Ziele der Automatisierungstechnik

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1 FH Lausitz FB IEM, Studiengang Maschinenbau Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Ziele der Automatisierungstechnik 1. Funktionstüchtigkeit der Maschine oder technischen Anlage einschließlich der Einzelaggregate - Konstanthalten von Prozessgrößen - zeitliches Führen von Prozessgrößen und Anlagen 2. Sicherheit der gesamten Anlage und / oder Maschine und darin ablaufender Prozesse - Vermeidung gefährlicher Zustände 3. Wirtschaftlicher Betrieb der Gesamtanlage oder Fabrik - optimaler Energie- und Materialeinsatz - hohe Jahresnutzungsdauer, geringe Reparaturen - wenig Personal 4. Menschen- und Umweltfreundlichkeit - Arbeitsbedingungen möglichst günstig (kein Lärm, Hitze, körperl. u. psychische Überbelastung, Monotonie, Streß u.a.) - Normen des Umweltschutzes einhalten 5. Managementunterstützung - e-business, Netze, Managementebene - Geschäftsprozesse - Produktionsplanung

2 FH Lausitz FB IEM, Studiengang Maschinenbau Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Vorlesung Steuerungstechnik Maschine / Anlage Technologischer Prozeß p P T F Q Sensor Aktor Prozeßmeßeinrichtungen Stelleinrichtungen Magnetband Autom. Geräte PDVA Anzeige Hupe Ifo-Verarbeitung (IV) (ST / REG / AUT) Bildschirm Tastatur Ifo-Erfassung Ifo-Gewinnung Ifo-Eingabe (MT) Ifo-Nutzung Ifo-Ausgabe (Visualisierung) Die kybernetischen Grundfunktionen der Automatisierungstechnik

3 FH Lausitz FB IEM, Studiengang Maschinenbau Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Darstellung von Automatisierungsstellen in technologischen Schemata (nach DIN / Blatt 1) 1. bzw. 1. / 2. Buchstabe : Prozeßgröße einschließlich event. Modifizierung 1. Buchstabe : F Durchfluß / G Abstand / H Handeingabe / L Füllstand T Temperatur / P Druck / S Geschwindigkeit / W Masse, Kraft Y Steuerung / X sonstige Größe 2. Buchstabe : D Differenz / F Verhältnis / z.b. PD : Druckdifferenz nachfolgende Buchstaben : Funktionsbezeichnung I R C Y Q S Z A B Anzeige Registrierung Regelung Steuerung Integration / Zählung Schaltfunktion Noteingriff Signalis. Alarm opt. Binäranzeige z.b. : FIRC - Druchflußregelung mit Anzeige und Registrierung TIR - Temperaturmessung mit Anzeige und Registrierung LICZA - Füllstandsregelung mit Anzeige, Noteingriff und Alarm PRC 3 Druckregelung mit Registrierung in Messwarte Stellglied bei Energieausfall verharrend

4 FHL, FB IEM, Studiengang Maschinenbau, Prof. Dr.rer.nat.habil.P.Metzing Rückführschaltung Regelkreis - Struktur Z G Z X s - e G R u G S X Übertragungsfunktionen für G S Regelstrecke G R Regler G Z Störstrecke (ähnlich G S ) x Zielgröße / Regelgröße x s Sollwert / Führungsgröße z Störgröße e = x s - x Regeldifferenz Führungsverhalten G(p) = X X s = Störverhalten G R G S 1 + G R G S G(p) = X Z = G Z 1 + G R G S

