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Die digitale Fabrik der Technikerschule München Die digitale Fabrik der tsm ist ein funktionsfähiges Modell einer vertikal vernetzten Produktionsanlage mit den heute üblichen Steuerebenen :

- ERP-Ebene (enterprise resource planing) Zentrale Betriebsdatenverarbeitung. ERP-Systeme wie z.b. SAP realisieren die betriebs-wirtschaftlich ausgerichteten Prozesse in einer Firma. Hier werden die Aufträge für die Produktionsstätten erzeugt und alle Resourcen verwaltet. - MES-Ebene (manufactoring execution system) Software setzt die Aufträge aus ERP in Fertigungsschritte für die Fertigungsanlagen um (Fertigungsmanagement) und meldet relevante Anlagendaten zurück in die ERP-Ebene (Betriebsdatenerfassung). - Prozess-Ebene Nimmt Aufträge für Fertigungsschritte entgegen und führt sie im modular aufgebauten Maschinenpark der Produktionsstätte aus. - Zulieferer („supply chain“) Liefert für die Produktion nötige Bauteile zeitgerecht (just-in-time) und in modernen Anlagen mit Variantenfertigung (Losgröße 1) in der für die Fertigung benötigten Reihenfolge („just-in-sequence“). Als vertikale Kommunikationssysteme zwischen den Automatisierungsebenen arbeiten :

- Webservices (XML) zwischen ERP und MES und in der supply chain - TCP/IP (Ethernet) zwischen MES und Prozess - OPC uA zwischen MES und Prozess - Profibus/net (Feldbus) innerhalb der Prozessebene auf SPS-Basis - S7-Protokoll auf Ethernet RFC1006 als Alternative zum Feldbus

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Dokumentation :

Teil 1 : Überblick zur Laboranlage „digitale Fabrik“

1. Die Anlage als Praktikumsbasis 2. Automatisierungsstruktur 3. Aufbau des Stammwerks 4. Aufbau des Zulieferers 5. IT-Struktur 6. Produktionsablauf, Beschreibung der verschiedenen Betriebsarten

Teil 2 : Kommunikation und allgemeine Adresskonventionen

1. Allgemeines Kommunikationskonzept

1.1 SPS-Ebene 1.2 ERP-Ebene und Zuliefererkommunikation 1.3 ERP-Ebene und MES-Ebene

2. Realisierung der Anlagenkommunikation : Feldbus und Ethernet 2.1 Profibus DP 2.2 Ethernetbasierte Kommunikation

2.3 IP-Adressbelegung

3. Modulfunktionen und Konventionen für die SPS-Programmierung

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Teil 3 : Pflichtenhefte der Modulfunktionen

Fertigungszellen (Module) im Stammwerk :

Transportband Lineararm Vertikalarm Horizontalarm Lager und QS-Einheit

Teil 4 : Hardwaredokumentation (Klemmenbelegung der SPS)

4.1 Stammwerk 4.1.1 Montageband 4.1.2 Lineararm

4.1.3 Vertikalarm 4.1.4 Horizontalarm 4.1.5 Lagereinheit 4.2 Zulieferwerk

Teil 5 : Hinweise zur Bedienung (auch über das Internet)

Reiner Doll, Technikerschule München ([email protected]), Dezember 2015

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Das Labor Digitale Fabrik am Standort Bergsonstraße der Technikerschule München dient als Praktikumsbasis für die Fächer Steuerungstechnik (SPS), Automatisierungstechnik (Industriekommunikation, Fertigungsautomatisierung) und Datenverabreitungstechnik. Ziel des Gesamtprojektes ist, den teilnehmenden Schülern (und nicht zuletzt auch den betreuenden Lehrern) praxisnahe Erfahrungen an einer realen Produktionsanlage zu ermöglichen. Es handelt sich hierbei aber nicht um eine 100% funktions- und leistungsfähige Fertigungs- anlage, sondern vielmehr um ein Experimentalsystem, das Stück für Stück durch Projektarbeiten von Schülern weiterentwickelt und am Stand der Technik gehalten wird. Kerngedanke der gesamten Anlage ist, die technische und unternehmerische Praxis eines modernen Fertigungsbetriebs, angefangen bei den betriebswirtschaftlichen Geschäftsabläufen über die Produktionsautomatisierung bis hin zur Anlagenprogrammierung, realitätsnah und funktionsfähig abzubilden. Dieses Bild zeigt die Struktur der zugrunde liegenden Modellfabrik : Stammwerk Firmenleitung (Büro mit ERP) Lager Halle3 Halle2 Halle1 Zulieferbetrieb

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TEIL 1 : Beschreibung der Laboranlage

1. Die Anlage als Praktikumsbasis und im Internetbetrieb

Das Labor Digitale Fabrik ermöglicht Schülern und Lehrern der Technikerschule München, praxisnahe Erfahrungen in den Fachbereichen Automatisierung, Datenverarbeitung, Steuerungstechnik und Betriebswirtschaftslehre zu sammeln. Die praktische Arbeit an dieser Anlage nimmt in den beteiligten Fächern breiten Raum ein. Die Anlage wird durch jährlich stattfindende Projektarbeiten kontinuierlich weiterentwickelt und so auf dem Stand der Technik gehalten. Daneben ist es möglich, auch außerhalb der Unterrichtszeit über ein Webinterface an der Anlage zu arbeiten und die ablaufenden Funktionen per WebCam zu betrachten. Dies soll in Zukunft auch durch Onlinekurse und einbettende Webangebote (Wiki, Forum etc..) begleitet werden.

