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Steuerungstechnik. Inhaltsverzeichnis der Steuerungstechnik 1. Steuern, Regeln, Leiten 1.1 Steuerung 1.1.1 Analoge,binäre und digitale Steuerung 1.1.2.

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1 Steuerungstechnik

2 Inhaltsverzeichnis der Steuerungstechnik 1. Steuern, Regeln, Leiten 1.1 Steuerung Analoge,binäre und digitale Steuerung Verknüpfung und Ablaufsteuerung VPS und SPS Steuerung 1.2 Regelung 1.3 Leiten

3 2.Grundkentnisse der Steuerungstechnik 2.1 Mechanische Steuerung 2.2 Elektrische Steuerung 2.3 Pneumatische Steuerung 2.4 Hidraulische Steuerung

4 3.Grundlagen aus der Hydrostatik und Hydrodinamik 3.1 Gesetz von Pascal 3.2 Kraftübersetzung 3.3 Druckübersetzung 3.4 Durchflussgesetz 3.5 Volumenstrom/ Zylinder 3.6 Volumenstrom/ Hydraulik- pumpe 3.7 Hydraulische Leistung

5 4.Energieträger im hydraulischen System 4.1 Ölbehälter 4.2 Hydraulikflüssigkeit Aufgaben der Druckflüssigkeiten Eigenschaften der Druckflüssigkeiten Arten von Druckflüssigkeiten Additivierung Die Viskosität Standardbetrieb von Druckfüssigkeiten Verschmutzungen in Druckflüssigkeit

6 4.3 Dichtungen Wichtige Anforderungen 4.3,2 S tatische Dichtung Dynamische Dichtung Werkstoff Bauformen von Kolbendichtungen

7 5. Pumpen, Motoren 5.1 Zahnrad und Flügel- zellenpumpe 5.2 Radial und Axial- kolbenpumpe 5.3 Arbeitszylinder

8 6. Bauelemente der Hydraulik 6.1 Wege,Druck und Stromventile 6.2 Proportional und Servoventil 7. Grundschaltungen der Hydraulik 7.1 Paralell und Reihenschaltungen 7.2 Offener und geschlossener Kreislauf 7.3 Primer, sekundär und kombinier- te Verstellung

9 8.Grundlagen der Pneumatik 8.1 Eigenschaften der Pneumatik 8.2 Aufbau einer Pneumatikanlage 8.3 Drucklufterzeuger und Aufbereitung 9. Grundelemente der Pneumatik 9.1 Darstellung der Ventile 9.2 3/2 und 4/2 Wegeventile 9.3 Druck, Strom und Sperrventile 10. Grundschaltungen der Pneumatik 10.1 Weg und Zeitplansteuerung 10.2 Taktstufensteuerung

10 11.Speicherprogrammierbare. Steuerung 11.1 Aufbau und Funktionsweise 11.2 Programmiersprachen 11.3 Beispiel einer Ablaufsteuerung 12. Literatur

11 1. Steuern,Regeln,Leiten Damit Maschinen und Anlagen selbst- tätig,also automatisch,arbeiten können, werden sie mit : Steuerungs- Regelungs- und Leittechniken ausgerüstet.

12 1.1 Steuerung Das Steuern ist ein Vorgang,bei dem eine Anlage oder ein Gerät durch Steuersignal beeinflusst wird.Kennzeichend für das Steuern ist der offene Wirkungsweg der Signale. ( DIN und IEC 1131). Im Wirkungsplan wird das Zusammenwirken der einzelnen Steuerungsbaugruppen mit Blocksymbolen und Wirkungslinien dargestellt. Die Wirkungrichtung kennzeichnet man mit Pfeilen.

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14 1.1.1 Analoge,binäre und digitale Steuerung Bei analogen Steuerungen steuert man mit überwiegend mit stetig wirkenden Signalen, die ein analoges Abbild der Steuergrösse sind..

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16 Bei binären Steuerungen steuert man mit zweiwertigen Signalen. Binäre Signale werden durch zwei verschiedene Werte oder Zustände dargestellt. Beispiel: EIN - AUS SCHWARZ- WEISS STROMLEITEND UND STROMNICHTLEITEND ODER EINFACH DURCH : 0 UND 1.

17 Bei digitalen Steuerungen steuert man mit Zahlen.Die wichtigsten Bauelemente:-Codierer, -Mikroprozessorren, -Mikrocomputer, -Digitale Speicher, -Digitale Speicher- systeme und Netze.

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19 1.1.2 Verknüpfungssteuerung und Ablaufsteuerung Bei Verknüpfungssteuerung entsteht die Steuergrösse durch Verknüpfung ( Kombination) mehrerer Signale

20 Bei Ablaufsteuerung werden die Steuerungsvorgänge schrittweise ausgelöst.Das Weiterschalten von einem Schritt zum nächsten erfolgt entweder : -zeitabhängig -prozessabhängig

21 1.1.3 Verbindungsprogrammierte und speicherprogrammierte Steuerungen. Bei (VPS)bestimmen die leitver- bindungen die Verdrahtung, den Programmablauf. (SPS) enthalten einen elektrischen Programmspeicher,der frei- programmiert werden kann.

22 1.2 Regelung Die Regelung ist ein Vorgang bei dem die zu regelnde Grösse (Regelgrösse) fort- laufend erfasst und so beein- fusst wird, das sie sich der gewünschten Grösse (Führungsgrösse ) angleicht.

23 a: Festwertregelung:

24 b: Folgeregelung

25 1.3 Leiten Das Leiten ist die Gesamtheit aller Massnahmen,die be – wirken, dass der gewünschte Prozessverlauf erreicht wird. Dabei ist meist auch Mit- wirkung des Menschen vorgesehen.

26 2.Grundkentnisse der Steuerungstechnik 2.1 Mechanische Steuerung: Mechanische Steuerungen bestehen aus Getriebe, Kurven- scheiben, Hebeln, Kupplungen und anderen mechanischen Bauteilen.

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28 2.2 Elektrische Steuerungen: Geschiet das Steuern durch Schalten elektrischer Kontakte, spricht man von Kontaktsteuerungen sonst von kontaktlosen Steuerungen oder elektronischen Steuerungen. Nach Art der Schaltbetätigung unter- scheidet man Tastschalter,Stell- schalter und Schloβschalter

29 Elektrische Steuerung

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31 2.3 Pneumatische Steuerung Besteht aus Steuerteil und Energieteil. Steuerteil:werden Signale aufge- nommen und verarbeitet. Energieteil:mit Stellglieder (Ventile) Antriebsglieder( Zylinder,Motoren) gesteuert und Kräfte erzeugt.

32 Pneumatische Steuerung

33 2.4 Hydraulische Steuerung Unter Hydraulik versteht man alle Antriebs,- Steuer – und Regel Bauteile einer Maschine, mit denen duch Druck in einer Flüssigkeit Kräfte erzeugt und übertragen wird.

34 Hydraulische Steuerung

35 3. Grundlagen aus der Hydrostatik und Hydrodynamik

36 Gesetz von Pascal Wirkt eine Kraft F über einer Fläche A auf eine eingeschlossene Flüssigkeit, so entsteht ein Druck p, der sich über die gesamte Flüssigkeit gleichmässig ausbreitet. 3.1

37 Kraftübersetzung F1F1 F2F2 p2p2 p1p1 s1s1 s2s2 A2A2 A1A1 3.2

38 Druckübersetzung p1p1 p2p2 A1A1 A2A2 F1F1 F2F2 s1s1 s2s2 3.3

39 Durchflussgesetz A1A1 A2A2 A3A3 v1v1 v2v2 v3v3 s1s1 s2s2 s3s3 Q1Q1 Q2Q2 Q3Q3 Kontinuitätsgleichung: 3.4

40 Volumenstrom / Zylinder v A Q 3.5

41 Volumenstrom / Hydraulikpumpe Q n 3.6

42 Hydraulische Leistung I P 1 = E-Motor Eingangsleistung P 2 = Pumpen Eingangsleistung P 3 = Hydraulische Leistung P 4 = Leistung Zylinder 3.7

43 Hydraulische Leistung II Antriebsleistung Nutzleistung Abgegebene Leistung

44 4.Energieträger im hydraulischen System

45 4.1 Ölbehälter:

46 4.2 Hydraulikflüssigkeit 4.2.1

47 4.2.2

48 4.2.3

49 4.2.4

50 4.2.5

51

52

53 4.2.6

54 4.2.7

55 4.3 Dichtungen Wichtige Anforderungen: - möglichst gute Dichtungen(Leckölverluste) -möglichst geringe Reibungskräfte bei dynamischen Dichtungen -gute mechanische Dauerhaltbarkeit(Produktlebens- dauer ) -gute Verträglichkeit mit gängigen Druckflüssigkeiten ( Funktionssicherheit) -geringer Platzbedarf und Einbauaufwand ( Wirtschaftlichkeit ) -geringe Herstellerkosten (Wirtschaftlichkeit) -thermische Beständlichkeit

56 4.3.2

57 4.3.3

58 4.3.4 Werkstoffe - E l a s t o m e r e, -Thermoplastische Elastomere, - T h e r m o p l a s t e -G e w e b e w e r k s t o f f e

59 4.3.5

60 5. Pumpen und Motoren KonstantpumpenVerstellpumpen Aussenzahnradpumpe Innenzahnradpumpe Zahnringpumpe Flügelzellenpumpe Radialkolbenpumpe Schrägachspumpe Schrägscheibenpumpe

61 Zahnradpumpe Buchsenpumpe III 5.1

62 Zahnradpumpe Buchsenpumpe IV

63 Innenzahnradpumpe I

64 Unausgeglichene Flügelzellenpumpe I

65 Radialkolbenpumpe 5.2

66 Schrägscheibenpumpe Axialkolbenpumpe

67 Schrägachspumpe I

68 5.3 Arbeitszylinder

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70 6. Bauelemente der Hydraulik

71 6.1 Wege, Druck und Stomventile Wegeventile Start, Richtung, Stop direkt- / vorgesteuert Wege-Sitzventil Wegeschieberventile Rückschlagventile Sperrventile Druckventile Kraft direkt-/ indirektgesteuert Druckbegrenzungsventil Druckzuschaltventil Druckabschaltventil Druckreduzierventil Stromventile Geschwindigkeit Drosselventil Stromregelventil Steuerungselemente

72 Wegeventile Leitungen verbinden Leitungen absperren Ölströme umleiten

73 Benennung Sinnbilder 4 / 3 Wegeventil Anzahl Anschlüsse Anzahl Schaltstellungen

74 Anschlussbezeichnungen PDruckanschluss TTankanschluss A, BArbeitsanschlüsse LLeckölanschluss NNeutralumlauf x, ySteueranschlüsse

75 Durchfluss Sinnbilder

76 Ventilbetätigung I Manuelle allgemein Handhebel mit Rastung Tastrolle Fusspedal

77 Ventilbetätigung II Hydraulisch direkt Pneumatisch direkt Elektromagnetisch

78 Ventilbetätigung III Federrückstellung Federzentrierung Elektro-hydraulisch vor- gesteuert

79 Bezeichnung Schaltstellungen II Regel: Ventil nicht betätigt gezeichnet Ausnahme: Ventil betätigt gezeichnet bei Folgesteuerung

80 Sperrventile Sitzventile Kugel Kegel Teller Absolut dicht Keine Leckagen

81 Schieberventile Schaltelement Schieber Leckagen Schieberspiel

82 Schaltüberdeckung PositiveNegative Anschlüsse abgesperrt kein Absinken der Last Schaltschläge Anschlüsse verbunden keine Schaltschläge Absinken der Last

