Prozessleittechnik - Vorlesung Wintersemester 2010 / 2011 3. Vorlesungsstunde Wintersemester 2010 / 2011 T U H o c h s u l e f ü r n i k d W t a S v y A p

Objekte eines Prozessleitsystemes Kapitel 3 Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Kapitel 3 Objekte eines Prozessleitsystemes

Kapitel 3 Objekte eines Prozessleitsystemes 3.1 Komponentenbereiche eines Prozessleitsytemes 3.1.1 Das Feld 3.1.2 Montage und Verbingungstechnik 3.1.3 Signalaufbereitung / Signal ein- und Signalausgaben 3.1.4 Spezielle Peripheriebaugruppen (Einzelsteuerungen…) 3.1.5 Signalverarbeitung / Zentralbaugruppen 3.1.6 Bedienungs- / Beobachtungseinheiten (Monitoring) 3.1.7 BUS-Systeme 3.1.8 Systemkopplungen 3.1.9 Datenarchivierung 3.1.10 Optimierungssysteme 3.1.11 Spezielle Auswertesysteme (Emissionsrechner) 3.2 Aufgabenbereiche eines Prozessleitsystemes 3.2.1 Fail Safe 3.2.2 Turbinenleittechnik 3.2.3 Spezielle Anforderungen an Einzelsteuerungen 3.3 Bedienung und Beobachtung 3.3.1 Beobachtung 3.3.2 Bedienung 3.3.3 Auswerteeinheiten / spezielle Darstellungen 3.4 Steuerung 3.5 Regelung 3.6 Optimierung

Prozess Was ist das „Feld“? Optimierungs- einheiten Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Sensorik (1) Was ist das „Feld“? Kopplungen Fremdsysteme Optimierungs- einheiten Analog- / Binär- Eingabebaugruppen Analog- / Binär-Ausgabebaugrup. Einzelsteuer-/-regelbaugruppen Automatisierungsbus Zentrale Verarbeitungseinheit MMI Mensch Maschine Interface Informationsbus, Mediabus Bedienungs-/Beobachtungseinheit Monitore Auswerte- z.B. LAN Prozess Sensoren Aktoren Örtliche Sensorik und Aktorik Analog Binär Digital Magnetventile Stellantriebe Geradeausantr. Regelantriebe Reversierantr. SA-Abgänge. Impulse Zähler Thermospg Thermometer Manometer Schaugläser Levelanzeigen Weganzeigen Handarmaturen

Jede Signalart stellt besondere Anforderungen an ein Prozessleitsystem Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Sensorik (2) Auf die Ausführung der Messaufnehmer wird an dieser Stelle nicht eingegangen Sind für leittechnische Aufgaben vollkommen uninteressant Sensoren Analog Binär Digital Impulse Zähler Thermospg Örtliche Sensorik Thermometer Manometer Schaugläser Levelanzeigen Weganzeigen Handarmaturen Digital Analog Binär Impulse Zähler Thermospg 4 20 Strom [mA] Messwert [0 – 100%] 24 Spannung [V] Messwert [0 – 100%] Information x Spannung (0/1= x Volt) Information x Spannung (0/1= x Volt) 1 0 0 1 10 Spannung [mV]] Messwert [0 – 100%] Jede Signalart stellt besondere Anforderungen an ein Prozessleitsystem