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2. Struktur der Automatisierung

Die erforderliche Anpassung der Anordnung an den Stand der Technik erfolgte zuletzt durch Angliederung eines externen Zulieferers und die Anbindung an betriebswirtschaftliche Abläufe. Bild 2 zeigt die heute übliche Darstellung einer Unternehmensstruktur :

Enterprise Resource Planing : Früher „Warenwirtschaftssystem“ Betriebswirtschaftliche Unternehmenssoftware (z.b. SAP, hier AvErp) Manufactoring Execution System : Fertigungsnahe Prozessleittechnik SCADA-Systeme Prozessautomation in der Fertigungshalle : Maschinensteuerung SPS usw..

Bild 2 : Dreischichtenmodell einer Unternehmensstruktur

Dieses Modell wird nun erweitert durch Einbeziehung der Zulieferkette („supply chain“), die heute einen wesentlichen Bestandteil moderner Fertigungsabläufe darstellt :

Neben unabhängigen ERP-Systemen in jedem Werk : Kommunikation mit Zulieferern : „just in time“ „just in sequence“

Unternehmen 1 : Stammwerk Unternehmen 2 : Zulieferer Bild 3 : Dreischichtenmodell mit Zulieferbetrieb

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3. mechanischer Aufbau Stammwerk

Das Labor „flexible Fertigung“ befindet sich im Raum 13.25 am Standort Bergsonstraße der Technikerschule München. Die Fertigung im Stammwerk besteht aus einer Produktionsanlage für Türme aus jeweils 3 verschiedenfarbigen Metallzylindern (ca. 50 x 10 mm). Über verschiedenfarbige Zylinder in den 3 Lagern der Fertigungsmodule ergeben sich 27 Produktvarianten (verschiedenfarbig zusammengesetzte Türme), die in Losgröße 1 gefertigt werden. Der Wertschöpfungsprozess findet im Stammwerk entlang einer Fertigungsstraße mit 3 Fertigungsmodulen, einer Qualitätssicherungseinheit und einem Auslieferungslager an einem zentralen Transportband statt.

Bild 4 : mechanischer Aufbau des Stammwerks

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4. mechanischer Aufbau Zulieferer

Angegliedert ist der Zulieferer. Dies ist ein unabhängiges Bestückungssystem, das über eine Transporteinheit („Landstraße“) eines der Module des Stammwerks just-in-time und just-in-sequence mit Materialsequenzen für je eine Charge ( 3 Türme) versorgt.

Bild 4b : mechanischer Aufbau des Zulieferers und Anbindung ans Stammwerk

„Landstraße“

Fertigungszelle 1

im Stammwerk

Zulieferer

„Werkstor“

„Fertigung“

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5. IT-Struktur ERP-Ebene : Win2003-Enterprise Server (Hardware : HP-Netserver LH4r) Open source ERP-System ADEMPIERE Datenbanken ORACLE und mySQL Firewall Apache Webserver (Webservices)

MES-Ebene : Je ein Win2008- Server in Stammwerk und Zulieferwerk

Visual Studio Express 2010 mit VB .net MES-Funktion mit eigenentwickelter Software (VB .net) Graphische Bedienschnittstelle, Prozessvisualisierung.

Prozess-Ebene : Win2003 Server zur SPS-Programmierung aus dem Web und 25 Labor-PC im Raum 13.25 - Stammwerk :

Zellebene : (DP-Master) S7 315pn/dp (koordiniert (verkettet) die Fertigungsmodule

Feldebene : (DP-Slaves) 5x S7 315pn/dp (Mechaniksteuerung) Kommunikation über Profibus DP, Profinet CBA oder ISO-on-TCP

- Zulieferer :

Simatic S7 300 Kommunikation über OPC Alternativ : Soft-SPS in Codesys (objektorientiert) Kommunikation über EtherCAT - virtuelle Fertigungszellen :

In der Versuchsphase existieren 2 virtuelle Fertigungszellen, die funktions- und belegungsidentisch mit 2 realen Zellen aus dem Stammwerk arbeiten. (Simulation Wildlife). Diese werden objektorientiert aus je einer UML-basierten Codesys- Soft-SPS gesteuert.

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6. Produktionsablauf Produktionsablauf im Überblick (unterlegt: Automatisierungsdreieck) :

Der Kunde bestellt am ERP-System Produkte aus der vorgegebenen Produktpalette. „Losgröße 1“ : jedes Produkt kann individuell anders aufgebaut sein. Das ERP-System erstellt Stücklisten, Vorkalkulation, Fertigungsaufträge usw… Die Disposition erstellt Aufträge zur Befüllung von Lagern im Hauptwerk und Forecasts an den Zulieferer. Fertigungszeitpläne werden erstellt (Zulieferer, Lagerbestand usw..). Die Fertigung wird schließlich freigegeben. Hierzu werden Fertigungsaufträge mit fortlaufenden Auftragsnummern (ID) am Webportal für Stammwerk und Zulieferer bereitgestellt Nach Ablauf der Fertigung werden die nötigen betriebswirtschaftlichen Schritte (Rechnungstellung, Disposition, Lieferscheine, Nachkalkulation, Fakturierung usw..) durchgeführt. Der Zulieferer muß die Materialien für eine Charge (3 Bauteile) zum richtigen Zeitpunkt („just in time“) und in der für die Fertigung benötigten Reihenfolge („just in sequence“) bereitstellen. Er holt die Information (Forecast) vom Webportal des ERP-Systems und fertigt die Sequenz. Dann wird gewartet bis die Lieferfreigabe (Sequence-Call) erfolgt. Daraufhin wird ausgeliefert. Die MES-Systeme im Stammwerk und beim Zulieferer koordinieren den Ablauf der Fertigung, indem Sie die Prozessebene mit Fertigungsschritten beauftragen, die sich aus den Fertigungsaufträgen aus ERP ergeben. Das MES-System im Stammwerk führt die zeitliche Koordinierung der einzelnen Fertigungsmodule in der Feldebene durch (Verkettung). Die Anlage kann mit einem festen Anlagentakt gefahren werden (starre Kopplung) oder mit frei laufenden Fertigungsmodulen (lose Kopplung). Aufträge werden entweder von MES vorgegeben (Push-Prinzip) oder mttels der RFID-gestützten Produktidentifizierung direkt aus der ERP-Datenbank gelesen (siehe Pull-Prinzip, e-Kanban) Die Fertigungsmodule führen SPS-gesteuert die nötigen mechanischen Tätigkeiten aus.

