Grundlagen Automatisierung

Ein umfassendes Buch über Automatisierung zu schreiben, ist ein schwieriges Unterfangen. Daher haben sich die Autoren auf einen kleinen Bereich, die Fertigungsautomatisierung, konzentriert. Das Kapitel Grundlagen zur Automatisierung zeigt die Bereiche auf, in denen Automatisierung durchgeführt wird und wie der Inhalt des Buches entsprechend der Automatisierungspyramide bzw. der Struktur der Leittechnik einzuordnen ist. Dabei werden ausgehend von den wirtschaftlichen Erfordernissen Konzepte der modernen Fertigung vorgestellt und die Aufgaben, die sich daraus für die Automatisierung ergeben abgeleitet. Am Beispiel eines flexiblen Fertigungssystems werden die funktionale Struktur und die Teilsysteme eines Betriebsleitsystems herausgearbeitet. Anhand eines Praxisbeispiels, der Herstellung von Schlüsseln, erfolgt die Darstellung, wie sich aus einem zu fertigenden Produkt und der daraus abgeleiteten Fertigungstechnologie eine mögliche Struktur der Fertigungsanlage ergibt. Am Ende des Buches wird dieses Konzept noch einmal aufgegriffen und für einzelne Elemente der Fertigungsanlage die Umsetzung der Automatisierung erläutert, bei der das in dem Buch gelernte zur Anwendung kommt.

Sensoren sind die Sinne einer Steuerungs- oder Regelungseinheit. Sie stellen nachgeordneten Baugruppen erfassend oder messend Informationen – in der Regel in Form von elektrischen Signalen – über Veränderungen in technischen Systemen zur Verfügung. Hauptaufgabe der Sensorik ist es also, diese Informationen in elektrische Signale umzuwandeln. In diesem Kapitel werden demzufolge zunächst einige Prinzipien für diese Umwandlung dargestellt. Anschließend werden einige für die Automatisierungstechnik typische Sensoren erläutert und Überlegungen für ihren Einsatz exemplarisch beschrieben.

Eine Regelung wird überall dort eingesetzt, wo eine reine Steuerung nicht ausreicht, um die gewünschte Genauigkeit einer oder mehrerer Größen einzuhalten. Die Aufgabe einer Regelung besteht in der fortwährenden automatischen Angleichung der zu regelnden Größen an vorgegebene Sollwerte. Voraussetzung für die Konzeption und Auslegung von Regelungen ist die Kenntnis der einzelnen Komponenten einer Regelung und ihres Zusammenwirkens.

Dieses Kapitel befasst sich zunächst mit den Grundbegriffen, der grafischen Darstellung und möglichen Beschreibungsformen von Regelkreisgliedern und Regelungen. Die Einstellung der Regler beeinflusst ganz wesentlich das Verhalten der Regelung. Anforderungen, Beurteilungskriterien und Einstellung von Reglern werden hier einführend behandelt.

Am Beispiel der Regelung elektrischer Antriebe wird das Thema weiter vertieft. Vom regelungstechnischen Modell des Motors ausgehend wird die typische Regelungsstruktur aus Stromregelung, Drehzahlregelung und Lageregelung betrachtet.

Steuerungen werden in der Fertigungs-, Montage- und Transporttechnik gewählt, wenn der aufgabengemäß zu beeinflussende Teil der Anlage stabil ist und nur erfassbare Störgrößen auftreten. Daher findet die Steuerungstechnik in der Fertigungsautomatisierung eine breite Anwendung. Das Kapitel Steuerungstechnik beginnt mit einer Klassifizierung der unterschiedlichen Steuerungen, anhand welcher folgend auf einzelne genauer eingegangen wird. Dabei kommen gleichzeitig mögliche Darstellungsmittel, die bei dem Entwurf von Steuerungen Verwendung finden, zum Einsatz. Als Grundlagen der Steuerungstechnik erfolgen Abhandlungen über Zahlensysteme und Codierungen sowie über die Schaltalgebra. Ausführlich werden grundlegende Funktionen zur Verarbeitung binärer Signale sowohl mittels elektrischer und fluidischer Steuerungen als auch für die Programmierung Speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) vorgestellt. Kleine Lehrbeispiele zeigen deren Anwendung. Ein Abschnitt widmet sich kurz den verbindungsprogrammierten Steuerungen. Ausführlich erfolgt die Beschreibung der Speicherprogrammierbaren Steuerungen, deren Aufbau, Arbeitsweise und Programmierung. Darauf aufbauend wird die Fertigungsanlage aus Kapitel eins zur Herstellung der Schlüssel wieder aufgegriffen und einer Automatisierung zugeführt. Es erfolgt die Auswahl eines Hardwarekonzeptes einer SPS und die Programmierung einzelner Abläufe. Das Kapitel endet mit Ausführungen zur Maschinensicherheit entsprechend der Maschinenrichtlinie.