erreichten Projektstand umsetzbar sind.
Der Schritt "Entwicklung" im V-Modells ist sehr zeitaufwendig. In dieser haben wir die Hardware miteinander verkabelt und Programme im TIA-Portal, zum Ansteuern der Siemens ET200SP, und in ACE, zum Ansteuern des Roboters, erstellt. Zusätzlich musste die Siemens ET 200SP komplett neu aufgesetzt werden.
Die Testphasen konnten wir leider nicht vollständig durchlaufen. Dies hat den Grund, dass mangels Zeit die Programmierung und Einbindung der MPS 500 sowie die Einbindung der Kameraüberwachung nicht vervollständigt werden konnte.
Originaldatei: Datei:V-Modell-Projektstand-MPS3.pptx
Anforderungen
Zu Beginn wurden verschiedene Anforderungen definiert, welche die Stationen erfüllen sollen. Die Anforderungen wurden in folgende Teilbereiche untergliedert:
- Komponententest
- Optimierung Anlagenaufbau
- Software/Werkzeuge
- Dokumentation
- Sicherheit
| ID | Typ (I = Info, A = Anforderung) | Kapitel | Inhalt | Ersteller | Datum | Durchsicht von | am | Status Auftragnehmer | Status Auftraggeber |
| 001 | I | 1 | Komponententest | ||||||
| 002 | A | Bestehende Verdrahtung überprüfen. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 003 | A | Kommunikation zu parallel Roboter Quattro S650H und SPS herstellen. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 004 | A | Initialisierung der Peripheriemodule überprüfen. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 005 | A | Funktionsprüfung des Montageprozesses durchführen. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 006 | I | 2 | Optimierung Anlagenaufbau | ||||||
| 007 | A | Beschriftung der Anlagenkomponenten anfertigen. | FM,HL | 04.10.2022 | HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 008 | A | Roboter für Montageprozess korrekt positionieren. | FM,HL | 04.10.2022 | FM | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 009 | A | Tischaufbau für SPS und HMI Touch-Panel verdrahten. | FM,HL | 04.10.2022 | HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 010 | A | Kameraposition ändern, sodass der Montageprozess erkannt wird. | FM,HL | 04.10.2022 | FM | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 011 | I | 3 | Software/Werkzeuge | ||||||
| 012 | A | Kamera in ACE-Software einbinden. | FM,HL | 04.10.2022 | HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 013 | A | Implementierung der Kamerasoftware. | FM,HL | 04.10.2022 | FM | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 014 | A | Testen der Sensitivität der Kamera. | FM,HL | 04.10.2022 | HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 015 | A | Verknüpfung der Kamera mit dem Montageprozess. | FM,HL | 04.10.2022 | FM | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 016 | I | 4 | Dokumentation | ||||||
| 017 | A | Verdrahtungs- und Pinbelegungsplan anlegen. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 018 | A | Vorhandener WIKI-Artikel mit den durchgeführten Änderungen ergänzen. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 019 | A | Es sind wöchentliche Tätigkeitsberichte anzufertigen. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 020 | A | Dokumentation von der Einbindung der Kamera. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 021 | A | WIKI-Anleitung zur Bedienung des Omron Roboters erweitern. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 022 | A | Änderungen der Anlage im WIKI-Artikel müssen nachvollziehbar sein. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert | |
| 023 | I | 6 | Sicherheit | ||||||
| 024 | A | Die Anlage muss auf Sicherheit und korrekten Ablauf getestet werden. | FM,HL | 04.10.2022 | FM, HL | 06.10.2022 | Akzeptiert | Akzeptiert |
Originaldatei: Datei:Anforderungsliste Station 3 FM,HL.xlsx
Funktionaler Systementwurf
Die Abbildung 4 zeigt den funktionalen Systementwurf unserer Station Montage. Mit dem funktionalen Systementwurf wird der grobe Ablauf des Montagevorgangs deutlich. Rot gezeichnete Kästchen beschreiben die Ein- und Ausgänge der Station. Grüne Kästchen sind ein Symbol eines Vorgangs, z.B. Schlitten positionieren. Beide gelbe Kästchen bilden den Rahmen einer Schleife, in der die Einzelteile in Reihenfolge montiert werden. Die gelbe Raute ist eine Verzweigung für die Qualitätsüberwachung, ob die Einzelteile auf der Grundplatte richtig montiert sind.