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Produktionsablauf im Detail (Betriebsarten) Sinn der verschiedenen Betriebsarten ist es, in Praktika im Unterrichtsbetrieb die möglichen Varianten der Anlagenführung kennenzulernen.

Betriebsart 1 : Prozessablauf bei starrer Kopplung der Prozessmodule In dieser Betriebsart wird die gesamte Fertigung auf Prozessebene von einem gemeinsamen Anlagentakt gesteuert. Alle Fertigungsschritte werden im Stammwerk ausgeführt (Fertigungstiefe 100%, kein Zulieferer). Die Fertigung ist in Chargen zu 3 Produkten organisiert, jede Charge hat einen Serienanlauf und –auslauf.

Betriebsart 2 : starre Kopplung mit Anbindung eines Zulieferers In dieser Betriebsart wird die gesamte Fertigung von einem gemeinsamen Anlagentakt wie oben gesteuert. Die Fertigungstiefe beträgt aber nicht 100%, ein Teil der nötigen Fertigungsabläufe wird an einen Zulieferbetrieb ausgelagert (supply chain). Dieser liefert just-in-time und just-in-sequence. Betriebsart 3 : lose Kopplung mit Zulieferer, RFID-geführt mit Produkt-ID Keine Steuerung durch einen gemeinsamen Anlagentakt. Die Module laufen unabhängig voneinander. Ein Teil der nötigen Fertigungsabläufe ist an einen Zulieferer ausgelagert (supply chain). An den Modulen wird aus einem RFID-Tag am zu bearbeitenden Werkstück eine Produkt-ID ausgelesen, mit deren Hilfe aus der zentralen Datenbank der Anlage der benötigte Auftrag für das Modul eingeholt werden kann.

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TEIL 2 : Kommunikationsprotokolle und allgemeine Adresskonventionen 1. Kommunikationskonzept 1.1 Handshakeprinzip

Timing-Diagramm des Kommunikationsprotokolls :

READY

START

AUFTR. x y

ACK.

BUSY

ERROR

Zeit Bild 5 : Timingdiagramm der Kommunikation

Das Kommunikationsprotokoll beschrieben als Text (Requester A / Responder B): B : (Responder) meldet mit READY ihre Bereitschaft (bei Power-On) A : (Requester) legt die Auftragsinformation an A : legt den START-Befehl an B : quittiert mit ACKNOWLEDGE den START B : zeigt durch BUSY=1 die laufende Mechanikaktion an A : setzt bei eingegangenem ACKNOWLEDGE den Start zurück B : setzt bei erkanntem START=0 ACKNOWLEDGE zurück (=0) A : wartet auf BUSY=0 Bei Fehlfunktion (z.b. Lager leer) läuft das Modul trotzdem weiter (hat Vorteile für Testbetrieb..), setzt aber ERROR. Dieser kann von MES oder manuell (Starttaste) quittiert werden. Bei Auftrag = 0 („Nullauftrag“) wird der Handshake abgewickelt, aber keine Mechanikaktion gestartet.

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1.2 Fertigungsinformation von ERP zu MES : Fertigungsaufträge : Liste mit anstehenden Aufträgen am Webportal von ERP, wird von

Stammwerk und Zulieferer (MES1 und MES2) zyklisch gelesen (polling) : <Produkt-ID> (Zahl, 6-stellig) <Teil 1> (Zahl, 0..3) <Teil 2> (Zahl, 0..3)

<Teil 3> (Zahl, 0..3) < Lagerplatz> (Zahl, 0..4)

<Error> (0 : Auftrag vorhanden 1: Auftrag nicht vorhanden)

Zulieferersteuerung von ERP zu MES in Betriebsart 2 und 3 : Sequence-Call : Lieferfreigabe für Zulieferer, wird von MES1 an ERP geschrieben, und von

MES2 an ERP zyklisch gelesen (polling). Nach Herstellen einer Sequenz wird von MES2 der Status für die bereitstehende Sequenz auf „wait“ gesetzt. Nach Auslieferung bis zur Fertigstellung der nächsten Sequenz wird der Status „Impossible“ gesetzt. Die Sequenz-ID ist stets die Produkt-ID des dritten Produkts einer Sequenz

<Sequenz-ID> (Zahl, 6-stellig) <Status> (String : „wait“ oder „impossible“)

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2.1 Kommunikationskonzept in Profibus DP : (vgl. 3.6 Seite 20) Prozessmaster (Master-SPS) band linear

vertikal

MES

horizontal

lager

Bild 6 : Kommunikationsüberblick Stammwerk in Profibus DP

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

A0.0 ready

A0.1 ack

A0.2 busy

E0.0 start

EB1 auftrag

E0.0

E0.1

E0.2

A0.0

AB1

E10.0

E10.1

E10.2

A10.0

AB AB11

E20.0

E20.1

E20.2

A20.0

AB21

E30.0

E30.1

E30.2

A30.0

AB31

E40.0

E40.1

E40.2

A40.0

AB41

DB 10

start_master

ready_master

ack_master

busy_master

koppel_master

lin1

lin2

vert1

vert2

vert3

hor1

hor2

hor3

lager1

lager2

lager3

lager4

MES

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2.1 Kommunikationskonzept in Ethernet TCP/IP :

