Glossar

Signalebene der Steuerung mit 24 V Gleichspannung. Sie wird aus einem eigenen Netzteil versorgt und ist von der 5-V-Signallogik der Signalbrücke galvanisch getrennt.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Galvanische Trennung· Wandlerstufe

Geschlossene mathematische Lösung einer Gleichung. Für das PT1-Verhalten existiert sie; deshalb dient sie in Szenario 2 als Vergleichswert für die numerische Rechnung des Modells.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch PT1-Glied· Euler-Verfahren (explizit)

Rechenmodell einer Anlage, das die einheitliche Schnittstelle compute_step umsetzt und als Plugin geladen wird. Auf der Plattform laufen 13 Anlagenmodelle; das Heiztankmodell ist eines davon.

Vorkommen in Kapitel 1 · Ausgangslage; Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen; Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Plugin· compute_step

Gleichung, mit der das Modell den Sättigungsdruck aus der Temperatur berechnet. Übersteigt der Sättigungsdruck den Druck im Tank, siedet das Wasser (Abb. 10).

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Sättigungsdruck

Mittlere der drei Softwareschichten: orchestrator.py auf Port 8050. Sie taktet die Simulation, lädt Modelle zur Laufzeit nach (Hot-Swap) und verteilt die Ergebnisse.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 9 · Der Simulationstakt

Siehe auch Orchestrator· Darstellungsschicht· Kommunikationsschicht

Mikrocontroller-Platine, die im Prüfstand als Signalbrücke arbeitet. Sie liest und setzt die 5-V-Signale der Wandlerebene und überträgt den Zustand seriell mit 115200 Baud an das Gateway.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Signalbrücke

Tafel auf der Vorderseite des Prüfstands mit zwölf Tastern und Meldeleuchten. Es ist parallel zur Steuerung angeschlossen, sodass ein Taster und ein Relaiskontakt am Eingang dieselbe Wirkung haben.

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen; Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Prüfstand

Personengruppen, aus deren Bedürfnissen die Anforderungen folgen: Auszubildende (SPS-Programm an einer reagierenden Anlage testen), Ausbilder (robuste, schnell startbare Umgebung) und die Prüfungsvorbereitung (Kompatibilität mit vorhandenen Steuerungen).

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen

Siehe auch Funktionale Anforderungen (FA)

Vier Kriterien der Testszenarien: Plausibilität (Richtung und Größenordnung), Konsistenz (Zustand und Sensorbit passen exakt zusammen), Stabilität (Rechnung bleibt über zehntausende Zyklen stabil) und Visualisierungstreue (Oberfläche zeigt die Modellwerte richtig).

Vorkommen in Kapitel 10 · Fünf Testszenarien

Siehe auch Testszenario

Gemeinsamer Bezugspunkt einer Spannungsebene. Im Prüfstand sind die Bezugspotenziale der 24-V- und der 5-V-Ebene bewusst getrennt geführt; deshalb muss jedes Signal ohne leitende Verbindung übertragen werden.

Vorkommen in Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Galvanische Trennung

Zentraler Nachrichtenvermittler, über den bei MQTT alle Komponenten kommunizieren. Er hätte installiert, konfiguriert und betrieben werden müssen und wurde in der Konzeptentscheidung nicht gewählt.

Vorkommen in Kapitel 5 · Lösungsansätze und Konzeptentscheidung

Siehe auch MQTT· Topic

Zeichenschnittstelle des Browsers. Die Darstellungsschicht verwendet sie für die Animation der Anlage.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur

Siehe auch Darstellungsschicht

Die eine Schnittstellenfunktion jedes Anlagenmodells: compute_step(inputs, dt) liefert den physikalischen Zustand (plant), die Sensorbits (sensors) und die logischen Ausgänge (outputs_logical). Die Modellprüfung in Kapitel 10 läuft direkt gegen diese Funktion.

