Grundlagen und Ebenen der Automatisierungstechnik

Automatisierung

Automatisierung ist die Technik, die für Prozesse oder Verfahren genutzt wird, ohne die Hilfe von Menschen in Anspruch zu nehmen.

Grundlegende Elemente eines automatisierten Systems

• Energie: Zum Abschließen des Vorgangs und für den Betrieb des Systems.
• Programm: Zur Führung des Prozesses.
• Steuerung: Zur Ausführung der Anweisungen.

Arten von Energie

• Elektrische Energie
• Mechanische Energie
• Thermische Energie
• Alternative Quellen: Fossile Brennstoffe, Wasserkraft, Solar- und Windenergie.

Energiebedarf für Material-Handling

Energie wird für Material-Handling-Funktionen benötigt, wie zum Beispiel:

• Be- und Entladen von Materialien.

Energie in der Automatisierung (Energy Automation)

Energie ist für die folgenden Funktionen erforderlich:

1. Steuereinheit (Control Unit): Moderne Steuerungen benötigen Energie, um die Anweisungen des Programms zu lesen, Berechnungen durchzuführen, die Anweisungen zu steuern und auszuführen sowie Befehle an die Betätigungseinrichtungen (Aktoren) zu übertragen.
2. Aktivierung der Steuersignale: Die von der Steuerung gesendeten Befehle werden von elektromechanischen Geräten, den sogenannten Aktoren, ausgeführt. Die Befehle werden in der Regel als Niederspannungs-Steuersignale übertragen.
3. Erhebung und Verarbeitung von Informationen: Die Informationen müssen gesammelt und als Input für die Regelalgorithmen verwendet werden. Darüber hinaus muss die Verfolgung der Prozessleistung oder Produktqualität gewährleistet werden. Diese Funktionen erfordern Energie, wenn auch in geringen Mengen.

Steuerungssysteme (Control Systems)

Die Steuerung eines automatisierten Systems führt das Programm aus und sorgt dafür, dass der Prozess seine Funktion erfüllt. Steuerungssysteme können von zwei Arten sein:

• Systeme mit geschlossenem Regelkreis (Closed-Loop)
• Systeme mit offenem Regelkreis (Open-Loop)

Geschlossener Regelkreis (Closed-Loop)

In einem geschlossenen Regelkreis wird die Ausgangsgröße mit einem Eingabeparameter verglichen. Ein Unterschied zwischen den beiden wird verwendet, um sicherzustellen, dass die Leistung mit dem Eingang übereinstimmt.

Offener Regelkreis (Open-Loop)

Ein Regelsystem arbeitet im offenen Regelkreis (Open-Loop) ohne Rückkopplung und ohne Messung der Ausgangsgröße. Daher gibt es keinen Vergleich zwischen dem tatsächlichen Ausgangswert und dem gewünschten Wert des Eingabeparameters.

Erweiterte Automatisierungsfunktionen

Funktionen zur Verbesserung der Leistung und Sicherheitsausstattung umfassen:

• Sicherheits- und Überwachungseinrichtungen
• Diagnose und Reparatur
• Fehlererkennung und Fehlerbeseitigung

Sicherheitsüberwachung (Security Monitoring)

Reaktionen des Sicherheitssystems

• Anhalten des Systems
• Alarmierung auslösen
• Verlangsamung der Prozesse
• Korrigierende Maßnahmen bei Sicherheitsverletzungen ergreifen

Arten von Sensoren

• Grenzschalter
• Optoelektronische Sensoren
• Temperatursensoren
• Rauchsensoren
• Drucksensoren
• Bildverarbeitung (Vision)

Ebenen der Automatisierung

Das Konzept der automatisierten Systeme kann auf verschiedenen Ebenen des Fabrikbetriebs angewendet werden. Normalerweise verbinden wir die Automatisierung mit der Produktion einzelner Maschinen. Die Produktionsanlage selbst besteht jedoch aus Subsystemen, die ebenfalls automatisiert werden können.

Wir können fünf mögliche Ebenen der Automatisierung in einer Produktionsanlage identifizieren, die in der folgenden Abbildung erklärt werden: