Objektorientierte Modellierung zur Simulation des Steuerverhaltens von modularen Transfersystemen

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Motivation

1.2 Aufbau der Arbeit

2 Einführung in die objektorientierte Programmierung

3 Simulation

3.1 Grafische und textuelle Programmdarstellung

3.2 Zeitdarstellung in der Simulation

3.2.1 Echtzeitsteuerung

3.2.2 Quasikontinuierliche Zeitsteuerung

3.2.3 Ereigniszeitsteuerung

3.2.4 Prozeßzeitsteuerung

3.2.5 Multimodelling

3.3 Differenzen zwischen Simulation und Realität

3.4 Objektorientierte Simulation

3.5 Trennung zwischen Material- und Datenfluß

3.6 Petri-Netze in der Simulation

4 Beschreibung von Bausteinen für Transfersysteme

4.1 Beschreibung des Bausteinkastens TS0 von Bosch

4.1.1 Beschreibung der Materialflußfunktionen

4.1.2 Zu den Bausteinen gehörige Steuerungs-Funktionen

4.2 Darstellung der Bausteine als Objekte

4.2.1 Objektbeschreibungen

4.2.1.1 Materialflußgrundverhalten

4.2.1.2 Aktoren

4.2.1.3 Sensoren

4.2.1.4 Eingänge

4.2.1.5 Ausgänge

4.2.1.6 Steuerungen

4.2.1.7 Kommunikations-Dienste

4.2.2 Klassendefinition

5 Objektorientierte Simulation von Prozeß und SPS

5.1 Nutzungs- und Anforderungsstruktur

5.1.1 Anforderungen an ein kombiniertes System

5.1.1.1 Modellierung

5.1.1.2 Modellkomponenten

5.1.1.3 Spezifikation der Simulationsläufe

5.1.1.4 Auswertung

5.1.1.5 Programmierung von Einrichtungen

5.2 Realisierung

5.2.1 Modellierungskomponenten

5.2.2 Modellkomponenten

5.2.2.1 Prozeßbausteine

5.2.2.2 Steuerungsbausteine

5.2.2.3 Interaktion zwischen Steuerungs- und Prozeßbausteinen

5.2.3 Darstellungskomponenten

5.2.4 Zeit und Ablaufsteuerung

5.2.4.1 Ein Ansatz zur Darstellung von SPS-Zyklen bei ereignisorientierter Simulation

5.2.5 Durchführung des Simulationsexperiments

5.2.6 Übertragung der SPS-Programme auf die Steuerungen

5.3 Ein einfaches Simulationsbeispiel in Simple++

5.3.1 Beschreibung von SIMPLE++

5.3.1.1 Warum SIMPLE++?

5.3.1.2 Zeitsteuerung

5.3.2 Modellierung des Beispiels

5.3.3 Die Elemente des Prozesses

5.3.3.1 Die Strecke

5.3.3.2 Der Positionsschalter

5.3.3.3 Der Vereinzeler

5.3.4 Die Elemente zur Modellierung des Steuerverhaltens

5.3.4.1 Petri-Netze

5.3.4.2 Abbildsteuerungen und Verknüpfungen

5.3.5 Der OSIMPROST-Bausteinkasten

5.3.6 Resümee der Modellierung

6 Zusammenfassung

7 Anhang

7.1 Abbildungen und Steuerungen der Bausteine

7.1.1 Positioniereinheit PE 0

7.1.2 Elektrische Quertransporte EQ 0

7.1.3 Quertransporte in Tandemanordnung EQ 0/T

8 Literatur

Zielsetzung und thematische Schwerpunkte

Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Softwarekonzepts für die kombinierte Simulation und Programmierung von modularen Transfersystemen, um die Anlagenplanung effizienter zu gestalten und eine automatisierte Erzeugung von SPS-Steuerungscode zu ermöglichen.

• Objektorientierte Modellierung von Transfersystemen zur Verknüpfung von Materialfluß und Steuerung.
• Entwicklung generischer Objektklassen für Bausteinkästen zur flexiblen Anlagensimulation.
• Implementierung von Petri-Netzen als Mittel zur Darstellung und Generierung von Steuerungslogik.
• Erarbeitung von Konzepten zur prozeßorientierten Zeitsteuerung und deren Interaktion mit SPS-Zyklen.
• Validierung der Ansätze durch ein Simulationsbeispiel im Programm SIMPLE++.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Die Arbeit motiviert die Verknüpfung von Materialfluß-Simulation und SPS-Programmierung zur effizienteren Projektierung von Transfersystemen und führt das Konzept OSIMPROST ein.

2 Einführung in die objektorientierte Programmierung: Grundlagen der objektorientierten Softwareentwicklung, wie Kapselung, Klassen, Vererbung und Polymorphismus, werden als Basis für die Modellierung erläutert.

3 Simulation: Es werden verschiedene Simulationsarten, Zeitsteuerungsmodelle und die Grundlagen der Modellierung mittels Petri-Netzen im Kontext von diskreten Systemen behandelt.

4 Beschreibung von Bausteinen für Transfersysteme: Analyse der Grundbausteine am Beispiel des Bosch-Systems TS0 und Ableitung einer objektorientierten Struktur für deren Darstellung.

5 Objektorientierte Simulation von Prozeß und SPS: Detaillierte Darstellung des OSIMPROST-Konzepts, der Anforderungen an das System, die Realisierung der Steuerung sowie die Umsetzung eines Beispielmodells in SIMPLE++.

6 Zusammenfassung: Resümee der Arbeit, in dem die erfolgreiche Entwicklung der Objektstruktur und die Eignung von Petri-Netzen für die SPS-Programmgenerierung hervorgehoben werden.

7 Anhang: Enthält detaillierte Abbildungen der Bausteine und die zugehörigen Steuerungslogiken für verschiedene Konfigurationen.

8 Literatur: Auflistung der verwendeten Quellen und Fachpublikationen.

Schlüsselwörter

Objektorientierte Programmierung, Simulation, Materialfluß, SPS, Transfersysteme, Petri-Netze, Modellierung, Steuerung, SIMPLE++, Fertigungstechnik, Anlagenprojektierung, Informationhiding, Klassenhierarchie, Ereignissteuerung, Prozessautomation.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?

Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten, Materialfluß-Simulation und die Programmierung von Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) in einem kombinierten, objektorientierten Softwarekonzept zu vereinen.

Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?

Zentrale Themen sind die objektorientierte Modellierung von Fertigungsanlagen, die zeitliche Synchronisation von Simulationsmodellen mit SPS-Steuerungszyklen und die Verwendung von Petri-Netzen zur Logikdarstellung.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Das Ziel ist die Schaffung einer Arbeitsgrundlage für ein Computerprogramm, das die simulationsgestützte Projektierung von Transfersystemen beschleunigt und eine automatische Generierung von SPS-Programmen aus dem Modell ermöglicht.

Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewendet?

Es wird eine theoretische Entwicklung generischer Objektstrukturen vorgenommen, ergänzt durch die Analyse realer Bausteinkataloge und die praktische Erprobung von Lösungsansätzen im Simulator SIMPLE++.

Was behandelt der Hauptteil der Arbeit?

Im Hauptteil werden die theoretischen Grundlagen der Simulation und der objektorientierten Programmierung dargelegt, gefolgt von einer detaillierten Analyse und objektorientierten Beschreibung der Transfersystem-Bausteine eines Herstellers.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit lässt sich am besten mit Begriffen wie Objektorientierte Simulation, SPS-Programmierung, Transfersysteme, Materialfluß-Analyse und Petri-Netze charakterisieren.

Wie löst der Autor das Problem der unterschiedlichen Zeitdarstellung von Simulation und SPS?

Der Autor führt einen Ansatz ein, bei dem das SPS-Programm nur bei Ereignissen aktiviert wird, und eine künstliche Reaktionsverzögerung eingeführt wird, um die Zykluszeit der realen Hardware abzubilden.

Warum ist die Entscheidung auf das Programm SIMPLE++ gefallen?

Die Wahl fiel auf SIMPLE++, da es durchgehend objektorientiert implementiert ist, eine mächtige Programmiersprache bietet und eine offene Architektur für externe Datenschnittstellen besitzt.