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Steuerungstechnik. BMF-LUFTHANSA. Inhaltsverzeichnis der Steuerungstechnik. 1. Steuern, Regeln, Leiten 1.1 Steuerung 1.1.1 Analoge,bin ä re und digitale Steuerung 1.1.2 Verknüpfung und Ablaufsteuerung 1.1.3 VPS und SPS Steuerung 1.2 Regelung 1.3 Leiten. - PowerPoint PPT Presentation
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Steuerungstechnik
BMF-LUFTHANSA
Inhaltsverzeichnis der Steuerungstechnik
1. Steuern, Regeln, Leiten1.1 Steuerung 1.1.1 Analoge,binäre und digitale Steuerung 1.1.2 Verknüpfung und Ablaufsteuerung 1.1.3 VPS und SPS Steuerung 1.2 Regelung 1.3 Leiten
2.Grundkentnisse der Steuerungstechnik
2.1 Mechanische Steuerung
2.2 Elektrische Steuerung
2.3 Pneumatische Steuerung
2.4 Hidraulische Steuerung
3.Grundlagen aus der Hydrostatik und Hydrodinamik
3.1 Gesetz von Pascal3.2 Kraftübersetzung3.3 Druckübersetzung3.4 Durchflussgesetz3.5 Volumenstrom/ Zylinder3.6 Volumenstrom/ Hydraulik- pumpe3.7 Hydraulische Leistung
4.Energieträger im hydraulischen System
4.1 Ölbehälter 4.2 Hydraulikflüssigkeit 4.2.1 Aufgaben der Druckflüssigkeiten 4.2.2 Eigenschaften der Druckflüssigkeiten. 4.2.3 Arten von Druckflüssigkeiten. 4.2.4 Additivierung 4.2.5 Die Viskosität
4.2.6 Standardbetrieb von Druckfüssigkeiten 4.2.7 Verschmutzungen in Druckflüssigkeit
4.3 Dichtungen
4.3.1 Wichtige Anforderungen
4.3,2 S tatische Dichtung
4.3.3 Dynamische Dichtung
4.3.4 Werkstoff
4.3.5 Bauformen von Kolbendichtungen
5. Pumpen, Motoren
5.1 Zahnrad und Flügel- zellenpumpe5.2 Radial und Axial- kolbenpumpe5.3 Arbeitszylinder
6. Bauelemente der Hydraulik 6.1 Wege,Druck und Stromventile 6.2 Proportional und Servoventil
7. Grundschaltungen der Hydraulik 7.1 Paralell und Reihenschaltungen 7.2 Offener und geschlossener Kreislauf 7.3 Primer, sekundär und kombinier- te Verstellung
8.Grundlagen der Pneumatik 8.1 Eigenschaften der Pneumatik 8.2 Aufbau einer Pneumatikanlage 8.3 Drucklufterzeuger und Aufbereitung9. Grundelemente der Pneumatik 9.1 Darstellung der Ventile 9.2 3/2 und 4/2 Wegeventile 9.3 Druck, Strom und Sperrventile10. Grundschaltungen der Pneumatik 10.1 Weg und Zeitplansteuerung 10.2 Taktstufensteuerung
11.Speicherprogrammierbare . Steuerung 11.1 Aufbau und Funktionsweise
11.2 Programmiersprachen
11.3 Beispiel einer Ablaufsteuerung
12. Literatur
1. Steuern,Regeln,Leiten
Damit Maschinen und Anlagen selbst-tätig ,also automatisch,arbeiten können , werden sie mit :
Steuerungs- Regelungs- und Leittechniken ausgerüstet.
1.1 Steuerung
Das Steuern ist ein Vorgang,bei dem eine Anlage oder ein Gerät durch Steuersignalbeeinflusst wird.Kennzeichend für das Steuernist der offene Wirkungsweg der Signale.( DIN 19237 und IEC 1131).Im Wirkungsplan wird das Zusammenwirkender einzelnen Steuerungsbaugruppen mitBlocksymbolen und Wirkungslinien dargestellt.Die Wirkungrichtung kennzeichnet man mit Pfeilen.
