TU Wien:Information Technology in Automation VU (Kastner)

Daten

Zuordnungen

Masterstudium Technische Informatik

Modul Information Technology in Automation (Pflichtfach)

Inhalt

Modellierung

• SysMLv2 / UML
• OPC UA
• Plant Simulation

Programmierung

• Arbeiten am großen Target im TILAB Raum 3
• TIA Portal, Konfiguration des Targets (I/Os)
• Programmieren in KOP, STL oder FB

Vernetzung/Cloud-Aspekt

• Erstellung eines Datenmodells für Kommunikation
• Datenaustausch über OPC-UA Server/Client
• Implementierung in Node-Red
• "Cloud" Anbindung über MQTT

Weitere Themen in der VO

• Smart Manufacturing (Service vs. Service Oriented Architecture)
• Industrial Internet of Things (IIoT)
• Data Distribution Service (Protokoll)
• Time-Sensitive Networking
• Machinery Safety
• Protokolle / APIs fürs IoT (HTTP REST, CoAP, AMQP, MQTT)

Ablauf

Einmal die Woche 2-stündige Vorlesung. Prof. Kastner lädt auch gerne Gastvortragende aus dem Institut ein, die über verwandte Themen reden (Kontext Industrie + IoT + Automatisierung). Der Vortrag fand teilweise im Seminarraum TI statt und manchmal auch im TILAB Raum 3 (z.B. bei der Einführung zur Target-Programmierung oder beim Präsentieren der Programme).

Der Übungsteil ist grob in drei Teile geteilt: Modellieren, Programmieren und Vernetzen/Cloud (siehe Inhalt). Die Zeitrahmen für die Übungsaufgaben waren eigentlich immer ausreichend groß.

Regelmäßig sind kurze Präsentationen zu erstellen und zu halten. Auf diese muss man sich aber nicht speziell vorbereiten, weil sie nur die eigenen Aufgaben umfassen. Man präsentiert, was man modelliert/programmiert hat.

Am Schluss gibt es eienn schriftlichen Test über die Inhalte der VO. Das Stoffgebiet wird recht gut abgegrenzt und die Fragen sind wenig überraschend.

Benötigte/Empfehlenswerte Vorkenntnisse

Kenntnisse in der SPS-Programmierung sehr zu empfehlen (also z.B. abgeschlossene Dezentrale Automation LU).

Vortrag

Siehe Ablauf. Der Vortrag enthält zum Teil Einführungen in die für die Übung notwendigen Themen (SysML(v2), Plant Simulation, OPC UA), aber auch andere Themen im Kontext von Industrie und Automatisierung. Dieses Wissen wird dann zum Teil im schriftlichen Test abgefragt.

Besonders die Einführungsvorträge zu SysML und OPC UA sind sehr trocken und zäh. Es sind umfangreiche Modellierungsmechanismen, die man sich nicht wirklich in zwei Stunden eintrichtern kann. Aber es ist nicht notwendig, sich Profikenntnisse anzueignen. Aus UML bekannte Konstrukte können oft leicht in SysML übernommen werden. Auch wenn man UML nicht kennt, ist der Einstieg nicht so schwierig, wenn man sich Beispiele sucht und nachvollzieht. Es wird ein Buch über SysML elektronisch bereitgestellt, das einige Beispiele zeigt. Seit SS24 wird SyaMLv2 verwendet, welches noch ziemlich in den Kinderschuhen steckt, weshalb es leider leichter ist Bugs in der SysMLv2 Umgebung zu finden, als hilfreiche Modellierungsbeispiele.

Die Gastvorträge über einzelne Technologien (z.B. DDS) waren am leichtesten zu verdauen, hatten aber am wenigsten mit der Übung zu tun.

Übungen

In den ersten zwei VO-Einheiten wird die Zuweisung der Stationen fixiert. Das große Target im TILAB Raum 3 ist je nach Teilnehmerzahl in 3 oder 6 Stationen eingeteilt (eventuell sind auch andere Einteilungen möglich). Bei einer Einteilung auf 6 Stationen müssen zwei Personen an einer SPS arbeiten. Der Vortrag beginnt mit einer Einführung zu SysML. Die zugeteilte Station wird innerhalb der ersten Wochen als Hausaufgabe modelliert. Danach hält man eine Präsentation über das erstellte Modell. Es gab im SS2019 dann noch eine Möglichkeit nach den Vorträgen das Modell auszubessern. Ziemlich gleichzeitig ist noch ein Plant Simulation Modell des gesamten Target zu erstellen. Plant Simulation wurde innerhalb einer VO-Einheit erklärt.

Später wird die Stationszuweisung geändert (in unserem Fall haben die zwei Stationen, die auf der gleichen SPS waren getauscht). Die neuzugewiesene Station muss in TIA Portal programmiert werden. Die Programmiersprache kann frei gewählt werden (aus KOP, STL und FB). Die Kommunikation zwischen den einzelnen Teilen des Targets ist noch nicht vorhanden, es wird eine Knopfbelegung festgelegt, mit der man Teile der Maschine steuern kann.

Es ist ein Handover Protokoll zu entwerfen, über die die Kommunikation der SPS-Programme läuft. Später muss es in Node-Red mit einer Client/Server-Architektur (OPC UA) implementiert werden. Die Entwicklungsumgebung ist Node Red, das auf Raspberry Pis installiert ist. In Node-Red können Werte aus der SPS ausgelesen und hineingeschrieben werden, außerdem kann man sich zu anderen OPC UA Servern verbinden und selbst einen Server aufmachen. Einfache Kommunikation auf Basis von MQTT ist auch möglich. Wenn alles implementiert ist, sollte das Target selbstständig laufen und seine Aufgabe tun. Zusätzlich ist es gut, wenn man aktuelle Infos per MQTT publisht. Diese können z.B. in einer Smartphone App visualisiert werden.

Achtung: das Target soll im Laufe des nächsten Jahres stark verändert werden (zumindest bekommt es neuere SPS), was den Inhalt der Übung ab SS2020 wesentlich ändern könnte! Das betrifft vor allem die Aufgabe des Targets und den letzten Teil der Übung, in dem die Kommunikation zwischen den einzelnen SPS gehandhabt wird.

Prüfung, Benotung

Der schriftliche Test ist wenig überraschend. Es wird eher Grundwissen abgefragt. Teilweise gibt es Fragen zu Technologien, die nicht in der Übung verwendet wurden, sondern nur im Vortrag vorkamen. Diese sind aber ziemlich rudimentär. Manche Fragen (die z.B. mit SysML oder OPC UA zu tun haben) sind etwas genauer und können schwierig zu beantworten sein, wenn man die genaue Terminologie nicht kennt.

Dauer der Zeugnisausstellung

Eine Woche nach dem schriftlichen Test.

Zeitaufwand

6 ECTS entsprechend.

Unterlagen

noch offen

• Materialien

Tipps

noch offen

Highlights / Lob

noch offen

Verbesserungsvorschläge / Kritik

noch offen

Materialien

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