Von der zweiten Station, der Station Kleben, wird der Warenträger mit den Einzelteilen und der Grundplatte mit aufgetragenem Klebstoff übergeben. Der Schlitten, auf dem der Warenträger transportiert wird, kommt an der Station Montage an und wird dort in einer bestimmten Lage positioniert. Anschließend werden die Einzelteile A, B und C (A=HSHL-Schriftzug, B=HSHL-Logo-Links, C=HSHL-Logo-Rechts) nacheinander montiert. Nach der Montage wird mit einer Kamera überprüft, ob die Einzelteile richtig auf der Grundplatte platziert wurden. Ist dies der Fall, dann wird der Schlitten mit dem fertigen Untersetzer an die Station Verpackung übergeben. Sind die Einzelteile allerdings nicht richtig platziert, so wird der Untersetzer in einer, neben dem Förderband stehende, Kiste aussortiert.
Originaldatei mit dem Tool PapDesigner: Datei:Funktionaler Systementwurf MPS3.zip.
Die Abbildung 5 stellt den Versuchsaufbau unserer Station Montage dar und dient zum besseren Verständnis des Systementwurfes. Es wird dort sichtbar, wie die einzelnen Komponenten miteinander interagieren und verknüpft sind.
Originaldatei von dem Versuchsaufbau: Endpräsentation, Foliennummer 6.
Technischer Systementwurf
Mit Hilfe des technischen Systementwurfes wird der Ablauf des Montagevorgangs detailliert beschrieben. Unser technische Systementwurf besteht aus einem Hauptprogramm und zwei Unterprogrammen. Das Hauptprogramm wird in der Abbildung 6 gezeigt.
Für die Ausführung des Montagevorgangs vom Roboter wird das Unterprogramm "Fügen_Montieren_des_Untersetzers_mit_Ansaugroboter" aufgerufen. Dieses wird in der Abbildung 7 dargestellt.
Um die Fehlererfassung nach der Montage durchzuführen, wird das Unterprogramm "Sortieren" aufgerufen. Die Abbildung 8 zeigt dieses Unterprogramm. Hiermit werden fehlerhaft montierte Untersetzer aussortiert.
-
Abbildung 6: Hauptprogramm - Technischer Systementwurf
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Abbildung 7: Unterprogramm - Fügen/Montieren des Untersetzers mit Ansaugroboter
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![Abbildung 8: Unterprogramm - Aussortieren der Station Montage [3]](/wiki/images/thumb/b/b6/Unterprogramm_Aussortieren_der_Station_Montage.jpg/370px-Unterprogramm_Aussortieren_der_Station_Montage.jpg)
Abbildung 8: Unterprogramm - Aussortieren der Station Montage [3]
![Abbildung 8: Unterprogramm - Aussortieren der Station Montage [3]](/wiki/index.php/Datei:Unterprogramm_Aussortieren_der_Station_Montage.jpg)
Originaldatei von den Abbildungen 6, 7 und 8: Datei:Technischer Systementwurf MP3.zip.
Komponentenspezifikation
Nach dem Erstellen der Systementwürfe ist es wichtig herauszufinden, welche Komponenten für die Umsetzung des Projektes am besten geeignet sind. Die technischen Daten der jeweiligen Komponenten müssen die Anforderungen vollständig erfüllen. Zum Realisieren unseres Projektes haben wir folgende Komponenten verwendet:
- Hardware-Komponenten:
- Siemens ET 200SP
- MPS 500
- CX SmartController
- 4-Achsen Parallel-Roboter Quattro 650 (H/HS)
- induktive Sensoren (SIEN-M8NB-PS-S-L #150395)
- Druckluftzylinder (AEVUZ-16-10-P-A)
- Siemens ET 200SP
- Software-Komponenten:
- TIA Portal
- ACE
- TIA Portal
Die detaillierten technischen Daten zu den einzelnen Komponenten finden Sie in unserer Komponentenspezifikation.
Veranschaulichung des Systems:
Die unten aufgeführte Abbildung 9 zeigt den schematischen Aufbau des Systems.
Orignaldatei: Datei:Veranschaulichung technischer Systementwurf.pptx
Zum besseren Verständnis des Systementwurfes zeigt der Signallaufplan in der Abbildung 10 den Singalfluss zwischen den Komponenten der Station Montage.
Um Montagevorgang einwandfrei durchzuführen, müssen alle Komponenten eine gemeinsame Masse haben, die in Schwarz zu sehen ist. Rote Verkabelung bezeichnet die Versorgungsspannung, die die Ausgangssignale mit Strom versehen. Grüne Pfeile zeigen die Richtung der digitalen Ein- und Ausgangssignale.
