| 1.1. Grundlagen der Automatisierungstechnik - Messen Steuern Regeln |
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Letztmalig dran rumgefummelt: 11.11.23 10:49:47 |
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Elektrische Steuer- und
Regeleinrichtungen lassen sich der Informationselektrik zuordnen. Sie dienet
der Gewinnung, Übertragung, Verarbeitung und Nutzung nicht willkürlich
änderbarer Signale Damit grenzen sie sich gegenüber der Nachrichtentechnik
ab, die sich mit willkürlich änderbare Signalen befasst. Eine enge Bindung
ergibt sich zu elektrischen Meßtechnik und zur elektrischen Rechentechnik in
dem Maß, wie Analogrechner und Digitalrechner in die
Informationsverarbeitung ein bezogen werden. Bausteine, Geräte und Einrichtungen der elektrischen Steuerungs- und Regelungstechnik wirken auf vielfältige Weise mit Geräten und Maschinen der Leistungselektrik zusammen. Dabei ist es ihr( Aufgabe, diese nach vorgegebenen Parametern bzw. Algorithmen zu steuern, zu regeln und zu über. wachen. Sie dienen damit der Mechanisierung um Automatisierung technologischer Prozesse, indem der Bedienende zeitweise oder ganz von körperlich schweren, gefährlichen oder monotonen Steuer- und Kontrollaufgaben befreit wird und sich einer höherwertigen Betätigung, z. B. der Optimierung dieses Prozesse, widmen kann. Dieses Gebiet der Steuerung, Regelung und Überwachung industrieller Prozesse wird auch als Automatisierungstechnik bezeichnet. |
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1. Begriffswelt der Automatisierungstechnik 2. Steuerstrecke 3. Regelkreis 4. Elektronisches Messen - Signalverarbeitung - Sensorik & Aktorik 5. Automatentheorie 6. Messen, Steuern & Regeln mit Mikrocontrollern 7. Verwandte Themen |
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Linksammlung zur Automatisierugstechnik | ||||||
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Beispiele für Steuerketten und Regelkreise
Die bisherigen Betrachtungen sollen anhand von Beispielen verdeutlicht
werden. So wird oft die Aufgabe gestellt, die Temperatur in einem elektrisch
beheizten Raum möglichst konstant zu halten. Dafür kann sowohl eine
Steuerung als auch eine Regelung eingesetzt werden. Beispiele für elektrische Steuerungen
In jedem Fall liegen offene Wirkungsketten vor, sie führen von Eingabegliedern über Glieder der Informationsverarbeitung zu Ausgabegliedern. Eine klare Abgrenzung gegenüber der Regelung ist fast stets vorhanden. Beispiele für Regelungen
In allen Fällen liegen geschlossene Wirkungsabläufe vor. Dazu ist es bei elektrischen Regelungen notwendig, die Regelgröße durch ein elektrisches Signal darzustellen (abzubilden). Enthält die zu regelnde Anlage nur Zeigermeßwerke, so können diese mit geeigneten Zusatzeinrichtungen (Zeigerabgriffen) ausgestattet werden. |
| 1. Begriffe der Automatisierungstechnik |
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Charakteristisch für eine
Steuerung ist der - im Gegensatz zur Regelung - nicht geschlossene
Wirkungsweg. Bei einer Handsteuerung übernimmt der Mensch ständig die
Aufgabe eines Gliedes im Wirkungsweg. dem Begriff Steuerung sind meist
selbsttätige Steuerungen - bei denen alle Vorgänge durch Geräte ausgeführt
werden - gemeint. Eine Führungssteuerung liegt vor, wenn das Stellglied nach
einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit in Abhängigkeit von einer gemessenen
Führungsgröße betätigt wird. Eine andere Art der Steuerung ist die
Programmsteuerung. Diese kann eine Zeitplan Steuerung oder eine
Ablaufsteuerung sein. Beiden gemeinsam ist ein festliegendes (gespeichertes)
Programm. Der Zeitplangeber, z. B. eine Schaltuhr, muss durch ein