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen; Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 9 · Der Simulationstakt; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien; Kapitel 12 · Ausblick

Siehe auch Plugin· Sensorbits

Oberste der drei Softwareschichten: der Browser mit Canvas-2D-Animation, Bedienpanel und Fehlerlog. Er wird per WebSocket mit dem Zustand versorgt.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur

Siehe auch Anwendungsschicht· WebSocket

Stufe der Abgrenzung nach dem Datenfluss: Die Anlage speist das Modell selbsttätig, aber nicht selbsttätig zurück.

Vorkommen in Kapitel 3 · Stand der Technik

Siehe auch Digitales Modell· Digitaler Zwilling

Stufe der Abgrenzung nach dem Datenfluss: Die Daten fließen in beide Richtungen selbsttätig. Die Abgrenzung richtet sich allein nach dem Grad der Automatisierung, nicht nach der Genauigkeit des Modells; in dieser Arbeit ist die reale Steuerung der physische Kopplungspartner.

Vorkommen in Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen; Kapitel 3 · Stand der Technik

Siehe auch Digitales Modell· Digitaler Schatten

Stufe der Abgrenzung nach dem Datenfluss: Reale Anlage und Modell existieren nebeneinander, und Daten werden in beiden Richtungen von Hand übertragen.

Vorkommen in Kapitel 3 · Stand der Technik

Siehe auch Digitaler Schatten· Digitaler Zwilling

Umwandlung der gekoppelten Gleichungen des Modells in Rechenschritte fester Schrittweite. Das Modell verwendet dafür das explizite Euler-Verfahren mit Δt = 50 ms.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien

Siehe auch Euler-Verfahren (explizit)· Schrittweite (Δt)

Abweichung, die allein durch die Rechenschrittweite des Verfahrens entsteht. Die Abweichungen zur analytischen Lösung in Szenario 2 sind damit vereinbar.

Vorkommen in Kapitel 10 · Fünf Testszenarien

Siehe auch Diskretisierung· Analytische Lösung

Fähigkeit, einen Takt zuzusichern. Ein fester Takt ist etwas anderes als ein garantierter Takt: Ein Allzweckbetriebssystem gibt keine Echtzeitgarantie, und die Arbeit behauptet das auch nicht.

Vorkommen in Kapitel 3 · Stand der Technik; Kapitel 9 · Der Simulationstakt; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen; Kapitel 12 · Ausblick

Siehe auch Zykluszeit· Simulationstakt

Teilmodell des Heiztankmodells: Sie addiert die Heizenergie und zieht die Verdampfungsenergie und den Abflussverlust ab. Ergebnis ist die Fortschreibung der inneren Energie des Wassers.

Vorkommen in Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen; Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Massenbilanz· Zustandsvektor

Einfachstes Einschrittverfahren: x(k+1) = x(k) + f(x(k), u(k)) · Δt. Es passt in einen festen Zyklus, ist Schritt für Schritt nachvollziehbar und lässt sich gegen die analytische Lösung prüfen.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien

Siehe auch Diskretisierung· Stabilitätskriterium (Δt/τ < 2)· Schrittweite (Δt)

Wechsel eines Melders von 0 auf 1 oder umgekehrt. Nur solche Flanken werden zur Signalbrücke geschrieben.

Vorkommen in Kapitel 9 · Der Simulationstakt

Siehe auch Melder (B1–B4)· Simulationstakt

Die sechs Anforderungen FA-01 bis FA-06: Signale der Steuerung einlesen, das Modell in festem Takt rechnen, Grenzwertschalter schrittgenau melden, den Anlagenzustand darstellen, weitere Anlagen als Modell-Plugin ergänzen können und Fehler erkennbar machen.

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen

Siehe auch Nichtfunktionale Anforderungen (NFA)

Übertragung eines Signals ohne leitende Verbindung zwischen zwei Ebenen. Im Hinweg geschieht das optisch über einen Optokoppler, im Rückweg über einen potentialfreien Relaiskontakt.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Optokoppler· Potentialfreier Kontakt· Wandlerstufe

Softwarekomponente gateway.py auf Port 8100, die Kommunikationsschicht. Sie ist die Brücke zwischen serieller Hardware und HTTP und arbeitet mit eigenem Lese- und Schreib-Thread sowie automatischer Wiederverbindung.