2-Leiter Messumformer 4-Leiter Messumformer SA Vorteile Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Sensorik (3) Analogmessungen 2-Leiter Messumformer Leitsystem Analogeingabebaugruppe Signaleingabebaugruppe GLEICHZEITIG Signaleingabe und Energieversorgung Energieversorgung: 24 V Gleichspannung Vorteile Messumformer Weniger Verkabelung Absicherung der Energieversorgung auf der Signaleingabekarte (Überwachungsmöglichkeit) Keine gesonderten Energieversorgung in der Schaltanlage 2-Leiter Messumformer Ausgangssignal 0 oder 4 – 20 mA Verkabelung 2x2x05 = GLEICHZEITIG Signal- und Spannungsversorgungskabel Nachteile Zu geringe Leistung für Sensoren mit hohem Leistungsbedarf (z.B. IDM) Höhere Verlustleistung (Wärme) in den Leittechnikschränken 4-Leiter Messumformer Leitsystem Analogeingabebaugruppe Signaleingabebaugruppe Signaleingabe Messumformer Vorteile 4-Leiter Messumformer Keine Leistungsbeschränkung zur Energieversorgung von Sensoren Nachteile SA Gesonderte Energiekabel für jeden Sensor Gesonderte Absicherung der Energieversorgung in der Schaltanlage Gesondertes Abgangsfeld in der Schaltanlage Gesonderte Verbindung von der Leittechnik in die Schaltanlage Gesonderte Eingabeports auf Binäreingabekarten für die Energieüberwachung Ausgangssignal 0 oder 4 – 20 mA Verkabelung 2x2x05 = Signalkabel 3x1,5 = Energieversorgung Energieversorgung 220 V Wechselspannung

Live Zero: Unterschreiten der 4 mA-Marke bedeutet: Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Sensorik (3) Analogmessungen 4 20 Strom [mA] Messwert [0 – 100%] Live Zero: Unterschreiten der 4 mA-Marke bedeutet: Defekter Messumformer oder Drahtbruch oder Kurzschluss / Erdschluss Detektion durch die Analogeingabebaugruppe Überschreiten der 20 mA-Marke bedeutet: Defekter Messumformer Detektion durch die Analogeingabebaugruppe Eingeprägter Strom: Nahezu unabhängig von der Leitungslänge Messaufnehmer Messumformer Stichkabel 2x2x0,5 Spezialkabel Klemmleiste

Drahtbruch (Antivalenz) und Kurzschluss / Erdschluss /Widerstand) und Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Sensorik (4) Binärmessungen 24 Spannung [V] Messwert [0 – 100%] Überwachung auf: Signalgrenzen und Drahtbruch (Antivalenz) und Kurzschluss / Erdschluss /Widerstand) und Prellen des Kontaktes Detektion durch die Binäreingabebaugruppe Signal 0/1: 24 V Gleichspannung Begrenzte Länge Signalpegel +- 10% Aufnehmer Binärgeber Einsatzgebiet: Alle Binärmessungen Standard im PL Endschalter Binärschalter (Messungen) Bauteilgeprüfte Geber Stichkabel 2x2x0,5 47 kOhm (Spezialkabel) Klemmleiste

Impuls-/Digitalgeber Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Sensorik (5) Impuls-/Digitalgeber Information x Spannung (0/1= x Volt) Überwachung auf: Signalgrenzen und Drahtbruch (Antivalenz) und Kurzschluss / Erdschluss /Widerstand) und Detektion durch die Digitaleingabebaugruppe Binäreingabebaugruppe Signale 0/1: 24 V Gleichspannung Begrenzte Länge Signalpegel +- 10% VORSICHT: Spezielle Eingabebaugruppen im PL Messwert sehr ungenau Aufnehmer Binärgeber Einsatzgebiet: Diese Geber werden selten eingesetzt ohne Wandlung in Binärkontakte (Kein) Standard im PL Stellungsgeber Drehzahl (Messungen) Namurendschalter (in Reinform) Diese Signale sollten in Binärsignale gewandelt werden. Stichkabel 2x2x0,5 0/10 mVolt (Spezialkabel) Klemmleiste

Drahtbruch (Antivalenz) und Kurzschluss / Erdschluss /Widerstand) und Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Sensorik (6) Zähler Information x Spannung (0/1= x Volt) 1 0 0 1 Überwachung auf: Signalgrenzen und Drahtbruch (Antivalenz) und Kurzschluss / Erdschluss /Widerstand) und Prellen des Kontaktes Detektion durch die Binäreingabebaugruppe BCD-Codierung Signal 0/1: 24 V Gleichspannung Begrenzte Länge Signalpegel +- 10% Vorsicht: Die Zählerwertübertragung kann auch als Echtwert- oder Analogwertübertragung erfolgen. - Je nach Anforderung - Verwendung von Standard-Binäreingabebaugruppen Aufnehmer Binärgeber Einsatzgebiet: Alle Zähler Standard im PL Stichkabel 2x2x0,5 47 kOhm (Spezialkabel) Klemmleiste

