Kapitel 4 Schnittstelle zum Prozess. 4-1 Aktoren

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1 Kapitel 4 Schnittstelle zum Prozess 4-1 Aktoren Begriffe: Aktor: dienst zur Einstellung eines Energie- oder Materiestroms Steller: bildet aus dem Reglerausgangssignal das Stellsignal Stellglied: greift in den Energie-/Materiestrom ein Energiesteller: steuert die Hilfsenergie Energiewandler: wandelt die Eingangsenergie in eine Energie um Signalverarbeitungskette Einteilung der Aktoren: elektromagnetische Aktoren, z.b. Elektromotor, Elektromagnet elektronische Aktoren, z.b. Transistor, Thyristor fluidtechnische Aktoren, z.b. Pneumatikventil, Hydraulikmotor unkonventionelle Aktoren, z.b. Piezoelement, Mikroaktor D/A Wandlung: Widerstandsnetzwerk Pulsweitenmodulation Elektromagnetische Aktoren: unbegrenzte Bewegung: Gleichstrommotor, Drehstrom-Asynchron Motor, Synchronmotor, Schrittmotor begrenzte Bewegung: Schwingankermotor, Tauchspulenmotor, Gleichstrommagnet, Wechselstrommagnet Fluidtechnische Aktoren: Ventile: stetige Ventile, unstetige Ventile Motoren: Translationsmotoren, Rotationsmotoren unkonventionelle Aktoren: Thermobimetalle, Memory Legierungen, elektro chemische Aktoren, Mikroaktoren, piezoelektrische Aktoren

2 intelligente Aktoren: beinhalten eigene Steuerungsintelligenz führen selbst Berechnungen für ihren Prozesseingriff durch werten direkt Sensorsignale aus, die für sie relevant sind Vorteile: dezentrale Intelligenz (weniger komplexe Steuerungsprogramme), geringere Busbelastung bedeutendster Vertreter: Servoantrieb 4-2 Sensoren

3 Einteilung Signalart: analoges Signal, binäres Signal, digitales Signal Systemfähigkeit: busfähiger Sensor, nicht busfähiger Sensor Funktionalität: Elementarsensor, integrierter Sensor, intelligenter Sensor

4 Kapitel 5 industrielle Kommunikation Zweck: Informationsaustausch: Messwerterfassung/-verarbeitung, Prozesssteuerung/-regelung, Betriebsdaten-/Maschinenerfassung, Fertigungssteuerung/-überwachung Werkzeuge: Telefon, Fax, , CD, Datennetz, Feldbussysteme

5 Arten von Bussystemen: teilnehmerorientierte Bussysteme, z.b. Profibus nachrichenorientierte Bussysteme, z.b. CAN(ControllerAreaNetwork) Buszugriffsverfahren: zufälliger Buszugriff: CSMA (Carrier Sense Multiple Access), jeder darf senden wann er will, Kollisionen werden entdeckt, bei Kollision Wiederholung Master/Slave: der Master legt fest, wer senden darf Token Prinzip: kontrollierter dezentraler Zugriff

6 Systeme: proprietäre Systeme: alle Komponenten von einem Hersteller, Kompatibilität gewährleistet offene Systeme: Komponenten von verschiedenen Herstellern, Kompatibilität? Hauptanforderungen an offene Kommunikationssysteme: Interkonnektivität: Verbindbarkeit, Geräte können prinzipiell Daten austauschen; Sicherung über Konformitätstest Interoperabilität: Geräte können aufgrund von definierten Profilen auf Anwendungsebene zusammenarbeiten; Test der Geräte in Referenz- Anlage Austauschbarkeit von Geräten verschiedener Hersteller bei gleichem Funktionsumfang

7 Echtzeitfähigkeit bei Ethernet: hohe Bandbreite reduziert die Kollisionsproblematik, für hohe Anforderungen nicht genug Software Lösung: Modifikationen auf höheren Protokollschichten (z.b Zeitscheibenverfahren, Max. Paketgröße) Hardware Lösung: Switching mit Priorisierung von Telegrammen Fehlersichere Kommunikation: Sicherheit bedeutet, Fehler zu erkennen und sicher zu reagieren

8 Sicherheit bedeutet nicht unbedingt, Fehler zu vermeiden/kompensieren Probleme bei bestehenden Analyseverfahren: numerische Probleme Komplexitätsprobleme exponentielle Rechenzeit speziell bei großen Telegrammlängen Kapitel 6 Maschinenautomatisierung mit SPS

9 Aufbau eines mechatronischen Produkts: mechanische Komponenten Aktoren, Sensoren informationstechnische Komponenten

10 Projekt: einmaliges, unter sich nicht wiederholenden Bedingungen abzuwickelndes Vorhaben

11 Programmierung einer SPS: Standard PC: unter Laborbedingungen Einfaches Handprogrammiergerät: auf der Baustelle Standard Laptop: auf der Baustelle

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13 Programmtests: Monitoring: Beobachten von Variablen und E-/A Peripherie Forcing: Direktes Setzen der E-/A- Peripherie oder der Variablen Probleme bei Inbetriebnahme: starker Termindruck hohe Kapitalbindung unzureichende Werkzeuge große Komplexität Technologievielfalt Baustellenbedingung

14 Forderung nach Methoden und Werkzeugen für die Inbetriebnahme, weil: ein hoher Anteil der Investitionskosten sind komplexitätsbedingt die Inbetriebnahmezeiten sind zu lang und werden von der AT bestimmt Kosten steigen, Termine werden verschoben, das Image verschlechtert sich Ansatzpunkte für die Inbetriebnahme: systematische Anforderungsanalyse systematische Softwareentwicklung Vorabtest von Maschinen- und Anlagenkomponenten Planung und Steuerung Unterstützung der Systemintegration durch Werkzeuge