Prozeßautomatisierung

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1 Prozeßautomatisierung Aufgabenstellung, Realisierung und Anwendungsbeispiele Von Dr.-Ing. Gunter Bolch Universität Erlangen-Nürnberg und Dipl.-Inform. Martina-Maria Seidel, Berkeley 2., überarbeitete und erweiterte Auflage B.G.Teubner Stuttgart 1993

2 Inhalt 1 Einleitung 13 2 Automatisierung technischer Prozesse Entwicklung der Prozeßautomatisierung Klassifizierung und Identifikation technischer Prozesse Definitionen Klassifizierung technischer Prozesse Einteilung nach dem transportierten/umgeformten Medium Einteilung nach Zeit- und/oder Ortsabhängigkeit der Prozeßgrößen * Mathematische Modelle (Prozeßmodelle) Beschreibung kontinuierlicher Prozesse durch Differentialgleichungen Beschreibung kontinuierlicher Prozesse durch Zustandsdifferentialgleichungen Beschreibung kontinuierlicher Prozesse durch Übertragungsfunktionen Beschreibung kontinuierlicher Prozesse mit Testsignalen * Prozeßidentifikation Theoretische Analyse Experimentelle Analyse Aufgaben der Prozeßautomatisierung Datenerfassung Ablaufbeschreibung für die Datenerfassung Analogwerterfassung Digitalwerterfassung Auswertung ( Datenreduktion") Überwachung Betriebsprotokolle Schematische Prozeßabbildung 64

3 10 Inhalt Störungserfassung und -analyse Steuerung Anfahrvorgang einer Pumpe Positionierung einer Säge Steuerung einer Malztransportanlage Programmierbare Steuerungen Regelung P-Regler, PI-Regler und PID-Regler Realisierung eines PID-Reglers auf dem Rechner Abtastregelung Fuzzy Regelung (Fuzzy Control) Adaptive Regelung Beispiel: Die automatische Regelung in Destillationskolonnen Führung Führung nach Festprogramm Sollwertführung nach Prozeßgleichungen Führung nach Prozeßgleichungen unter zusätzlicher Verwendung mathematischer Prozeßmodelle Optimierung Mathematische Formulierung eines Optimierungsproblems Lineare Optimierung Nichtlineare Optimierung Diskrete (ganzzahlige) Optimierung Stochastische Suchverfahren * Dynamische Programmierung Rechensysteme in der Prozeßautomatisierung Verschiedene Prozeßkopplungsarten Kein Prozeßrechnereinsatz Indirekte Prozeßkopplung (off-line-betrieb) Dialogbetrieb (in-line-betrieb) Direkte Prozeßkopplung (on-line-betrieb) Betriebssicherheit und Zuverlässigkeitsanforderungen Begriff der Verfügbarkeit Verfügbarkeit in zusammengesetzten Systemen Konfigurationen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit Struktureller Aufbau von Automatisierungssystemen Struktur konventioneller Automatisierungssysteme 144

4 3.3.2 Zentraler Prozeßrechner Rechnereinsatz mit redundanten Einzelgeräten ( Back-up- Geräte") Doppelrechnersystem Verdopplung der Einzelwerke eines Rechensystems Dreirechnersystem Dezentrale Prozeßrechensysteme Bus-Struktur Ring-Struktur Stern-Struktur Netz-Struktur Hierarchische Systemstruktur 153 Prozeßrechner-Aufbau (Hardware und Peripherie) Grundaufbau eines Rechners Rechnerkern Hauptspeicher Busse - Verbindungswege im System Basisfunktionen eines Bussystems Erscheinungsformen von Bussystemen FDDI - Das Ethernet der 90er Jahre Peripherie von Prozeßrechnern Übertragungsperipherie Signalperipherie Speicherperipherie Benutzerperipherie 172 Software in Prozeßautomatisierungssystemen 175 Echtzeitbetriebssysteme Aufbau eines Betriebssystems Aufgaben eines Betriebssystems Taskverwaltung Kommunikation und Synchronisation Speicherverwaltung Zeitverwaltung Unterbrechungsbearbeitung Fehlerbehandlung Echtzeitbetrieb (Realzeitbetrieb) Beispiele für Echtzeitbetriebssysteme Das PEARL-Betriebssystem

5 12 Inhalt Ein Echtzeitbetriebssystem für den Einsatz bei Spektralanalysen Weitere Echtzeitbetriebssysteme Programmiersprachen für Prozeßrechner Anforderungen an Prozeßprogrammiersprachen Arten von Prozeßprogrammiersprachen Programmierbeispiele Beispiele in PEARL Steuerung eines Bohrers Steuerung einer Werkzeugmaschine Beispiele in ADA Beispiele in Modula Ausblick Glossar / Definitionen 230 Monographien, Bücher 236 Index 242