Originaldatei: Datei:Schaltplan-MPS3.zip
Entwicklung
Hardware
Der Anschluss XDIO ist einer von mehreren Peripheriemodulen, welche der SmartController CX aufweist. Über diesen Anschluss kann der CX SmartController 12 digitale Eingänge lesen und 8 digitale Ausgänge steuern. Außerdem hat er mehrere Pins für Masse und Versorgungsspannung 24 VDC. Die Ein- und Ausgänge werden in unserer Station für die Kommunikationen zwischen dem Roboter und Siemens ET 200SP benötigt. Die Abbildung 11 zeigt, wie der Anschluss mit den gelöteten und geschilderten Drähten aussieht. Wichtig zu beachten, dass alle Geräte eine gemeinsame Masse haben müssen. Die Abbildung 12 zeigt die Pin-Nummern des XDIO-Anschlusses vom CX SmartController. Die Pinbelegung sowie Anwendungsbeispiele hierzu sind in dem CX SmartController Guide auf den Seiten 61 bis 66 zu finden.
Originaldatei der Abbildung 12: CX Smartcontroller - User Guide, S. 66.
Software
Um den Signaltransfer zwischen den verschiedenen Komponenten zu steuern, verwenden wir die zwei Softwares TIA-Portal und ACE. Mit der Software TIA-Portal steuern wir die digitalen Ein- und Ausgangssignale der Siemens ET 200SP. Die Software ACE dient zur Ansteuerung eines oder mehrerer Roboter. Zusätzlich können die digitalen Ein- und Ausgänge des CX SmartControllers, welche sich am XDIO-Anschluss befinden, angesteuert werden. Der CX SmartController kann die digitalen Eingänge 1001 bis 1012 abgreifen und die digitalen Ausgänge 1 bis 8 ansteuern. Ein Tutorium zum Erstellen eines Pick-&-Place-Programmes, zu den wichtigsten Befehlen der Software ACE und der Bedienung des Roboters Quattro 650(H/HS) finden Sie in unserem Lernbrief.
Einbindung der Kamera mit der ACE-Software
Die ACE-Softaware bietet einige Optimierungsfunktionen. Eine mögliche Optimierung ist beispielsweise das Eindinden einer Kamera, welche Bauteilpositionen erkennt und diese dann, wie in diesem Anwendungsfall, montiert. Um ein Verständnis zu bekommen, wie eine solche Kameraeinbindung funktioniert, wird innerhalb dieses Unterkapitels eine Übersicht der Programmoberfläche gezeigt. In dieser Oberfläche wird die Kamera geteacht. Die folgende Abbildung die angesprochene Programmoberfläche.
Wie in der Abbildung 13 zu sehen, wird mittig der Oberfläche der Picker-Roboter dargestellt. Zudem ist ersichtlich, dass unter dieser Darstellung verschiedene Eingabefelder für die Koordinateneingabe positioniert sind. In der Abbildung wird aufgefordert die Koordinaten der Roboterposition, der Versatz der geteachten Position und die geteachte Position anzugeben. Insgesamt werden jedoch einige andere Parameter nötig sein, um der Kamera zu sagen in welchem Bereich sie agieren soll. Zu den Parametern gehören unter anderem:
- Belt-Informationen
- Belt-Steuerung
- Sensor Informationen (Offsets)
In der folgenden Abbildung werden die Belt-Informationen gesetzt, damit die Kamera die Positionen der Bauteile übermittelt bekommen kann.
ACE
Der folgende Programmcode ist das Hauptprogramm rob.main zur vollständige Montage sowie zur Kommunikation mit der Siemens ET 200SP und der MPS 500. Die Zeilen 01 und 41 bilden den Programmrahmen. In Zeile 06 wird die Sicherheitsposition angefahren. Anschließend wird von Zeile 10 bis 38 eine Endlosschleife ausgeführt. Dort wird zuerst abgefragt, ob ein digitales Eingangssignal vom induktiven Sensor über die MPS 500 am Eingang 1001 eintrifft. Solange dies nicht der Fall ist und somit kein Warenträger an der Station steht, wartet das Programm (Zeile 13 bis 15). Wenn ein Warenträger in der Station eintrifft, läuft das Programm weiter und ein Timer mit einer Laufzeit von 2 Sekunden startet. Dieser Timer wird dafür benötigt, damit der Roboter mit der Montage erst dann beginnt, wenn der Warenträger vom Zylinderkolben gestoppt wurde und er sich in der definierten Position befindet (Zeile 18 bis 19). Der Montagevorgang wird von Zeile 23 bis 27 durchgeführt. Für den Montagevorgang werden Unterfunktionen wie zum Beispiel "rob.picka()" (Zeile 22) und "rob.placea()" (Zeile 23) aufgerufen. Das Unterprogramm "rob.picka()" ist dafür zuständig, dass der Roboter die Position "picka.loc" anfährt, um das Einzelteil A (HSHL-Schriftzug) aus dem Warenträger zu entnehmen. Zusätzlich wird der Ausgang 1 aktiviert, um die Vakuumansaugdüse einzuschalten und das Einzelteil anzusaugen. Mit dem Unterprogramm "rob.placea()" wird die Position "placea.loc" angefahren, wo das Einzelteil in die Grundplatte des Untersetzers eingesetzt werden soll. Nach dem Anfahren dieser Position wird der Ausgang 1 wieder deaktiviert, wodurch die Vakkumansaugdüse wieder ausgeschaltet wird. Diese Vorgange geschehen ebenfalls mit den für die Einzelteile B (HSHL-Logo links) und C(HSHL-Logo rechts). Nach der Montage fährt der Roboter wieder in die Sicherheitsposition (Zeile 29). Die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters für den Montagevorgang wird in dem Unterprogramm rob.init() festgelegt. Hierfür wird der Syntax "SPEED v ALWAYS" verwendet. Die Bewegungsgeschwindigkeit v ist eine reele Zahl aus dem Interval von 0 bis 100. Abschließend wird über einen Zeitraum von 5 Sekunden ein Signal über den digitalen Ausgang 2 an die Siemens ET 200SP gesendet. Dieses Signal wird an das Druckluftventil weitergegeben, sodass nach vollendeter Montage der Zylinderkolben für 5 Sekunden eingefahren ist, um den Warenträger auf dem Förderband zur nächsten Station weiterzuleiten (Zeile 33 bis 36).
01 .PROGRAM rob.main() 02 03 GLOBAL REAL run.rob 04 CALL rob.init() 05 CALL err.init() 06 CALL rob.move.safe() 07 08 09 ;Endlosschleife 10 WHILE (rob.run) DO 11 12 ;es wird gewartet bis ein digitales Eingangssignal von der SPS gesendet wird 13 WHILE NOT SIG(1001) DO 14 WAIT 15 END 16 17 ;Warten bis der Zylinderkolben ausgefahren ist 18 TIMER (1) = 0 19 WAIT TIMER(1) > 2 20 21 ;die Montage wird durchgeführt 22 CALL rob.picka() 23 CALL rob.placea() 24 CALL rob.pickb() 25 CALL rob.placeb() 26 CALL rob.pickc() 27 CALL rob.placec() 28 29 CALL rob.move.safe() 30 31 ;ein digitales Signal wird am Ausgang 2 ausgegeben 32 ;es wird 5 Sekunden lang gesendet, sodass der Schlitten genug Zeit hat, die Station zu verlassen 33 SIGNAL 2 34 TIMER (1) = 0 35 WAIT TIMER(1) > 5 36 SIGNAL -2 37 38 END 39 40 RETURN 41 .END
Programmcode für die Station Montage in der Software ACE [5]
Originaldatei vom ACE-Programm: Datei:Vollständige Montage ACE MPS.zip.
- Ermittung der Koordinaten
Um den Montagevorgang auszuführen ist es notwendig die richtigen Positionen des Roboters zu ermitteln, welche angefahren werden müssen. Hierfür haben wir zuerst das Förderband parallel zur X-Achse des Roboters positioniert. Anschließend sind wir mit Hilfe des Adept T1 Pendant die Position des HSHL-Schriftzuges auf dem Warenträger angefahren. Das Adept T1 Pendant lässt sich frei verfahren, wenn mit dem Button "MODE" der Modus "JOINT" aktiviert ist. Die exakte Position des Roboters lässt sich anzeigen, indem der Button "DISP" und im Anschluss daran "position" betätigt wird. Um die restlichen anzufahrenden Positionen zu ermitteln, haben wir die Abstände, von der Position des HSHL-Schriftzuges aus, gemessen. Die Messungen haben wir im CAD-Modell durchgeführt. Die ermittelten Positionen, welche in der unten abgebildeten Tabelle zu finden sind, müssen in dem ACE-Programm als "Location" unter dem Tab "V+ Benutzervariablen" abgespeichert werden. Die Locations, oder auch Positionen genannt, weisen die Endung ".loc" auf und lauten beispielsweise "safe.loc" oder "picka.loc".[6]
| Location | X-Achse | Y-Achse | Z-Achse |
| safe | -150,000 | -100,000 | -796,000 |
| picka | -178,938 | -492,468 | -846,600 |
| pickb | -196,467 | -443,493 | -846,600 |
| pickc | -208,034 | -395,489 | -846,600 |
| placea | -119,521 | -390,902 | -842,000 |
| placeb | -101,953 | -435,128 | -842,000 |
| placec | -148,054 | -435,128 | -842,000 |
TIA-Portal
Das folgende Programm in Abbildung 15, welches mit dem TIA Portal in der Programmiersprache FUP erstellt wurde, hat zwei zentrale Aufgaben.