(vgl. 3.6 Seite 20)

Alle Module identisch :

MES

Bild 8 : Kommunikationsüberblick Stammwerk mit Ethernet-basierten Protokollen (native TCP/IP, OPC uA)

(Auftragsdefinition siehe unten bei

den Modulpflichtenheften)

MES

DB20 DBX0.0 Start DBX0.1 Ready DBX0.2 Acknowl. DBX0.3 Busy DBX0.4 Error DBX0.5 Action BYTE 1 Auftrag BYTE 2 Errorbyte

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2.3 Adressvergabe in TCP/IP : Alle Adressen sind IP im Labornetz der Technikerschule : 1.0.0.0 / 8

Übersicht Anlage IP-Adressen bzw. MAC Adressen Stationen

Touchpanel

Wago Klemmen Lampen

RFID-Controller : 1.0.20.1 / 8

2.4 Adressvergabe in Profinet : (vgl. 3.6 Seite 20) Als Ausgangsadressbereich für die Profinet-Devices wird in den Modul-SPS das Ausgangsbyte 10 reserviert : A10.0 : grün A10.1 : gelb A10.2 : rot

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3. Gerätefunktionen und Programmierkonventionen für SPS und PC : 3.1 ERP Das ERP-System dient als zentraler Informationsknoten auf IT-Ebene. Aufträge werden manuell an einer Bedienschnittstelle (Webshop oder Eingabemaske) eingegeben und für die Anlage zentral redundanzfrei (kein zweiter Speicherort !) in der Systemdatenbank abgelegt. Die Kommunikation mit MES1 und MES2 erfolgt über Webservices. Später hinzukommende betriebswirtschaftliche Funktionen (das eigentliche ERP..) sind noch nicht zu überblicken. Hier werden noch keine Konventionen festgelegt.

3.2 MES1 (Stammwerk) starre Kopplung (Unterrichtsbetrieb): MES1 holt sich am ERP-System Aufträge für Chargen von je 3 Produkten (Türmen). Hierzu wird vom ein VBScript (Stub) getriggert, das die Kommunikation ausführt. Ist die gelesene Auftragsnummer größer als die des zuletzt bearbeiteten Auftrags, wird der Auftrag übernommen. Der Produktauftrag wird im MES-Programm in Fertigungsschritte zerlegt. Für jeden Fertigungsschritt werden die SPS einmal mit einem Timinghandshake gestartet, dazu werden die Fertigungsinfos für alle Module (Slaves) übergeben. Wenn alle SPS das Ende eines Fertigungsschritts melden, beginnt der nächste. lose Kopplung (Projektbetrieb) : Das Band läuft dauernd, MES scannt die RFID-Reader an den Modulen. Bei neuer gelesener ID wird der dazugehörige Auftrag aus ERP gelesen, dann die SPS des Moduls unabhängig von der Restanlage sofort mit Handshake gestartet. Die Füllmenge der Pufferlager muß programmtechnisch oder mit Sensorik überwacht werden, bei vollem Puffer muß das Vorgängermodul warten.

3.3 MES2 (Zulieferer)

MES2 holt sich am ERP-System Sequenzaufträge (siehe MES1) Die Zuliefersequenz aus 3 Bauteilen wird in 3 Fertigungsschritten auf das Transportband bestückt. Zu jedem Fertigungsschritt wird die Zulieferer-SPS einmal mit einem Timinghandshake initiiert. Nach Beendigung der 3 Fertigungsschritte (Charge liegt am Werkstor bereit) wird der Sequenzstatus auf wait gesetzt und auf die Lieferfreigabe von MES des Stammwerks gewartet (Polling am Webportal des ERP).

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3.4 SPS im Zulieferwerk : Jeder Fertigungsschritt (je ein Teil) wird durch einen Handshake von MES 2 gestartet. Ein Fertigungsschritt beinhaltet die Bestückung eines Teils aufs Transportband und Transport zum Werkstor. Ist der Teileauftrag = 0, wird die bisher gefertigte Sequenz entsorgt (Transport nach links). Ein leeres Lager wird MES2 als Fehler gemeldet der Fertigungsvorgang bricht ab (Busy=0). Der Auftrag „Auslieferung“ bewirkt das Öffnen des Werkstors und die Auslieferung der gesamten Sequenz. Danach schließt das Tor wieder.

3.5 SPS im Stammwerk : Starre Kopplung : Jeder Fertigungsschritt wird durch einen Handshake von MES 1 gestartet. Ein Fertigungsschritt beinhaltet die Bestückung eines Teils an jeder Station oder bei Nullauftrag keine Aktion an der jeweiligen Station und einem nachfolgenden Schritt des Transportbands. Lose Kopplung : Die Module werden genau wie bei starrer Kopplung durch Handshake gesteuert, nur die Steuerlogik ändert sich. Das Band läuft ständig durch. Fehlerbehandlung : Die Module werden für Fertigungsbetrieb mit dem Projekt MES2016.zip aus S7 geladen. Dann kann entweder ein normaler Fertigungsbetrieb laufen : Schalter auf „MANUELL“, oder vollautomatischer Betrieb : Schalter auf „AUTO“. Im Normalbetrieb bleiben die Module bei leeren Materaillagern stehen, die rote Lampe am Bedienwinkel leuchtet. Der Bediener muß das leere Lager befüllen und mit „START“ quittieren. Im Vollautomaik-Betrieb laufen die Module auch bei leeren Lagern einfach weiter, um Testläufe aus dem Internet auch in dieser Situation zu ermöglichen

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3.6 Konventionen für die SPS-Programmierung Festgelegte Adressbereiche für Speicher, Funktions- und Datenbausteine usw. :

Kommunikation : Adressen 0 -99

Mechaniksteuerung : Adressen 100-199 A124.6 E125.3

Interne Funktionen : Adressen 0 - 99

OB1

OB62

FC72

DB100

FB100

z.b. DB 10

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Allgemeine Konventionen für die SPS- Programmierung:

- Programme in Funktionsblöcken als bibliotheksfähige FB mit Variablendefinition.