Vorkommen in Kapitel 5 · Lösungsansätze und Konzeptentscheidung; Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 9 · Der Simulationstakt; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Kommunikationsschicht· Orchestrator· Signalbrücke

Betriebszustand am Rand des vorgesehenen Bereichs. In Szenario 5 ist es ein Heizbefehl auf den leeren Tank, der über 1200 Schritte ohne Laufzeitfehler läuft.

Vorkommen in Kapitel 10 · Fünf Testszenarien

Siehe auch Testszenario

Binärer Melder, der beim Erreichen eines Grenzwerts schaltet. Die Anforderung FA-03 verlangt, ihn schrittgenau zu melden.

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen

Siehe auch Melder (B1–B4)· Funktionale Anforderungen (FA)

Regelmäßiges Lebenszeichen der Kopplung, das alle 0,5 s läuft. Bleibt es aus, greift der Watchdog.

Vorkommen in Kapitel 9 · Der Simulationstakt

Siehe auch Watchdog

Rechenmodell eines Druckbehälters mit 0,5 m³ Volumen, darin Wasser, darüber ein Kopfraum aus Dampf und Luft, geheizt mit bis zu 150 kW. Es wird durch fünf Zustandsgrößen und vier Teilmodelle beschrieben.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 8 · Das Heiztankmodell; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Zustandsvektor· Anlagenmodell

Signalrichtung von der Steuerung zur Simulation: 24 V werden über einen Optokoppler (PC817) galvanisch getrennt auf 5 V für die Signalbrücke gewandelt (Abb. 14a). Zwölf Kanäle führen in diese Richtung.

Vorkommen in Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Rückweg· Optokoppler

Nachladen von Anlagenmodellen zur Laufzeit durch den Orchestrator.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur

Siehe auch Orchestrator· Plugin

Zusammenhang, nach dem im Modell der Druck im Kopfraum aus der Dampfmasse und der Luftmasse mit ihren Gaskonstanten folgt. Die Teildrücke werden anschließend nach Dalton addiert.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Partialdruck (Dalton)· Kopfraum

Prüfungsplatine der Industrie- und Handelskammer, angebunden über eine 32-polige Steckkarte; rund 30 Stück sind im Einsatz. Die Anlage existiert darauf nur als aufgedruckte Silhouette, Rückmeldung geben ausschließlich Leuchtdioden, und es gibt keinen inneren Anlagenzustand.

Vorkommen in Kapitel 1 · Ausgangslage; Kapitel 4 · Anforderungen; Kapitel 8 · Das Heiztankmodell; Kapitel 13 · Vorprojekte

Siehe auch IST-Zustand

Das Modell rechnet, was die Gleichungen fordern. Mehr belegen die Tests der Arbeit nicht: Ohne Messdaten eines realen Tanks bleibt die Validierung auf interne Konsistenz beschränkt.

Vorkommen in Kapitel 10 · Fünf Testszenarien; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Modelltreue· Testszenario

Schichtenmodell (Open Systems Interconnection), in das die Arbeit die Kopplung einordnet (Abb. 12): Browser, REST-HTTP und WebSocket auf Schicht 7, JSON auf Schicht 6, darunter TCP (4), IP (3), UART-Byterahmung (2) sowie USB und Signalpegel (1). Eine eigenständige Sitzungsschicht gibt es nicht; das Physikmodell liegt oberhalb von Schicht 7.

Vorkommen in Kapitel 3 · Stand der Technik

Siehe auch REST-HTTP· WebSocket· JSON

Ausgangszustand vor der Arbeit: allein die Prüfungswand mit Simulationsplatinen ohne innere Zustände. Software gab es zu Beginn nicht.

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen

Siehe auch IHK-Simulationsplatine

Datenformat der Kopplung; im ISO/OSI-Modell auf Schicht 6 eingeordnet.

Vorkommen in Kapitel 3 · Stand der Technik

Siehe auch ISO/OSI-Referenzmodell

Unterste der drei Softwareschichten: gateway.py auf Port 8100, die Brücke zwischen serieller Hardware und HTTP.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur

Siehe auch Gateway· Anwendungsschicht· Darstellungsschicht

Gasraum über dem Wasser im Tank, gefüllt mit Dampf und Luft; auch Dampfraum genannt. Sein Druck folgt aus Dampf- und Luftmasse.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien

Siehe auch Partialdruck (Dalton)· Heiztankmodell

Drei Fragen, die sich durch die Arbeit ziehen: Kopplung (lässt sich ein Anlagenmodell so an eine Kleinsteuerung koppeln, dass der Wirkungskreis geschlossen ist?), Modellgüte (reicht ein Modell aus Massen- und Energiebilanz?) und Architektur (trägt eine Architektur ohne externe Dienste auch bei mehreren Modellen?).

Vorkommen in Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen

Siehe auch Wirkungskreis (geschlossener)

Schutzeinrichtung im Stromlaufplan des Prüfstands. -F2 ist gegen einen zweipoligen zu tauschen; danach steht die Erstprüfung durch eine Elektrofachkraft an, beides vor dem Netzbetrieb.

Vorkommen in Kapitel 7 · Der Prüfstand; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen; Kapitel 12 · Ausblick

Siehe auch Stromlaufplan

Teilmodell des Heiztankmodells: Die Wassermasse wächst über die Zulaufventile und sinkt über den Ablauf und die Verdampfung. Der Ablaufstrom hängt von der Wurzel des Drucks ab.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Energiebilanz· Zustandsvektor

Digitale Meldungen, die aus dem Zustand des Modells entstehen: B1 meldet den oberen Füllstand ab 450 l, B2 den unteren Füllstand bei höchstens 50 l, B3 die Temperatur ab 95 °C und B4 den Druck ab 2,8 bar. Geänderte Melder gehen über Relaiskontakte zur Steuerung zurück.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 8 · Das Heiztankmodell; Kapitel 9 · Der Simulationstakt

Siehe auch Sensorbits· Grenzwertschalter· Stellsignale (Y1–Y4, E1)

Grad, in dem die Gleichungen einen konkreten realen Tank treffen. Sie ist in der Arbeit nicht belegt; ein Abgleich mit einem echten Tank würde die Validierung von interner Konsistenz auf Modelltreue heben.

Vorkommen in Kapitel 12 · Ausblick

Siehe auch Interne Konsistenz

Message Queuing Telemetry Transport: Protokoll, bei dem alle Komponenten über einen zentralen Broker kommunizieren, auf Themen veröffentlichen und abonnieren. Es ist Industriestandard und war Ansatz 1 der Konzeptentscheidung; gewählt wurde stattdessen die Eigenentwicklung aus Gateway und Orchestrator.

Vorkommen in Kapitel 5 · Lösungsansätze und Konzeptentscheidung

Siehe auch Broker· Topic

Praxispartner in Oberlungwitz, bei dem Elektroniker für Betriebstechnik und Industrieelektriker ausgebildet werden.

Vorkommen in Kapitel 1 · Ausgangslage

Siehe auch IHK-Simulationsplatine

Die drei Anforderungen NFA-01 bis NFA-03: Betrieb ohne externe Dienste, Zykluszeit von höchstens 100 ms und ein Modell, das sich ohne Hardware und Oberfläche prüfen lässt. NFA-02 ist nur teilweise erfüllt.

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen; Kapitel 9 · Der Simulationstakt; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Funktionale Anforderungen (FA)· Zykluszeit

Bauteil, das ein Signal optisch überträgt. Im Prüfstand schalten die Ausgänge der Steuerung die Sendedioden einer Optokopplerbaugruppe (PC817); der Fototransistor gibt dafür 5 V an die Signalbrücke ab.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Galvanische Trennung· Hinweg

Softwarekomponente orchestrator.py auf Port 8050, die Anwendungsschicht. Er ruft das Modell in jedem Takt auf, holt das Prozessabbild vom Gateway, lädt Modelle zur Laufzeit nach und versorgt die Browser per WebSocket.

Vorkommen in Kapitel 5 · Lösungsansätze und Konzeptentscheidung; Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 9 · Der Simulationstakt; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Anwendungsschicht· Gateway· Simulationstakt

Teildruck, den Dampf bzw. Luft im Kopfraum beitragen. Nach Dalton werden die Teildrücke zum Gesamtdruck addiert.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Ideale Gasgleichung· Kopfraum

Die Software-Gesamtheit aus Gateway, Orchestrator, Anlagenmodellen und Browser-Oberfläche. Auf ihr laufen 13 Anlagenmodelle ohne Änderung am Orchestrator.

Vorkommen in Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen; Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 7 · Der Prüfstand; Kapitel 12 · Ausblick

Siehe auch Prüfstand· Anlagenmodell

Austauschbares Anlagenmodell mit demselben Aufbau, das der Orchestrator über einen einzigen Aufruf (compute_step) kennt. Die Schnittstelle ist nur als Konvention vereinbart, nicht formal spezifiziert.

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen; Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen; Kapitel 12 · Ausblick

Siehe auch compute_step· Anlagenmodell· Prototypisch

Schaltkontakt der Relaisbaugruppe im Rückweg. Er legt 24 V auf einen Eingang der Steuerung, ohne dass eine leitende Verbindung zur 5-V-Seite besteht.

Vorkommen in Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Relaisbaugruppe· Rückweg· Galvanische Trennung

Funktionsfähig, aber nicht formal spezifiziert. So gilt die Plugin-Schnittstelle: Sie trägt 13 Modelle, ist aber nur als Konvention vereinbart.

Vorkommen in Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Plugin

Aktueller Zustand der Ein- und Ausgänge, den der Orchestrator zu Beginn jedes Takts vom Gateway holt (GET /api/state).

Vorkommen in Kapitel 9 · Der Simulationstakt

Siehe auch Orchestrator· Gateway

Der verdrahtete Gesamtaufbau als Montagewand: vorne Steuerung, Bedienfeld, Meldeleuchten, Wandlerbaugruppen und Bildschirm der laufenden Simulation, hinten Netzteile und die Verdrahtung der Signalebene. An ihm arbeitet die reale Steuerung gegen das Anlagenmodell.

Vorkommen in Kapitel 5 · Lösungsansätze und Konzeptentscheidung; Kapitel 7 · Der Prüfstand; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Plattform· Bedienfeld

Verzögerungsglied erster Ordnung. Das Heizglied des Modells ist als PT1-Glied mit einer Zeitkonstante von τ = 12 s ausgeführt; seine Heizleistung folgt dem Sollwert mit Verzögerung.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien

Siehe auch Zeitkonstante (τ)· Sprungantwort

Rechner, auf dem die Simulation läuft und der die Zielplattform der Anlage ist. Die Taktmessung stammt dagegen von einem Windows-Entwicklungsrechner.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 9 · Der Simulationstakt

Siehe auch Plattform

Baugruppe des Rückwegs: Der Arduino schaltet sie über eine Treiberstufe, ihre Relais (Spulen mit 12 V) legen über potentialfreie Kontakte 24 V an die Eingänge der Steuerung.

Vorkommen in Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Potentialfreier Kontakt· Rückweg

Anwendungsprotokoll zwischen Gateway und Orchestrator, im ISO/OSI-Modell auf Schicht 7. Es kommt ohne externe Middleware aus.

Vorkommen in Kapitel 3 · Stand der Technik; Kapitel 5 · Lösungsansätze und Konzeptentscheidung

Siehe auch WebSocket· ISO/OSI-Referenzmodell

Signalrichtung von der Simulation zur Steuerung: Der Arduino schaltet eine Relaisbaugruppe, deren potentialfreier Kontakt 24 V auf den Eingang der Steuerung legt (Abb. 14b). Zehn Kanäle führen in diese Richtung.