Live Zero: Unterschreiten der 4 mA-Marke bedeutet: Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Sensorik (7) Thermospannung 10 Spannung [mV]] Messwert [0 – 100%] Live Zero: Unterschreiten der 4 mA-Marke bedeutet: Defekter Messumformer oder Drahtbruch oder Kurzschluss / Erdschluss Detektion durch die Analogeingabebaugruppe Überschreiten der 20 mA-Marke bedeutet: Defekter Messumformer Detektion durch die Analogeingabebaugruppe 4 20 Strom [mA] Messwert [0 – 100%] Eingeprägter Strom: Nahezu unabhängig von der Leitungslänge Messaufnehmer Messumformer Einsatzgebiet: Alle Temperaturmessungen Standard im PL Stichkabel 2x2x0,5 Spezialkabel Klemmleiste Vergleichsstellentemperatur

Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Sensorik (8) Lagerhaltung Hardware Software Reparatur-/Lagerkosten Hardware Alter Reduzierung von Vielfalt und Alter der Hardware Ersparnis der Lagerkosten Ersatz Alttechnik durch neue Leittechnik Vielfalt 4 20 Strom [mA] Messwert [0 – 100%] 24 Spannung [V] Messwert [0 – 100%]

Temperaturmessungen Durchflussmessungen Druckmessungen Niveaumessungen Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Messarten (1) Impulse Zähler Thermospg Impulse Zähler Analog Binär Digital Analog Binär Digital Analog Binär Digital Analog Binär Digital Temperaturmessungen Durchflussmessungen Druckmessungen Niveaumessungen Gase Gase Gase Flüssigkeiten Dämpfe Dämpfe Dämpfe Feststoffe Flüssigkeiten Flüssigkeiten Flüssigkeiten Lagertemperatur Feststoffe Materialtemperatur Stückgut Wärmemenge Druckdifferenz Differenztemperatur Durchflussdifferenz Absolutdruckmessung Niveaudifferenz Temperaturmessung Durchflussmessung Überdruckmessung Niveaumessung

Schwingungsmessungen Drehzahl-/ Geschwindigkeitsmessg Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Messarten (2) Impulse Zähler Impulse Zähler Analog Binär Digital Analog Binär Digital Analog Binär Digital Analog Binär Digital Analysemessungen Dehnungsmessungen Schwingungsmessungen Drehzahl-/ Geschwindigkeitsmessg Gase Material Wellen Wellen Flüssigkeiten Läger Objekten Feststoffe Komponenten Analysemessung Dehnungsmessung Schwingungsmessung Drehzahlmessung Dehnungsdifferenz Geschwindigkeitsmessung

Stellungsmessungen Feuchtemessungen Elektromessungen Dichtemessungen Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Messarten (3) Impulse Zähler Impulse Zähler Analog Binär Digital Analog Binär Digital Analog Binär Digital Analog Binär Digital Stellungsmessungen Feuchtemessungen Elektromessungen Dichtemessungen Komponenten Feststoffen Strömen Gase Wellen Gasen Spannungen Flüssigkeiten Lägern / Objekten Atmosphären Leistungen Atmosphären Stellungsmessung Feuchtemessung Elektromessung Dichtemessung Differenz-Elektromessung Kombinierte Elektromessung

Temperaturmessungen Pt100 NiCrNi 4 – 20 mA 0 – 10V X (X) Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Messverfahren (1) Temperaturmessungen Lagertemperatur Materialtemperatur Gase Dämpfe Flüssigkeiten Analog Binär Digital Impulse Zähler Thermospg Pt100 NiCrNi 4 – 20 mA 0 – 10V X (X)

Durchflussmessungen Thermospg Schwingung Prallplatte Blende Venturi Kapitel 3: Objekte eines Prozessleitsystemes Unterkapitel 3.1: Das „Feld“  Messverfahren (2) Durchflussmessungen Analog Binär Digital Impulse Zähler Gase Dämpfe Flüssigkeiten Feststoffe Stückgut Thermospg Schwingung Prallplatte Blende Venturi Schall IDM Optik X

Have a nice day and a nice weekend ... and now??!!!