Prozeßautomatisierung

1 Prozeßautomatisierung.- 1.1 Automatisierungssystem.- 1.1.1 Struktur von Automatisierungssystemen.- 1.1.2 Beispiele für Prozeßautomatisierungssysteme.- 1.1.2.1 Verkehrssignalanlage.- 1.1.2.2 Kontinuierlicher Produktionsprozeß.- 1.1.2.3 Diskontinuierlicher Produktionsprozeß.- 1.1.2.4 Rechnergesteuerter Rangierablauf.- 1.1.2.5 Elektronisches Stellwerk.- 1.2 Begriffe und Definitionen.- 1.2.1 System.- 1.2.2 Technischer Prozeß.- 1.2.2.1 Klassifizierung technischer Prozesse.- 1.2.2.2 Graphische Darstellung technischer Prozesse.- 1.2.3 Prozeßrechner.- 1.2.4 Prozeßrechensystem.- 1.2.5 Prozeßrechner-Programmsystem.- 1.2.6 Prozeßdaten.- 1.2.7 Automatisierung.- 1.3 Auswirkungen der Prozeßautomatisierung auf Mensch und Gesellschaft.- 2 Petri-Netz-Modelle.- 2.1 Struktur von Petri-Netzen.- 2.2 Exekution von Petri-Netzen.- 2.2.1 Reachability-Set.- 2.2.2 Reachability-Tree.- 2.2.3 Erweiterte Petri-Netze.- 2.3 Petri-Netze für die Automatisierungstechnik.- 3 Gerätetechnischer Aufbau von Prozeßrechenanlagen.- 3.1 Methoden der Prozeßführung.- 3.1.1 Handbedienter Prozeß.- 3.1.2 Indirekte Prozeßkopplung.- 3.1.2.1 Off-line Kopplung.- 3.1.2.2 In-line Kopplung.- 3.1.3 Direkte Prozeßkopplung on-line.- 3.1.3.1 Offene Kopplung (Zustandserfassung).- 3.1.3.2 Offene Kopplung (Prozeßbeeinflussung).- 3.1.3.3 Geschlossene Kopplung.- 3.2 Automatisierungsstrukturen.- 3.2.1 Zentrale Automatisierungsstruktur.- 3.2.2 Dezentrale Automatisierungsstruktur.- 3.3 Automatisierungssysteme mit Redundanz.- 3.3.1 Hardware-Redundanz.- 3.3.1.1 Dynamische Redundanz.- 3.3.1.2 Statische Redundanz.- 3.3.2 Software-Redundanz.- 3.3.2.1 Ziele der Diversität.- 3.3.2.2 Grundlagen der Diversität.- 3.3.2.3 Entwicklung diversitärer Programme.- 3.3.2.4 Ausführung diversitärer Programme.- 3.3.2.5 Bewertung.- 3.3.3 Sicherheitsrelevante Prozeßsteuerungen.- 3.3.3.1 Sicherheitstechnische Begriffe.- 3.3.3.2 Sicherheitstechnische Verfahren.- 3.3.3.3 Technische Zulassung.- 3.3.3.4 Einkanaliges Steuerungssystem.- 3.3.3.5 (2 von 2)-System.- 3.3.3.6 Vergleicher und Antivalenzbaustein.- 3.3.3.7 Fail-safe-Vergleicher.- 3.3.3.8 (2 von 2)-Mikrorechnersystem.- 3.3.3.9 Leitstandswarten.- 3.3.3.10 On-line Prüfprogramme.- 3.4 Konfiguration von Prozeßrechner-Hardware.- 3.4.1 Ein-Chip-Mikrorechner.- 3.4.2 Zentrales Prozeßrechensystem.- 3.4.3 Dezentrales Prozeßrechensystem.- 3.5 Prozeßsignal-Verarbeitung.- 3.5.1 Hardwaremäßige Implementierung.- 3.5.1.1 Sensorik (Zustandserfassung).- 3.5.1.2 Aktuatorik (Prozeßbeeinflussung).