Mechatronik

Der Einstieg in die Welt mechatronischer Systeme erfolgt an dieser Stelle über ein praktisches Beispiel, auf das in den Kapiteln des Buches Bezug genommen wird. Weitere Beispiele für mechatronische Systeme finden sich im Kapitel 4.

Analysiert man eine Vielzahl mechatronischer Systeme fällt auf, dass bei der Zerlegung von Gesamtsystemen immer wieder die gleichen mechanischen Teilsysteme und Baugruppen verbaut worden sind. Diese werden wie in Kapitel 1 beschrieben als Funktionseinheiten bezeichnet.

Für die Erfassung der Umgebungsbedingungen eines mechatronischen Systems, wie z. B. das Transportsystem aus Kapitel 1, werden verschiedene Sensoren eingesetzt. Hierzu könnte für die Ermittlung der Geschwindigkeit des Transportbandes ein inkrementaler Weggeber oder ein Tachogenerator eingesetzt werden. Um den Beladungszustand des Bandes zu erfassen, bieten sich Drucksensoren an. Für die genaue Position eines zu transportierenden Gegenstandes können kapazitive oder optische Näherungssensoren eingesetzt werden. Die Ausgangssignale der einzelnen Sensoren müssen zum Teil noch verstärkt werden, um anschließend für die Weiterverarbeitung in einer Steuerung oder Regelung des mechatronischen Systems zur Verfügung zu stehen.

Das Transportsystem aus Kapitel 1 ist ein typisches System, dass mit einer SPS gesteuert werden kann, da Systemerweiterungen jederzeit möglich sind. Die SPS übernimmt die Kontrolle der Umgebungssensoren und leitet daraus die Regelung des Systems her. Am Beispiel des Temperaturfühlers des Elektroantriebs soll eine Aufgabe der SPS näher erläutert werden.

Um in größeren Unternehmen die komplexen Informationsströme in den Griff zu bekommen werden innerhalb des gesamten automatisierten Bereichs verschiedene Hierarchieebenen gebildet. Der Informationsaustausch erfolgt innerhalb und zwischen den einzelnen Hierarchieebenen d. h. vertikal und horizontal. Jeder Hierarchieebene wird eine weitere Ebene zugeordnet, welche die Anforderungen an die Kommunikation festlegt. Da die unterschiedlichen Kommunikationsaufgaben nicht mit einem Netz gelöst werden können, wurden verschiedene Kommunikationssysteme entwickelt.

Die Robotertechnik ist ein Teil der Automatisierungstechnik. Infolge der steigenden Automatisierung der Betriebe wurde es nötig, flexible Bewegungsautomaten zu entwickeln, welche die häufig monotonen, gefährlichen oder besonders schnellen Bewegungen dem Menschen abnehmen. Die Einführung von Robotersystemen erfolgte in drei Entwicklungsgenerationen.

Regelungen kommen an vielen Stellen in mechatronischen Systemen vor. In der Förderanlage aus Kapitel 1 muss z. B. die Geschwindigkeit des Bandes geregelt werden. Die Kernaufgabe in der Regelungstechnik besteht darin, für eine bestimmte Regelungsaufgabe den geeigneten Regler auszuwählen und die Parameter anzupassen.

In den vorangegangenen Kapiteln 2 bis 7 wurden Teilsysteme, Baugruppen und Bauelemente von mechatronischen Systemen vorgestellt und erläutert. Um eine betriebliche Aufgabenstellung wie die Konstruktion, die Reparatur oder die Änderung eines mechatronischen Systems möglichst optimal zu planen und auszuführen, müssen die Teilsysteme technologisch möglichst optimal aufeinander abgestimmt sein. Ein weiterer wesentlicher Punkt bei der Synthese des Systems ist die wirtschaftliche Realisierbarkeit. Da bei der Auswahl der Teilsysteme häufig eine Vielzahl von Lösungen zur Realisierung der Teilfunktionen möglich sind, soll an dieser Stelle ein Verfahren zur methodischen Synthese mechatronischer Systeme beschrieben werden, welches sich an der VDI-Richtlinie 2221 „Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte“, 2222 „Konzipieren technischer Produkte” und 2225 „Technisch-wirtschaftliches Konstruieren“ orientiert.

Die Inbetriebnahme eines mechatronischen Systems gliedert sich in mehrere Phasen.