Im Netzwerk 1 wird dafür gesorgt, dass der Zylinderkolben eingefahren wird, wenn die Montage vollständig abgeschlossen ist. Während der Zylinderkolben eingefahren ist, wird der Warenträger mit dem fertig montierten HSHL-Untersetzer über das Förderband an die Station Verpackung weitergegeben. Das SR-Glied funktioniert nach einem simplen Prinzip. Wenn beim Eingang S (Set) ein Signal und gleichzeitig bei R1 (Reset) kein Signal ankommt, so wird der am Ausgang ein Signal ausgegeben. Sobald allerdings am Eingang R1 (Reset) ein Signal empfangen wird, so wird der Ausgang auf null zurückgesetzt und sendet kein Signal mehr aus. Der Eingang R1 (Reset) ist somit ein dominanter Eingang.
Das Netzwerk 2 ist für das Starten der Montagesequenz vom Roboter erforderlich. Wenn der induktive Sensor einen Warenträger an unserer Station erkennt und gleichzeitig kein Montagevorgang abgeschlossen ist, so wird ein Signal zum Start der Montagesequenz an den CX SmartController gesendet.
Originaldatei vom TIA-Programm: Datei:TIA-Programm - Zylinderkolben ansteuern.zip.
Aufbau der Station
Die nachfolgende Abbildung 16 zeigt den neuen Aufbau der Station Montage. Es wurde eine Vorrichtung gebaut, um den PC und die Siemens SPS zu integrieren. Außerdem ist das HMI Touch-Panel in diesem Aufbau eingebunden und kann mittels der erstellten Anleitung mit der SPS verbunden werden.
Originaldatei der Anleitung: Datei:Erstellung der Verbindung zwischen Siemens CPU 1515SP PC2 und Siemens Simatic HMI Touch Panel.docx
Komponententest
Um die in der Entwicklung erstellte Programmierung anwenden zu können, ist es wichtig, dass alle benötigten Komponenten einwandfrei funktionieren. Daher wurde in der folgenden Tabelle 3 eine Auflistung der Komponenten durchgeführt und diese im nächsten Schritt getestet.
| Komponente | Status | Datum | getestet von |
| Software ACE | betriebsbereit | 13.10.2022 | Lütkemeier, Markman |
| Software TIA | betriebsbereit | 13.10.2022 | Lütkemeier, Markman |
| 4-Achsen Parallel-Roboter Quattro 650 (H/HS) | betriebsbereit | 13.10.2022 | Lütkemeier, Markman |
| Siemens ET 200SP | betriebsbereit | 20.10.2022 | Lütkemeier, Markman |
| CX SmartController | betriebsbereit | 20.10.2022 | Lütkemeier, Markman |
| Basler Kamera | betriebsbereit | 15.12.2022 | Lütkemeier, Markman |
| MPS 500 | zu bearbeiten | --- | --- |
Originaldatei: Datei:Komponententest Station 3.xlsx
Integrationstest
Zum Testen der Integration zwischen der Siemens ET 200SP und dem Parallel-Roboter haben wir ein Programm mit der Software ACE und ein Programm mit der Software TIA Portal erstellt. In diesem Programm sollen die beiden genannten Komponenten miteinander interagieren. Das Zusammenspiel der beiden dafür erstellten Programme, welche wir in Abbildung 17 und dem darauffolgendem Programmcode in ACE sehen, kann wie folgt beschrieben werden:
Das ACE-Programm schickt ein Signal über den digitalen Ausgang 2 des CX SmartControllers an die SPS, nachdem die Montage vollständig durchgeführt wurde. Dieses Signal wird von dem digitalen Eingang der SPS mit der Eingangsadresse 8.1 entgegengenommen. Nun läuft das Programm der Software TIA-Portal. Dort wird durch den FUP-Baustein "TON" eine Einschaltverzögerung aktiviert. Diese Verzögerung zählt von 3 Sekunden runter. Wenn diese 3 Sekunden abgelaufen sind, wird ein Signal über den digitalen Ausgang Q4.1 an den digitalen Eingang 1001 des SmartController geschickt. Sobald dieses Eingangssignal registriert wird, läuft das ACE-Programm wieder weiter und der Montageablauf erfolgt erneut.
Originaldatei von Abbildung 17: Datei:TIA-Programm - Test SmartController.zip.
01.PROGRAM rob.main() 02 03 GLOBAL REAL run.rob 04 CALL rob.init() 05 CALL err.init() 06 CALL rob.move.safe() 07 08 09 ;Endlosschleife 10 WHILE (rob.run) DO 11 12 ;die Montage wird durchgeführt 13 CALL rob.picka() 14 CALL rob.placea() 15 CALL rob.pickb() 16 CALL rob.placeb() 17 CALL rob.pickc() 18 CALL rob.placec() 19 20 CALL rob.move.safe() 21 22 ;ein digitales Signal wird am Ausgang 2 ausgegeben 23 SIGNAL 2 24 TIMER (1) = 0 25 WAIT TIMER(1) > 0.1 26 SIGNAL -2 27 28 ;es wird gewartet bis ein digitales Eingangssignal von der SPS gesendet 29wird 30 WHILE NOT SIG(1001) DO 31 WAIT 32 END 33 34 35 END 36 37 RETURN 38.END
Programmcode für den Integrationstest mit der Software ACE [8]
Systemtest
In dem Video, welches Sie auf der rechten Seite sehen, wird der Montagevorgang des HSHL-Untersetzers durchlaufen. Zuerst fährt der Roboter die Sicherheitsposition (safe.loc). Anschließend beginnt der Montagevorgang bei dem die Einzelteile entnommen und auf der Grundplatte platziert werden. Zum Abschluss der Montage fährt der Roboter wieder in die Sicherheitsposition. Die Roboterbewegungen werden in diesem Video mit einer Geschwindigkeit von v = 0.75 ausgeführt. Mit diesem Roboter sind aber auch weitaus höhere Geschwindigkeiten möglich. Die Bewegungsgeschwindigkeit v kann aus einem Intervall von 0 bis 100 ausgewählt werden.
Eine passende Programmierung der MPS 500 zum Ansteuern des Druckluftzylinders war aus zeitlichen Gründen und fehlenden Wissen über die Verschaltung der einzelnen Stationen nicht möglich.
Daher ist die Interaktion mit dem induktiven Sensor und dem Druckluftzylinder über die MPS 500 nicht in dem Video zu sehen.
Originaldatei vom Video: Montage eines HSHL-Untersetzers.
Weiterhin wurde ein Systemtest, der in der folgenden Tabelle zu sehen ist, durchgeführt. Aufbauend auf der erstellten Anforderungsdefinition ist dieser durchgeführt worden.
| ID | Typ (I = Info, A = Anforderung) | Kapitel | Inhalt | Kommentar Auftraggeber | Status | Prüfer | Kommentar |
| 001 | I | 1 | Komponententest | ||||
| 002 | A | Bestehende Verdrahtung überprüfen | i.O. | HL & FM | |||
| 003 | A | Kommunikation zu parallel Roboter Quattro S650H und SPS herstellen | i.O. | HL & FM | |||
| 004 | A | Initialisierung der Peripheriemodule überprüfen | i.O. | HL & FM | |||
| 005 | A | Funktionsprüfung des Montageprozesses durchführen | i.O. | HL & FM | |||
| 006 | I | 2 | Optimierung Anlagenaufbau | ||||
| 007 | A | Beschriftung der Anlagenkomponenten anfertigen | Ausstehend | HL & FM | |||
| 008 | A | Roboter für Montageprozess korrekt positionieren | i.O. | HL & FM | |||
| 009 | A | Tischaufbau für SPS und HMI Touch-Panel verdrahten | i.O. | HL & FM | |||
| 010 | A | Kameraposition ändern, sodass der Montageprozess erkannt wird | i.O. | HL & FM | |||
| 011 | I | 3 | Software/Werkzeuge | ||||
| 012 | A | Kamera in ACE-Software einbinden | Ausstehend | HL & FM | |||
| 013 | A | Implementierung der Kamerasoftware | Ausstehend | HL & FM | |||
| 014 | A | Testen der Sensitivität der Kamera | Ausstehend | HL & FM | |||
| 015 | A | Verknüpfung der Kamera mit dem Montageprozess | Ausstehend | HL & FM | |||
| 016 | I | 4 | Dokumentation | ||||
| 017 | A | Verdrahtungs- und Pinbelegungsplan anlegen | z.T. | HL & FM | |||
| 018 | A | Vorhandener WIKI-Artikel mit den durchgeführten Änderungen ergänzen | i.O. | HL & FM | |||
| 019 | A | Es sind wöchentliche Tätigkeitsberichte anzufertigen | i.O. | HL & FM | |||
| 020 | A | Dokumentation von der Einbindung der Kamera | Ausstehend | HL & FM | |||
| 021 | A | WIKI-Anleitung zur Bedienung des Omron Roboters erweitern | z.T. | HL & FM | |||
| 022 | A | Änderungen der Anlage im WIKI-Artikel müssen nachvollziehbar sein | i.O. | HL & FM | |||
| 023 | I | 6 | Sicherheit | ||||
| 024 | A | Die Anlage muss auf Sicherheit und korrekten Ablauf getestet werden | z.T. | HL & FM |
Originaldokumentation: Datei:Systemtest Station 3.xlsx
Abnahmetest
Einleitung
Dieser Artikel beschreibt den Inbetriebnahmeprozess der Montage des HSHL Getränkeuntersetzers. Der Abnahmetest besteht aus den folgenden Inhalten:
- Verwendete Daten
- Testfall im Detail
Verwendete Daten
Für die Inbetriebnahme der Station Montage sind folgende Dateien notwendig:
- TIA-Programm-Test SmartController Fileversion: 3407; SVN-Archiv: trunk/Fachthemen/MPS_HSHL_Untersetzer/3_Montage/V-Modell/05_Entwicklung/
- ACE-Software: vollständige Montage mit Sensor und Druckluftzylinder_1_1_2; Fileversion: 3733; SVN-Archiv: trunk/Fachthemen/MPS_HSHL_Untersetzer/3_Montage/V-Modell/05_Entwicklung/
Testfall im Detail
Bezeichnung: Inbetriebnahme der Montagestation
Erstellt von: Markman, Lütkemeier
Erstellt am: 02.01.2023
Die unten dargestellte Tabelle lässt sich in insgesamt acht verschiedene Parameter einteilen.