5 Grundtypen des dynamischen Verhaltens Typ Differentialglg. Übertragungsfkt. Sprungantwort P-Glied Proportional x(t) = K p x e (t) G(p) = K p x(t) t Hebel Verstärker Getriebe I-Glied Integrier. x(t) = K I x e (t)dt G(p) = K I p x(t) t Flüssigkeitsstand im Behälter (ohne Ausgleich) D-Glied Differenzier. x(t) = K D dx e dt G(p) = K D p x(t) Tachogenerator t PT 1 -Glied verzögernd T 1 dx(t) dt + x(t) = K p x e (t) G(p) = K p 1+pT 1 x(t) t Rührkessel Flüssigkeitstherm. RC-Glied T n -Glied verzögernd... + T 2 2 d 2 x(t) dt + T 1 dx dt + x(t) = K p x e (t) G(p) = K p 1+pT 1 +p 2 T p n Tn n x(t) t Rührkessel Kaskad. Wärmeübergang T s -Glied Schwingungsglied wie T n wie T n, aber D = T 1 2T 2 1 für n = 2 x(t) t Masse-Feder- System T T -Glied Totzeitglied x(t) = x e (t T T ) G(p) = e pt T x(t) = v l T t Transportband FHL, FB MB, Prof.Dr.rer.nat.habil.P.Metzing

6 Speicher für Stoff und Energie Art des Speichers Speichergröße Abbildungsgröße (Meßgröße) Stoff, Massen Masse: m Füllstand : h (Behälter, Silos, Bunker, Volumen: V Bodendruck : p Rohre...) m A, m B therm. Energie innere Energie: U (Heißwasser, Heizdampf, Enthalpie: H Temperatur : T wärmespeichernde Massen...) elektr. Energie elektr. Ladung: Q Spannung: U (Akku, Kondensator..) Strom : i Mechan. Energie kinet. Energie: E kin Geschwindigkeit : v (Schwungrad, potent. Energie: E pot Drehzahl : n Pumpspeicherwerke...) Höhe : h Math. physikal. Abhängigkeiten m p = ρah = gρh H = mc ( T T ) p 0 U = i = E kin = dq R dt dq dt m 2 2 v E pot = mgh Prof. Dr. Metzing, FH Lausitz, FB IEM

7 Binäre Zählkette Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Vorlesung Steuerungstechnik Fachhochschule Lausitz, Fachbereich IEM, Studiengang Maschinenbau

8 R R 0 Durchlaß Diode Sperre Eingang: dekad. Größen (neg. Signal) Ausgang: digitale Signal / BCD-Code Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Vorlesung Steuerungstechnik Fachhochschule Lausitz, Fachbereich IEM, Studiengang Maschinenbau

9 X 1 X 2 Akkumulator L : Lade UC : neg. UND T : Transport O : ODER Y = X X Y = ( X Y ) X Funktionelle Grundstruktur einer programmierbaren Steuereinrichtung Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Vorlesung Steuerungstechnik Fachhochschule Lausitz, Fachbereich IEM, Studiengang Maschinenbau

10 Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Vorlesung Steuerungstechnik Fachhochschule Lausitz, Fachbereich IEM, Studiengang Maschinenbau

11 FH Lausitz FB Maschinenbau Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Vorlesung Steuerungstechnik Logische Grundfunktionen UND (Konjunktion) ODER (Disjunktion) NEG (Negation) + x y R + Kontaktschaltungen x R y + x R Schaltbelegungstabellen x y R x y R x y R Symboldarstellung (Funktionsplan) x y & xy x y >1 = 1 x v y x x Boolesche Gleichung R = x y = xy R = x y R = x (= x y) ( ) Mengendarstellung Durchschnittsmenge Vereinigungsmenge Komplementmenge

12 FH Lausitz FB Maschinenbau Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Vorlesung Steuerungstechnik Logische Verknüpfungen = A B = A B

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18 FH Lausitz FB IEM, Studiengang Maschinenbau Prof. Dr. rer. nat. habil. P. Metzing Vorlesung Messtechnik Vorsätze zur Bildung von dezimalen Vielfachen und Teilen von Einheiten Vorsatz Vorsatzzeichen Bedeutung 1) Exa E Peta P Tera T Giga G 10 9 Mega M 10 6 Kilo k 10 3 Hekto 2) h 10 2 Deka 2) da 10 Dezi 2) d 10-1 Zenti 2) c 10-2 Milli m 10-3 Mikro µ 10-6 Nano n 10-9 Piko p Femto f Atto a ) In der Spalte ist angegeben, das Wievielfache der Einheit durch Benutzung des Vorsatzes gemeint ist. 2) Dieser Vorsatz ist möglichst zu vermeiden. Beispiel: ma = 10-3 A GHz = 10 9 Hz cl, cm, kω