Automatisierungstechnik 1.Automatisierung technischer Prozesse 2.Sensoren 3.Steuerungstechnik 4.Kommunikationstechnik 5.Informationstechnik 6.Übungen,

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2 Automatisierungstechnik 1.Automatisierung technischer Prozesse 2.Sensoren 3.Steuerungstechnik 4.Kommunikationstechnik 5.Informationstechnik 6.Übungen, Applikationen Dipl.-Ing. Jürgen Busch E-Mail: busch@wiwi.haw-hamburg.de

3 1. Automatisierung technischer Prozesse  Mechanisierung – Automatisierung - Fliehkraftregler  Beispiel: Mischautomat als technischer Prozess  Definition und Wirkungsweise Technischer Prozesse  Automatisierungsstrukturen  Materialflussprozesse mit Beispielen  Analoge, binäre und digitale Signale – A-D-Wandler  Klassifizierung technischer Prozesse  Grundoperationen Steuern und Regeln  Übungen

4 1.1 Industrielle Entwicklung: Mechanisierung und Automatisierung Mechanisierung bedeutet, dass die für die Durchführung eines technischen Prozesses benötigte Energie maschinell erzeugt wird. Bahnbrechende Erfindungen waren hier die Dampfmaschine (1769, James Watt) und das elektrodynamische Prinzip (1867, Werner von Siemens) Automatisierung ist die Übernahme von Kontroll-, Steuer- und Überwachungs- funktionen durch selbsttätige Einrichtungen. Beginn dieser Entwicklung mit dem Fliehkraftregler für die Dampfmaschine, zur Wende des 20. Jahrhundert fanden elektrische Anordnungen starke Verbreitung, um 1930 wurden theoretisch begründete Verfahren entwickelt (Laplacetransformation, Stabilitätskriterien zur Reglerdimensionierung), nach 1950 weiterer Aufschwung der Theorie der Steuuerng und Regelung, auch für nichtlineare und schwierig zu handhabende Systeme, Mirkrorechner ermöglichten erst die Realisierung komplizierter Algorithmen, ab 1960 Beginn der Entwicklung der Industrieroboter, gegenwärtig erfolgt Automatisierung mit unterschiedlichen „intelligenten“ Geräten und Programmen, dadurch Schaffung einer vollautomatischen, bedienerlosen bzw. -armen Produktion möglich.

5 1.2 Der Fliehkraftregler Die Drehzahl der Dampfmaschine ist stark von der Belastung der Arbeitsmaschine abhängig. Für den Bediener ist es mühsam, ständig die Dampfzufuhr an die unter- schiedlichen Belastungen anzupassen, um dadurch die Drehzahl konstant zu halten. Dampf- maschine Arbeits- maschine auf zu Ventil Y n Dampf x Muffe Gewichte Das Ziel der Drehzahlregelung besteht darin, trotz wechselnder Belastung durch die Last die Drehzahl konstant zu halten ohne das eine Bedienperson eingreifen muss. Automatisieren, d.h. Steuern und Regeln, bedeutet also eine zielgerichtete Beeinflussung des technischen Prozesses.

6 1.3 Darstellung von Wirkungszusammenhängen Die Denkweise der Automatisierungstechnik beruht auf der Betrachtungsweise von Wirkungszusammenhängen, auf der Betrachtung der Umwandlung und Verarbeitung von Informationen, nicht auf die Betrachtung der Konstruktion der Anlage. Das statische Verhalten eines Systems beschreibt den Zusammenhang zwischen Ein- und Ausgangsgrößen eines Systems für konstante Eingangsgrößen nach dem Abklingen von Übergangsvorgängen. Das dynamische Verhalten eines Systems beschreibt den zeitlichen Verlauf der Ausgangs- größe nach einer Veränderung der Eingangsgröße. Drehzahl x Ventilhub Y 1500 U/min 30 % 2000 U/min 50 % Statische Kennlinie mit Stellgröße y als Ein- gangsgröße und Regelgröße x als Ausgangsgröße Ventilhub Zeit t 50 % 30 % Zeitlicher Verlauf der Drehzahl nach einer sprungförmigen Verstellung des Ventils (z.B. Dampfmaschine) Drehzahl Zeit t 2000 U/min 1500 U/min