Diese lauten:
- Schritt Nummer
- Beschreibung
- Ausgangszustand
- Aktion
- Erwartetes Ergebnis
- Ergebnis
- Bewertung
- Bemerkung
Der Inbetriebnahmeprozess wurde mittels dieser Parameter beschrieben und evaluiert.
| Schritt Nr. | Beschreibung | Ausgangszustand | Aktion(en) | Erwartetes Ergebnis | Ergebnis | Bewertung | Bemerkung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Precondition 1 | Netzteil der SPS einschalten | Stromversorgung nicht vorhanden | Netzteil einschalten | Netzteil der SPS ist betriebsbereit | SPS wird mit Strom versorgt | i.O. | |
| Precondition 2 | PC einschalten | PC ist aus | PC einschalten und anmelden | PC fährt hoch | PC ist betriebsbereit | i.O. | |
| Precondition 3 | Roboter einschalten | Roboter ist ausgeschaltet | Einschalten des Roboters über den Hauptschalter, Schlüsselstellung auf Computer-Symbol, Not-Ausschalter inaktiv | Roboter ist hochgefahren | Roboter ist einsatzbereit | i.O. | |
| Precondition 4 | ACE-Software starten | PC betriebsbereit, Softaware noch nicht ausgeführt | Starten des Programms, Verbindung zum Controller aufbauen | Programm ist gestartet und Controller ist betriebsbereit | Roboter ist betriebsbereit | i.O. | |
| Testschritt 1 | Inbetriebnahme des Montageprozesses | Anlage ist betriebsbereit | SPS auf RUN setzen, Taster am Schaltkasten des Robotergerüstes betätigen | Ablauf des vollständigen Montageprozesses | Roboter fährt vordefinierten Punkten an | z.T. | Kameraeinbindung noch nicht vervollständigt |
| Postcondition 1 | Anlage herunterfahren | Anlage läuft | SPS auf STOP setzen | SPS ist auf STOP | SPS befindet sich im STOP Modus | i.O. | |
| Postcondition 2 | Netzteil der SPS ausschalten | Stromversorgung ist vorhanden | Netzteil ausschalten | SPS Netzteil ist stromlos | SPS ist ausgeschaltet | i.O. | |
| Postcondition 3 | Roboter ausschalten | Roboter ist eingeschaltet | Hauptschalter des Roboters ausschalten | Roboter ist aus | Anlage ist ausgeschaltet | i.O. | |
| Postcondition 4 | PC herunterfahren | PC läuft | Software schließen, PC herunterfahren | PC ist aus | PC ist heruntergefahren | i.O. |
Originaldatei: Datei:Abnahmetest Station 3.xlsx
Tutorial
Innerhalb des Praktikum Produktionstechnik wurde eine Schritt für Schritt Anleitung erstellt. Hierbei wird eine Erklärung dargestellt, um eine SPS in das Programm TIA-Portal einzubinden. Zudem wird gezeigt, wie ein FUP Programm erstellt wird und wie ein solches Programm aussehen kann.