Vorkommen in Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Hinweg· Relaisbaugruppe

Druck, den das Modell aus der Temperatur berechnet, um zu entscheiden, ob Wasser verdampft: Übersteigt er den Druck im Tank, siedet das Wasser. Er steigt mit der Temperatur steil an; bei 100 °C liegt er bei etwa 1,01 bar.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Antoine-Gleichung

Zeitschritt der Simulation: Δt = 0,05 s, also 50 ms. Sie wird sowohl im Simulationstakt als auch in den Testszenarien verwendet.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Euler-Verfahren (explizit)· Simulationstakt

Begrenzungen im Modell, die unphysikalische Zwischenwerte abfangen. Sie gelten nur im vorgesehenen Betriebsbereich.

Vorkommen in Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Interne Konsistenz

Digitale Meldezustände, die das Modell aus dem physikalischen Zustand ableitet. Sie sind der Rückgabewert sensors von compute_step.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien

Siehe auch Melder (B1–B4)· compute_step

Kleinsteuerung, im Ausbildungsbetrieb überwiegend eingesetzt. Sie ist im Prüfstand die reale Steuerung, die mit unverändertem Programm gegen das Anlagenmodell arbeitet.

Vorkommen in Kapitel 1 · Ausgangslage; Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen; Kapitel 3 · Stand der Technik; Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch SPS (speicherprogrammierbare Steuerung)

Arduino Mega mit Firmware, der die 5-V-Signale der Wandlerebene liest und setzt und den Zustand seriell mit 115200 Baud an das Gateway überträgt. Bleibt das Lebenszeichen aus, schaltet die Firmware alle Ausgänge aus.

Vorkommen in Kapitel 3 · Stand der Technik; Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 7 · Der Prüfstand; Kapitel 9 · Der Simulationstakt; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Arduino Mega· Gateway· Watchdog

Fester Zyklus von 50 ms (20 Hz), in dem der Orchestrator das Modell aufruft. Die Simulation läuft zeitgesteuert, nicht ereignisgesteuert; der Ablauf eines Takts ist in Abb. 9 dargestellt.

Vorkommen in Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen; Kapitel 3 · Stand der Technik; Kapitel 5 · Lösungsansätze und Konzeptentscheidung; Kapitel 7 · Der Prüfstand; Kapitel 8 · Das Heiztankmodell; Kapitel 9 · Der Simulationstakt; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Zykluszeit· Echtzeitfähigkeit

Verlauf der Heizleistung nach einem plötzlichen Sollwertsprung. Beim PT1-Glied sind nach einer Zeitkonstante 63,2 % des Endwerts erreicht, nach drei rund 95 %, nach fünf 99,3 % (Abb. 8).

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch PT1-Glied· Zeitkonstante (τ)

Industrielle Steuerung, die fest zur Ausbildung gehört. Die Norm IEC 61131 steht für die speicherprogrammierbare Steuerung selbst; in der Arbeit ist „Steuerung“ die Kurzform für die reale SPS.

Vorkommen in Kapitel 1 · Ausgangslage; Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen; Kapitel 3 · Stand der Technik; Kapitel 4 · Anforderungen

Siehe auch Siemens LOGO!

Bedingung, unter der das explizite Euler-Verfahren für ein PT1-Glied stabil ist: Δt/τ < 2. Hier beträgt das Verhältnis etwa 0,004; die Aussage betrifft nur das Heizglied.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Euler-Verfahren (explizit)· PT1-Glied

Signale, mit denen die Steuerung die Anlage stellt: die Zulaufventile Y1 und Y2, das Ablaufventil Y3, das Entlüftungsventil Y4 und der Heizbefehl E1. Sie sind die Eingaben des Modells.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Melder (B1–B4)

Dokumentiert die elektrische Auslegung des Prüfstands (Abb. 13). Er ist in aufgelöster Darstellung gezeichnet und enthält die Selbsthaltung des Schützes -Q1 und den Not-Halt.

Vorkommen in Kapitel 7 · Der Prüfstand

Siehe auch Leitungsschutzschalter (-F2)· Prüfstand

Abgrenzung dessen, was zum System gehört: das Simulationssystem, das die Anlage nachbildet und ihren Zustand darstellt. Steuerung, Bedienfeld, Monitor und Bediener grenzen daran an; ausgetauscht werden nur binäre Signale (Abb. 17, Abb. 18).

