Didaktisch integratives Labor für Automatisierungs

Didaktisch integratives Labor für Automatisierungs-Regelungs- und Steuerungstechnik (DILARS)

www.dhbw-mannheim.de

ProjektübersichtFred Ackermann, Prof. Dr.-Ing. Michael Voits

DILARS - Projekt

In diesem Projekt soll die bisherige Laboreinrichtung auf dem Campus Eppelheim durch digitale Komponenten der Automatisierungstechnik, Steuerungstechnik, hochmodernen permanenterregten Synchronmaschinen (PSM) mit feldorientierter Regelung, Robotersystemen, Motion Control und leistungsfähigen Software-Tools zur Projektierung mit der Möglichkeit der Anbindung an unterschiedliche Bussysteme (Profibus,INTERBUS, ASI, SERCOS ...) ergänzt und erweitertet werden.

Eine integrative Leittechnik, zum Aufbau einer komplette Hierarchie der Automatisierung, von der Feldebene (Sensoren, Aktoren, Antriebe usw.), über die Regelungs- und Steuerungsebene (SPS, Automatisierungsgeräte usw.) bis zur Bedienebene (Leitstand usw.) ist weiterhin notwendig. Mit der Möglichkeit einer Einbindung in das Intranet wird ein neues didaktisches Hilfsmittel für Vorlesungen, Seminare und Gruppenarbeiten geschaffen. Hierbei ist auch daran gedacht, die bisherigen CAD-Stationen (Raum E47 + E51) mit einzubeziehen.

Mit Hilfe des oben dargestellten kompletten Laborkonzeptes ist es möglich, den späteren beruflichen Anforderungen unserer Studierenden im Hinblick der wachsenden Automatisierungsgrade von Maschinen, Anlagen und Prozessen, in der Ausbildung mit der Verbindung von Theorie und Praxis, gerecht zu w erden.

Beantrag: 250.000 € Bewilligt: 200.000 €

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Projektantrag 03/2014

DILARS - Projekt

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Ext. AktionsplätzeExt. Aktionsplätze

FestoFesto

FestoFesto

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Roboteranlage –Produktionsanlage


E.53 Laborplätze

PL

-13

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3 Tischgruppe � 12 Laborplätze � 24 Studierende3 Tischgruppe � 12 Laborplätze � 24 Studierende

DILARS - Projekt

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Roboteranlage –Produktionsanlage


Roboterlinie/RobotereinzelplätzeRoboterlinie/Robotereinzelplätze

E.53 Anlagen

Produktionsanlage - FestoProduktionsanlage - Festo

DILARS - Projekt

PL-01PL-01 PL-02PL-02

PL-03PL-03 PL-04PL-04

Tischgruppe I

Hardwareausstattung / PCS 7-Lizenz je Laborplatz

(für 2 Studierende � in Summe 24 Studierende)

Hardwareausstattung / PCS 7-Lizenz je Laborplatz

(für 2 Studierende � in Summe 24 Studierende)

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Laborplätze Hardware


PL-01 – Arbeitsplatz – PCPCS 7 ProzessleitsystemPL-01 – Arbeitsplatz – PCPCS 7 Prozessleitsystem

SPSS7-150016 DI/DQ - Analog

SPSS7-150016 DI/DQ - Analog

SPSS7- ET 200Simulationsmodelle

SPSS7- ET 200Simulationsmodelle

TP 700HMIBedienen / Beobachten

TP 700HMIBedienen / Beobachten

SPS - FestoS7-1200 SimulationsmodelleVerteilen/Prüfen/Sortieren


SPS

Netzwerkverteiler

SPS

Netzwerkverteiler

Labor

Netzwerkverteiler

Labor

Netzwerkverteiler

LogoKleinsteuerung

LogoKleinsteuerung

Datenspeicher

Laborrechner

Datenspeicher

Laborrechner

Industrie –WLANAktionsplätze

Industrie –WLANAktionsplätze

Für alle TischgruppenFür alle Tischgruppen

DruckerDrucker

KabelgebundenAktionsplätze

KabelgebundenAktionsplätze

AS RTXBox für PCS 7144 DE / 64 DA8 AE / 8 AA

AS RTXBox für PCS 7144 DE / 64 DA8 AE / 8 AA

pro Tischgruppe

DILARS - Projekt

PL-01PL-01 PL-02PL-02

PL-03PL-03 PL-04PL-04

Tischgruppe I

PL-05PL-05 PL-06PL-06

PL-07PL-07 PL-08PL-08

Tischgruppe II

PL-09PL-09 PL-10PL-10

PL-11PL-11 PL-12PL-12

Tischgruppe III

Einheiten sind nur 1 x vorhanden

Industrie – WLAN oder KabelgebundenIndustrie – WLAN oder Kabelgebunden

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�� Stand 31.10.14O Bestellt für 2014

