Steuerungssysteme, Automatisierung und Robotik

Steuerungssysteme

Was ist ein Steuerungssystem?

Ein Steuerungssystem ist eine Reihe von Geräten, die so angeordnet sind, dass sie die veränderliche Größe eines Systems nach Bedarf steuern. Damit eine Maschine automatisch arbeiten kann, muss sie über eine Steuerungsfunktion verfügen.

Arten von Steuerungssystemen

• Steuerungssystem mit offenem Regelkreis: Der Betrieb erfolgt während einer vorgegebenen Zeit, unabhängig von den Veränderungen, die in der Umgebung auftreten können. Um die Aufgabe zu erfüllen, wird eine voreingestellte Zeitspanne eingehalten, die als Sollwert bezeichnet wird. Beispiele hierfür sind eine Spülmaschine, eine Waschmaschine oder ein Heizkörper.
• Steuerungssystem mit geschlossenem Regelkreis: Hier können Variablen die Aktivität in Abhängigkeit von der Umgebung verändern. Es handelt sich um einen Rückkopplungsprozess, bei dem das System kontinuierlich den Wert der zu steuernden Größe erfasst und der Regler diesen Wert berücksichtigt. Beispiele hierfür sind ein Kühlschrank oder ein elektrischer Heizkörper mit Thermostat.

Aufbau eines Steuerungssystems

• Eingabegerät: Erfasst Informationen aus der Umgebung.
• Steuergerät: Verarbeitet die vom Eingabegerät empfangenen Informationen und trifft Entscheidungen.
• Ausgabegerät: Führt die vom Steuergerät getroffenen Entscheidungen aus.
• Rückkopplung: (Nur bei Systemen mit geschlossenem Regelkreis) Erfasst den Wert der gesteuerten Größe und sendet ihn zurück an das Steuergerät.

Komponenten eines Steuerungssystems

• Sensor: Erkennt Veränderungen einer physikalischen Größe und wandelt sie in nutzbare Signale für das Steuerungssystem um.
• Steuergerät: Empfängt die Informationen vom Sensor, verarbeitet sie und entscheidet, welche Maßnahmen zu ergreifen sind.
• Aktor: Wandelt die Aktion des Steuergeräts in physikalische Größen um, die auf das System einwirken.

Automatisierung

Automatisierung ist der Teil einer Maschine oder Anlage, der es ermöglicht, eine oder mehrere Aktionen ohne menschliches Eingreifen auszuführen. Darüber hinaus ist sie als ein System definiert, das die Aktionen, für die es entwickelt wurde, ständig wiederholt.

Getriebe

Ein Getriebe ist ein Mechanismus, der aus der richtigen Kombination von Zahnrädern oder anderen mechanischen Elementen resultiert. Bei diesen Anordnungen stehen die Zähne miteinander in Kontakt, so dass ihre Größen gleich sind. Die Form, die Ausrichtung und der Zustand ihrer Zähne werden durch das Modul bestimmt und dienen als Referenz für ihre Klassifizierung. Ein Beispiel hierfür ist der Zeiger einer Uhr.

Relais und ihre Elemente

Ein Relais ist ein elektromagnetischer Schalter, mit dem je nach Stellung seiner Kontakte ein oder mehrere Stromkreise geöffnet, geschlossen oder umgeschaltet werden können. Es besteht aus:

• Elektromagnet: Bestehend aus einem Magnetkern und einer Spule.
• Bewegliches Element: System, das aus einer Platte, einem Drehpunkt, einer Stange und einer Dämpfung besteht.
• Kontakte: Dies sind die Elemente des Relais, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Je nach Strom kann das Relais einen Kontakt haben (als Schalter) oder zwei Kontakte (als Umschalter).

Robotik

Ein Roboter ist ein elektronisches Gerät, das automatisch viele verschiedene Aktionen oder Bewegungen ausführen kann. Es handelt sich um eine umprogrammierbare Automatisierung, d. h. die Anweisungen, die der Steuerung gegeben werden, können jederzeit geändert werden. Diese Anweisungen werden als Programm bezeichnet.

Hebel

Ein Hebel ist ein starres und bewegliches längliches Element, das sich um einen Drehpunkt dreht. Er wandelt eine kleine Kraft, die als Kraftaufwand bezeichnet wird, in eine größere Kraft um, die als Last oder Widerstand bezeichnet wird.

Sensoren eines Roboters

• Externe Sensoren: Erfassen Umgebungsvariablen wie Licht, Druck usw.
• Interne Sensoren: Steuern die Mechanismen der Roboterbewegung.

Beispiele für Automatisierungen

• Ampel: Zeitgesteuert (Verkehr), offener Regelkreis.
• Anrufbeantworter: Sammelt Anrufe, offener Regelkreis.
• Ticketautomat: Anzahl der geparkten Autos, geschlossener Regelkreis.