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@@ -74,24 +74,16 @@
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\item[ADC] Analog-Digital-Umsetzer
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\item[HMI] Human-Machine-Interface; Bedienoberfläche für eingewiesene Personen
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\item[I/O] Input/Output
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+ \item[AC] Alternating Current; Wechselstrom
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+ \item[DC] Direct Current; Gleichstrom
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\end{description}
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\newpage
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\section{Einleitung}\label{einleitung}
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-Es gibt viele gute Wege eine Messung durchzuführen, aber die
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-darauffolgende Auswertung kann oft nur im Nachhinein manuell
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-durchgeführt werden. Dazu kommt zusätzlich, dass im industriellen Umfeld
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-viele proprietäre Lösungen existieren, die aber noch weniger
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-Flexibilität als DIY-Systeme bieten. Sie decken dabei auch häufig nicht
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-vollständig die Anforderungen der Kunden ab. Das hier vorgestellte
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-System arbeitet hingegen direkt mit der bereits im Unternehmen
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-etablierten Hardware zusammen und ermöglicht, dank Verwendung offener
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-Standards, eine leicht erweiterbare Datenaggregation und die Möglichkeit
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-der direkten programmatischen Analyse der Messwerte.
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+Die Lebensdauer einer industriellen Maschine hängt stark von der Qualität der Instandhaltung ab. Sogar schon bei der Qualitätskontrolle ab Werk ist es enorm wichtig kleine Defekte zu erkennen und zu beseitigen. In Kooperation mit der \emph{Laempe Mössner Sinto GmbH} (LMS) wird mit dieser Arbeit ein Energie-Monitoring-System entwickelt, welches Einblicke in die Effizienz und Zuverlässigkeit der im Unternehmen hergestellten Kernschießmaschinen gibt. Es hilft somit die Qualität der ausgelieferten Anlagen und deren Instandhaltung zu verbessern und die Lebensdauer der Maschinen zu verlängern.
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-In Kooperation mit der \emph{Laempe Mössner Sinto GmbH} (LMS) wird mit dieser Arbeit ein Energie-Monitoring-System entwickelt, welches Einblicke in die Effizienz und Fehlerprävention der im Unternehmen hergestellten Kernschießmaschinen geben kann.
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\section{Problemstellung}\label{problemstellung}
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@@ -116,37 +108,28 @@ Sensoren zur datenverarbeitenden Einheit werden Kommunikationsbusse
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eingesetzt, welche bereits in den Kernschießmaschinen verwendet werden.
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Es soll nach Möglichkeit kein weiterer Feldbus einer anderen Technologie
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hinzugefügt werden, um die Kosten für die Integration möglichst gering
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-zu halten. Einige der einzubauenden Sensoren werden beispielsweise am bestehenden Feldbus
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-angeschlossen, welcher wiederum zu einem Interfacemodul führt. Für die
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-Koordination der Interfacemodule ist in jeder Anlage bereits eine
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-zentrale Steuerungseinheit (SPS oder CPU genannt) zuständig. Diese
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-Steuerungen verwenden ein meist auf Ethernet basiertes
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-Kommunikationsprotokoll, um mit dem Rest der Anlage zu kommunizieren.
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-\cite{Profinet} Ihre Kommunikationspartner können zum Beispiel Interfacemodule,
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-Human-Machine-Interfaces (HMI) oder andere Steuerungen aus anderen
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-Anlagen sein.
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+zu halten. Einige der einzubauenden Sensoren können beispielsweise mit einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung an einem IO-Link-Master
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+angeschlossen werden, welcher wiederum über einen Feldbus zur zentralen Steuerung der Anlage kommuniziert. Diese
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+Steuerungen wird dann wiederum über ein auf Ethernet basierendem
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+Kommunikationsprotokoll mit der Datenverarbeitungseinheit kommunizieren.
