Cihat Karaali. Grundlagen der Steuerungstechnik

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1 Cihat Karaali Grundlagen der Steuerungstechnik

2 Cihat Karaali Grundlagen der Steuerungstechnik Einführung mit Übungen Mit 48 Abbildungen und 5 Tabellen STUDIUM

3 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. Das in diesem Werk enthaltene Programm-Material ist mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgend - einer Art verbunden. Der Autor übernimmt infolgedessen keine Verantwortung und wird keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieses Programm-Materials oder Teilen davon entsteht. Höchste inhaltliche und technische Qualität unserer Produkte ist unser Ziel. Bei der Produktion und Auslieferung unserer Bücher wollen wir die Umwelt schonen: Dieses Buch ist auf säure freiem und chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die Einschweißfolie besteht aus Polyäthylen und damit aus organischen Grundstoffen, die weder bei der Herstellung noch bei der Ver brennung Schadstoffe freisetzen. 1. Auflage 2010 Alle Rechte vorbehalten Vieweg+Teubner Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2010 Lektorat: Reinhard Dapper Walburga Himmel Vieweg+Teubner Verlag ist eine Marke von Springer Fachmedien. Springer Fachmedien ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media.. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich ge schützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Ur heber rechts ge set zes ist ohne Zustimmung des Verlags unzuläs sig und straf bar. Das gilt ins be sondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Druck und buchbinderische Verarbeitung: STRAUSS GMBH, Mörlenbach Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany ISBN

4 V Meiner Familie Esim, Özlem-Hapka, Ayse gewidmet Prof. Dr.-Ing. Cihat Karaali

5 Vorwort Die systematische Vorgehensweise für die Lösung allgemeiner steuerungstechnischer Aufgaben wurde in bisherigen Publikationen als theoretische Arbeit oder experimenteller Applikationsbericht nicht ausführlich genug behandelt. Die bisherigen Lösungsmethoden wissenschaftlicher und technischer Probleme bieten auch keinen optimierten und dadurch keinen zufriedenstellenden Prozess an. Das vorliegende Buch soll Interessierten eine Anregung zum Weiterstudium und zur Weiterentwicklung/-forschung bieten. Es soll zur Einführung und Übersicht dienen und moderne Lösungen vermitteln. Die wesentlichen Gebiete der Steuerungstechnik von den Grundlagen bis zu ausgeführten Schaltungsentwürfen in der verbindungsprogrammierten und speicherprogrammierten Steuerung mit zahlreichen Übungsaufgaben bilden die Schwerpunkte dieses Buches. Es wurde viel Wert auf die schematischen Darstellungen von Schaltfunktionen und ausführlichen Ableitungen der Funktionsgleichungen gelegt. Eine generelle steuerungstechnische Lösungsmethode für den technisch optimalen Entwicklungsvorgang wurde in diesem Buch unter der Berücksichtigung unterschiedlicher Eigenschaften der systematischen Vorgehensweisen und Lösungskonzepte vorgestellt. Diese Systematik charakterisiert den wichtigen Auswahlprozess der theoretischen sowie der praktischen Arbeit. An einer Vielzahl von Anwendungsbeispielen werden Eigenschaften und Möglichkeiten steuerungstechnischer Aufgaben und deren Verfahren erläutert. Darüber hinaus wird auch gezeigt, dass es für die gestellten Aufgaben zahlreiche Lösungsmethoden gibt, die unterschiedliche Vorgehensweisen anbieten. Es ist aber nicht unbedingt erforderlich, eine gezielte Voraussetzung für die Durchführung der Aufgabenlösungen anzugeben. Auf der Basis der Boole schen Algebra werden KV-Diagramme, A-Tabellen, Funktionsgleichungen und -pläne sowie grafische Darstellungen gebildet. Dabei werden Beschreibungsmethoden systematisiert erläutert, die zielgerechte Lösungen der gestellten Aufgaben bieten. Prof. Dr.-Ing. Cihat Karaali Berlin, März 2010

6 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Analog und digital Zahlensysteme Dualarithmetik Binäre Addition Die Einerkomplementarithmetik Die Zweierkomplementarithmetik Codierung TTL-Schaltungen Multi-Emitter-Transistor, Gatter und Chip Boole sche Algebra Rechenregeln der Boole schen Algebra Anwendung der Boole schen Gesetze Ersetzbarkeiten von Verknüpfungsgliedern durch andere Verknüpfungsglieder Zusammengesetzte logische Grundverknüpfungen KV-Diagramme zur Schaltungsminimierung (-optimierung) Vereinfachung von Gleichungen nach dem gra schen Verfahren Felder mit beliebigem Eintrag ( don t care ) Schaltnetze und Schaltwerke (sequenzielle Schaltungen) Gegenüberstellung Schaltzeichen für Funktionsbausteine Warum ist in der Digitaltechnik beim Einsatz eines RS/SR-FF der Zustand S=R=1 nicht erlaubt? Das getaktete RS/SR-Flip op Das JK-FF Anwendung Schaltbild zur Erzeugung des Taktsignals Das D-FF Funktionsbausteine in der Steuerungstechnik Timer pulse, Pulsgeber Timer on-delay, Einschaltverzögerung Timer off-delay, Ausschaltverzögerung Aufwärtszähler Abwärtszähler Signalflankenerkenner Lineare Ablaufsteuerungen Grundlagen Aktionsbefehle Speicherprogrammierbare (SPS)-Steuerungen Grundlagen der SPS-Steuerung Funktionsplan (FUP)

7 VIII Inhaltsverzeichnis 5.3 Der Kontaktplan (KOP) Die Anweisungsliste (AWL) Steuerungen Verbindungsprogrammierte Steuerung Speicherprogrammierte Steuerung Das Relais (das Schütz) Schaltzeichen einiger Kontakt-Schützelemente Allgemeine Schaltbedingungen Die Schützkontakte Magnetisierung des Eisenkerns und Stromkräfte in der Spulenwicklung Systematik zur Realisierung einer Schützensteuerschaltung Automatentabelle (A-Tabelle) KV-Diagramm, A-Tabelle, Boole sche Gesetze Wichtigkeit der ausführlichen Beschreibung von Aufgabenstellungen Selbsthalteschaltung Zeitrelais Anwendung von zeitverzögerten Schaltrelais Elementare Verknüpfungsglieder in Schützschaltungen Gegenseitige Verriegelung Hasard-Effekt bei Schützschaltungen mit Selbsthalteschaltung Schützschaltungen als Speicherelement Pneumatische Steuerung Grundlagen der pneumatischen Steuerung Pneumatische Steuerschaltungen mit Zeitverhalten Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis