Einführung in Leittechnik, Robotik und Automatisierung

Grundlagen der Leittechnik und Automatisierung

Die Leittechnik umfasst alle Verfahren und Geräte zur Automatisierung von Maschinen und Prozessen. Ein automatisches System zielt darauf ab, die Funktionen einer Maschine oder eines Prozesses durch die Minimierung des menschlichen Eingriffs – sowohl in körperlicher als auch in geistiger Hinsicht – zu steuern.

Bei halbautomatischen Systemen besteht weiterhin die Notwendigkeit menschlicher Eingriffe bei bestimmten Aktionen, die die Maschine oder das Verfahren ausführt.

Die Herkunft des Begriffs Roboter

Der Begriff Roboter stammt ursprünglich von einem Wort für Zwangsarbeit (Fronarbeit) ab. Er tauchte erstmals im Jahr 1920 im Theaterstück "R.U.R." (Rossum’s Universal Robots) des tschechischen Autors Karel Čapek auf, von wo aus sich die Verwendung des Wortes weltweit verbreitete. Im Tschechischen bedeutet das Wort "robota" Fronarbeit oder schwere Arbeit. Heutzutage versteht man unter Robotern Maschinen, die durch eine Gruppe von Automatisierungskomponenten gesteuert werden.

Roboter sind Maschinen, die verschiedene Entscheidungen parallel (die im Voraus programmiert wurden) treffen können, basierend auf den Daten, die sie über Sensoren aus ihrer Umgebung erhalten.

Robotik als interdisziplinäre Technologie

Die Robotik ist das Ergebnis der Integration verschiedener moderner Technologien:

• Maschinenbau
• Elektrotechnik
• Elektronik
• Informatik (Computertechnik)

Offene und geschlossene Steuerungssysteme

Automatische Steuerungssysteme bestehen aus verschiedenen Komponenten oder automatisierten Systemen zur Steuerung von Maschinen, um durch gezielte Befehle und Prozesse den menschlichen Eingriff zu minimieren.

Der offene Regelkreis (Open-Loop-System)

Ein Steuerungssystem arbeitet in einer offenen Schleife, wenn es aktiviert wird und einen Prozess für eine vorgegebene Zeit ausführt, ungeachtet des erzielten Ergebnisses. Der Wert der Regelgröße wird bei dieser Regelung nicht kontinuierlich gemessen oder ausgewertet.

Beispiele: Toaster, Ampelanlagen (Semaphoren), Treppenlichtautomaten etc.

Der geschlossene Regelkreis (Closed-Loop-System)

Ein Regelsystem arbeitet in einer geschlossenen Schleife, wenn es aktiviert wird und eine kontinuierliche Prozessüberwachung der Leistung oder des Ergebnisses durchführt, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Hierbei wird der Wert der Regelgröße fortlaufend gemessen und angepasst.

• Der Sollwert (oft als Führungsgröße bezeichnet) ist der Referenzwert, der als Ergebnis der Aktion angestrebt wird.
• Die Rückkopplung (Feedback) sorgt dafür, dass die Maschine oder der Prozess so lange aktiv bleibt, bis das Ergebnis dem festgelegten Sollwert entspricht.

Beispiele: Heizungssysteme, Wassertank-Regelungen, automatische Beleuchtungen, Alarmanlagen, Schalter etc.

Komponenten der Automatisierung

Zu den grundlegenden Komponenten der Automatisierung gehören:

• Controller (Steuerungen)
• Aktoren (Stellglieder)
• Sensoren (Messglieder)
• Zusatzgeräte