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Die Aggregation der Messwerte soll unabhängig von Modell und Auslegung
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der Anlage möglich sein. Es werden verschiedene Wege in Betracht gezogen
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-und schließlich einer von diesen an einer echten Anlage getestet. Die
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+und schließlich einer von diesen Wegen an einer echten Anlage getestet. Die
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dafür notwendigen Komponenten sollten leicht in den bestehenden Aufbau
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-integrierbar sein. Zunächst sollen die elektrische Versorgung, die
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+integrierbar sein. Bezüglich der Datenaggregation sollen zunächst die Einspeisung, die
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Ströme einzelner Baugruppen und der Status der zentralen Steuerung der
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Anlage erfasst werden. Der dabei verwendete Messintervall sollte klein
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genug sein, um zwischen den Prozessschritten der Anlage unterscheiden zu
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-können. Während der Entwicklung ist es auch sinnvoll die Rohwerte der
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-Messungen zu sichern, um den Analyseschritt mithilfe von echten
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-Messwerten exemplarisch zu testen.
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-Je präziser die Datenverarbeitung angesetzt ist, desto weniger Daten
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-müssen anschließend gespeichert werden. In allen Fällen sind die zu
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-speichernden Werte periodische Kennzahlen der einzelnen Prozessschritte,
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+können. Während der Entwicklung werden die Rohwerte der
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+Messungen direkt gesichert, um den Analyseschritt in Zukunft mithilfe von echten Messwerten in einer simulierten Umgebung weiterentwickeln zu können.
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+Je präziser die Datenverarbeitung dann im Produktivsystem angesetzt ist, desto weniger Daten müssen während der Laufzeit der Anlage beim Kunden gespeichert werden. Die zu speichernden Werte bestehen aus periodischen Datenpunkten der einzelnen Prozessschritte,
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welche in einer zeitbasierten Datenbank abgelegt werden müssen. Nur wenn
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-eine Kennzahl ein festgelegtes Limit überschreitet, ist eine direkte
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+ein Datenpunkt ein festgelegtes Limit überschreitet, ist eine direkte
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Meldung des Wertes notwendig. Um eine zuverlässige Speicherung zu
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garantieren, sollten die Daten möglichst auf mehreren unabhängigen
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-Systemen gespeichert werden. Hierzu wird ein modularer Aufbau verwendet,
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-der es auch ermöglicht unterschiedlichste Speichermethoden gleichzeitig
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+Systemen gespeichert werden. Hierzu wird auch ein modularer Aufbau verwendet,
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+der es ermöglicht unterschiedlichste Speichermethoden gleichzeitig
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zu verwenden. Schließlich ist auch eine Löschungsstrategie notwendig, um
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zu garantieren, dass immer genug Speicherplatz für neue Daten vorhanden
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ist.
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@@ -235,9 +218,9 @@ CC-Link IE ist ein Feldbus, der von der \emph{CC-Link Partner Association} entwi
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\subsection{Strommessung}
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-Die Strommessung ist eine der wichtigsten Messgrößen in der Energieüberwachung. Sie ist die Grundlage für die Berechnung der Energiekosten und der Energieeffizienz. Die Strommessung wird in der Regel über Stromzähler durchgeführt. Diese sind in der Lage, die Stromstärke zu messen und die daraus resultierende Energie zu berechnen. Die Stromstärke wird dabei über einen \emph{Hall-Sensor} gemessen. Dieser ist in der Lage, die magnetische Flussdichte zu messen. Die magnetische Flussdichte wird durch den Stromfluss im Kabel erzeugt. Die Stromstärke wird dann über eine Formel berechnet. Die Energie wird dann über die Stromstärke und die Spannung berechnet. Die Spannung wird über einen \emph{Spannungsteiler} gemessen. Dieser besteht aus zwei Widerständen, die in Reihe geschaltet sind. Der Spannungsteiler ist in der Lage, die Spannung zu reduzieren, sodass sie mit einem \emph{Analog-Digital-Wandler} (ADC) gemessen werden kann.
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+Die Stromstärke ist eine der wichtigsten Messgrößen in der Energieüberwachung. Sie ist die Grundlage für die Berechnung der Energiekosten und der Energieeffizienz. Die Strommessung wird in der Regel über Stromzähler durchgeführt. Die Stromstärke wird dabei über einen \emph{Hall-Sensor} gemessen. Dieser ist in der Lage, die magnetische Flussdichte zu messen, welche parasitär durch die Energieübertragung in elektrischen Leitern erzeugt wird. Der Energiefluss wird dann über die Stromstärke und die Spannung berechnet. Die Spannung wird meist über einen \emph{Spannungsteiler} gemessen. Dieser besteht aus zwei Widerständen, die in Reihe geschaltet sind. Der Spannungsteiler ist in der Lage, die Spannung zu reduzieren, sodass sie mit einem \emph{Analog-Digital-Wandler} (ADC) erfasst werden kann.
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-Alternativ zum Hall-Sensor kann auch eine andere Art von Stromsensoren verwendet werden. Diese ist in der Lage, die Stromstärke direkt zu messen. Sie besteht aus einem \emph{Stromwandler} (CT) und einem Messwiderstand im Sekundärstromkreis. Die Spannung über diesen Widerstand ist proportional zur Stromstärke. Diese Spannung wird dann ebenfalls über einen ADC gemessen. Mit dieser Anordnung kann auch die Phasenlage des Stroms erfasst werden. Für die Messung eines DC Stroms im Kleinstspannungsbereich ist der Stromwandler nicht erforderlich und der Messwiderstand kann direkt im Strompfad angebracht werden.
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+Alternativ zum Hall-Sensor kann auch eine andere Art von Stromsensoren verwendet werden. Diese ist speziell in der Lage, die Stromstärke eines Wechselstromsystems (AC) zu messen. Sie besteht aus einem \emph{Stromwandler} (CT) und einem Messwiderstand im Sekundärstromkreis des Wandlers. Die Spannung über diesen Widerstand ist proportional zur Stromstärke. Sie wird dann ebenfalls über einen ADC gemessen. Mit dieser Anordnung kann auch die Phasenlage des Stroms erfasst werden. Für die Messung eines DC Stroms im Kleinstspannungsbereich ist der Stromwandler nicht erforderlich und der Messwiderstand kann direkt im Strompfad angebracht werden.
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\newpage
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\section{Lösungsansatz}\label{loesungsansatz}
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@@ -1061,12 +1044,6 @@ Bezüglich der Qualität der Daten gibt es auch einige Besonderheiten. Auf den M
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\begin{appendices}
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-\section{PLC Programm der ET200SP in den Versuchen 1 und 2}
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-\label{plc_programm}
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-\includepdf[pages=-]{AI-energy-meter-Project/main.pdf}
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-\includepdf[pages=-]{AI-energy-meter-Project/interrupt20ms.pdf}
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-\includepdf[pages=-]{AI-energy-meter-Project/interrupt60ms.pdf}
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\section{IFM Sicherungen im Schaltschrank der LFB Anlage}
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\label{img_ifm}
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\includegraphics[width=15cm]{images/hengli-ifm-sicherungen.jpg}
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@@ -1076,6 +1053,12 @@ Bezüglich der Qualität der Daten gibt es auch einige Besonderheiten. Auf den M
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\label{img_interfacemodul}
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\includegraphics[width=15cm]{images/hengli-interfacemodul.jpg}
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+\section{PLC Programm der ET200SP in den Versuchen 1 und 2}
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+\label{plc_programm}
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+\includepdf[pages=-]{AI-energy-meter-Project/main.pdf}
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+\includepdf[pages=-]{AI-energy-meter-Project/interrupt20ms.pdf}
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+\includepdf[pages=-]{AI-energy-meter-Project/interrupt60ms.pdf}
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+
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\newpage
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\section{PLC Datenbaustein der LFB65 Kernschießmaschine}
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\label{siemens_tags}
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