7 1.4 Beispiel für einen technischen Prozess: Der Mischautomat Technologieschema Mischautomat Flüssigkeit A B C B2 B3 B1 Y1 Y2Y3 Y4 S1 S2 H1 S3 H2 Mischbehälter M2 Rührmotor Pumpenmotor M1 Bedien- tableau Sensoren Ventile Automatisierungsgerät

8 1.5 Der technische Prozess Ein Prozess ist eine Gesamtheit von aufeinander einwirkenden Vorgängen in einem System durch die Material, Energie oder Information umgeformt, transportiert oder gespeichert wird. In einem technischen Prozess werden die physikalischen Größen mit technischen Mitteln erfasst und beeinflusst. Physikalischer / technischer Prozess (Umformung, Transport) Material-Eingabe Energie-Eingabe Material-Ausgabe Energie-Ausgabe Automatisierungs- gerät (-einrichtung) Informations-EingabeInformations-Ausgabe Umgebung Störungen Allgemeines Modell eines technischen Prozesses mit Automatisierungseinrichtung Prozessinformations- Eingabe (Aktoren) Ausgabe (Sensoren)

9 1.6 Das technische System / die technische Anlage Technische Systeme sind oft sehr komplizierte Anordnungen, deren Analyse häufig außer ordentlich schwierig ist. Mit Hilfe von (idealisierten) Übertragungsfunktionen werden die Systemreaktionen auf beliebige Eingangssignale berechnet. Reale Systeme werden mit Hilfe der Systemtheorie abstrahiert. Große technische Systeme sind Flugzeuge, Kraftwerke, Roboter Roboter werden in der Materialflusstechnik häufig eingesetzt. Die Aufgabe der Automatisierungstechnik ist es nun, die Achsen so zu steuern, dass eine definierte Greiferbewegung erfolgt. (mechanische Gesetzmäßigkeiten, Mehrkörpersystem). Die physikalischen Zusammenhänge wirken sich statisch und/ oder dynamisch aus. E = Eingagngsgrößen A = Ausgangsgrößen System 1System 2System 4 System 3 offener Wirkungsablauf: Steuerung System 1System 2System 4 System 3 geschlossener Wirkungsablauf: Regelung E A

10 1.7 Modelle für technische Systeme Federdämpfungscharakteristik, Fahrzeugmasse, Fahrbahn, Wind...

11 1.8 Beispiele für Prozesseingaben und -ausgaben Ein-/Ausgaben Material-Eingabe Material-Ausgabe Energie-Eingabe Energie-Ausgabe Informations- Eingabe Informations- Ausgabe Chemischer Prozess Reagenzien Verbindungen Erwärmung bzw. Abkühlung Aufwärmung bei einigen Prozessen Steuerung der Reagenzien- und Energiezufuhr Messwerte: Temperaturen, Fluss- raten, Druckwerte, Konzentrationen Raum- klimatisierung Heizung bzw. Kühlung Aufwärmung bzw. Abkühlung Steuerung des Warm- bzw. Kalt- wasservorlaufs Raumtemperatur Fahrzeug- steuerung Treibstoff bzw. Batterien Bewegung des Fahrzeuges Steuerung der Antriebsleistung, Stellung Lenkung Geschwindigkeit, räumliche Lage

12 1.9 Beispiele für Prozesseingaben und -ausgaben Technologieschema eines Mischautomaten ABC Ein-/Ausgabe Material- Eingabe Material- Ausgabe Energie- Eingabe Energie- Ausgabe Informa.- Eingabe Informa.- Ausgabe techn. Prozess Mischautomat