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen; Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Funktionale Anforderungen (FA)

Definierter Lauf des Heiztankmodells, dessen Messung einer Erwartung gegenübersteht. Die Arbeit prüft fünf Szenarien direkt an der Modellfunktion: Befüllen, Heizen, Druckaufbau, Entleeren und einen Grenzfall mit leerem Tank.

Vorkommen in Kapitel 10 · Fünf Testszenarien; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Bewertungskriterien· Grenzfall· Interne Konsistenz

Themenkanal bei MQTT: Eine Komponente veröffentlicht darauf, andere abonnieren ihn.

Vorkommen in Kapitel 5 · Lösungsansätze und Konzeptentscheidung

Siehe auch MQTT· Broker

Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme, nach der die Arbeit vorgeht. Jedem Entwurfsschritt links ist auf gleicher Höhe rechts ein Nachweis zugeordnet: den Anforderungen die Bewertung, dem Konzeptentwurf der Szenarienlauf, dem Systementwurf der Schnittstellentest und dem Domänenentwurf die Prüfung der Gleichungen (Modultests).

Vorkommen in Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen; Kapitel 3 · Stand der Technik

Siehe auch Testszenario

Baugruppe, die Signale zwischen der 24-V-Ebene der Steuerung und der 5-V-Ebene der Signalbrücke überträgt. Jede Richtung hat eine eigene: im Hinweg optisch über einen Optokoppler, im Rückweg über potentialfreie Relaiskontakte.

Vorkommen in Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 7 · Der Prüfstand; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Hinweg· Rückweg· Galvanische Trennung

Überwachungszeitgeber der Kopplung, dreistufig mit 2 s Grenze. Bleibt das Lebenszeichen aus, stellt die Firmware der Signalbrücke selbständig einen definierten Zustand her (alle Ausgänge aus), statt den letzten Stand einzufrieren.

Vorkommen in Kapitel 9 · Der Simulationstakt

Siehe auch Heartbeat· Signalbrücke

Anwendungsprotokoll zwischen Orchestrator und Browser, im ISO/OSI-Modell auf Schicht 7. Über ihn geht der Zustand in jedem Takt an alle verbundenen Browser.

Vorkommen in Kapitel 3 · Stand der Technik; Kapitel 5 · Lösungsansätze und Konzeptentscheidung; Kapitel 6 · Systemarchitektur; Kapitel 9 · Der Simulationstakt

Siehe auch REST-HTTP· Darstellungsschicht

Die Ausgänge der Steuerung wirken auf die Simulation, deren berechnete Meldungen auf demselben Weg zu den Eingängen der Steuerung zurückkehren. Damit arbeitet ein unverändertes Steuerungsprogramm gegen das Modell.

Vorkommen in Kapitel 2 · Ziel und Vorgehen

Siehe auch Leitfragen· Rückweg

Kenngröße eines PT1-Glieds: Nach einer Zeitkonstante hat der Ausgang 63,2 % seines Endwerts erreicht. Das Heizglied des Modells hat τ = 12 s.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell; Kapitel 10 · Fünf Testszenarien

Siehe auch PT1-Glied· Sprungantwort

Die fünf Zustandsgrößen x(k) des Heiztankmodells: Wassermasse, innere Energie des Wassers, Dampfmasse, Luftmasse und aktuell wirkende Heizleistung. Alles Weitere, etwa Temperatur und Druck, wird daraus berechnet.

Vorkommen in Kapitel 8 · Das Heiztankmodell

Siehe auch Massenbilanz· Energiebilanz

Dauer eines Simulationstakts. Die Anforderung NFA-02 verlangt höchstens 100 ms; gemessen wurde auf dem Windows-Entwicklungsrechner im Mittel 55,78 ms (17,9 Hz statt 20 Hz). Die Schranke wird im Mittel gehalten, aber nicht zugesichert.

Vorkommen in Kapitel 4 · Anforderungen; Kapitel 9 · Der Simulationstakt; Kapitel 11 · Ergebnis und Grenzen

Siehe auch Simulationstakt· Echtzeitfähigkeit· Nichtfunktionale Anforderungen (NFA)