- 3.5.2 Digitaleingabe.- 3.5.3 Digitalausgabe.- 3.5.4 Analogeingabe.- 3.5.5 Analogausgabe.- 3.5.6 Uhrzeitführung in Prozeßrechnern.- 3.5.6.1 Der Zeitzeichen-und Normalfrequenzsender DCF77.- 3.5.6.2 Das Global Positioning System.- 4 Kommunikation zwischen Prozeßrechnern und Peripheriegeräten.- 4.1 Das Busprinzip.- 4.1.1 Busstruktur.- 4.1.2 Alarmbehandlung.- 4.1.3 Übertragungstechnik.- 4.1.4 Zugriffsverfahren.- 4.1.4.1 Carrier Sense Multiple Access (CSMA).- 4.1.4.2 CSMA with Collision Detection (CSMA/CD).- 4.1.4.3 Token-Passing-Verfahren.- 4.1.4.4 Slot-Ring-Verfahren.- 4.1.4.5 Deterministic Ethernet.- 4.1.5 Standards bei Kommunikationssystemen.- 4.2 Bussysteme.- 4.2.1 IEC-Bus.- 4.2.2 VME-Bus.- 4.2.3 ASi-Bus.- 4.2.3.1 ASi-Konzept.- 4.2.3.2 ASi-Systemdaten.- 4.2.3.3 ASi-Systembeschreibung.- 4.2.4 PROFIBUS.- 4.3 Speicherprogrammierbare Steuerungen.- 4.3.1 Begriffsdefinition.- 4.3.2 Aufbau.- 4.3.3 Charakteristische Zeiten.- 5 Computer Integrated Manufacturing.- 5.1 Computer Aided Design (CAD).- 5.1.1 CAD-Mechanik.- 5.1.1.1 3-D-Koordinaten.- 5.1.1.2 Modelle.- 5.1.1.3 Grundelemente.- 5.1.1.4 Schnittstellen in CAD-Systemen.- 5.1.2 CAD-Elektronik.- 5.2 Computer Aided Recycling (CAR).- 5.3 Computer Aided Engineering (CAE).- 5.3.1 CAE-Mechanik.- 5.3.2 CAE-Elektronik.- 5.3.2.1 CAE-Softwarepaket für Elektronik.- 5.3.2.2 Simulatoren.- 5.3.2.3 Benötigte Daten über Einzelbauteile.- 5.3.2.4 Logiksynthese.- 5.3.2.5 Silicon Compiler.- 5.3.2.6 Testvektorenerstellung.- 5.4 Computer Aided Manufacturing (CAM).- 5.4.1 Betriebsdatenerfassung (BDE).- 5.4.2 Maschinendatenerfassung (MDE).- 5.5 Computer Aided Planning (CAP).- 5.6 Computer Aided Quality Assurance (CAQ).- 5.7 Computer Aided Testing (CAT).- 5.8 Produktionsplanung und -Steuerung (PPS).- 5.9 Computer Aided Office (CAO).- 6 Grundlagen der Regelungstechnik.- 6.1 Einführung.- 6.1.1 Regelungstechnische Begriffe.- 6.1.2 Blockschaltbilddarstellung.- 6.1.2.1 Verknüpfung von Signalen.- 6.1.2.2 Verknüpfung von Blöcken.- 6.1.3 Eigenschaften der Übertragungsfunktion.- 6.1.4 Testfunktionen.- 6.1.4.1 Sprungfunktion.- 6.1.4.2 Stoßfunktion.- 6.1.4.3 Rampenfunktion.- 6.1.5 Antwortfunktionen.- 6.1.5.1 Sprungantwortfunktion.- 6.1.5.2 Impulsantwortfunktion.- 6.1.5.3 Anstiegsantwortfunktion.- 6.2 Laplace-Transformation in der Regelungstechnik.- 6.2.1 Verschiebungssatz und Differentiationssatz.- 6.2.1.1 Verschiebungssatz.- 6.2.1.2 Differentiation im Zeitbereich.- 6.2.2 Laplacetransformierte der Testfunktionen.- 6.2.2.1 Einheitssprungfunktion.