13 1.10 Technisches System – Technischer Prozess ABC FüllenMischen Entleeren Stoff A Stoff B Stoff C Mischung Technischer Prozess Technische Anlage / Technisches System

14 1.11 Automatisierung technischer Produkte und technischer Anlagen ProdukteTechnische Anlagen Waschmaschinen Heizungssysteme Nähmaschinen Küchengeräte (z.B. Spülmaschine) Fernsehgeräte, Radios Alarmanlagen Spielzeuge Messgeräte Filmkameras Anrufbeantworter Werkzeugmaschinen Kraftfahrzeuge mit Teilsystemen (ABS, Abstandssensoren u.a.) Kraftwerksanlagen (Turbinen, Generatoren) Energieversorgungsnetze Hochregallager Paketverteilungsanlagen Chemische Reaktoren Produktionstechnische Anlagen Verfahrenstechnische Anlagen Schienenverkehrssysteme Straßenverkehrs-Ampelanlagen Klär- und Wasserwerke Labor- und Prüffelder Umwelt-Messanlagen Gebäudetechnische Anlagen

15 1.12 Automatisierungsstrukturen Technisches Produkt Mikrocontroller Bediener Benutzer Sollwerte Anzeige Prozess- ergebnisse Stell- grössen Produkt Teilanlage 1 Teilanlage 2 Teilanlage n Technische Anlage SPS Feldbus Leitrechner Fabrikbus PC Anlagen-Bus Beobachten, Bedienen, Protokollieren Technische Anlage Ebene 1 Ebene 2 Ebene 3

16 1.13 Industrielle Entwicklung Materialflussautomation Ab 1960 baut Demag das erste Paletten-Hochregallager mit manuell gesteuerten Regalbediengerät. In den 70er Jahren erfolgt ein starker Boom für Hochregallager in den verschiedenen Branchen, wobei die Steuerung von RGB mit elektronischen Prozessrechnern anstelle von Schützensteuerung realisiert wird. Ebenfalls erfolgt in der Automobilindustrie erstmalig der Einsatz von Fahrerlosen Transport- systemen (FTZ). Die Barcodetechnik für die industrielle Anwendung in der Logistik beginnt Mitte der 70er Jahre. Anfang der 80er Jahre kommen in der Förder- und Lagertechnik zum ersten Mal Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) vom Typ Siemens Simatic S5 anstelle von Schützensteuerung/Prozessrechner zum Einsatz. 1985 kommen verstärkt Identifizierungssysteme mit elektronischen Datenträgenr auf den Markt, aber auch der Sensormarkt beginnt sich rasant zu entwickeln. Mitte der 90er Jahre erfolgt die Verteilung der steuerungstechnischen Intelligenz auf die Steuerungen vor Ort, nur relevante Daten werden dabei an die überge- ordneten Ebenen weitergeleitet. Intelligente Antriebssysteme übernehmen selbst- ständig die Positionierung der Achsen. Mit grafischen Benutzeroberflächen und Multimedia-Techniken können Prozesse optimal visualisiert werden.

17 1.14 Der Materialflussprozess Prozesse der Logistik Änderung der Zeit, 0rt, Menge, Zusammensetzung und Qualität in Logistik- / Materialfluß- systemen Kernprozesse der Materialflusstechnik: Verpacken, Lagern, Fördern, Handhaben, Kommissionieren, Transportieren, Umschlagen Materialflussmittel, Informationsmittel, Produktionsmittel, Infrastruktur, Personen, Energie Objekte Zustand 1 Objekte Zustand 2 Güter, Energie, Informationen, Personen Güter, Energie, Informationen, Personen

