Regelkreise, Sensoren und Automatisierungstechnik

Einführung in Regelkreise und Schaltungen

Ein Teil der Stromkreisfamilie ist die elektrische Masse. Eine Schaltung ist eine technische Vorrichtung, in der Informationen für eine gezielte Leistungsreaktion eingesetzt werden. Schaltungen können in zwei große Gruppen aufgeteilt werden:

• Offene Regelkreise (lineare Steuerung)
• Geschlossene Regelkreise (zur Regelung und Einstellung)

Sensoren und Aktoren in der Steuerungstechnik

Sensoren und Aktoren: Sensoren und Detektoren befinden sich am Anfang eines Steuergerätes, während die Antriebe (Aktoren) oder Arbeitseinrichtungen am Ende stehen.

Auswahlkriterien für Sensoren und Aktoren

Die wichtigsten Kriterien bei der Auswahl sind:

• Reaktionsgeschwindigkeit
• Standort und Empfindlichkeit
• Zuverlässigkeit und Robustheit
• Wartungsfreundlichkeit
• Kompatibilität mit anderen Elementen

Sensoren und Detektionssysteme

Die meisten Detektionssysteme basieren auf der Umwandlung einer physikalischen Größe (wie Gewicht, Druck, Temperatur, Volumen, Licht etc.) in eine proportionale elektrische Größe.

• Aktive Sensoren: Sie wandeln Energieformen wie Lichtenergie, thermische, mechanische oder chemische Energie direkt in elektrische Energie um.
• Passive Sensoren: Sie basieren auf der Änderung bestimmter elektrischer Größen infolge der Änderung anderer physikalischer Größen.

Arten von Antrieben (Aktoren)

Elektrische Antriebe

Elektromotoren sind diejenigen Aktoren, die am häufigsten in Fällen eingesetzt werden, in denen eine Drehbewegung erforderlich ist.

Eigenschaften:

• Einfache Handhabung und gute Leistung bei Drehbewegungen.
• Schwierigkeiten bei der Umwandlung in lineare Bewegungen.
• Schnelle und einfache Übermittlung von Befehlen.
• Fähigkeit, sich über große Entfernungen zu bewegen.
• Sofortige Verfügbarkeit und niedrige Stromkosten.
• Nachteile: Energie ist schwer zu speichern, Explosionsgefahr sowie komplexe Regelungs- und Schutzsysteme.

Pneumatische Antriebe

Pneumatische Antriebe werden in der Industrie häufig und fast ausschließlich in jenen Fällen eingesetzt, in denen eine lineare Bewegung erforderlich ist oder eine explosionsgefährdete Umgebung vorliegt (d. h. eine Umgebung, in der Brand- oder Explosionsgefahr besteht).

Eigenschaften:

• Einfachheit und gute Leistung bei linearen Bewegungen.
• Begrenzte Hublängen und Kräfte (bis zu 2 m und maximal 5000 kg).
• Einfache Erzeugung von Drehbewegungen auf Befehl.
• Einfache Signalübertragung bei angemessener Geschwindigkeit.
• Hohe Sicherheit und Gefahrenabwehr im Betrieb durch Druckluft.
• Einfache Regelungs- und Schutzsysteme.

Hydraulische Antriebe (Trigger)

Diese werden seltener als die zuvor genannten Antriebe genutzt und kommen vor allem in jenen Fällen zum Einsatz, in denen sehr hohe Kräfte erforderlich sind.

Eigenschaften:

• Einfachheit und gute Leistung bei linearen Bewegungen.
• Begrenzte Länge, aber sehr große Kräfte.
• Fähigkeit, Drehbewegungen bei geringer und konstanter Geschwindigkeit leicht auszuführen.
• Einfache, aber sehr langsame Übermittlung von Befehlen.
• Erfordern das Arbeiten unter hohem Druck; die Dichtigkeit der Hydraulikkreisläufe muss absolut sein.
• Ölhydrauliksysteme sind teuer und beanspruchen viel Platz.
• Diese Systeme sind gegen Überlastung geschützt und weisen druckfeste Eigenschaften auf.

Automatisierung und Fertigungstechnologien

Automatisierung: Automatisierung entspricht dem Ersatz menschlicher Arbeit durch Maschinen. Modernste künstliche Systeme, Computer und die daraus resultierende Robotik vertiefen sich in die intelligente Automatisierung von Entscheidungsprozessen.

Entwicklung der Fertigungstechnologien

Es gibt zwei Haupttrends: die Mechanisierung (die Unterstützung der menschlichen Tätigkeit durch Maschinen) und die Automatisierung (die Erhöhung des Automatisierungsgrades der menschlichen Tätigkeit).

• Manuelle Fertigung: Verwendung ausschließlich der eigenen Hände, ohne den Einsatz anderer Werkzeuge.
• Handwerkzeuge: Der Bediener führt ein oder mehrere Werkzeuge sowohl bezüglich der Führung als auch des Betriebs.
• Manuell mechanisierte Werkzeuge: Dies sind handgeführte Maschinen, bei denen der Hauptantrieb durch die Maschine selbst erfolgt, während der Bediener die Positionierung und Befestigung übernimmt.
• Universelle Werkzeugmaschine: Die Maschine übernimmt alle Funktionen der Werkstückführung, Positionierung und des Betriebs, sodass sich der menschliche Eingriff auf die allgemeine Verwaltung und Überwachung des Prozesses beschränkt.
• Maschine mit festem Zyklus: Die Maschine führt automatisch eine oder mehrere spezifische Aktionen aus.
• Maschine mit programmierbarem Zyklus: Wie im vorherigen Fall führt die Maschine eine Reihe von Operationen autonom aus. In diesem Fall müssen jedoch für einen anderen Operationszyklus keine physischen Elemente der Maschine entfernt oder geändert werden.
• Intelligente Maschine: Bei diesen Maschinen wird eine Reihe von Fertigungszielen geplant, und sie sind selbst dafür verantwortlich, die richtige Entscheidung zu treffen.

Industrieroboter in der modernen Fertigung

Ein Industrieroboter ist eine universelle Maschine zur Manipulation von Objekten, die mit der Fähigkeit ausgestattet ist, durch Lernen ein bestimmtes Verhalten anzunehmen. Ein Roboter besteht aus zwei großen Teilsystemen:

1. Einem mechanischen, elektrischen, pneumatischen und hydraulischen Teilsystem, das die Bewegungs- und Handhabungsfunktionen ausführt.
2. Einem elektronischen sowie computergestützten Teilsystem, das die Aufgaben der Informationsverarbeitung und Steuerung übernimmt.