83 Durchflusswiderstand Verschiedene Druchflusssinnbilder Volumenstrom Druckabfall

84 Direktgesteuertes Wegeventil

85 Vorgesteuertes Wegeventil

86 DBV direktgesteuert Bei Sitzventile ohne Leckölanschluss Bei Schieberventile Externe Abführung Interne Abführung

87 Druckbegrenzungsventil FunktionsdarstellungSymboldarstellung

88 Druckbegrenzungsventil vorgesteuert I Durch Stopfen interne oder externe Leckölabführung

89 Druckminderventil Schaltung

90 Druckminderventil direktgesteuert Ansteuerung Ausgangsdruck Unbetätigt offen Schieberventil mit Leckölanschluss

91 3-Wege-Druckminderventil I

92 3-Wege-Druckminderventil II Kombination Druck- minderventil mit Druck- begrenzungsventil DBV höher eingestellt Bei äusserer Kraft auf Verbraucher

93 Druckzuschaltventil eigengesteuert Vorgesteuert Umgehung mit Rückschlagventil Eigengesteuert

94 Druckzuschaltventil fremdgesteuert Vorgesteuert Umgehung mit Rückschlagventil Fremdgesteuert

95 Druckabschaltventil Abschaltung einer Pumpe Verkürzung Leer- wege Fremdgesteuert

96 Stromventile Strömungsgesetz

97 Blende / Drossel Blende Drossel Symbole

98 Drosselschaltung Variabler Druckabfall ergibt einen variablen Volumenstrom

99 Wirkungsweise Stromregelventil II

100 3-Wege-Stromregelventil

101 Rückschlagventil I

102 Schaltungs-Varianten

103 Entsperrbares Rückschlagventil

104 Schaltung entsperrb. Rückschlagventil

105 Proportional-Wegeventil 6.2

106 Servoventil

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109 7. Grundschaltungen der Hydraulik

110 7.1 Parallelschaltung von Verbraucher

111 Reihenschaltungen von Verbraucher

112 7.2 Offener und geschlossener Kreislauf

113 7.3 Primer,sekundär und kombinierte Verstellung

114 8.Grundlagen der Pneumatik 8.1 Eigenschaften der Pneumatik: - Überlastsicherung - Zentrale Energieversorgung - Hohe Lebenserwartung-geringe Wartung- - Austauschbarkeit der Bauelemente - Hohe Bewegungsbeschleunigungen möglich - Leichte Strom- und Druckeinstellung - Begrenzte Verarbeitungs- und Übertragungs- geschwindigkeit

115 8.2 Aufbau einer Pneumatikanlage :

116 8.3 Drucklufterzeugung und aufbereitung:

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126 9. Grundelemente der P n e u m a t i k

127 9.1 Darstellung der Ventile

128 9.2 3/2 Wegeventile:

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133 Stromventile:

134 Sperrventile:

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138 9.3 Druckventile

139 10. Grundschaltungen der P n e u m a t i k

140 10.1 Wegplansteuerung

141 10.2 Zeitplansteuerung

142 10.3 Druckplansteuerung

143 11. Speicher- programmierbare Steuerung

144 11.1 Aufbau und Funktionsweise

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147 11.2 Programmiersprachen

148 11.3 Beispiel einer Ablaufsteuerung: Augabe: Auf einer Sondermaschine soll eine Nut in eine Holzleiste gefräst werden. Die Holzleiste wird mit einem Zylinder gespannt. Die Bewegung des Maschinentisches steuert eine hydropneumatische Vorschubseinheit. In der vorderen Endstellung hält sich die Vorschubseinheit 5 sec auf.

149 Technologischerplan: Holzleiste Spannzylinder( H11) Vorschubseinheit(H10) Maschinentisch

150 Arbeitszyklusdiagramm: Zusammenhanstafel: Eingänge:Ausgänge: Arbeitszyklus

151 Wirkungsplan

152 PLC programm ( OMRON CPM1)

153 12. Literatur: [1] D.S.Aale: Steuern und Regeln für Maschinen- bau und Mechatronik. Europa Verlag 2005/10 Auflage. [2]Niest: Steuern und Regeln im Maschinenbau Europa Verlag 1994/6 Auflage [3]Matthies-Renius:Einführung in die Ölhydraulik Vieweg+Teubner Verlag 2008


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