Grundlagen der Steuerungstechnik
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- David Stieber
- vor 5 Jahren
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1 Grundlagen der Steuerungstechnik
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3 Cihat Karaali Grundlagen der Steuerungstechnik Einführung mit Übungen 3., erweiterte und aktualisierte Auflage
4 Cihat Karaali Department of Science Technology (SciTec) University of Applied Sciences Jena Jena, Deutschland ISBN ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2010, 2013, 2018 DasWerk einschließlichallerseinerteileist urheberrechtlichgeschützt.jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, 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 Warenzeichenund Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Der Verlag bleibt im Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutionsadressen neutral. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist ein Imprint der eingetragenen Gesellschaft Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH und ist ein Teil von Springer Nature. Die Anschrift der Gesellschaft ist: Abraham-Lincoln-Str. 46, Wiesbaden, Germany
5 Meiner Familie Esim, Özlem-Hapka, Ayse gewidmet
6 1 Vorwort Die systematische Vorgehensweise für die Lösung allgemeiner steuerungstechnischer Aufgaben ist in bisherigen Publikationen als theoretische Arbeit oder experimenteller Applikationsbericht nur sehr eng behandelt. Die bisherigen Lösungsmethoden wissenschaftlicher und technischer Probleme bieten auch keinen optimierten und dadurch keinen zufriedenstellenden Prozess an. Das vorliegende Buch soll die Interessenten, die sich in ausführlicher Form informieren wollen, 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 Schaltungsentwürfe in der verbindungsprogrammierten und speicherprogrammierten Steuerungen mit zahlreichen Übungsaufgaben bilden die Schwerpunkte des 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 ist in diesem Buch unter der Berücksichtigung von unterschiedlichen Eigenschaften der systematischen Vorgehensweisen und Lösungskonzepten 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 für die gestellten Aufgaben zahlreiche Lösungsmethoden gibt, die unterschiedliche Vorgehensweisen anbieten. Es ist aber nicht unbedingt erforderlich, dass 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 Lösung der gestellten Aufgaben darbieten. Die 3. Auflage verfügt über die industrielle Anwendung der steuerungstechnischen Aufgaben mit Erläuterung der Verfahrensweisen anhand von Beispielen. Berlin, im September 2017 Prof. Dr.-Ing. Cihat Karaali
7 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Analog und digital Zahlensysteme Dual-Arithmetik Binäre Addition Die Einerkomplement-Arithmetik 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 Übungen Zusammengesetzte logische Grundverknüpfungen Übungen KV-Diagramme zur Schaltungsminimierung(-optimierung) Vereinfachung von Gleichungen nach dem graphischen Verfahren Felder mit beliebigem Eintrag ( don t care ) Übungen Schaltnetze und Schaltwerke (sequenzielle Schaltungen) Gegenüberstellung Schaltzeichen für Funktionsbausteine Warum ist in der Digitaltechnik beim Einsatz eines RS/SR-FF dessen Zustand S=R=1 nicht erlaubt? Das getaktete RS/SR-Flipflop Das JK-FF Schaltungsanalyse Schaltungssynthese als Beispiel... 95
8 X Inhaltsverzeichnis Bemerkungen zu dem synchronen und asynchronen Zähler Bit-Synchronzähler Anwendungen Schaltbild zur Erzeugung des Taktsignals Master-Slave-Flipflop Entwicklung des JK-Master-Slave-Flipflops Entwicklung des RS-Master-Slave-Flipflops Das D-FF Das T-FF Funktionsbausteine in der Steuerungstechnik Timer pulse, Pulsgeber Timer on-delay, Einschaltverzögerung Timer off-delay, Ausschaltverzögerung Aufwärtszähler Abwärtszähler Auf- und Abwärtszähler CTUD Signalflankenerkenner Schaltwerk als Grundmodell von Automaten Lineare Ablaufsteuerungen Grundlagen Aktionsbefehle Einige spezielle Makrobefehle Übung: Bauteile auf Leiterplatten löten Aufgabe: Gurt anlegen Übungen Verzweigte Schrittketten in der Ablaufsteuerung Speicherprogrammierbare (SPS)-Steuerungen Grundlagen der SPS-Steuerung Funktionsplan (FUP) Der Kontaktplan (KOP) Die Anweisungsliste (AWL) Simatic S7 und Step Steuerungen Verbindungsprogrammierte Steuerung Speicherprogrammierte Steuerung Das Relais Einführung Schütze Schaltzeichen einiger Kontakt-Schützelemente Allgemeine Schaltbedingungen Die Schützkontakte Weitere Schütz-Kontaktfedern
9 Inhaltsverzeichnis XI 6.6 Magnetisierung des Eisenkerns und Stromkräfte in der Spulenwicklung Systematik zur Realisierung einer Schützensteuerschaltung Automatentabelle (A-Tabelle) KV-Diagramm, A-Tabelle, boolesche Gesetze Wichtigkeit der ausführlichen Beschreibung von Aufgabenstellungen Logische Analyse einer Aufgabenstellung Selbsthalteschaltung Zeitrelais Anwendung von zeitverzögerten Schaltrelais Aufgaben Elementare Verknüpfungsglieder in Schützschaltungen Weitere Bemerkungen zur gegenseitigen Verriegelung Gegenseitige Verriegelung durch Koeffizientenvergleich Hasard-Effekt bei Schützschaltungen mit Selbsthalteschaltung Übungen Schützschaltungen als Speicherelement Pneumatische Steuerung Grundlagen der pneumatischen Steuerung Pneumatische Steuerschaltungen mit Zeitverhalten Übungen Grundlagen der Steuerungstechnik in industriellen automatisierten Anwendungen Grundlegende Strukturierungen Anwendungsbeispiel für Steuerungstechniken in der industriellen Robotertechnik Anwendungsbeispiel für Steuerungstechniken in den industriellen SPS-Techniken Anwendungsbeispiel für Steuerungstechniken in den industriellen pneumatischen Techniken Anlagen Symbole Pneumatik Symbole allgemein Hydraulik Weitere Übertragungsglieder Gegenüberstellung von Verknüpfungsgliedern Literaturverzeichnis Sachverzeichnis
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