ISBN: 3540670858
TITLE: Automatisierungstechnik 2
AUTHOR: Gevatter, Hans-Jrgen (Hrsg.)
TOC:

A Begriffe, Benennungen, Definitionen 1
1 Begriffe, Definitionen 3
1.1 Aufgabe der Automatisierung 3
1.2 Methoden der Automatisierung 4
1.3 Information, Signal 4
1.4 Signalarten 5
1.4.1 Amplitudenanaloge Signale 6
1.4.2 Frequenzanaloge Signale 6
1.4.3 Digitale Signale 6
1.4.4 Zyklisch-absolute Signale 7
1.4.5 Einheitssignale 7
1.5 Hilfsenergie 7
2 Grundlagen der Systembeschreibung 9
2.1 Glieder in Steuerungen und Regelungen - Darstellung im Blockschaltbild 9
2.2 Kennfunktion und Kenngren von Gliedern 11
2.3 Untersuchung und Beschreibung von Systemen 13
2.3.1 Experimentelle Untersuchung 13
2.3.2 Mathematische Beschreibung 16
3 Umgebungsbedingungen 19
3.1 Gehusesysteme 19
3.1.1 Aufgabe und Arten 19
3.1.2 Konstruktionsmiger Aufbau 19
3.2 Einbauorte 21
3.3 Schutzarten 22
3.3.1 Einteilung und Einsatzbereiche 22
3.3.2 Fremdkrperschutz 23
3.3.3 Explosionsschutz 24
3.4 Elektromagnetische Vertrglichkeit 28
C Bauelemente fr die Signalverarbeitung mit elektrischer Hilfsenergie 29
1 Regler 37
1.1 Allgemeine Eigenschaften 37
1.2 Verhalten linearer kontinuierlicher Regelkreise 37
1.2.1 Dynamisches Verhalten 37
1.2.2 Stationres Verhalten 38
1.3 Reglertypen 39
1.4 Digitale Regler 40
1.4.1 Prinzip 40
1.4.2 Regler mit Mikrocomputern 42
2 Schaltende Regler 45
2.1 Begriffsbestimmung 45
2.2 Reglertypen 45
3 Elektrische Signalverstrker 49
3.1 Einteilung und Anforderungen 49
3.2 Verstrkergrundtypen 50
3.3 Einfache Verstrkerstufen mit Bipolar- und Feldeffekttransistoren 50
3.3.1 Bipolartransistor 50
3.3.2 Feldeffekttransistor (FET) 51
3.3.3 Schaltungen mit einem Eingang 51
3.3.4 Differenzverstrker 55
3.3.5 Kopplung zwischen zwei Stufen 56
3.4. Operationsverstrker 56
3.4.1 Kenngren und Grundschaltungen 56
3.4.2 Direktgekoppelte Gleichspannungsverstrker 61
3.4.3 Modulationsverstrker 63
3.4.4 Verstrker mit Driftkorrektur 68
3.4.5 Zur Auswahl von Operationsverstrkern 69
3.5 Verstrkergrundtypen mit OV 70
3.6 Instrumentationsverstrker 71
3.7 Trennverstrker (Isolationsverstrker) 76
3.8 Ladungsverstrker 78
4 Elektrische Leistungsverstrker 81
4.1 Grundprinzipien der Leistungselektronik 81
4.1.1 Aufgaben und Einsatzgebiete der Leistungselektronik 81
4.1.2 Schalt- und Kommutierungsvorgnge in leistungselektronischen Einheiten 82
4.1.3 Leistungselektronische Schalter 85
4.1.4 Leistungselektronische Grundschaltungen 89
4.1.5 Prinzipien zur Energiezwischenspeicherung 90
4.1.6 Leistungselektronische Stellglieder, Stromrichteranlagen 92
4.2 Bauelemente der Leistungselektronik 92
4.2.1 Einteilung leistungselektronischer Bauelemente 92
4.2.2 Leistungshalbleiter 95
4.3 Leistungselektronische Schaltungstechnik 101
4.3.1 Vorbemerkung 101
4.3.2 Pulsstellerschaltungen 101
4.3.3 Wechselspannungssteller 103
4.3.4 Netzgelschte Wechsel- und Gleichrichter 106
4.3.5 Spannungswechselrichter und -gleichrichter 107
4.3.6 Stromwechselrichter und -gleichrichter 109
4.3.7 Zwischenkreisumrichter 111
5 Analogschalter und Multiplexer 115
5.1 Analogschalter 115
5.2 Multiplexer fr analoge Signale 115
6 Spannnungs-Frequenz-Wandler (U/f, f/U) 119
6.1 Wirkungsweise einer hochlinearen U/f-Wandlerschaltung 119
6.2 Taktgesteuerter U/f-Wandler 120
6.3 Typische Anwendungen 121
7 Funktionsgruppen fr analoge Rechenfunktionen. Oszillatoren 123
7.1 Multiplizierer, Quadrierer, Dividierer, Radizierer 123
7.2 Generatoren fr Sinusschwingungen 124
7.3 Phasenregelkreis (PLL) 126
8 Digital-Resolver- und Resolver-Digital-Umsetzer 129
8.1 Resolverwirkprinzip 129
8.2 Resolver-Digital-Umsetzer 130
8.3 Digital-Resolver-Umsetzer 131
9 Modulatoren und Demodulatoren 133
9.1 Modulatoren 133
9.1.1 Wertkontinuierliches Modulationssignal 133
9.1.2 Wertdiskretes Modulationssignal 135
9.2 Demodulatoren 135
10 Sample and Hold-Verstrker 137
11 Analog-Digital-Umsetzer 139
11.1 Umsetzverfahren 139
11.2 Parallelverfahren 141
11.3 Wgeverfahren (sukzessive Approximation) 142
11.4 Zahlverfahren 142
11.4.1 Nachlauf-AD-Umsetzer 142
11.4.2 Zweiflankenverfahren (Dual-slope) 143
11.4.3 Ladungsausgleichsverfahren (Charge-balancing-Verfahren) 144
11.5 Delta-Sigma-AD-Umsetzer.Oversampling 145
11.6 Anwendungsgesichtspunkte 147
12 Digital-Analog-Umsetzer 149
13 Referenzspannungsquellen 151
13.1 Referenzspannungserzeugung mit Z-Dioden 151
13.2 Stabilisierungsschaltungen mit Regelung 152
14 Nichtlineare Funktionseinheiten 155
14.1 Verstrker, Begrenzer, Betragsbildner, Gleichrichter, analoge Torschaltungen 155
14.2 Funktionsgeneratoren 156
14.3 Grenzwertmelder (Komparatoren),Extremwertauswahl, Totzone 157
15 Filter 159
15.1 bersicht 159
15.2 Kontinuierliche Analogfilter 161
15.2.1 Passive RLC-Filter 161
15.2.2 Aktive RC-Filter 161
15.2.3 Filter mit verteilten Elementen 163
15.3 Analoge Abtastfilter 166
15.3.1 Ladungsverschiebeelemente (Charge-Transfer Devices) 166
15.3.2 SC-Filter (Switched Capacitor) 166
15.4 Digitale Filter 168
16 Pneumatisch-elektrische Umformer 171
16.1 Einfhrung 171
16.2 Umformer fr analoge Signale 171
16.2.1 Elektrisch-pneumatische Umformer 171
16.2.2 Pneumatisch-elektrische Umformer 173
16.3 Umformer fr diskrete Signale 175
16.3.1 Elektrisch-pneumatische Umformer 175
16.3.2 Pneumatisch-elektrische Umformer 175
16.4 Entwicklungstrend 176
17 Digitale Grundschaltungen 177
17.1 Schaltungsintegration 177
17.2 Schaltkreisfamilien 178
17.2.1 berblick 178
17.2.2 TTL-Schaltkreise 179
17.2.3 CMOS-Schaltkreise 181
17.2.4 Interfaceschaltungen. Streinflsse 182
17.2.5 Strempfindlichkeit 184
17.3 Kippschaltungen 184
17.3.1 Schmitt-Trigger 185
17.3.2 Flipflopstufen 186
17.3.3 Univibratoren (Monoflops) 188
17.3.4 Multivibratoren 191
17.4 Zhler und Frequenzteiler 192
17.4.1 Zhler 193
17.4.2 Frequenzteiler 195
17.5 Dekodierer 196
17.6 Multiplexer 196
17.7 Digitale Kornparatoren 197
D Bus-Systeme 109
1 berblick und Wirkprinzipien 201
1.1 Einteilung und Grundstrukturen 201
1.2 Buszugriffsverfahren 201
1.2.1 Zuflliger Buszugriff: CSMA, CSMAICD, CSMAICA 202
1.2.2 Kontrollierter Buszugriff: Master-Slave, Token-Passing 203
1.3 Datensicherung / Fehlererkennung 204
1.4 Elektrische Schnittstellen als bertragungsstandards 205
2 Parallele Busse 207
2.1 IEC-Bus 207
2.2 VMEbus 208
3 Serielle Busse 211
3.1 Mehrebenenstrukturen der industriellen Kommunikation 211
3.2 Feldbusse 212
3.2.1 PROFIBUS 212
3.2.2 INTERBUS-S 213
3.2.3 CAN 215
3.2.4 ASI-Interface 216
3.2.5 HART-Protokoll 218
3.2.6 bersicht zu industriellen Feldbussystemen 219
E Bauelemente fr die Signalverarbeitung mit pneumatischer Hilfsenergie 221
1 Grundelemente der Pneumatik 223
1.1 berblick 223
1.2 Strmungswiderstnde 223
1.2.1 Einzelwiderstnde 223
1.2.2 Widerstnde in Schaltungen 225
1.3 Druckteilerschaltungen 227
1.3.1 System Dse-Prallplatte 227
1.3.2 System Dse-Prallplatte mit Ejektorwirkung 229
1.3.3 System Einladse-Ausladse 230
1.3.4 System Dse-Kugel 230
1.3.5 Bemerkungen 231
1.4 Volumenelemente 232
1.4.1 Starre Speicher 232
1.4.2 Elastischer Speicher 232
1.4.3 Widerstand-Speicher-Kombinationen 233
1.5 Elastische Elemente 235
1.5.1 Membranen 236
1.5.2 Metallfaltenblge (Wellrohre) 238
1.6 Pneumatische Leitungen 240
1.6.1 Ermittlung der Leitungsparameter 240
1.6.2 bertragung analoger Signale 241
1.6.3 bertragung diskreter Signale 243
1.7 Strahlelemente 244
1.7.1 Strahlablenkelernente 246
1.7.2 Gegenstrahlelemente 246
1.7.3 Turbulenzelemente 247
1.7.4 Wandstrahlelemente 247
1.7.5 Wirbelkammerelemente 249
2 Analoge pneumatische Signalverarbeitung 251
2.1 Arbeitsverfahren 251
2.1.1 Ausschlagverfahren 251
2.1.2 Kompensationsverfahren 252
2.2 Verstrker 254
2.2.1 Verstrker mit bewegten Bauteilen 254
2.2.2 Verstrker ohne bewegte Bauteile 259
2.3 Rechengerte 260
2.4 Pneumatische Regeleinrichtungen 263
2.4.1 Arbeitsweise 263
2.4.2 Regler mit bewegten Bauteilen 263
2.4.3 Regler ohne bewegte Bauteile 272
3 Pneumatische Schaltelemente 277
3.1 Arbeitsweise 277
3.2 Schaltelemente mit bewegten Bauteilen 279
3.3 Schaltelemente ohne bewegte Bauteile 282
4 Elektrisch-pneumatische Umformer 289
4.1 Ausschlagverfahren 289
4.2 Wegvergleichendes Prinzip 289
4.3 Kraftvergleichendes Prinzip 291
4.4 Drehmomentvergleichendes Prinzip 292
4.5 Elektrischvergleichendes Prinzip 294
4.6 Zusammenfassung 294
F Elektronische Steuerungen 297
1 Speicherprogrammierbare Steuerung 299
1.1 Strukturelle Betrachtung der speicherprogrammierbaren Steuerung 299
1.1.1 Grundstruktur einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) 299
1.1.2 Die Zentralbaugruppe 301
1.1.3 Die Peripheriebaugruppen 303
1.2 Funktionale Betrachtung der speicherprogrammierbaren Steuerung 304
1.2.1 Aufbau der Steuerungsanweisung 34
1.2.2 Zyklische Programmbearbeitung 305
1.2.3 Zykluszeit und Reaktionszeit 306
1.3 Programmierung 307
1.3.1 Strukturierter Programmaufbau 307
1.3.2 Programmiersprachen 308
2 Numerische Steuerungen 313
2.1. Einfhrung und Definition 313
2.1.1 Kartesische Kinematiken 314
2.1.2 Nichtkartesische Kinematiken 315
2.2 Bewegungssteuerung 315
2.2.1 Einfhrung 315
2.2.2 Interpolation 316
2.2.3 Koordinatentransformation 320
2.2.4 Sensorschnittstellen 323
2.3 Programmierung 326
2.3.1 Programmierung von NC-Maschinen 336
2.3.2 Programmierung von Industrierobotern 328
2.3.3 Kalibrierung 330
G Bauelemente fr die Signalverarbeitung mit hydraulischer Hilfsenergie 333
1 Hydraulische Signal- und Leistungsverstrker 335
1.1 Elektrische Eingangsstufe fr Stetigventile 335
1.2 Hydraulische Vorsteuerstufe fr Stetigventile (Verstrkerstufe) 338
2 Elektrohydraulische Umformer 341
2.1 Proportional-Wegeventile 341
2.2 Servoventile 344
2.3 Proportional-Druckventile 351
2.4 Proportional-Drosselventile 353
2.5 Proportional-Stromregelventile 355
L Hilfsenergiequellen 357
1 Netzgerte 359
1.1 bersicht 359
1.1.1 Schaltungen mit Netzfrequenztransformatoren 359
1.1.2 Schaltungen mit Hochfrequenztransformatoren 360
1.2 Gleichrichtung 360
1.3 Leistungsfaktorregelung 362
1.4 Lngsregler 362
1.5 Schaltregler 362
1.6 DC/DC-Wandler 362
2 Druckluftversorgung 365
2.1 Anforderungen an Druckluft und ausgewhlte Eigenschaften von Druckluft 365
2.2 Aufbau von Druckluftanlagen 366
2.3 Drucklufterzeugung 367
2.4 Regelung des Frderstromes 368
2.5 Druckluftaufbereitung 369
3 Druckflssigkeitsquellen 371
3.1 Antriebseinheiten als Energiequelle 371
3.2 Hydropumpen als Energieumformer 371
Abkrzungsverzeichnis 375
Sachverzeichnis 441
END