18 1.15 Materialflussprozess-Operationen Materialflussoperationen Zustandsänderung (vorrangige) Technische Mittel Verpacken, Montieren, Bearbeiten Zusammensetzung, Wert, Gestalt Verpackungsmittel, Montagemittel, Fertigungsmittel Prüfen-Prüfmittel Lagern, Puffern ZeitLagermittel Fördern, Transportieren OrtFördermittel, Verkehrsmittel HandhabenLage, OrtHandhabungsmittel UmschlagenOrt, Lage, Zusammensetzung Handhabungsmittel, Fördermittel, Verkehrmittel Bilden von LadeeinheitenMengeHandhabungsmittel, Verpackungsmittel KommissionierenSorte, Menge, OrtLagermittel, Fördermittel, Handhabungsmittel

19 1.16 Materialflussprozess-Operationen MaterialflussoperationenZustandsänderung (vorrangige) Technische Mittel

20 1.17 Das Umschlagen Umschlagen Umschlagen ist das Überwechseln von Gütern von einem Arbeitsmittel auf ein anderes Arbeitsmittel, wobei entweder ein Arbeitsmittel aktiv sein muss oder wenn beide passiv sind, ist der Einsatz eines dritten Arbeitsmittel erforderlich, um den Umschlag zu realisieren. Teleskopbandförderer für unpaletiertes Stückgut Rollen bahn Teleskop- bandförderer LKWRollenbahnPortalPKW Umschlagsystem mit Portal

21 1.17a Das Umschlagen Umschlagen Container Lager – Portalkran – Schiene/Straße Das Ziel ist sehr häufig, der schnelle Umschlag bei möglichst geringer Betriebsfläche. Beim untenstehenden Beispiel könnte der Zug im „Vorbeifahren“ be- und entladen werden, Zuggeschwindigkeit max. 1,0 m/s, viel Sensorik erforderlich, Lage, Identität u. Abmessungen der Ladeeinheiten müssen bekannt sein, wegen unterschiedlicher Ausrichtung der LKW ist hier nur Teilautomatisierung möglich. Containerumschlag Lager – Schiene/Bahn mit automatisierten Portalkran

22 1.19 Das Lagern Lagern und Puffern Lagern ist jedes geplante Liegen von Arbeitsgegenständen im Materialfluss. Lagermittel: Bodenlagerung, Regallagerung (stat./dynam.), Lagerung auf Fördermitteln. Das Puffern oder Zwischenlagern von Arbeitsgegenständen erfolgt um technische Abläufe von einander zu entkoppeln. Rollenpalettenlager mit Koppeltechnik Behälter-Umlaufregal

23 1.20 Das Kommissionieren Kommissionieren Kommissionieren bedeutet aus einer Gesamtmenge von Gütern (Sortiment) Teilmengen Aufgrund von Anforderungen (Aufträgen) zusammenzustellen. Schachtkommissionierer Hochhubkomissionierer

24 1.21 Das Fördern und Transportieren Fördern und Transportieren Das Fördern ist das Fortbewegen von Arbeitsgegenständen in einem System. Das Transportieren bedeutet: weite Entfernungen/außerhalb eines Betriebes Fördermittel Stetigförderer (Rollenbahn, Rutsche, Fallrohr, Bandförderer, Kreisförderer) Unstetigförderer (Regalbediengerät, Elektrotragebahn, Stapler, Aufzug) Wandertischförderer Regalbediengerät

25 1.22 Das Handhaben Handhaben Das Handhaben beschreibt das gezielte räumliche Manipulieren von Gegenständen, das oftmals mit technischen Mitteln realisiert wird. Beispiele: Be- und Entladen an Förder- Einrichtungen oder das Ein- und Ausgeben von Gegenständen an Bearbeitungsstationen. Handhabungsmittel Einzweckgeräte  Geräte zum Verändern der Menge, Position, Orientierung (Vibrationswendelförderer)  Spanneinrichtungen (Greifer, Spannvorrichtungen) Universalgeräte (Roboter) Vibrationswendelförderer Mobiler Kommissionierroboter