Lernbrief: 
Originaldatei: Datei:Präsentation Tutorial SPS TIA FM HL.pptx
Verwendete Software
- SolidWorks: Erstellung des CAD-Modells und Konzipierung der Druckteile
- TIA Portal V15: Einrichtung und Programmierung der SPS
- PapDesigner: Konzipierung des Programms
- Microsoft Office: Dokumentation
- ACE 3.8: Programmierung des Roboters
- Verdrahtungsplan: QElectroTech
Fazit
- Unsere Herausforderungen
- Verbindung zwischen TIA Portal und SPS
Am Anfang konnten wir keine Verbindung herstellen, weil wir eine falsche IP-Adresse eingegeben haben. Danach haben wir erkannt, dass jeder Anschluss in der SPS eine eigene IP-Adresse hat. Zudem muss die IP-Adresse in dem Computer angepasst werden. Die Informationen darüber befinden sich hier.
- Initialisierung der Peripheriemodule
Nach Initialisierung der Peripheriemodulen muss man auf den Button "Übersetzen" in TIA-Portal drücken, um die Informationen vom Computer auf die SPS zu übertragen.
- XDIO-Anschluss
Pin-Muster ist von der richtigen Seite zu betrachten (Draufsicht auf den Anschluss des SmartControllers in Abbildung 11).
- Automatisches Startprogramm vom Roboter
Der Roboter führt nach dem Start ein automatisches Programm durch. Das Programm wird in einem kleinen Bereich durchgeführt. Um eine Kollision mit dem Förderband zu vermeiden, haben wir den Roboter kurz verschoben. Eine bessere Lösung wäre eine Ausschaltung des automatischen Programms.
- Kommunikation mit der MPS 500
Die MPS 500 ist eine Schnittstelle zwischen allen Stationen (1 bis 4). Die SPS leitet die Signale zwischen den Stationen, Sensoren und Aktoren weiter. Das geschieht aber nicht direkt, sondern über ein Bussystem. Außerdem gibt es mehrere Peripheren für die Ein- und Ausgänge, die adressiert werden müssen. Hier finden Sie weitere Informationen über MPS 500-Architektur.
- Erkennung der Kamera in ACE-Software stellte Probleme dar, aufgrund eines technischen defektes der vorhandenen Kamera. Diese konnte behoben werden durch ein Austausch der Kamera.
- Erworbenes Wissen
- Verinnerlichung des V-Modells.
- Umgang mit einer SPS sowie dessen Programmierung.
- Ansteuern eines OMRON Parallel-Roboters.
- Vorher erlernte Kenntnisse auffrischen, z.B. Logikgatter.
- Gruppenarbeit sowie die Kommunikation mit den Kollegen.
- Verinnerlichung des V-Modells.
- Projektstand
- Kommunikation zwischen Siemens ET200SP, MPS 500 und ACE konnte hergestellt werden.
- Roboter hat auf induktiven Sensor reagiert und den Montagevorgang vollständig vollzogen.
- Programmierung des Roboter sowie der Siemens ET500SP für die Montage vollständig abgeschlossen.
- Programmierung der MPS 500 muss noch angepasst werden.
- Kamera wird in ACE-Softaware erkannt.
- Kamera ist in der korrekten Position für den Montageprozess montiert.
- Kommunikation zwischen Siemens ET200SP, MPS 500 und ACE konnte hergestellt werden.
- Mögliche Optimierungen
- Kameraüberwachung: Kamera zur Verbesserung der Präzision des Roboters muss in der ACE-Software programmiert werden (Lichtblenden notwendig, sodass die Kamera die Konturen und Farben erkennen kann).
- Durch das ruckartige Stoppen des Schlittens auf dem Förderband verschieben sich die Teile des Untersetzers innerhalb der vorgesehenen Plätze. Dies kann vermieden werden durch
- Anpassen der Konturen des Untersetzers
- Anpassen der Toleranzen zwischen Grundplatte des Untersetzers, der Einzelteile und des Warenträger
- Kameraüberwachung: Kamera zur Verbesserung der Präzision des Roboters muss in der ACE-Software programmiert werden (Lichtblenden notwendig, sodass die Kamera die Konturen und Farben erkennen kann).
Literatur
- ↑ Omron Adept Quattro s650H Robot User’s Guide
- ↑ Eigene Darstellung eines V-Modells - in Anlehnung dieser Grafik
- ↑ PapDesigner - technischer Systmentwurf
- ↑ Betriebsanleitung vom SmartController CX
- ↑ Befehle in der Programmiersprache V+ für ACE-Programme
- ↑ Adept T1 Pendant - User Guide
- ↑ Koordinatenberechnungen
- ↑ Befehle in der Programmiersprache V+ für ACE-Programme
- ↑ Eigenes Video von dem Systemtest zum Montieren des HSHL-Untersetzers
- Alle wichtigen Dateien zum Nachbau des Projektes finden Sie unter Datei:MPS-3 Datensammlung.zip
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