Automatisierungs- und Elektrotechnik an der Hochschule Anhalt

Karteikarten und Zusammenfassungen für Automatisierungs- und Elektrotechnik an der Hochschule Anhalt

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1. a) Was versteht man unter dem Begriff Automatisieren?

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1. b) Was versteht man unter dem Begriff Automat?

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1. c) Definieren Sie den Begriff Prozess

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1. d) Was versteht man unter dem Begriff Leiten bzw. Prozessführung?

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1. e) Was versteht man unter dem Begriff Prozessleitsystem (o.a. Leiteinrichtungen/Automatisierungssystem)?

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1. f) Was versteht man unter Prozessleittechnik?

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2. a) Was sind die allgemeinen Ziele der Automatisierungstechnik?

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2. b) Was sind die speziellen (technischen) Ziele der Automatisierungstechnik?

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5. Welchen Unterschied gibt es zwischen Regeln und Steuern?

Charakterisieren Sie diesen.

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9. Welche Funktionen hat die Leittechnik aus informationstechnischer Sicht auszuführen?

Beschreiben Sie diese.

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10. Erläutern Sie allgemein mögliche Strukturen eines Automatisierungssystems.

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15. Erläutern Sie die Funktionen eines Prozessmessgerätes bestehend aus Sensor und Messumformer.

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Automatisierungs- und Elektrotechnik

1. a) Was versteht man unter dem Begriff Automatisieren?

Definition Automatisieren (DIN 19233):

- Automatisieren heißt künstliche Mittel einsetzen, damit ein Vorgang automatisch abläuft.

- bei einer Anlage bedeutet dies, sie mit Automaten so auszurüsten, dass sie automatisch arbeitet.

--> Die Automatisierung ist das Ergebnis des Automatisierens

Automatisierungs- und Elektrotechnik

1. b) Was versteht man unter dem Begriff Automat?

Definition Automat (DIN 19233):

--> Ein Automat ist ein künstliches System, dass selbsttätig ein Programm befolgt

--> Aufgrund des Programms trifft das System Entscheidungen, die auf der Verknüpfung von Eingaben mit den jeweiligen Zuständen des Systems beruhen und Ausgaben zur Folge haben

Automatisierungs- und Elektrotechnik

1. c) Definieren Sie den Begriff Prozess

Definition Prozess (DIN 19 222):

--> Ein Prozess ist eine Gesamtheit aufeinander einwirkender Vorgänge in einem System, durch die Materie, Energie oder auch Information umgeformt, transportiert oder auch gespeichert wird.

Automatisierungs- und Elektrotechnik

1. d) Was versteht man unter dem Begriff Leiten bzw. Prozessführung?

Leiten bzw. Prozessführung:

--> Gesamtheit aller Maßnahmen, die einen, im Sinne festgelegter Ziele, erwünschten Ablauf eines Prozesses bewirken.


--> Gestaltung und Beherrschung des Verhaltens eines Prozesses durch zielgerichtete technische Maßnahmen sowie durch die Tätigkeit der Anlagenfahrer


--> Änderung oder Aufrechterhaltung des Prozesszustandes in einer Weise, dass trotz einwirkender Störungen der aufgabengemäß erwünschte Zustandsverlauf bei sicherem Betrieb erreicht wird.


Automatisierungs- und Elektrotechnik

1. e) Was versteht man unter dem Begriff Prozessleitsystem (o.a. Leiteinrichtungen/Automatisierungssystem)?

Das Prozessleitsystem (PLS):

--> ist ein Automatisierungssystem bzw. eine Leiteinrichtung mit dem Einsatzschwerpunkt verfahrenstechnische Industrie.



Leiteinrichtungen:

--> integrieren alle für das Leiten verwendete Geräte und Programme

--> technische Mittel von der Messwerteerfassung, Stellwertausgabe bis zur Prozessvisualisierung

- Hardware

- Software

- Methodische Mittel



--> Das Ausrüsten eines Prozesses mit einer Leiteinrichtung wird häufig auch als Prozessautomatisierung bezeichnet.

Automatisierungs- und Elektrotechnik

1. f) Was versteht man unter Prozessleittechnik?

Prozessleittechnik:

--> Mittel und Verfahren, die dem Messen, Steuern, Regeln und Überwachen verfahrenstechnischer Anlagen dienen


--> Heute steht diese Bezeichnung für die ganzheitliche Betrachtung von Aspekten der Mess-, Steuer-, Regelungs- und  Informationstechnik und Informatik sowie der informationsorientierten Betrachtung von industriellen Produktionsprozessen


Automatisierungs- und Elektrotechnik

2. a) Was sind die allgemeinen Ziele der Automatisierungstechnik?