26 1.23 Das Bilden von Ladeeinheiten Ladeeinheitenbildung Um das Umschlagen, Transportieren und Lagern von Stückgütern effizient zu gestalten, Werden Packgut/Packstücke zu Ladeeinheiten zusammengefasst. Packmittel (Beutel, Dosen, Fässer, Kästen, Kisten, Tuben,...) Packhilfsmittel (Verschließmittel, Schutzhiflsmittel, Polstermittel) Verpackungsmaschinen zum Herstellen von  Verbraucherverpackungen  Transportverpackungen  Ladeeinheiten Ladeeinheitensicherung durch Stretchen

27 Managementebene (Strategie) 1.24 Gliederung der Unternehmenslogistik Umschlagen, Entladen, Fördern, Prüfen,... Fertigen, Montieren, Handhaben, Puffern,... Sotieren, Kommissionieren, Verpacken, Verladen,... Materialflussebene (Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe  Produkte, Entsorgung Materialbegleitende Informationen Beschaffungslogistik - Lieferkonditionen - Bestelldisposition... Produktionslogistik - Produktionsplanung - Materialflussplanung Entsorgungslogistik Distributionslogistik Verkehrslogistik Logistikebene (Planung, Steuerung und Überwachung Unternehmensleitung - Management Unternehmens- logistik

28 1.25 Informationsfluss und Steuerung logistischer Systeme Typische Funktionen Ebenen Datentypisierung Planung, Entwicklung, Durchsetzung und Kontrolle Beschaffung, Produktionsplanung- und steuerung, Distribution, Lagerverwaltung, Batchplanung Transportauftragsverwaltung, Koordination der Fördermittel, Materialflussverfolgung/-optim. Steuerung der Gewerke Zielsteuerung, lokales Bedienen und Beobachten Zustandserfassung durch Sensoren, Prozessbeeinflussung durch Aktoren Managementebene Logistik-Leitebene Materialfluss- Leitebene Materialfluss- Steuerungsebene Prozessebene Steuerung Informationen

29 Die einzelnen Funktionseinheiten in technischen Prozessen treten über Physikalische Größen (Signale) miteinander in Verbindung. Analoge Signale können jeden beliebigen Zwischenwert annehmen (Auflösung ist begrenzt durch technische Grenzen). Diese Signale entsprechen damit den meisten natürlichen physikalischen Größen wie Temperatur, Druck. Binäre Signale nehmen nur zwei Zustände an. Jeder Schalter, mit dem eine Spannung ein/ausgeschaltet wird, liefert ein binäres Signal (Steuerungen, logische Schaltungen). Digitale Signale sind diskrete Signale, deren Signalpegel in Form von Zeichen dargestellt werden. Die Bits geben die Nullen und Einsen an, mit denen der Wert Eines Signals beschrieben wird. Signaländerung erfolgt in Sprüngen mit gleichem Wertzuwachs. Signalpegel max min analog binär digital 1.26 Signalarten

30 Prozessgrößen wie Temperatur, Druck werden analog gemessen und stehen am Ausgang eines Messumformers (Sensors) in Form einer Spannung zur Verfügung. Zur Übertragung, Speicher- ung und/oder Verarbeitung werden die Signale jedoch sehr häufig in digitaler Form benötigt. Die Umwandlung von analogen in digitale Signale erfolgt über Analog-Digital Wandler. Zur Ansteuerung der Aktoren werden die digitalen Signale der Automatisierungsanlage sehr häufig wieder in analoge Signale umgeformt (D-A-Wandler). Zeit t in ms Amplitudenwert in mV dezimal dual 0 1800010010 1 2000010100 2 2200010110 3 2600011010 10 7801001110 U in mV 20 40 60 80 100 0 5 10t in ms 0 Amplitudenverlauf eines analogen Signals Amplitudenverlauf als digitales Signals In diesem Beispiel wird das analoge Signal im Zeitabstand von 1 ms gemessen und gespeichert (d.h. abgetastet). Die Abtasthäufigkeit (Abtastfrequenz) muss größer werden, je schneller das Analogsignal sich ändert. Wenn das Abtastintervall zu lang ist, kann der Rechner ein falsches Bild des Originalsignals bekommen, aber auch ein zu kurzes Intervall ist nicht gut, denn damit sind zu viele Berechnungen im Rechner verbunden. 1.27 Analog-Digital-Wandler

31 Kontinuierliche Prozesse (Fließprozesse) Beispiele: Energieerzeugung, Kläranlagen, chemische Reaktoren Art der Automatisierung: hauptsächlich Regeln Diskrete Prozesse (Folgeprozesse) Beispiele: Aufzüge, Waschmaschinen, Prüfvorgänge nach Schecklisten Art der Automatisierung: hauptsächlich Steuern Stückprozesse Änderung von Objekten bezüglich räumlicher Position und/oder in ihrem Zustand (diskret oder kontinuierlich) Beispiele: Lagerhaltung, Paketverteilungsanlagen, Montagevorgänge Chargenprozesse Prozess läuft nur in diskreten Zeitabständen ab, ist aber in sich ein kontinuierlicher Vorgang Beispiele: Gießerein, Roheisenerzeugung 1.28 Klassifizierung technischer Prozesse

32 Steuern und Regeln sind Vorgänge zur zielgerichteten Beeinflussung physikalischer oder technischer Größen in technischen Anlagen. Sie sind die Grundoperationen zur Lösung aller Automatisierungsaufgaben. Das Steuern - die Steuerung - ist ein Vorgang bei dem eine oder mehrere Eingangs- größen die Ausgangsgröße beeinflussen. Kennzeichen des Steuerns ist der offene Wirkungsablauf über ein Übertragungsglied oder die Reihenschaltung mehrerer Übertragungsglieder (Steuerkette). Das Regeln - die Regelung - ist ein Vorgang, bei dem die zu regelnde Größe, die man Regelgröße x nennt, fortlaufend gemessen und mit einer anderen Größe, die man Führungsgröße w nennt, verglichen wird. Stimmen beide nicht überein, erfolgt mittels Stellen ein Eingriff in den Energie- oder Massenstrom, und zwar so, daß der auftretenden Abweichung entgegengewirkt wird. Der sich ergebende Wirkungsab- lauf findet in einem geschlossenem Kreis, dem Regelkreis statt. Störgrößen sind solche Größen, die die Ausgangsgröße(n) in unerwünschter Weise beeinflussen. 1.29 Steuern und Regeln

33 1.30 Die Steuerung Das Steuern - die Steuerung - ist ein Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Größen als Eingangsgrößen andere Größen als Ausgangsgrößen auf Grund der dem System eigentümlichen Gesetzmäßigkeiten beeinflussen. Kennzeichen für das Steuern ist der offene Wirkungsablauf über die einzelnen Teilsysteme (Steuerkette). Motor Lichtschranke Endanschlag Fernbedienung Schlüsselschalter Werktoranlage SteuereinrichtungStelleinrichtungSteuerstrecke Störgrößen E A Die Steueralgorithmen bestimmen Die funktionelle Abhängigkeit der Ausgangs- von den Eingangsgrößen. Die Wirkungen nicht vorherseh- barer Störgrößen werden dabei nicht ausgeglichen. Die offene Steuerkette Torposition

34 1.31 Steuerung eines Wasserbehälters Das Auffüllen des Wasserbeckens wird dann vorgenommen, wenn der Wasser- stand ein minimales Niveau erreicht hat. Die Pumpe wird beim Erreichen des maximalen Niveaus abgeschaltet. Verdeutlichen Sie die Funktionsweise dieser Füllstandssteuerung anhand eines Wirkschaltplanes. Wirkschaltplan Wasserbehälter