- 6.2.2.2 Einheitsstoßfunktion.- 6.3 Übertragungsfunktion.- 6.3.1 Serienschaltung.- 6.3.2 Parallelschaltung.- 6.3.3 Rückführung.- 6.3.4 Übertragungsfunktion des geschlossenen Regelkreises.- 6.4 Regelstrecken.- 6.4.1 P-Glied.- 6.4.2 PT1-Glied.- 6.4.3 PT2-Glied.- 6.5 Reglertypen.- 6.5.1 P-Regler.- 6.5.2 PT1-Regler.- 6.5.3 I-Regler.- 6.5.4 D-Regler.- 6.5.5 PI-Regler.- 6.5.6 PID-Regler.- 6.6 Einschleifiger Regelkreis mit Einheitsrückführung.- 6.6.1 Stationäres Verhalten.- 6.6.1.1 Regelabweichung.- 6.6.1.2 Einstellregeln für Regler.- 6.6.2 Stabilität.- 6.6.2.1 Schwingungsbedingung.- 6.6.2.2 Frequenzgangfunktion.- 6.6.2.3 Nyquist-Kriterium.- 6.7 Digitale Regler.- 6.7.1 PID-Regler.- 6.7.1.1 Stellungsalgorithmus.- 6.7.1.2 Geschwindigkeitsalgorithmus.- 6.7.1.3 Festlegung des Abtastintervalls.- 6.7.1.4 Sprungantwortfunktion des diskreten PID-Reglers.- 6.7.2 Zweipunktregler.- 6.7.2.1 Funktion.- 6.7.2.2 Digitaler Zweipunktregler.- 6.8 Fuzzy-Logik in der Regelungstechnik.- 6.8.1 Definitionen.- 6.8.1.1 Scharfe Menge.- 6.8.1.2 Unscharfe Menge.- 6.8.1.3 Linguistische Variable.- 6.8.1.4 Fuzzy-Operatoren.- 6.8.1.5 Fuzzy-Relationen.- 6.8.2 Fuzzy-Regler.- 6.8.2.1 Fuzzifizierung.- 6.8.2.2 Regelbasis.- 6.8.2.3 Inferenz.- 6.8.2.4 Defuzzifizierung.- 7 Software für Automatisierungssysteme.- 7.1 Softwareentwicklung.- 7.1.1 Programmprozesse.- 7.1.2 Betriebsmittel.- 7.1.2.1 Betriebsmittelkapazität.- 7.1.2.2 Einfach- und Mehrfachbetriebsmittel.- 7.1.3 Prozeß-Synchronisation.- 7.1.3.1 Synchronisation mit Flag-Bit.- 7.1.3.2 Synchronisation mit Semaphoren.- 7.1.3.3 Synchronisation mit Ereignissen.- 7.1.4 Prozeß-Kommunikation.- 7.1.5 Echtzeitbetriebssystem.- 7.1.5.1 Aufgaben eines Echtzeitbetriebssystems.- 7.1.5.2 Aufbau eines Echtzeitbetriebssystems.- 7.1.5.3 Zustandsmodell eines Echtzeitbetriebssystems.- 7.1.5.4 Task Control Block.- 7.1.6 Echtzeitplaner.- 7.1.6.1 Zeitparameter von Tasks.- 7.1.6.2 Scheduling-Strategien.- 7.1.7 Reaktion auf externe Ereignisse.- 7.1.7.1 Synchrone Verarbeitung.- 7.1.7.2 Asynchrone Verarbeitung.- 7.2 Entwurf, Test und Nachweisverfahren.- 7.2.1 Entwurf.- 7.2.2 Dekomposition.- 7.2.3 Modularisierung.- 7.2.3.1 Zentrale Unterprogramme.- 7.2.3.2 Rekursive Aufrufstruktur.- 7.2.4 Validierung von Prozeßrechner-Software.- 7.2.4.1 Validierung und Verifikation.- 7.2.4.2 Teststrategie.- 7.2.4.3 Statische Softwaretests.- 7.2.4.4 Dynamische Softwaretests.- 8 Schlußbetrachtung.- 8.1 Zusammenfassung.- 8.2 Ausblick.- A Laplace-Transformation.- B Prozeßsymbole.