Auslösesignal gestartet werden. Bei der Ablaufsteuerung hängt der Verlauf
der gesteuerten Größe von anderen Größen der Steuerung entsprechend dem
gespeicherten Programm ab. Die Steuerung über größere Entfernungen (Umspann Station, unbemannte Stationen, Satelliten usw.) ist ein besonderes Gebiet der Steuerungstechnik. Solche Steuerungen sind meist mit Überwachungseinrichtungen, wie Fernmeßeinrichtungen und Grenzwertmeldern, gekoppelt. |
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Wirkungsglieder Betrachtet man die Struktur von Steuerungen und Regelungen nur hinsichtlich
ihres Informationsflusses und sieht von der Art der Versorgungsenergie, der
konstruktiven Gestaltung und der gerätemäßigen Zusammenfassung ab, so erhält
man eine allgemeine wirkungsmäßige Darstellung in Form von Signalflussbildern,
unabhängig davon, aus welchen Baugruppen oder Geräten die betreffende
Einrichtung aufgebaut ist. Signalflussbilder sind Zusammenschaltungen von
Wirkungsgliedern (Gliedern) in Reihen-, Parallel- oder Kreisstruktur. Alle .
anderen Strukturen lassen sich auf diese 3 Grundtypen zurückführen. Signale
können im Signalflussbild ohne Änderung ihrer Parameter verzweigt oder in
Additionsstellen zusammengeführt werden.
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| 2. Steuerstrecke |
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Das Steuern (die Steuerung) ist ein Vorgang in einem abgegrenzten technischen System, bei dem aufgrund einer gewünschten Gesetzmäßigkeit bestimmte Eingangsgrößen auf eine oder mehrere Ausgangsgrößen zielgerichtet einwirken. Dabei liegt allgemein eine kettenförmige Anordnung der Wirkungsglieder vor. unten zeigt eine solche Steuerkette. Die Glieder der Steuerkette sind in Reihe geschaltet (Reihenstruktur); die Glieder des Steuerstranges wirken über den Stellantrieb auf das Stellglied. Dort erfolgt die Einwirkung auf das gesteuerte Objekt. Die Eingabeglieder von Steuerungen sind in Abhängigkeit vom Typ der Steuerung und von der Aufgabenstellung unterschiedlich; bei Führungssteuerungen und bestimmten Ablaufsteuerungen sind es Meßeinrichtungen. | ||||
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Die Straßenbeleuchtung kann mit einer Schaltuhr zu bestimmten Zeiten
ein- und ausgeschaltet werden. Dem jahreszeitlichen Gang der Tag- und
Nachtlänge konnte man durch besondere Schaltuhren begegnen, deren
Schaltprogramm sich im Laufe des Jahres verändert. Andere Einflussgrößen, wie z. B. die Bewölkungsdichte, können mit einer
Zeitplansteuerung grundsätzlich nicht erfasst werden. Dieser Nachteil der
Zeitplansteuerung fällt bei anderen Anwendungen, wie der Steuerung von
Waschmaschinen, elektrolytischen Bädern, Reklamebeleuchtung, des Einkochens
von Konserven u. ä., nicht so sehr ins Gewicht. Führungssteuerung
Die Zeitplansteuerung der Straßenbeleuchtung hat den Nachteil, dass große
Energiemengen durch zu frühes Einschalten und zu spätes Ausschalten
verlorengehen, während im umgekehrten Fall die Unfallgefahr steigt. Diese
Nachteile lassen sich vermeiden, wenn die Tageshelligkeit den Schaltzustand
der Straßenbeleuchtung steuert. Man erhält dann eine Führungssteuerung. Bild
8.103. zeigt das Prinzip eines Dämmerungsschalters. Führungsgröße ist die
Helligkeit. Ablaufsteuerung Zur Erläuterung einer automatischen Ablaufsteuerung sei das programmgemäße Füllen zweier Behälter herangezogen. Es möge folgende Aufgabe bestehen: Behälter Bl soll vorrangig über Ventil Vl gefüllt werden, Behälter B$ über Ventil V$ erst dann, wenn Behälter Bl gefüllt ist. Nach Füllung beider Behälter soll das Hauptzuflussventil Vs geschlossen werden. Die Fühler Fl und Fa geben bei vollen Behältern ein Signal (L) ab. Die Ventile öffnen, wenn das Signal (L) erscheint. Bild 8.105. zeigt schematisch, wie diese Aufgabe mit logischen Verknüpfungselementen gelöst werden kann. |
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man unterscheidet offene und geschlossene Steuer automatische Steuerungen | ||||
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| 3. Regelkreis |
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Regeln ist der ständige Soll- Istwert-Vergleich und die Korrektur der Regelabweichung. Das Regeln (die Regelung) ist Steuern mit einer speziellen Rückführung, durch die die gesteuerte Größe fortlaufend mit der Führungsgröße verglichen und ihr durch einen Stellvorgang angeglichen wird. Damit ist die Regelung eine besondere Form der automatischen Steuerung in einem geschlossenen Wirkungsablauf, dem Regelkreis (Bild unten). Die gesteuerte Größe wird zur Regelgröße, und die Regeleinrichtung (der Regler) bildet aus der Regelabweichung x d. h. der Differenz aus Regelgröße x und Führungsgröße w, eine geeignete Stellgröße, die über die Stelleinrichtung als Streckenstellgröße es auf das geregelte Objekt einwirkt. Die Wirkung erfolgt so, dass die Regelabweichung verringert und nach Möglichkeit zu Null gemacht wird. Voraussetzung ist allerdings, dass die Regelgröße überhaupt der Messung zugänglich ist. Störgrößen z, die auf Glieder im Wirkungsweg einwirken, werden ausgeregelt, soweit dies der Stellbereich der Steileinrichtung zulässt. Durch das Zeitverhalten der Glieder im Regelkreis bedingt, können bei Regelungen Stabilitätsprobleme auftreten. | ||||
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Ein- und Mehrpunktregelungen: |
| 4. Elektronisches Messen - Signalverarbeitung: Sensorik & Aktorik |
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Messen ist der Vergleich
einer physikalischen Größe mit ihrer Einheit - also ist zu ermitteln, wie
viele male haben wir die "Bezugseinheit" vorliegen. Die Angabe
"drei Meter" besagt folglich, dass die Bezugsgröße Meter drei mal vorliegt.
Das gilt auch für negative Gößen, denn - 3 Meter beschreibt mir, dass zu
einem definierten Punkt auf einer Geraden (das muss nicht unbedingt 0 sein!)
eben drei Meter fehlen!!! Komplex ist die Sache mit den Meßwerten sowie der Information. Primär liegt auf einem Meßwert keine Information, dazu bedarf es einer Umcodierung. Der Druck in einem Behälter beschreibt primär lediglich einen Zustand. Nimmt man jedoch auf Basis von Erfahrung das Wissen dazu, dass ab einem bestimmten Druck der Behälter platzt, wird dann schon eine Information erfasst. |
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| 5. Automatentheorie |
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| 6. Messen, Steuern & Regeln mit Mikrocontrollern |
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| 7. Verwandte Themen |
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Was ist alles mit dem Betriebssystem eines Microcomputers verwandt? Antwort: faktisch der gesamte Bereich der Digitalelektronik und sowieso die gesamte Technik der Software-Technologie der Vergangenheit, Gegenwart sowie zumindest der nächsten Zukunft. | ||||||||||||||||||
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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha | © Frank Rost im April 2006 |
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... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehmen ;-) „Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“ Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist |
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Diese Seite wurde ohne Zusatz irgendwelcher Konversationsstoffe erstellt ;-) |