35 Thermo- meter Außentem- peratur x Sollwert w Steuerein- richtung Raum mit Heizkörper Innen- temperatur Steuerung WW-Vorlauf 1. Variante einer automatischen Einschaltung einer Raumheizung: Steuerung Wenn die Außentemperatur absinkt, soll in einem Raum die Heizung eingeschaltet werden, damit es im Innern warm bleibt. Außentemperatur- fühler Sollwert Darstellung des Wirkungsablaufs im Signalflußplan (Steuerkette) y Steuerstrecke Störgröße: offenes Fenster 1.32 Grundoperationen Steuern und Regeln

36 Raum mit Heizkörper Störgröße z Regelung WW-Vorlauf 2. Variante einer automatischen Einschaltung einer Raumheizung: Regelung Die scheinbar geringfügige Änderung - Thermometer in den Innenraum - ergibt einen völlig neuen Wirkungsablauf, nämlich eine Regelung. Temperatur- fühler Sollwert w Regelgröße x ReglerStellglied Meßort Sollwert, Führungsgröße w y Regelkreis Regelstrecke Störgröße Fenster 1.33 Grundoperationen Steuern und Regeln

37 Verfahrensregelung Regelung von Temperatur, Durchfluss, Druck, Niveau, ph-Wert usw. in der chemi- schen Industrie, in Anlagen zur Erdölaufbereitung, in der Lebensmittelindustrie Haustechnik Regelung von Temperatur und Feuchte (Klimaregelung) Antriebsregelung Regelung von Drehzahl, seltener auch des Drehmoments von Maschinen und Anlagen zum Walzen von Stahl, Blech, Papiererzeugungsanlagen, Textilmaschinen etc. Regelung elektrischer Größen wie Spannung, Strom, Wirk- und Blindleistung, Frequenz in Geräten, an Stromer- zeugern, in Netzen usw. Lageregelung Regelung der räumlichen Lage von Werkzeugmaschinen, Werkstücken, Antennen Kursregelung Regelung des Kurses und räumliche Lage von Schiffen, Flugzeugen, Raumkörpern etc. 1.34 Anwendungsschwerpunkte der Regelungstechnik

38 1. Konstanthalten einer Größe Bei sehr vielen Anlagen besteht das Steuerziel darin, eine Größe konstant zu halten. Gelöst wird diese Aufgabe meist mit einer Regelung (Festwertregelung). 2. Änderung technischer Größen nach Zeitplan Bei Zeitplansteuerung oder Zeitplanregelung werden Sollwerte oder Führungs- größen nach einer vorgegebenen Zeitfunktion verändert. 3. Eine gesteuerte Größe folgt einer anderen Größe Bei Folgesteuerung oder Folgeregelung ändert sich der Sollwert oder die Führungsgröße im Laufe der Zeit, wobei der zeitliche Verlauf vorher nicht bekannt ist. 4.Ablauf von Einzeloperationen Eine Ablaufsteuerung realisiert die Aufeinanderfolge von Operationen, wobei das Starten weiterer Operationen erst erfolgt, wenn durch den Ablauf vorausgegangener Operationen die Bedingungen dafür geschaffen wurden. 1.35 Zielgerichtete Beeinflussung von technischen Prozessen

39 1. Übung: Technischer Prozess Mensch beobachten + bedienen A B..?.. Steuerung.. ?....?.. ABC Steuerstrecke-ProzessAktoren-Eingriff in den ProzessSensoren Sensoren-Erfassen von ProzessdatenAktoren-Eingriff in den ProzessSteuerstrecke-Prozess Aktoren-SignaleSteuerstreckeSensorverarbeitung C

40 1. Rutsche 2. Tragkettenförderer 3. Regalbediengerät 4. Schleppkreisförderer 5. Schubmaststapler 2. Übung: Stetig- und Unstetigförderer stetig oder unstetig ? Automatisierungsgrad ?