E.53 Aktionsplätze

Prozessmodell je Tischgruppe

AntriebseinheitFeldorientierten Regelung von Asynchronmotoren


AntriebseinheitServo - Antrieb mit Bandmodell

AntriebseinheitServo - Antrieb mit Bandmodell

BandmodellVerknüpfungssteuerung I/O - Bus

BandmodellVerknüpfungssteuerung I/O - Bus

BandmodellVerknüpfungssteuerung ASI - Bus

BandmodellVerknüpfungssteuerung ASI - Bus

BandmodellVerknüpfungssteuerung ProfiBus


BandmodellVerknüpfungssteuerung ProfiNet

BandmodellVerknüpfungssteuerung ProfiNet

KleinsteuerungLOGO AS-i - Bus

KleinsteuerungLOGO AS-i - Bus

MaschinensicherheitSicherheitstür - SicherheitsrelaisAS-i BUS und I/O - Lichtvorhang

MaschinensicherheitSicherheitstür - SicherheitsrelaisAS-i BUS und I/O - Lichtvorhang

FU – G120ProfiNetSynchronmaschinen

FU – G120ProfiNetSynchronmaschinen

FU – G120ProfiNetAsynchronmaschinen

FU – G120ProfiNetAsynchronmaschinen

LeistungsmessungAnlageneffizienzProfiNet

LeistungsmessungAnlageneffizienzProfiNet

Versuchsmodell

AS-i - Bus

Versuchsmodell

AS-i - Bus

AnlagenmodellBearbeitungszentrumI/O - Bus - ProfiNet

AnlagenmodellBearbeitungszentrumI/O - Bus - ProfiNet

ProzessmodellFüllstand – Durchfluss - TemperaturI/O - Bus - ProfiNet

ProzessmodellFüllstand – Durchfluss - TemperaturI/O - Bus - ProfiNet

VisualisierungTP – 1900 Bedienen / Beobachten

VisualisierungTP – 1900 Bedienen / Beobachten

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ProzessmodelleMPS PA Compact WorkstationFüllstand-, Durchfluss-, Druck-und Temperaturregelstrecke

ProzessmodelleMPS PA Compact WorkstationFüllstand-, Durchfluss-, Druck-und Temperaturregelstrecke

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DILARS - Projekt

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Automatisierungspyramide

Prozess-Leitebene (3)

Die Automatisierungspyramide dient der Einordnung von Techniken und Systemen in der Leittechnik und stellt die verschiedenen Ebenen in der industriellen Fertigung dar. Jeder Ebene kommt eine eigene Aufgabe in der Produktion zu, wobei es je nach betrieblicher Situation fließende Grenzen gibt. Entsprechend der Aufgabe der Ebene haben sich spezifische Techniken der analogen und insbesondere auch der digitalen Datenübertragung und -verarbeitung entwickelt. Die Pyramidendarstellung betont die Hierarchie der Ebenen.

Die drei typischen Ebenen der Automatisierungspyramide werden im DILARS-Projekt abgebildet und ermöglichen den Studierenden eine industrienahe Ausbildung .

Feldebene (1)Binäre Aktuator/

Sensor-Ebene (1a)mit AS-Interface

Steuerungsebene (2)

Level 3: Prozessleitsystem•Bedienen und Beobachten •Rezeptverwaltung und Ausführung•Messwertarchivierung

Level 2: SPS, HMI *)

•Steuerung und Regelung •Vor Ort Bedienung

Level 1: Ein- u. Ausgabemodule / Feldbus•Schnittstellen zum Prozess

Level 1a: AS-Interface / Parallelverdrahtung•Datensammlung binärer Signale

* Human Machine Interface

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Simulationsmodell



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Prozessmodell

Lerninhalte aus den folgenden Bereichen können bearbeitet werden:

Mechanik– Mechanischer Aufbau einer Station. Verfahrenstechnik – Fließbilder und Dokumentationen lesen und erstellen (Prozessleitsystem)– Verrohren prozesstechnischer Komponenten.Elektrotechnik– Fachgerechtes Verdrahten elektrischer Komponenten. Sensorik– Fachgerechtes Verwenden von Sensoren.– Messen nicht-elektrischer, prozesstechnischer, regelungstechnische Größen.– Feldbustechnik, z. B. PROFIBUS, kennen lernen und parametrieren. Regelungstechnik – Grundlagen der Regelungstechnik.– Erweiterung von Messketten zu geschlossenen Regelkreisen.– Analyse von Regelstrecken.– P-, I-, D-Regler.– Optimierung eines Regelkreises. Regeleinrichtung (Industrieregler)– Konfiguration, Parametrierung und Optimierung eines Industriereglers.Inbetriebnahme – Inbetriebnahme eines Regelkreises.– Inbetriebnahme einer prozesstechnischen Anlage mit Prozessleitsystem.Fehlersuche – Prozesstechnische Anlagen überprüfen, warten und instand halten..– Systematische Fehlersuche an einer prozesstechnischen Anlage.Prozessführung – Prozesse mittels PC mit Prozessleitsystem (PLS) bedienen und beobachten.– Prozesse über PLS optimieren und anpassen.Prozessmodell Füllstand – Durchfluss – Temperatur