Allgemeine Ziele:


1. Steigerung der Qualität

(vom Markt gefordert)

2. Humanisierung

(um Gesundheitsrisiken und eintönige Arbeit zu reduzieren)

3. Sicherheit

(des Prozessablaufs)

4. Rationalisierung

(Steigerung Produktivität)

Automatisierungs- und Elektrotechnik

2. b) Was sind die speziellen (technischen) Ziele der Automatisierungstechnik?

Spezielle Ziele:


1. Aus Kenntnis der:

- Istwerte

(Werte von Messgrößen)

und

- Sollwerte (vorgegebene Werte dieser Größe)


--> auf die Stellgeräte (Aktoren) so einwirken, dass der Ablauf des Prozesses im bestimmungsgemäßen (sicheren) Zustand abläuft 

Automatisierungs- und Elektrotechnik

5. Welchen Unterschied gibt es zwischen Regeln und Steuern?

Charakterisieren Sie diesen.

1. Unterschied im Vorgang:


Steuerung --> eine oder mehrere Eingangsgrößen beeinflussen die Ausgangsgrößen eines Systems nach vorgegebenen Gesetzmäßigkeiten


Regelung --> zu regelnde Größe (Regelgröße/ Istwert) wird fortlaufend erfasst, mit Fürhungsgröße (Sollwert) verglichen; und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße, durch Ausgabe der Stellgröße, beeinflusst wird --> Messen, Vergleichen, Stellen



Eigenschaften:


Steuerung --> offener Wirkungsweg; ohne Rückkopplung der Ausgangsgröße


Regelung --> geschlossener Wirkungskreis (bei dem die Regelgröße fortlaufend sich selbst beeinflusst); Rückführung mit Vorzeichenumkehr (Gegenkopplung)

Automatisierungs- und Elektrotechnik

9. Welche Funktionen hat die Leittechnik aus informationstechnischer Sicht auszuführen?

Beschreiben Sie diese.

Die Funktionen lassen sich in: Informationen gewinnen, übertragen, verarbeiten (speichern), nutzen (im Prozess) und darstellen unterteilen,



1. Informationsgewinnung (IG)

--> allg.: Bereitstellung von Informationen über den Prozess und das ProduktMesswerterfassung/Sensorik

- Messung physikalischer/technischer und nichttechnischer Größen – technische Mittel zur Realisierung sind Geber, Messfühler, Zähler usw.

- Umformung physikalisch/technischer Größen in Einheitssignale, in Signale mit anderen Signalträgern – technische Mittel zur Realisierung: Messumformer, Wandler


2. Informationsübertragung (IÜ)

--> allg.: Informationstransport zwischen den Systemen und Geräten der Prozessleittechnik (Kommunikation)

- Signalübertragung – technische Mittel zur Realisierung: Leitungen, Verstärker, Filter, …

- Organisation des Datenaustausches – d.h. Signalformatierung, Kodierung, Buszugriffssteuerung, Fehlererkennung und -Behandlung, Adressierung, Routenwahl u.v.a.m.


3. Informationsverarbeitung (und Speicherung) (IV)

--> allg.: Prozessdatenverarbeitung zwecks direkter und indirekter Prozessbeeinflussung

- Grenzwertüberwachung – Überprüfen bestimmter Größen auf die Einhaltung vorgegebener Werte – Schwellwertschalter

- Regelung/Steuerung physikalisch/technischer oder nichttechnischer Größen – Regler, Rechenglieder, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Einrichtungen für Soll-/Istwert Vergleich

- Steuerung industrieller Prozesse/Abläufe (Binärsteuerung) – Steuerungsbaugruppen, Zähler, Schaltverstärker, Relais, Speicherprogrammierbare Steuerungen

- komplexe Rechnungen/Optimieren 

  – Optimieren: Maßnahmen zur Erzeugung einer solchen Wirkungsweise eines Prozesses, dass ein oder mehrere Gütekriterien Extremwerte annehmen 

  – Prozessrechner, Arbeitsplatzrechner, ...

- Aufzeichnen und Protokollieren – Festhalten von Größen zum Weiterverarbeiten oder zur Dokumentation und Wiedergabe in Form eines Protokolls



4. Informationsnutzung durch den Prozess (IN)

--> allg.: Aufprägung von Informationen auf den zu beeinflussenden Prozess

- Ansteuerung von Stelleinrichtungen (Stellen) 

   – Verändern von Masse-, Energie- und Informationsflüssen mit Hilfe von Stellgliedern (Aktoren) 

   – Leistungsverstärker, Stellantriebe einschl. Positioniereinrichtungen, Ventile

- Sichern und Schützen 

   – Einwirken auf den Prozess, sodass er keinen schädigenden oder störenden Zustand einnimmt 

   – Schädigung bezieht sich auf den Menschen, die Anlage, die Umwelt, das Produkt



(Zusatz):

5. Dialog zw. Mensch und Anlage

--> allg.: Informationsdarstellung für den Bediener (Visualisierung) und Informationseigabe durch den BedienerMensch-Maschine-Kommunikation (MMK)

- Messwertanzeige

   – z.B. durch Monitore

- Grenzwertanzeige, Meldung 

   – optische und akustische Alarmeinrichtungen, Farbumschlag und Blinken (insbes. bei Bildschirmdarstellung), Rotdruck (insbesondere bei Druckern)

- Stellwert- und Parametereingabe (Eingreifen und Bedienen) 

   – Einwirken des Menschen auf die Leiteinrichtung oder auf die Stellglieder des Prozesses – Leitgeräte, Bediengeräte wie Taster, Schalter, Schlüsseltaster, Potentiometer, Tastaturen, Lichtgriffel, ‚Pencil‘, Maus

- Informationsrepräsentation 

   – Darstellung der Informationen in einer für den Menschen erfassbaren Form 

-  wichtig für komplexe Systeme

   - Entscheidungshilfe 

  – Unterstützung des Menschen beim Treffen von Entscheidungen vor dem Einwirken auf die Leiteinrichtung 

  – durch geeignete Informationsdarstellung und Abgabe von Handlungsempfehlungen

Automatisierungs- und Elektrotechnik

10. Erläutern Sie allgemein mögliche Strukturen eines Automatisierungssystems.

a) Parallele Systeme

- mit pneumatischer oder elektrischer Hilfsenergie betrieben 

- Einzelgerätetechnik, bei der jeder Teilprozess mit einer eigenen Regel- oder Steuereinrichtung verbunden ist → Kompaktregler für jeden Regelkreis, der Regler, Anzeiger oder Schreiber und Leitgerät in sich vereinigt 

- Da das PLT-System entkoppelt ist, führt ein Reglerausfall meist nicht zu einer Störung des Prozesses. 

- Gesamtprozess und sein Zustand kann weder überwacht noch beeinflusst werden – Überwachung und Führen einer sehr großen Anzahl von Regelkreisen → Probleme in Anordnung und Übersichtlichkeit in zentralen Leitständen, Verkabelungsaufwand



b) Dezentrale Syteme

Struktur des „modernen“ Prozessleitsystems:

- digital arbeitend, echtzeitrechnend 

- Steuer- und Regelfunktionen liegen über die Anlage verteilt vor (prozessnahe Komponenten mit eigenständiger Steuer- und Regelfunktionalität, auch wenn zusätzlich ein zentraler Prozessor in der Leitwarte implementiert ist) 

- Kommunikation über Bussysteme 


--> durch Verteilung der Funktionalität auf die dezentralen Komponenten: 

- Reduktion des Verkabelungsaufwandes 

- sehr viele Möglichkeiten der Strukturierung 

- Dezentrale Systeme lassen sich der Struktur des Prozesses gut anpassen 

- hohe Flexibilität (z.B. bei Erweiterungen) 

- Kostensenkungen → dezentrale Komponenten sind billiger 

- Bei einem Ausfall ist nur ein Teilprozess gestört → höhere Verfügbarkeit 

- geringere Projektierungs- und Betriebskosten 

- schnellere Realisierung 

- höhere Diagnosefähigkeit



c) Zentrale Systeme:

(60er Jahre)

- alle Regelkreise von einem Prozessrechner zyklisch bearbeitet 

- Kommunikation über Bildschirme 

- Großteil der Informationen in der Warte verfügbar 

- Jede Sensor- und Aktorleitung musste zum Zentralrechner geführt werden. 

- aufwendige und nicht absolut störungsfreie, zentrale Komponenten


--> Freie Programmierbarkeit

- keine Grenzen aber auch viele Fehlermöglichkeiten

- Spezialisten erforderlich


- bei jeder Störung --> Abstellen gesamter Anlage


(Heute)

-  leistungsfähige Redundanzmaßnahmen integriert

Automatisierungs- und Elektrotechnik

15. Erläutern Sie die Funktionen eines Prozessmessgerätes bestehend aus Sensor und Messumformer.

  • dient der Informationsgewinnung


  • Sensor + Messumformer (meist mikroprozessor-basiert → intelligentes Messgerät) 


  • Das Messgerät wandelt die zu messende physikalische, chemische oder biologische Größe in eine zur Weiterverarbeitung geeignete Form (elektrisches Signal). 


  • Das Sensorelement liefert dabei ein entsprechendes Ausgangssignal in Abhängigkeit vom gemessenen Wert


  • Informationsträger des analogen elektrischen Signals kann z.B. eine Spannungsamplitude oder ein Stromsignal sein. 


  • Zur weiteren Übertragung und Verarbeitung erfolgt die Wandlung in ein Einheitssignal (z.B. 4…20 mA), das die Eingangsgröße für nachgeschaltete Geräte ist.

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