- Arbeitsdaten in DB mit symbolischen Adressen, keine Merker !

Allgemeine Vorschriften für die Funktionen der Module :

- Das Handshakesignal READY ist mit der grünen Meldeleuchte zu visualisieren

- Das Handshakesignal BUSY ist mit der gelben Meldeleuchte zu visualisieren

- Das Signal ERROR (z.b. Lager leer) ist mit der roten Meldeleuchte durch Blinken zu visualisieren, die Mechanik läuft wenn möglich weiter. Der Fehler wird durch Drücken der Starttaste zurückgesetzt.

- Die Mechanikfunktion ist durch den Baustein FB 100 zu realisieren

- Die Handshakefunktion am Bussystem ist durch den Baustein FB 10 zu realisieren

- Die Kommunikation zwischen FB100 und FB10 wird durch ein Signal ACTION

realisiert, das vom Handshakebaustein bei eintreffendem Startsignal auf 1 und vom

Mechanikbaustein nach Beenden der Mechanikfunktion wieder auf 0 gesetzt wird.

- ACTION und der Fertigungsauftrag werden im Datenbaustein DB20 gespeichert, dieser

dient bei Betrieb über Ethernet TCPIP oder Profinet CBA auch als Kommunikations-

schnittstelle :

DB20.DBX0.0 Start DB20.DBB 1 Auftrag DB20.DBX0.1 Ready DB20.DBB 2 Errorbyte DB20.DBX0.2 Acknowledge DB20.DBX0.3 Busy DB20.DBX0.4 Error DB20.DBX0.5 Action

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Klassenbibliothek tsmClassLib2016 :

Zur Vereinfachung der Programmierung an der Anlage steht diese Klassenbibliothek bereit. Sie finden sie als .dll – Dateien auf \\r2d2\filer.

Die Klassen werden in folgender Form beschrieben :

Name

Attribute

Methoden

Name : sps_modul

Attribute : ip (String)

auftrag (Byte)

status (String)

error_type (string)

Methoden : start_modul()

lies_status()

reset_error()

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SPS-Bedienung über OPCuA mit dem Ignition Gateway :

serveradress mes1, 62.245.200.166

module_name band, linear, vertikal, horizontal, lager

order Dezimalwert des Auftragbits : 1, 2, 4 .. jeweils nur ein Bit setzen !

state not connected, ready, running,error

start_module() startet Modul mit einem Standardhandshake

read_state() liest den aktuellen Betriebszustand aus dem Modul

write_order() schreibt Auftrag in SPS

minimales Anwendungsbeispiel : Imports tsmClassLib2016 Public Class spstest Private vertikal As New ignition_opc_module Private Sub Button1_Click() Handles Button1.Click vertikal.serveradress = "mes1" vertikal.module_name = “vertikal“

vertikal.order = 2 vertikal.start_module()

Do vertikal.read_state() Loop Until vertikal.state = "ready" End Sub End Class

Name : ignition_opc_module

Attribute : serveradress (String)

module_name (String)

state (string)

order (byte)

Methoden : start_modul()

read_state()

write_order()

disconnect()

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SPS-Bedienung über OPCuA mit dem Kepware-Server :

serveradress mes2, 62.245.200.166

plant stammwerk, zulieferer

module_name band, linear, vertikal, horizontal, lager / sps (bei zulieferer)

order Dezimalwert des Auftragbits : 1, 2, 4 .. jeweils nur ein Bit setzen !

state not connected, ready, running, error

start_module() startet Modul mit einem Standardhandshake

read_state() liest den aktuellen Betriebszustand aus dem Modul

read_errorbyte() liest das Fehlerbyte (DB20.DBB2)

write_order() schreibt Auftrag in SPS

Bemerkung zu den Fehlerinformationen :

Im Status state bedeutet “error“, daß das Modul gestoppt hat, weil kein Material vorhanden war.

Im Byte “errorbyte“ stehen Flags, die Aussagen über volle Puffer o.Ä. zulassen.

Minimales Anwendungsbeispiel : Imports tsmClassLib2016 Public Class spstest Private vertikal As New kepware_opc_module Private Sub Button1_Click() Handles Button1.Click vertikal.serveradress = "mes2" vertikal.plant = "stammwerk" vertikal.module_name = "vertikal"

vertikal.order = 2 vertikal.start_module()

Do vertikal.read_state() Loop Until vertikal.state = "ready" End Sub End Class

Name : kepware_opc_module

Attribute : serveradress (String)

module_name (String)

plant (String)

state (string)

order (byte)

errorbyte(byte)

Methoden : start_modul()

read_state()

read_errorbyte()

write_order()

disconnect()

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RFID-Bedienung über einen Webservice am Mes1-Portal :

serveradress mes1, 62.245.200.166

id Nr. des Fertigungsmoduls (1=lin, 2=vert, 3=hor, 4=lager)

wert gelesener oder zu schreibender Wert, statusmeldung (fehler, ok)

schreib_tag() schreibt Wert auf den Tag

lies_tag() liest Wert vom Tag

pruefe_tag() prueft, ob Tag in Erfassungsbereich vorhanden (fehler,ok)

Anwendungsbeispiel : Imports tsmClassLib2016 Public Class rfidtest Private lin As New rfid_reader Private Sub Button1_Click() Handles Button1.Click lin.serveradress = "mes1" lin.id = 1

lin.lies_wert() textbox1.text = lin.wert End Sub End Class

Name : rfid_reader

Attribute : serveradress (String)

id (Byte)

wert (string)

Methoden : lies_tag()

schreib_tag()

pruefe_tag()

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ERP-Bedienung über den Webservice am ERP-Portal :

serveradress erp2015, 1.0.0.4, 62.245.200.166

id Produkt-ID des Produkts (laufende Nummer als String)

teil Auswahl der zu lesenden Info : unten, mitte, oben, lager

auftrag Ausgabe der Variante für gewähltes Bauteil (1, 2, 3, beim lager auch 4)

fehler Ausgabe von lies_fehler : 0 –> alles ok, 1-> Auftrag nicht vorhanden

sc Wert des Sequence-Call (1 : vorhanden, 0 : nicht vorhanden)

lies_teil() liest aus ERP-Datenbank (Bestückungsliste) den Auftrag für Bauteil

lies_fehler() liest aus ERP-Datenbank, ob ein Auftrag mit dieser id vorhanden

schreib_sc() schreibt Sequence-Call (=1)

lies_sc () liest Sequence-Call

entferne_sc() setzt den Sequence-Call zurück (=0)

Anwendungsbeispiel : Imports tsmClassLib2016 Public Class erptest Private horauftrag As New erp_connect Private Sub Button1_Click() Handles Button1.Click horauftrag.serveradress = “erp2015” horauftrag.id = 2

horauftrag.teil = “oben“ horauftrag.lies_teil()

textbox1.text = horauftrag.auftrag End Sub End Class

Name : erp_connect

Attribute : serveradress (String)

id (String)

teil (String)

fehler(Byte)

auftrag(Byte)

Methoden : lies_teil()

lies_fehler

schreib_sc

lies_sc

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Dokumentation der Fertigungsmodule im Stammwerk 3.7 Transportband

Bild : Transportband mit optischem Sensor und Stoppzylinder.

Bild 7 : Transportband Die Station wird mit dem Standardprotokoll (Handshake) der Anlage gesteuert . -Betrieb bei loser Kopplung : Das Band läuft im Dauerbetrieb. Bauteile können so bei Betrieb in loser Kopplung vor den Modulen zu einem Puffer auflaufen, und werden durch Zurückziehen der Stopper vereinzelt. Die Aufträge („Teil_Lin“ bis „Teil_Hor“) bewirken die Öffnung der entsprechenden Stopper-Sperre für 1 Produkt. Die Stopperöffnungszeit für die Freigabe eines Produkts (Turms) muß über den Inkrementgeber gesteuert werden. -Betrieb bei starrer Kopplung : Das Band läuft bis zur nächsten Station (Taktfertigung) Auftragsbyte DB20.DBB1: 1 =Bit 0: Teil_Linearmodul vereinzeln

2= Bit 1 : Teil_Vertikalmodul vereinzeln 4= Bit 2: Teil_Horizontalmodul vereinzeln 8= Bit 3 : Bandlauf an, vorwärts 16 =Bit 4 : Band stop 32= Bit 5 : Alle Stationen ein Teil freigeben (vereinzeln) 64= Bit 6: Fahrt bis zum nächsten Modul (starre kopplung)

Fehlerbyte DB20.DBB2 : 1 = Bit 0 : Puffer an Vertikalmodul voll 2 = Bit 1 : Puffer an Horizontalmodul voll Eine Feinpositionierung durch Mechanikumbau ist nicht zulässig !! Jede abweichende Funktion ist nicht Pflichtenheftkonform und damit unzulässig !!

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3.8 Lineararm

Bild : Station „Lineararm“

Bild 8 : Lineararm Die Station wird mit dem Standardprotokoll (Handshake). der Anlage gesteuert . Ausgehend vom Referenzpunkt (frei wählbar) wird das angeforderte Bauteil auf das Transportband abgelegt. Unmittelbar nach Ablegen kann BUSY rückgesetzt werden. Auftragsbyte DB20.DBB1: Bit 0: Teil 1

Bit 1: Teil 2 Fehlermeldung bei leerem Teilelager : DB20.DBX0.4 (siehe Fehlerbehandlung unten)

Fehlerflags (bei Zulieferbetrieb wichtig) : DB20.DBX2.0 : Lager 1 belegt

DB20.DBX2.1 : Lager 2 belegt

Fehlerbehandlung bei leergelaufenen Lagern : Rote Störungslampe leuchtet ! Schalter auf Betrieb „MANUELL“ : Leeres Lager befüllen, dann Modul mit der START-Taste wieder starten Schalter auf Betrieb „AUTO“ : Modul arbeitet weiter, um bei Remotezugriff die Anlage nicht zu behindern Es darf nur jeweils ein Bauteil auf das Band gelegt werden ! Jede abweichende Funktion ist nicht Pflichtenheftkonform und damit unzulässig !

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3.9 Vertikalarm

Bild : Der Vertikalarm-Roboter

Bild 9 : Vertikalarm Wird von MES1 durch Standard-Handshake (Bild 5) gesteuert. Auftragsbyte DB20.DBB1: Bit 0: Teil 1

Bit 1: Teil 2 Bit 2: Teil 3

Ausgehend vom Referenzpunkt (frei wählbar) wird das angeforderte Bauteil auf das Transportband abgelegt. Unmittelbar nach Ablegen kann BUSY rückgesetzt werden. Wenn die Ablegeposition vom Dreharm oder der Referenzpunkt nicht in vorgegebener Zeit erreicht werden kann (z.b. Turm fehlerhaft zu hoch !), muß der Drehzylinder sofort kraftlos geschalten werden Fehlermeldung bei leerem Teilelager : DB20.DBX0.4 (siehe Fehlerbehandlung unten) Fehlerbehandlung bei leergelaufenen Lagern : Rote Störungslampe leuchtet ! Schalter auf Betrieb „MANUELL“ : Leeres Lager befüllen, dann Modul mit der START-Taste wieder starten Schalter auf Betrieb „AUTO“ : Modul arbeitet weiter, um bei Remotezugriff die Anlage nicht zu behindern

Es darf nur jeweils ein Bauteil auf das Band gelegt werden ! Jede abweichende Funktion ist nicht Pflichtenheftkonform und damit unzulässig !

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3.10 Horizontaldreharm

Bild : Der Horizontal-Dreharm Roboter

Bild 10 : Horizontalarm Wird von MES1 durch Standard-Handshake (Bild 5) gesteuert. Auftragsbyte DB20.DBB1: Bit 0: Teil 1

Bit 1: Teil 2 Bit 2: Teil 3

Ausgehend vom Referenzpunkt (frei wählbar) wird das angeforderte Bauteil auf das Transportband abgelegt. Unmittelbar nach Ablegen kann BUSY rückgesetzt werden. Wenn die Ablegeposition vom Dreharm oder der Referenzpunkt nicht in vorgegebener Zeit erreicht werden kann (z.b. Turm fehlerhaft zu hoch !), muß der Drehzylinder sofort kraftlos geschalten werden Fehlermeldung bei leerem Teilelager : DB20.DBX0.4 (siehe Fehlerbehandlung unten) Fehlerbehandlung bei leergelaufenen Lagern : Rote Störungslampe leuchtet ! Schalter auf Betrieb „MANUELL“ : Leeres Lager befüllen, dann Modul mit der START-Taste wieder starten Schalter auf Betrieb „AUTO“ : Modul arbeitet weiter, um bei Remotezugriff die Anlage nicht zu behindern Der Dreharm darf nur elektrisch, niemals manuell gedreht werden (Beschädigung) !! Jede abweichende Funktion ist nicht Pflichtenheftkonform und damit unzulässig !

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3.11 Lager, Qualitätssicherung und Recycling

Bild : Die Lagereinheit mit 4 Lagern

Bild : mechanisches Recycling

Bild 11 : Lager und QS In der Sortieranlage werden die zuvor aufgebauten Türme in die gewählten Lager eingebracht (oder ins Recycling ausgeschoben). Wird von MES1 anlagensynchron gesteuert und läuft ohne Qualitätskontrolle In dieser Betriebsart wird mit dem Standardkommunikationsprotokoll das anzufahrende Lager übergeben. Eine Qualitätskontrolle findet nicht statt. Wird von MES1 durch Standard-Handshake (Bild 5) gesteuert. Auftragsbyte DB20.DBB1: Bit 0: Lager 1

Bit 1: Lager 2 Bit 2: Lager 3

Bit 3: Lager 4 Bit 4: Transportband einschalten

Bit 5: Transportband ausschalten Fehlerbyte DB20.DBB2 ; Bit0 : Puffer für Lagermodul ist voll WICHTIG : Jede abweichende Funktion ist nicht Pflichtenheftkonform und damit unzulässig !

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4. Hardwaredokumentation der SPS-Ebene : 4.1 Stammwerk Jedes Modul verfügt zur Mechaniksteuerung über eine an den Profibus angegliederte Slave-SPS vom Typ S7-315-2 pn/dp. Die Profibuskonfiguration ist festgelegt. Alternativ kann über Profinet CBA kommuniziert werden oder direkt ohne Master-SPS aus MES1 über Ethernet TCP/IP. Die Belegung der Ein-Ausgangssignale ist festgelegt und darf hardwaremäßig nicht verändert werden :

4.1.1 BAND : band rück A 124.3 band vor A 124.4 z_hor A 125.2 z_lin A 125.0 z_vert A 125.1 lampe start A 124.6 lampe m/a A 124.5 schalter m/a E 124.2 taster start E 124.1 z_lin end E 124.6 z_lin ruhe E 124.5 z_vert end E 125.1 z_vert ruhe E 125.0 z_hor end E 125.4 z_hor ruhe E 125.3 Sensor lin E 124.4 Sensor vert E 124.7 Sensor hor E 125.2 Motorgeber E 124.3 Notaus E 124.0

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4.125.2 LINEAR-ARM : Lampe m/a A 125.7 Lampe Start A 125.6 Lampe Störung Rot A 125.5 Motor Links (zum band) A 124.2 Motor Rechts A 124.3 Sauger abfahren A 124.4 Vakuum Aus A 124.6 Vakuum Ein A 124.5 z_lager1 A 124.7 z_lager2 A 125.0 Vakuum OK E 124.7 z_Lager1 end E 125.5 z_Lager1 ruhe E 125.4 z_Lager2 end E 125.7 z_Lager2 ruhe E 125.6 Manuell/Auto- Schalter E 124.2 Not-Aus-Schalter E 124.0 Start Taster E 124.1 Sauger oben E 124.4 Sauger unten E 124.3 Position Lager 1 E 124.5 Position Lager 2 E 124.6 Sensor Lager 1 Material E 125.1 Sensor Lager 2 Material E 125.2 Motorgeber E 126.0 4.125.3 VERTIKAL - ARM : Arm bewegen A 124.5 lampe grün A 125.6 lampe rot A 125.5 teil1_frei A 124.2 teil2_frei A 124.3 zylinder_teil3 A 124.4 vakkum ein A 124.6 vakuum aus A 124.7 m/a schalter E 124.2 starttaster E 124.1 vakuum vorhanden E 124.5 z_ruhe E 124.6 z_end E 124.7 arm am band E 124.4 arm am lager E 124.3 teil 3 da E 125.0

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4.125.4 HORZIONTAL-ARM : lampe start A 125.6 lampe m/a A 125.7 lampe rot A 125.5 arm links A 124.4 arm rechts A 124.5 arm runter A 124.3 lager 1 frei A 125.3 lager 2 frei A 125.4 lager 3 zylinder A 124.2 vakuum an A 125.0 vakuum aus A 125.1 z_lager3 ruhe E 125.2 z_lager3 end E 125.1 notaus E 124.5 arm ist oben E 124.3 arm ist unten E 124.2 starttaster E 124.6 m/a schalter E 124.7 motorgeber E 126.0 pos lager1 E 124.4 pos lager2 E 124.1 pos lager 3 E 124.0 vakuum da E 125.4

4.125.5 LAGER-STATION : Band_vor A 124.3 Band rück A 124.2 Stopper A 125.0 Zylinder_1 A 124.4 Zylinder_2 A 124.5 Zylinder_3 A 124.6 Zylinder_4 A 124.7 lampe start A 125.6 lampe m/a A 125.7 lampe rot A 125.5 starttaster E 125.1 m/a schalter E 125.2 Not_Aus E 125.0 Sensor_induktiv_mitte E 124.4 Sensor_induktiv_oben E 124.5 Sensor_induktiv_unten E 124.3 Sensor_optisch_oben E 124.2 Sensor_optisch_unten E 124.0 Stopper_Grundstellung E 124.6 Stopper_offen E 124.7 Zylinder_1_Ausgefahren E 125.4 Zylinder_2_Ausgefahren E 125.5 Zylinder_3_Ausgefahren E 125.6 Zylinder_4_Ausgefahren E 125.7

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Dokumentation der Zuliefereinheit

Bild : Das Zulieferwerk Fertigung

“Werkstor“ „“Landstraße“

Das Modul verfügt zur Mechaniksteuerung über eine im MES2 - Server installierte Soft-SPS. Die Programmlogik wird in Simatic S7 oder CODESYS (objektorientiert) entwickelt. Das Projekt wird dann in einen Simulator geladen und ausgeführt. Über einen OPC-Server werden die I/O–Daten (RS232-Verbindung) zur Hardwareschnittstelle „Easyport“ kommuniziert. Easyport steuert die Prozessperipherie an. (Aufruf und Konfiguration des OPC-Servers : „EZOPC“ starten, Kanal von Easyport nach PLCsim legen.) Kommunikationsschnittstelle zu MES2 : Standardhandshake wie auf Seite 12 beschrieben. Handshakesignale siehe Seite 16. Aufträge : DB20.DBX1.0 Anlage Leerfahren DB20.DBX1.1 Teil 1 fertigen DB20.DBX1.2 Teil 2 fertigen DB20.DBX1.3 Teil 3 fertigen DB20.DBX1.4 Sequenz ausliefern

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Belegung der Ein-Ausgangssignale : 4.2.1 ZULIEFERWERK : Band_zum Werkstor A 124.4 Band rück (Schrott) A 124.5 Werkstor auf A 124.3 Zylinder_Lager1 A 124.2 Zylinder_Lager2 A 124.1 Zylinder_Lager3 A 124.0 lampe rot A lampe grün A starttaster E M/A-Schalter E Not_Aus E Zylinder_L1_Ruhe E 124.4 Zylinder_L1_Ausgefahren E 124.5 Zylinder_L2_Ruhe E 124.2 Zylinder_L2_Ausgefahren E 124.3 Zylinder_L3_Ruhe E 124.0 Zylinder_L3_Ausgefahren E 124.1 Motorgeber E

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5. Programmieren an der Anlage und Bedienung (auch aus dem Internet) Legen Sie bitte keine neuen Projekte mit eigener Hardwarekonfiguration an, sondern dearchivieren Sie immer das von uns fertig konfigurierte Basisprojekt : Netzwerkumgebung –> Windows-Netzwerk -> labornetz :

\\r2d2\filer\at\ ……

Dieses Projekt speichern sie unter anderem Namen auf ihrer lokalen Festplatte (c:) und bearbeiten es dann. Von Zeit zu Zeit sollten sie eine Sicherungskopie auf ihr Homedirectory h: machen.

Sie können die Anlage über die lenkbare WebCam beobachten :

http://portal.ts-muenchen.de Zugriff auf die Serverfarm von Zuhause über das Internet : - Server stammwerk.labornetz.ts-muenchen.de (S7-Programmierung Stammwerk). Im Remotedesktop (Zubehör/Kommunikation) ihres Windows: “ Server = 62.245.200.166:2 “ Wenn die Verbindung nicht zustandekommt oder die Programme eine Lizenzverletzung melden, arbeiten bereits zu viele Teilnehmer aus dem Internet. Probieren Sie’s später nochmal … Vermeiden Sie Versuche, die bei Fehlern dazu führen könnten, daß Anlagenteile nicht mehr abgeschaltet werden können : Motoren sollten nicht weiterlaufen, die Vakuumdüsen sollten nicht unnötig Druckluft verbrauchen, der Anlagenscheinwerfer sollte immer abgeschaltet werden. Anlagenprobleme bitte sofort melden : [email protected]


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