Automatisierungs- & Steuerungssysteme

Industrial Automation and Control Systems

Industrielle Steuerungssysteme sind wesentliche Elemente in jedem Produktionssystem, sowohl für die diskrete Fertigung, als auch für diskontinuierliche und kontinuierliche Produktionsprozesse.

Eine große Herausforderung heutzutage besteht in den ansteigenden Kosten für die Planung, Programmierung und Inbetriebnahme von Produktionssystemen, die mittlerweile den größten Kostenanteil im Lebenszyklus von Anlagen stellen. Der Mangel an Wiederverwendbarkeit und Re-Konfigurierbarkeit von industrieller Steuerungssoftware erfordert einen großen Aufwand für die Neu- und Umprogrammierung des Produktionssystems bei jedem System-, Prozess- oder Hardwarewechsel. Die erweiterte vertikale Integration in MES- und ERP-Systeme, die horizontale Integration und das Zusammenwirken von Teilanlagen und ganzen Produktionssystemen, sowie die Möglichkeit zur Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Fertigungsdaten, bietet neue Chancen und Geschäftsmodelle für die zukünftige Fertigung, zusammengefasst unter beim Begriff „Industrie 4.0“. Dies stellt aber auch neue Herausforderungen in Bezug auf Entwicklungsmethoden von Produktionsanlagen und dessen Komplexitätsmanagement dar.

Das Ziel unserer Forschung in diesem Bereich ist es, den Engineering-Prozess von industriellen Automatisierungssystemen im Allgemeinen und insbesondere der industriellen Steuerungssoftware zu vereinfachen. Hierfür entwickeln wir automatische und halbautomatische Codegenerierungsansätze für industrielle Fertigungssysteme. Basierend auf dem extrahierten Wissen vorhandener Planungsunterlagen, wird ein Modell der Anlage generiert welches zur Verknüpfung des Steuerungsprogramms mit den Planungsdaten und zur Re-Konfiguration der Anlage verwendet wird.

Um die Modularität und Komplexität größerer Automatisierungssysteme systematisch handhaben zu können, entwickeln wir Ansätze und Methoden einer modularen Systemarchitektur, die einzelne Automatisierungskomponenten sowohl in der Hardware als auch in Software kapselt und diese dem Automatisierungssystem über Dienste (auch Skills oder Services genannt) zur Verfügung stellt. Dieser modulare Ansatz verbessert die Wiederverwendbarkeit von Teilsystemen, wie z.B. Prozesstanks, sowie die Re-Konfigurierbarkeit beim Ersetzen einzelner Komponenten, z.B. ein pneumatischer Stellantrieb wird durch einen Linearmotor ersetzt, ohne dass das Steuerungsprogramm verändert werden muss.
Ein weiteres Forschungsziel für modulare Automatisierungssysteme ist die effiziente Integration moderner Regelungs- und Steuerungsmethoden, wie iterative selbstlernende Steuerungen (ILC) oder Modellprädiktive Regelungen (MPC), direkt auf Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), die für eine Vielzahl von typischen Steuerungsanwendungen verwendet werden können, wie Hochgeschwindigkeits-Pick-and-Place-Systeme, optimale Steuerung von Heizungssystemen oder Energiemanagement in Smart Grids.
Darüber hinaus richtet sich unsere Forschung in diesem Bereich auf modulare Robotersysteme, die auch als Anwendungsbereich der modularen Automatisierungssysteme dienen. Wir entwickeln modulare und mobile Robotersysteme für verschiedenste industrielle Anwendungen, wie zum Beispiel für die Automatisierung von Konstruktions- und Verlegeprozessen im Bauwesen.

Die folgenden Links listen einige ausgewählte Forschungsprojekte in der AMS-Gruppe am ACIN zu Automatisierungs- & Steuerungssystemen: