Berufungskommission Vernetzte Sensorik

eKlausuren Seitz (SP1, SP2, GVR)

Projekt- und Abschlussarbeiten am Fachgebiet Elektronische Steuerungstechnik

hier finden Sie einige Hinweise zum Ablauf und zur Anfertigung von Projekt- und Abschlussarbeiten am Fachgebiet Elektronische Steuerungstechnik 

PLT - Prozessleittechnik und Industrial IoT

Die Lehrveranstaltung richtet sich an Studierende der Bachelorstudiengänge Automatisierungstechnik (UB)
im 7. Semester. Sie umfasst pro Woche durchschnittlich 3 Stunden für Vorlesung und Labor und
1 Stunde für die Präsentation der Seminararbeiten.
ÜBERBLICK (nähere Hinweise zu den Vorlesungszielen s. Vorlesungsspezifikation):

In Anlagen der Chemie-, Pharma- und Nahrungsmittelindustrie gibt es eine
große Zahl von Sensoren und Aktoren, um die verfahrenstechnischen
Prozesse zu steuern und zu überwachen.

Die Prozesse werden von Prozessleitsystemen (PLS) gesteuert. Sie bestehen
aus mehreren prozessnahen Komponenten, die wie SPSen in Echtzeit Sensordaten
auswerten und die Aktoren (Motoren, Ventile, Regler etc.) ansteuern.
Außerdem besitzen Prozessleitsysteme Anzeige- und Bedienstationen, die dem
Anlagenfahrer Prozesszustände auf einen Blick anzeigen und durch manuelle
Eingriffsoptionen eine effiziente Prozessführung ermöglichen.

Durch die elektronische Vernetzung von Prozessleitsystemen mit Produktions-
planungssystemen (z.B. SAP-Systemen) wächst die automatisierungstechnische
und betriebswirtschaftliche Welt zusammen, denn alle Systeme können auf
gemeinsame Daten zugreifen. Das PLS ist dabei das Bindeglied, das wie die
Wurzel eines Baumes die Prozessinformation von den Sensoren und Aktoren
in der Fabrik aufnimmt und diese andererseits an übergeordnete
Managementsysteme zur Ressourcen- und Produktionssplanung sowie zur
Qualitätssicherung und Instandhaltung zur Verfügung stellt.

Die Vorlesung gibt zunächst einen Überblick über wichtige verfahrenstechnische
Apparate und Prozesse und behandelt dann den Systemaufbau von
Prozessleitsystemen und ihren Einsatz beim Betrieb von verfahrenstechnischen
Anlagen. Zentraler Gegenstand ist die ingenieurmäßige Vorgehenesweise bei
Planung, Realisierung und Inbetriebnahme solcher Anlagen, d.h. im Einzelnen:

  • Entwurf von Regelungen für kontinuierliche Prozesse,
  • Entwurf von Rezeptsteuerungen für Chargenprozesse,
  • prozess- und anlagentechnische Planung,
  • Projektmanagement,
  • Systementwurf zur integrierten Betriebsführung.
Diese Themen werden ergänzt und vertieft durch eine Laborübung und
Seminararbeiten der Studierenden, die in der zweiten Semesterhälte präsentiert
werden.

IRBa: Steuerung und Regelung industrieller Roboter

Die Lehrveranstaltung richtet sich an Studierende des Master-Studiengangs Elektrotechnik im 1. Semester. Sie umfasst pro Woche durchschnittlich 2 Vorlesungsstunden inklusive von den Studierenden vorgetragenen Seminarthemen. Teil 1 der Vorlesung "Bildverarbeitung zur Steuerung von Industrierobotern" wird von Prof. Dr. Wasenmüller im gleichen Semester parallel gelesen und umfasst durchschnittlich 2 Vorlesungsstunden.
ÜBERBLICK 

Industrieroboter sind komplexe armähnliche Gebilde mit elektrischen und mechanischen Komponenten, die mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit fahren, um Objekte zu bewegen oder zu bearbeiten. Sie stellen für den Automatisierungstechniker einen interessanten Anwendungsfall der Mechatronik dar, weil viele Gebiete der Informationsverarbeitung, Mechanik und Elektrotechnik betrachtet werden müssen.

Um Roboter in einer teilweise unbekannten Umgebung navigieren zu können, ist eine komplexe Sensorik erforderlich. Wie der Mensch wird auch der Roboter für solche Anwendungen mit elektronischen Augen in Form von Kameras ausgestattet. Die davon aufgenommenen Videobilder sind so zu verarbeiten, dass die dreidimensionale Zielposition ermittelt wird, an die der Robotergreifer zu fahren ist.

Die Vorlesung versucht die Grundprinzipien folgender Themen zu vermitteln:Industrieroboter

  • Anwendungen von Industrierobotern
  • Beschreibung der kinematischen und dynamischen Zusammenhänge bei Robotern
  • Bahnsteuerung und Interpolation
  • Regelungsansätze für Industrieroboter

Im Rahmen des Seminars besteht die Möglichkeit, das in der Vorlesung erworbene Wissen an theoretischen und praktischen Aufgaben weiterzuentwickeln.

GVRb - Adaptive und lernende Regelsysteme

Die Lehrveranstaltung richtet sich an Studierende des Masterstudiengangs Automatisierungs- und Energiesysteme
im 1. Semester. Sie umfasst pro Woche durchschnittlich 4 Stunden mit praktischen Übungen. Teil 2 der Vorlesung
"Gehobene Verfahren der Regelungstechnik" wird von Prof. Dr. Götzmann im gleichen Semester im Anschluss an
Teil 1 gelesen und umfasst ebenfalls durchschnittlich 4 Wochenstunden.
ÜBERBLICK (Details zur Vorlesung s. Vorlesungsspezifikation):

Viele Prozesse ändern ihr Verhalten während des Betriebs. Für solche zeitvarianten Prozesse sind Regelungsverfahren
erforderlich, die den Regler automatisch auf die sich ändernde Prozesssituation anpassen.

adaptiver RegelkreisSelbsteinstellenden Regler nutzen zur Identifikation des
weitgehend unbekannten Prozessverhaltens meist ein Modell.
Der Regler wird dann auf das Modell angepasst, so dass er den
Prozess wunschgemäß regelt, wenn das Modell den Prozess
hinreichend nachbildet.

Wenn der Prozess jedoch strukturell unbekannt oder schwer
modellierbar ist, werden neuronale Netze eingesetzt. Sie basieren
auf dem Prinzip Speichern statt Rechnen und können wie neben
skizziert einerseits den Prozess modellieren. Andererseits kann
auf Basis dieses Prozessmodells ein zweites neuronales Netz mit
optimalen STellwerten trainiert werden, das dann als Regler
arbeitet.

Die Vorlesung vermittelt die Grundprinzipien folgender Themen:

  • Grundstrukturen adaptiver Regelsysteme
  • Entwurf selbsteinstellender Regler für zeitvariante Prozesse
  • Imitation menschlicher Intelligenz durch Fuzzy- und Neuro-Regelungen
  • Neuronale Netze zur Klassifikation und Funktionsapproximation
  • Lernende Regelkreise für Prozesse mit unbekanntem Verhalten

Im Rahmen der Übungen besteht die Möglichkeit, das in der Vorlesung erworbene Wissen an Übungsaufgaben und Simulationen anzuwenden.

RFA/SP2 - Robotik und Fabrikautomation


Die Lehrveranstaltung richtet sich an Studierende der Studiengänge , Elektrotechnik (ETB), Automatisierungstechnik (UB) im
und Mechatronik/Automatisierungstechnik (MEB) im 6. Semester. Sie umfasst pro Woche durchschnittlich
3 Vorlesungsstunden und 1 Stunde für praktische Übungen im Labor.


Die Automatisierung fertigungstechnischer Prozesse etwa in der Automobilindustrie ist geprägt durch einen hohen Automatisierungsgrad, der durch Einsatz von Robotern, Werkzeug- und Bearbeitungsmaschinen erreicht wird.

Zur Steuerung und Regelung dieser Maschinen erfolgt heutzutage mit Motion-Control-Systemen, die wie eine SPS nach IEC 61131 und mit Standard-Motionbausteinen der PLCopen programmiert werden können. Trotzdem erfordert der Softwareentwurf genaue Kenntnisse der Konzepte zur Programmierung von Bewegungsbahnen, Achssynchronisierung, Interpolation, Lageregelung und Koordinatentransformation.

Damit die Bewegungsprozesse möglichst autonom ablaufen, werden vielfältige intelligente Sensoren eingesetzt und ausgewertet. Vor allem durch automatische Auswertung von Kamerabildern können Bewegungsprozesse zielgerichtet gesteuert werden.

Um die Sicherheit in Fertigungsanlagen zu gewährleisten, müssen je nach Risiko mitunter sicherheitsgerichtete Steuerungen eingesetzt werden, die im Fehlerfall die Anlage zuverlässig in den sicheren Zustand überführen.


SPS: System- und Programmentwurf für speicherprogrammierbare Steuerungen

Die Lehrveranstaltung richtet sich an Studierende der Bachelorstudiengänge Automatisierungstechnik (UB),
Lehramt Elektro- und Informationstechnik (ELB) sowie Energietechnik und erneuerbare Energien (EB) im 4. Semester.
Sie umfasst pro Woche durchschnittlich 2 Vorlesungsstunden und 2 Stunden für praktische Übungen im Labor. 
 
ÜBERBLICK (nähere Hinweise zu den Vorlesungszielen s. Vorlesungsspezifikation):

Die Steuerung bzw. Automatisierung technischer Prozesse erfolgt heutzutage
fast durchgängig rechnergestützt. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)
sind spezielle Automatisierungsrechner, die das Einlesen von Sensordaten und
das Ausgeben von Stellwerten an Aktoren, wie Motoren oder Ventile, unterstützen.
SPSen werden vom PC aus programmiert.

Die Vorlesung behandelt zunächst den Systemaufbau solcher Steuerungen und
stellt dann die Methoden der modernen SPS-Programmierung nach IEC 61131
vor. Anhand von Beispielen werden der Entwurf und die strukturierte
Programmierung von

  • binären Logik- und Folgeschaltungen,
  • Speicher- und Zählerschaltungen,
  • Steuerungen mit Zeitverhalten,
  • Steuerungen und Regelungen mit analogen Daten und
  • Schrittketten
  • objektorientierte SPS-Programmierung

dargestellt. Neben der Programmierung der gewünschten Funktionalität
ist die Berücksichtigung unerwünschter Ereignisse in der Software von elementarer
Bedeutung. Deshalb werden Konzepte zur Erhöhung der Sicherheit und Verfügbarkeit
von Steuerungen diskutiert. Laborübungen intensivieren die erworbenen
Erkenntnisse anhand zahlreicher Beispiele aus der
Fertigungs- und Verfahrenstechnik.