41 3. Übung: Technischer Prozess Abfüllanlage 1. Beschreiben Sie den technischen Prozess 2. Benennen Sie die Sensoren und Aktoren 3. Wie kann der Bediener mit dem Prozess kommunizieren? 4. Überlegungen zur Verfeinerung des Prozesses

42 Flüssigkeit zum Prozess Gas Brenner 1. Um welche Art der Automatisierung handelt es sich hier ? 2. Ergänzen Sie bitte die nebenstehende Skizze mit Wirkungslinien zwischen Sensor, Automatisierungsgerät,Aktor, Führungsgröße w und Stellgröße y 3. Nennen Sie bitte mögliche Störgrößen 4. Die Flüssigkeit soll bei 70 % Niveau aufgefüllt werden, bei 90 % Niveau soll Zufuhr gestoppt werden, skizzieren Sie die Wirkungslinien für das AG2 6. Skizzieren Sie die Wirkungsabläufe in Signalflußplänen AG 1 AG 2 In einem chemischen Werk soll eine Flüssigkeit auf 160 0 C erhitzt und dem nachfolgenden technischen Prozeß bei Bedarf zur Verfügung gestellt werden. Die Wärmezufuhr erfolgt über einen Gasbrennern, der unter dem Flüssigkeitsbe- hälter angebracht 4. Übung: Grundlagen der Automatisierungstechnik

43 1.Sensoren – Aktoren – Automatisierungsgerät 2.Störgrößen ausregeln bedeutet: Mensch oder AG muss arbeiten 3.Störgrößen: ____________________________________________________ 4.Vorteile: Steigerung der Qualität, Einsparung von Zeit, Energie, Material, Erhöhung der Zuverlässigkeit, Beherrschung schwieriger Aufgaben, Verbesserung der Arbeits- und Lebensbedingungen (Gefährliche / gesundheitsschädliche Prozesse) 1. Beispiel: Manueller / automatischer Duschvorgang Störung

44 Einsatzziele von Automatisierungssystemen Wirtschaftlichkeit: * Erhöhung der Produktivität durch Einsparungen von Zeit, Energie, Material,Arbeitskraft * Vermeidung von Belastungen und Schadstoffen * Bessere Produktqualität durch Konstanz der Produktionsbedingungen * Flexibilisierung der Produktion Sicherheit und Ergonomie: * humangerechte Gestaltung der Arbeitsplätze durch Ablösung monotoner oder überanstrengender Arbeit * bessere Übersicht durch mehr Bedienkomfort und einfachere Handhabung * Vermeidung von Fehlhandlungen Beherrschung schwieriger Aufgaben: * Betrieb von komplexen, schnellen, unzugänglichen oder räumlich verteilten Prozessen * Erfüllung hoher Präzisionsanforderungen

45 Automatisierungsgrad und Rechner-Einsatzarten Technische Anlage Steuer- und Regelgeräte Anzeigegeräte und Schreiber Prozesspersonal Handstellgeräte Anweisung für die Prozessführung Betriebsleitung Betriebs- abrechnung Aufträge Betriebs- protokoll Stichwörter: Offline-Betrieb Indirekte Prozess-Kopplung Entlastung durch Steuer- / Regelgeräte, Personal fährt den Prozess per Papier oder Offline-Rechner

46 Automatisierungsgrad und Rechner-Einsatzarten Technische Anlage Steuer- und Regelgeräte Rechner- system Prozesspersonal Handstellgeräte Anweisung für die Prozessführung Stichwörter: Online/open-loop-Betrieb Echtzeitbetrieb Eingriffsmöglichkeit des Personals gegeben Komplexe technische Prozesse Sicherheitsaspekte (Störung) Warte Betriebs protokolle Closed-loop

47 Prozessautomatiserung = Echtzeitsystem Rechner- und Kommunikations- system Technischer Prozess in einer technischen Anlage Sensorsignale Steuersignale Menschen Zeit Anforderungen: Rechtzeitigkeit und Gleichzeitigkeit Verlässlichkeit und Vorhersehbarkeit