PAP FR MM - Labor (gesamt) PDF

Preview

Summary

Labor (gesamt)...

Description

Steuerung eines Labormodells, Messwerterfassung mit einem Triangulationslaser und Visualisierung mit OPC

18. Juni 2019

Praktikum Prozessautomatisierung

Universität Fakultät Department Betreuung

Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Technik und Informatik Informations- und Elektrotechnik Prof. Dr.-Ing. Jochen Maaß

Inhalt 1 Einleitung .............................................................................................................................................. 3 2 Funktionsweise ..................................................................................................................................... 3 3 Implementierung der Steuerung der Fördertechnik ............................................................................ 4 3.1 Petrinetze ...................................................................................................................................... 4 3.2 Programmcode der Antriebe......................................................................................................... 5 3.2 Objekterfassung ............................................................................................................................ 8 4 Implementierung der Messaufnahme und -auswertung ..................................................................... 8 6 Visualisierung der Messwerte mittels OPC / Excel ............................................................................. 12 6.1 OPC .............................................................................................................................................. 12 6.2 Darstellung in Excel ..................................................................................................................... 12

Seite 2

1 Einleitung In diesem Laborversuch soll ein Fördertechnikmodell automatisiert werden. Dieses besteht aus einer Pufferstrecke und einem Verzeinzeler. Am Anfang und Ende des Bandes sowie vor dem Vereinzeler sind Lichtschranken (LS) montiert. Zusätzlich befindet sich zwischen der ersten LS und dem Vereinzeler ein Triangulationslaser. Die Geschwindigkeit des Bandes ist über eine PWM-Ansteuerung des Gleichstromantriebs des Bandes steuerbar.

Abbildung 1: Aufbau der Fördertechnikmodells

2 Funktionsweise Das in Abbildung 1 sichtbare Modell soll zwei Werkstücke über das Band befördern und deren Profil mit Hilfe des Triangulationslasers messen. Das erste Stück wird dabei nach dessen Durchlauf vom Vereinzeler durchgelassen, das zweite bleibt vor diesem liegen. Die gemessenen Werte werden auf 50 pro Werkstück reduziert und anschließend daraus Kenngrößen gebildet. Bei zylindrischen Werkstücken wird der Mittelwert der Höhe bestimmt, bei kegelförmigen die Steigung der Flanken. Sowohl die Messreihen als auch die Kenngrößen werden mittels OPCSchnittstelle in Excel visualisiert. Seite 3

3 Implementierung der Steuerung der Fördertechnik 3.1 Petrinetze Für die Ansteuerung des Laufbandes und des Vereinzelers bietet sich ein Petrinetz an. Es müssen keine komplexeren Berechnungen durchgeführt werden, sondern lediglich die Steuerung von Einund Ausgängen. Das Petrinetz in Abbildung 2 bildet die Grundlage für die Implementierung des Programmcodes für das Laufband.

Abbildung 2 Petrinetz für die Implemetierung des Laufbands

In Abbildung 3 ist das Petrinetz des Vereinzelers abgebildet. Seite 4

Abbildung 3 Petrinetz für die Implementierung des Vereinzelers

3.2 Programmcode der Antriebe Die Petrinetze wurden im Programm „PLC_PRG“ realisiert. Die beiden Aktionen „ACT_Laufband“ und „ACT_Vereinzeler“ enthalten den Programmcode zu den Petrinetzen.

Abbildung 4: Hauptprogramm des Fördertechnikmodells

Seite 5

Abbildung 5: ACT_Vereinzeler - Programmcode des Vereinzelers

Seite 6

Abbildung 6: ACT_Laufband - Programmcode des Förderbands

Seite 7

3.2 Objekterfassung Im Programm wurde weiterhin eine Aktion „ACT_Anzahl_Objekte_auf_Band“ erstellt. Damit soll die aktuelle Anzahl an Objekten auf dem Laufband ermittelt werden.

Abbildung 7: Programmcode für die Ermittlung der Anzahl der Objekte auf dem Förderband

Mit der Objektanzahl soll die Vermessung der Werkstücke organisiert werden. Die Implementierung der Aktion nach Abbildung 7 hat im Laufe der weiteren Programmierung mehrere Schwierigkeiten mit sich gebracht, da so die eindeutige Zuordnung zu einem Zustand nicht gegeben war. Bei einer früheren Version sind beispielsweise Fehlverhalten beim ersten Start der Anlage aufgetreten. Basierend auf dieser Erkenntnis wäre evtl. eine Implementierung über ein State Chart sinnvoll gewesen. Eine Möglichkeit für eine Lösung mit State Charts ist in Abbildung 8 zu sehen.