I/O - Bus - ProfiNet

Prozessmodell Füllstand – Durchfluss – Temperatur I/O - Bus - ProfiNetProzessmodell Füllstand – Durchfluss – Temperatur I/O - Bus - ProfiNet

Prozessmodell Füllstand – Durchfluss – Temperatur I/O - Bus - ProfiNet

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DILARS - Projekt

Bandmodell



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DILARS - Projekt



Antriebseinheit

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Bilderkennung

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RoboterlinieRoboterlinie

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Laserschweißen

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DILARS - Projekt

Gravieren

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Schlüsselanhänger

LaserschweißenOber- und Unterteil

Gravieren Logo DHBW

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Produktionsanlage

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Neue Labore

• Inbetriebnahme TMT12SI im 5. Semester � wurde erstmals durchgeführt

• Instandhaltung TMT12AM im 5. Semester� wurde erstmals durchgeführt

• Industrieroboter (innerhalb des Wahlfachs) TMT12AM im 5. Semester� wurde bis 2013 bei ABB Robotics in Friedberg durchgeführt

Nachteile: Anfahrt nach Friedberg und zurück, Labore am Samstag

• Automatisierung (Prozessleitsystem) TMT12AM im 6. Semester � wurde bis 2013 an der DHBW Neuostheim durchgeführt

Nachteile: Anfahrt nach Neuostheim (und zurück), kein Betreuer von der DHBW Mannheim vorhanden, keine Integration in ein Labor und somit keine Aktionsplätze vorhanden, max. nur für 12 Studierende Plätze vorhanden. Ist mehr ein „Show-Room“.

• Digitale Regelungstechnik TMT13AM im 4. / 5. Semester� wird erstmals durchgeführt (neues Labor)

• Automatisierung (Bussysteme) TMT13AM im 5. Semester� wird erstmals durchgeführt (neues Labor)

Dazu kommen Labore die bisher in anderen Räumen und mit anderen Mittel stattgefunden haben, z.B. Instandhaltung

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ab 12.01.2015

ab September 2015

ab März/Oktober 2015

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DILARS - Projekt

Labor Industrieroboter

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RobotereinzelplatzRobotereinzelplatz

Werkzeug für HalterungKugelschreibermine

DILARS - Projekt

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Studienarbeiten

• Studienarbeiten WS 2014

• Aufbau und Erprobung von Bussystemen für den Labor- und Versuchsbetrieb I+II

• SIMATIC-Anbindung an die Reglerbausteinen des RT-Labors I+II

• Inbetriebnahme und Laborversuche Feldorientierte Regelung von Asynchronmaschinen mit Matlab-Simulink I+II

• Sichtschutzkonzept für die Roboterschweißanlage I+II

• Sicherheitskonzept für die gesamte ABB-Roboterlinie

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Studienarbeiten

• Studienarbeiten FS 2015

• Aufbau und Erstellung einer Versuchsanordnung (Antriebssteuerung - SEW) für das DILARS- Labor

• Digitale Regelungen mit Anbindung an das Leitsystem PCS 7 im DILARS-Labor I + II

• Aufbau und Erstellung einer Versuchsanordunng ( S7 - 1500 verteilen- prüfen - sortieren) für das DILARS Labor I + II

• Aufbau und Erstellung einer Versuchsanordnung ( AS-i Bus Modelle) für das DILARS -Labor

• Laborversuche Feldorientierte Regelung von Asynchronmaschinen mit Matlab-Simulink I+II

• Konzipierung und Ausarbeitung geeigneter Beispiele für werbewirksame Einsätze (Messen, DHBW-Infotag, …) der Roboterzellen

• Konkrete Umsetzung eines Sicherheitskonzeptes für die Roboterzellen

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• Elektrische Maschinen (einschließlich Vorlesung)seit SS 2014Allgemeine Mechatronik im 4. Semester von der Werner-von-Siemens-Schulebisheriger Dozent

• Industrieroboter (innerhalb des Wahlfachs) seit WS 2014 Mechatronik im 5. Semestervon ABB Robotics in Friedbergbisheriger Dozent

• Automatisierung (Prozessleitsystem) ab FS 2015 Mechatronik im 6. Semester von der DHBW in Mannheim neuer Dozent

Bisherige auswärtige Labore

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