Zugl.: Darmstadt, Techn. Univ., Diss., 2008

Zugl.: Hannover, Universiẗat, Diss., 1987.

Zugl.: Stuttgart, Universiẗat, Diss.

Die zunehmende Forderung an automatisierte Produktionsanlagen sich flexibel auf neue Situationen in der Produktion anpassen zu können, fordert innovative Konzepte. Dieser Beitrag stellt ein Retrofit- Konzept vor, welches bereits bei der Erstellung der Anlagen mit integriert werden kann, um somit zukünftig flexibel Teilbereiche austauschen zu können. Hierbei muss in den praxiserprobten Steuerungsablauf nicht direkt eingegriffen werden. Das vorliegende Konzept basiert auf einer Anforderungsanalyse und ist prototypisch umgesetzt.

Zugl.: Hamburg, Universiẗat der Bundeswehr, Diss.

Der Einsatz von Multicore-Prozessoren in der industriellen Steuerungstechnik birgt sowohl Chancen als auch Risiken. Die vorliegende Dissertation entwickelt und bewertet aus diesem Grund generische Strategien zur Nutzung dieser Prozessorarchitektur unter Berücksichtigung der spezifischen Rahmenbedingungen und Anforderungen dieser Domäne. Multicore-Prozessoren bieten die Chance zur Konsolidierung derzeit auf dedizierter Hardware ausgeführter heterogener Steuerungssubsysteme unter einer bisher nicht erreichbaren temporalen Isolation. In diesem Kontext definiert die vorliegende Dissertation die spezifischen Anforderungen, die eine integrierte Ausführung in der Domäne der industriellen Automatisierung erfüllen muss. Eine Vorbedingung für ein derartiges Szenario stellt allerdings der Einsatz einer geeigneten Konsolidierungslösung dar. Mit einem virtualisierten und einem hybriden Konsolidierungsansatz werden deshalb zwei repräsentative Lösungen für die Domäne eingebetteter Systeme vorgestellt, die schließlich hinsichtlich der zuvor definierten Kriterien evaluiert werden. Da die Taktraten von Prozessoren physikalische Grenzen erreicht haben, werden sich in der Steuerungstechnik signifikante Performanzsteigerungen zukünftig nur durch den Einsatz von Multicore-Prozessoren erzielen lassen. Dies hat zur Vorbedingung, dass die Firmware die Parallelität dieser Prozessorarchitektur in geeigneter Weise zu nutzen vermag. Leider entstehen bei der Parallelisierung eines komplexen Systems wie einer Automatisierungs-Firmware im Allgemeinen signifikante Aufwände. Infolgedessen sollten diesbezügliche Entscheidungen nur auf Basis einer objektiven Abwägung potentieller Alternativen getroffen werden. Allerdings macht die Systemkomplexität eine Abschätzung der durch eine spezifische parallele Firmware-Architektur zu erwartenden Performanz zu einer anspruchsvollen Aufgabe. Dies gilt vor allem, da eine Parallelisierung gefordert wird, die für eine Vielzahl von Lastszenarien in Form gesteuerter Maschinen geeignet ist. Aus diesem Grund spezifiziert die vorliegende Dissertation eine anwendungsorientierte Methode zur Unterstützung von Entwurfsentscheidungen, die bei der Migration einer bestehenden Singlecore-Firmware auf eine homogene Multicore-Architektur zu treffen sind. Dies wird erreicht, indem in automatisierter Weise geeignete Firmware-Modelle auf Basis von dynamischem Profiling der Firmware unter mehreren repräsentativen Lastszenarien erstellt werden. Im Anschluss daran werden diese Modelle um das Expertenwissen von Firmware-Entwicklern erweitert, bevor mittels multikriterieller genetischer Algorithmen der Entwurfsraum der Parallelisierungsalternativen exploriert wird. Schließlich kann eine spezifische Lösung der auf diese Weise hergeleiteten Pareto-Front auf Basis ihrer Bewertungsmetriken zur Implementierung durch einen Entwickler ausgewählt werden. Die vorliegende Arbeit schließt mit einer Fallstudie, welche die zuvor beschriebene Methode auf eine numerische Steuerungs-Firmware anwendet und dabei deren Potential für eine umfassende Unterstützung einer Firmware-Parallelisierung aufzeigt. / The application of multi-core CPUs in industrial control technology holds chances as well as risks. Consequently, this thesis develops and evaluates generic strategies for using this processor architecture in due consideration of the specific framework conditions and demands of this domain. Multi-core CPUs offer the chance of consolidating heterogeneous control subsystems currently running on dedicated hardware devices while maintaining a degree of temporal isolation in between them that has been unattainable so far. In this context, this thesis defines the specific demands an integrated execution has to meet in the domain of industrial automation. However, one precondition to this scenario is the use of an appropriate consolidation solution. Thus, two representative solutions for the domain of embedded systems are presented in terms of a virtualized and a hybrid consolidation approach, before being finally evaluated with regard to the previously defined criteria. As CPU clock rates have reached physical boundaries, significant future performance gains in the domain of control technology will only be achieved by the application of multi-core CPUs. As a precondition, the firmware has to exploit the parallelism of this processor architecture in an appropriate manner. Unfortunately, for a sophisticated system like an automation firmware, a parallelization commonly induces significant efforts. Thus, decisions in this regard should only be made on the basis of an objective consideration of potential alternatives. However, an estimation of a specific parallel firmware design's prospective performance is challenging due to the system's complexity. This is particularly true, as a parallelization is required that fits a variety of load scenarios in terms of the machines being controlled. Thus, this thesis specifies an application-oriented method that supports the design decisions to be taken when migrating an existing single-core firmware to a homogeneous multi-core architecture. This is achieved by automatically building adequate firmware models based on dynamic firmware profiling under multiple representative load scenarios. These models are then enhanced by the firmware developers' expert knowledge before multi-objective genetic algorithms are applied for exploring the design space of parallelization alternatives. Finally, a specific solution from the retrieved Pareto front can be selected on basis of its evaluation metrics for an implementation by a developer. This thesis concludes with a case study that applies the aforementioned method to a numerical control firmware and thereby reveals its potential of supporting a firmware parallelization in a comprehensive way.

Die Zunahme an Komplexität und Vernetzung von modernen Technologien in Fabriken stellt die zukünftigen Ingenieure und Ingenieurinnen vor größer werdende Herausforderungen. Es ist die Aufgabe, insbesondere der Fachhochschulen, entsprechend praxisorientierte Lehransätze zu realisieren und so die Fachkräfte von morgen auszubilden. Zur Erreichung dieses Ziels stellt dieser Beitrag ein Konzept vor, bei welchem Studierende im Verlauf eines Bachelorstudiums eigenständig wichtige technologische Aspekte einer Smart Factory anwenden und ihre eigene digitale Fabrik erstellen.

Aufbauend auf die stetig fortschreitende Entwicklung der Vernetzung auf Basis Ethernet/TCP/IP und deren Integration in die moderne Steuerungstechnik soll eine interaktive, Web-basierte Plattform geschaffen werden, um die Programmierung, Visualisierung und Diagnose von Standardindustriekomponenten mittels sowohl industrieller als auch eigener Programmsysteme über das Intranet/Internet für die Aus- und Weiterbildung im sächsischen Internet-basierten Hochschulverbund der Automatisierungstechnik zu ermöglichen. Dabei sollen die Grundlagen dieser Technologie vorgestellt, vorhandene Standards und Lösungen diskutiert und die aus den gewonnenen Erkenntnissen abgeleitete Konzeption für die Bearbeitung dieser Aufgabe dargestellt werden. Weiterhin sollen die einzelnen Lösungsschritte und deren Evaluierung aufgezeigt werden. Anschließend folgen eine kritische Betrachtung der erarbeiteten Lösung auf Basis einer dazu erstellten Akzeptanzstudie sowie ein Ausblick auf Möglichkeiten der Erweiterung des Systems.

Im Bericht werden die Ergebnisse des DFG-Forschungsprojektes unter den DFG-Geschäftszeichen MA1391/17-3 und NE615/1-1 ergänzend zum Abschlussbericht des Projektes ausführlich dargestellt. Inhalt der Forschung war die Weiterentwicklung eines optischen Messverfahrens zur Bestimmung der Drahtvorschubgeschwindigkeit beim MSG-Schweißen mit Integration eines PI-Reglers zur Steuerung der Drahtvorschubeinrichtung. Die in dem Vorgängerprojekt (DFG-Gz. MA1391/17-1) entwickelten schnellen Wavelet-Algorithmen, die eine Auswertung der Videoaufzeichnung in Echtzeit erlauben, wurden weiterentwickelt. Es erfolgte eine große Zahl von Versuchen mit Drähten aus vier Werkstoffgruppen (Aluminium, Kupfer, Stahl und Nickel), unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Formen der Störung des Drahtlaufes. Simuliert wurden weiterhin unterschiedlichen Formen der Verschmutzungen des Videosignals. Die Einsatzfähigkeit und Robustheit des Mess- und Regelalgorithmus unter diesen industrienahen Bedingungen konnte nachgewiesen werden. / In this report the results of the DFG project MA1391/17-3 and NE615/1-1 are summarized and explained in details. The research topic is the further development of an optical method of measuring the speed of welding wire feed for MIG welding. A common PI-Controller was used for regulating the wire feed speed. The fast wavelet algorithms developed in the preceding DFG-Project MA1391/17-1, which allow the analysis of the video camera signal in the real time, have been perfected. The report includes the description and summary of a lot of practical tests with different wire materials (aluminium, steel, cupper and nickel), different feed speeds and different kinds of free wire run perturbations. Several filters simulating the lens pollutions have been tested. The applicability and robustness of measuring and controlling under near to industry conditions have been proved.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Ilmenau.