Abbildung 8 State Chart für die Objektverwaltung

Im Vergleich zu der implementierten Aktion gibt es im State Chart einen Initialisierungsschritt, der einmalig ausgeführt wird und in den im normalen Betrieb nicht mehr zurückgekehrt wird. So wird ungewolltes Verhalten nach dem Hochfahren verhindert, das beispielsweise durch anliegende Signale an den Lichtschranken auftreten könnte. Außerdem wird der „Ausgangszustand“ in die Zustände „Start“ und „Auswertung“ aufgeteilt. So soll es eine klare Trennung geben zwischen Wartezeit und der Zeit, in der Berechnungen durchgeführt Seite 8

werden. Erst wenn die erfassten Messdaten der Werkstücke ausgewertet und über OPC zu Excel übergeben werden, soll ein Wartezustand erreicht werden. In diesem Zustand wartet die Anlage auf eine Eingabe. Es wird deutlicher in welchem Zustand sich die Anlage befindet und es kann nicht zu Komplikationen durch ungewollte Programmaufrufe zum falschen Zeitpunkt kommen. Der Versuch Zustände mit Setzen von Variablen zu ermitteln, erinnert ein Wenig an die Programmierung mit Merkern im TIA Portal. Aber trotz der Gewohnheit in Schrittketten zu programmieren, sollten die zusätzlichen Möglichkeiten der objektorientierten Programmierung in CoDeSys genutzt werden. Die Verwendung des State Charts würde Fehleranfälligkeiten im Ablauf reduzieren und darüber hinaus zur Übersichtlichkeit beitragen.

4 Implementierung der Messaufnahme und -auswertung Für die Aufnahme der Messwerte wird zunächst differenziert für welches der beiden Werkstücke gemessen wird. Anschließend werden Werte mittels Triangulationslaser aufgenommen, sobald sich ein Objekt unter diesem befindet. Die Messwertaufnahme ist wie nachfolgend implementiert.

Abbildung 9: Aufnahme der Messwerte

Anschließend werden die aufgenommenen Werte auf eine Anzahl von 50 reduziert. Danach werden deren Mittelwerte bestimmt. Anschließend berechnet sich die Standardabweichung, über die ein verbesserter Mittelwert errechnet wird. Die Messwertauswertung ist wie in folgendem Code dargestellt implementiert.

Seite 9

Abbildung 10: Normierung der Messwerte auf eine Anzahl von 50

Seite 10

Abbildung 11: Auswertung der Messergebnisse

Abbildung 12: Berechnung der Mittlwerte

Abbildung 13: Berechnung der jeweiligen Standardabweichung

Seite 11

Abbildung 14: Berechnung der verbesserten Mittelwerte

6 Visualisierung der Messwerte mittels OPC / Excel 6.1 OPC Letztendlich werden die aufgenommenen Werte mittels Excel visualisiert. Dies geschieht indem zunächst die folgenden Variablen aus CODESYS dem OPC-Server übergeben werden. Name Messwerte1 Messwerte2 Mittelwert1 Mittelwert2 verbMittelwert1 verbMittelwert2

Typ ARRAY [1…50] OF REAL ARRAY [1…50] OF REAL LREAL LREAL LREAL LREAL

6.2 Darstellung in Excel Mit Hilfe von Visual Basics werden einer Exceldatei die berechneten Werte übergeben, wo sie anschließend visualisiert werden können. Durch einzelne Call-Back-Buttons kann die Verbindung aufgebaut und beendet oder die Daten eingelesen werden. Nachfolgend sind die Höhenprofile der Messobjekte tabellarisch und grafisch dargestellt.

Seite 12

Tabelle 1: Ermittelten Messwerte

Messung 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Messobjekt 1 2,48976 2,51982 2,51399 2,51212 2,51155 2,51230 2,51381 2,51493 2,51456 2,51493 2,51568 2,51531 2,51399 2,51381 2,51437 2,51475 2,51475 2,51493 2,51493 2,51456 2,51418 2,51381 2,51418 2,51418 2,51418

Messobjekt 2 2,49711 2,51328 2,50423 2,52146 2,51718 2,51786 2,50826 2,51148 2,50582 2,52059 2,50583 2,50566 2,52251 2,52122 2,51559 2,50856 2,50865 2,50893 2,52084 2,50875 2,50847 2,51943 2,51971 2,51961 2,50885

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

2,51512 2,51493 2,51512 2,51512 2,51456 2,51475 2,51550 2,51644 2,51606 2,51606 2,51493 2,51437 2,51437 2,51550 2,51700 2,51813 2,51756 2,51775 2,51869 2,51925 2,52019 2,51869 2,51737 2,51625 2,51644

2,50998 2,51998 2,51017 2,51026 2,51932 2,51941 2,52169 2,51034 2,51006 2,51016 2,52074 2,50866 2,50875 2,51941 2,52081 2,52184 2,51394 2,51156 2,51260 2,52525 2,51429 2,51288 2,52309 2,52187 2,51930

Tabelle 2: Mittelwerte der Messungen

Messobjekt 1 Mittelwert in cm verbesserter Mittelwert in cm

Seite 13

Messobjekt 2

2,5188

2,4093

2,5154

2,5103

2,80

2,50

2,20

1,90

1,60

1,30

1,00 1

6

11

16

21

Datenreihen1

26

31

36

41

46

Datenreihen2

Abbildung 15: Visualisierte Messdaten

Der Abbildung 15 ist zu entnehmen, dass beide gemessenen Objekte ein konstante Höhe von ca. 2,5 cm besitzen.

Seite 14...