Prozess-Steuerungen (eBook)

Inhaltsverzeichnis 10
1 Einführende Betrachtungen 14
1.1 Historisches zu SPAS 18
1.2 Zum Aufbau des Buches 20
Teil I Praxisorientierte Anwendung von SPaS 23
2 Automatisierungsprojekt und Modellphilosophie – Am Beispiel eines Speicherkessels dargestellt – 25
2.1 Prozess-Ablaufnetz (PAN) 28
2.2 Prozess-Zerlegung und Prozess-Zerlegungsgraph 30
2.3 Vom PZG zur Funktions-Block-Darstellung (FBD) 32
2.4 Prozessablaufplan (PRAP) 35
2.5 Realisierungsentwurf 45
3 Praxis des Prozess-Ablaufplanes 57
3.1 Grundstrukturen 57
3.2 Erweiterte Strukturen 62
3.3 Eingebettete Funktionen 76
4 Praxis der Systemgestaltung durch Prozess-Zerlegung und Funktionsblock-Darstellung 99
4.1 Grundlagen der praktischen Prozesszerlegung 100
4.2 Probleme der Teilprozess-Koppelung 103
4.3 Neue Prozesszerlegung am Beispiel Speicherkessel 104
4.4 Zerlegung der Torsteuerung 105
4.5 Aufzugsteuerung am Beispiel des Modells der Firma Siemens 110
4.6 Anhang: Adressentabellen zum Aufzugsmodell 143
5 Projektgestaltung in SPaS 147
5.1 Einleitende Bemerkungen 147
5.2 Projekt-Editor 147
5.3 Beispiel Aufzug 1 153
5.4 Beispiel Aufzug 2 162
5.5 Beispiel Aufzug 3 170
5.6 Wiederverwendung von Funktionen und PRAP 171
6 Debugging 179
6.1 Statische Kontrolle der Steuerungsfunktion 179
6.2 Dynamische Kontrolle der Steuerungsfunktion 184
7 Variable und ihre Eigenschaften auf der Grundlage der DIN EN 61131-3 187
7.1 DATA TYPEs (Datentypen) 187
7.2 USAGE 189
7.3 ADDRESS 190
7.4 INITIAL VALUE 191
7.5 POINT OF AUTOMATION 191
8 Beispiele „SCHÜTTGUT“ und „CONVEYOR“ 193
8.1 Beispiel „SCHÜTTGUT“ aus IEC 61131-3 193
8.2 Beispiel „CONVEYOR TEST STATION“ 205
Teil II Theoretische Grundlagen 215
9 Theorie des Prozessablaufplanes 217
9.1 Vom ungetakteten Automaten zum Prozessablaufplan 217
9.2 Automatentheoretische Grundlagen 220
9.3 Die graphische Darstellung des Automaten 225
9.4 Widerspruchsfreiheit und Vollständigkeit 227
9.5 Zustandsreduktion 229
9.6 Übergang zum Prozessablaufplan 231
9.7 Graphische Darstellung des Prozessablaufplanes 235
9.8 Initialsituation und stark zusammenhängender Prozessablaufplan als Graph 239
10 Theorie der Prozesszerlegung 241
10.1 Theorie des Prozesszerlegungsgraphen 241
10.2 Graphische Darstellung 243
10.3 Funktionsnachweis eines PZG 245
10.4 Überführung des Prozesszerlegungsgraphen in die Funktionsbaustein-Darstellung 248
11 Theorie des Prozessablaufnetzes 251
11.1 Petrinetz und Prozessablaufnetz 251
11.2 Zerlegung des PAN in Zustandsmaschinen 260
11.3 Entwicklung der PRAP aus Zustandsmaschinen 265
12 Theorie Precompiler 271
12.1 Übersetzung eines PRAP 271
12.2 PRAP als Automat 272
12.3 Eingebettete Funktionen im PRAP 284
12.4 Erstellen eines lauffähigen Programmes 288
Literaturverzeichnis 297

4 Praxis der Systemgestaltung durch Prozess-Zerlegung und Funktionsblock-Darstellung (S. 78-79)

Dieses Kapitel beinhaltet mit dem Begri. Prozess-Zerlegung eine notwendige Anfangstätigkeit der Steuerungs-Projektierung, auch Projektierung des Steuerungssystems genannt, und zugleich mit dem Begri. Funktionsblock- Darstellung eine abschließende Dokumentationsform. Dazwischen sind Projektierungsarbeiten eingeschlossen, die sich durch Detaillierungs- und Vervollständigungs- Tätigkeit beschreiben lassen. Schon in den vorangegangenen Kapiteln fand auf verschiedene Weise die Prozess-Zerlegung statt, um ein Software-Projekt zu gestalten. Es werden die Ziele und die Arbeitsschritte nochmals vorgestellt und als Grundgerüst öfter auch im Rahmen der Beispiele zitiert. Unmittelbar mit der Prozess-Zerlegung ist auf natürliche Weise die Gestaltung der Prozess-Ablaufpläne verbunden, weil für jeden Teilprozess das „Innenleben", bekannt sein muss. Insbesondere ist die Einbeziehung der Teilprozess-Koppelung bedeutsam, da hiervon die Gesamtfunktion des Automatisierungssystems abhängt. Zur Gestaltung der PRAP selbst wird hier nichts mehr erläutert, da im Kapitel 3 dieses Thema allein Inhalt ist. Bereits dort .nden etliche wichtige Bemerkungen zur Koppelung ihren Niederschlag. Folgende Beispiele werden behandelt:

1. Es soll noch einmal die Abbildung 2.4, Seite 9 betrachtet werden und wie sie entstand. Zwei Wege wurden beschritten, der erste mit Hilfe des Prozess-Ablauf-Netzes (PAN ) als Modell des zu steuernden Prozesses. Der zweite Weg, die Zerlegung ohne PAN, war mehr ein Hinweis und damit nicht wirklich vollzogen worden. Das Ergebnis der Projektierungsarbeit ist in Abbildung 2.15 dokumentiert. Der erste Abschnitt dieses Kapitels soll zeigen, wie der angedeutete Weg umgesetzt werden kann.

2. Im Kapitel 3 über die praktischen Fragen zur Gestaltung des PRAP ist in der Abbildung 3.9 ein Torsteuerungs-Prozess dargestellt. Er ist in seiner kompakten Form schon mit „gut übersichtlich", zu beurteilen. Es kann aber in der Praxis auch geschehen, dass sehr große PRAP entstehen, die man lieber in kleinere zerlegen sollte, damit die einzelnen Etappen besser zu übersehen sind. Am kleinen Beispiel der Torsteuerung soll gezeigt werden, wie durch Zerlegung ein Teilprozess „Handsteuerung", ein Teilprozess „Automatiksteuerung" und ein Teilprozess „Torantrieb", entstehen.

3. Vielleicht kennen Sie das Aufzugsmodell der Firma Siemens, das es mit drei und mit vier Etagen gibt. An diesem Beispiel soll gezeigt werden, wie durch zielgerichtetes Zerlegen der technologischen Einrichtung in steuerungstechnische Teilprozesse das Gestalten des Automatisierungsprojektes ermöglicht wird.

4.1 Grundlagen der praktischen Prozesszerlegung

Wie schon am Beispiel Speicherkessel im Kapitel 2 behandelt, gibt es einige Faustregeln, die für das praktische Herangehen an das Problem der Prozess- Zerlegung hilfreich sind. Das Nachdenken über eine sinnvolle Lösung ist durch nichts zu ersetzen, handelt es sich doch immer um eine kreative Tätigkeit, die nur durch wenige Plausibilitätsregeln unterstützt werden kann. Es gibt natürlich durch das Benutzen des Prozess-Ablauf-Netzes (PAN1) eine deutliche Hilfe. Aber die Zerlegung ohne PAN kann nach einiger Übung ebenso e.ektiv sein. Ziele der Prozess-Zerlegung sind,

1. einen Überblick über das gesamte Steuerungsproblem, den Systementwurf, zu erhalten.

2. Steuerungs- und Regelungsaufgaben getrennt als Teilprozesse (TP) analysieren zu können, ohne dabei die gegenseitigen steuerungstechnischen Beziehungen (TP-Koppelungen) außer Acht zu lassen. Zu jedem TP gibt es Variablen, wobei zu jeder einzelnen Variablen der Bezug zum technologischen Schema (Fließbild, Anlagen- oder Maschinenschema) durch EMSR-Stellen nach DIN 19227 zu dokumentieren ist.

3. die Teilprozesse (TP), die in einer gemeinsamen Ressource abzuarbeiten sind, entweder in einen eigenen Prozesszerlegungsgraphen (PZG) einzutragen oder in einem einzigen für alle Ressourcen. Im letzteren Fall sind die TP zu kennzeichnen, welcher Ressource sie zugehören.

4. die durch Zerlegung gewonnenen Teilprozesse auch in der Darstellung durch ihre aktuellen Größen (Konstante und Eingangs-/Ausgangsvariable) zu ergänzen sowie den Bezug zum Typen (z.B. Typen-PRAP) herzustellen. Damit ergibt sich die Funktions-Block-Darstellung, kurz FBD.

5. Koppelvariable zu ermitteln, die zum einwandfreien Arbeiten des Steuerungs- Systems erforderlich sind.