1.1.1 Analoge,binäre und digitale Steuerung
Bei analogen Steuerungen steuert man mit überwiegendmit stetig wirkenden Signalen,die ein analoges Abbild derSteuergrösse sind .
.
Bei binären Steuerungen steuertman mit zweiwertigen Signalen.Binäre Signale werden durchzwei verschiedene Werte oder Zustände dargestellt. Beispiel: EIN - AUS SCHWARZ- WEISS STROMLEITEND UND STROMNICHTLEITEND ODER EINFACH DURCH : 0 UND 1.
Bei digitalen Steuerungen steuertman mit Zahlen.Die wichtigstenBauelemente:-Codierer, -Mikroprozessorren, -Mikrocomputer, -Digitale Speicher, -Digitale Speicher- systeme und Netze.
1.1.2 Verknüpfungssteuerung und Ablaufsteuerung
Bei Verknüpfungssteuerung entsteht die
Steuergrösse durch Verknüpfung ( Kombination) mehrerer Signale
Bei Ablaufsteuerung werden dieSteuerungsvorgänge schrittweiseausgelöst.Das Weiterschaltenvon einem Schritt zum nächstenerfolgt entweder :
-zeitabhängig -prozessabhängig
1.1.3 Verbindungsprogrammierteund speicherprogrammierte Steuerungen.Bei (VPS)bestimmen die leitver-bindungen die Verdrahtung ,den Programmablauf.(SPS) enthalten einen elektrischenProgrammspeicher ,der frei-programmiert werden kann.
1.2 Regelung
Die Regelung ist ein Vorgangbei dem die zu regelnde Grösse (Regelgrösse) fort-laufend erfasst und so beein-fusst wird, das sie sich der gewünschten Grösse (Führungsgrösse ) angleicht.
a: Festwertregelung:
b: Folgeregelung
1.3 Leiten
Das Leiten ist die Gesamtheitaller Massnahmen,die be –wirken, dass der gewünschteProzessverlauf erreicht wird.Dabei ist meist auch Mit-wirkung des Menschenvorgesehen.
2.Grundkentnisse der Steuerungstechnik
2.1 Mechanische Steuerung:Mechanische Steuerungen bestehen aus Getriebe, Kurven-scheiben, Hebeln, Kupplungenund anderen mechanischenBauteilen.
2.2 Elektrische Steuerungen:
Geschiet das Steuern durch Schaltenelektrischer Kontakte , spricht manvon Kontaktsteuerungensonst von kontaktlosen Steuerungen oder elektronischen Steuerungen.Nach Art der Schaltbetätigung unter-scheidet man Tastschalter,Stell-schalter und Schloβschalter
Elektrische Steuerung
2.3 Pneumatische Steuerung
Besteht aus Steuerteil und Energieteil.Steuerteil:werden Signale aufge-nommen und verarbeitet.Energieteil:mit Stellglieder(Ventile)Antriebsglieder(Zylinder,Motoren)gesteuert und Kräfte erzeugt.
Pneumatische Steuerung
2.4 Hydraulische Steuerung
Unter Hydraulik versteht man alleAntriebs,- Steuer – und Regelbauteile einer Maschine, mit denen duch Druck in einer Flüssigkeit Kräfte erzeugt und übertragen wird.
Hydraulische Steuerung
3. Grundlagen aus der Hydrostatik und Hydrodynamik
Gesetz von Pascal
Wirkt eine Kraft F über einer Fläche A auf eine eingeschlossene Flüssigkeit, so entsteht ein Druck p, der sich über die gesamte Flüssigkeit gleichmässig ausbreitet.
3.1
Kraftübersetzung
F1 F2
p2
p1
s1
s2
21 2 1 = FAF A 21
1 2
1 2
A A =
p
F
= p
F
11
12
2
2
A
A = =
sF
sF
A2A1
3.2
Druckübersetzung
p1 p2
A1
A2
F1 F2
s1
s2
11 2 2 = pAp A 1 2F = F 21
12
= Ap
Ap
3.3
DurchflussgesetzA1
A2
A3
v1
v2
v3s1
s2
s3
Q1 Q2 Q3
Q = V
t
A = V s
Q = A
t
s
v = s
tA = Q v 1 2 31 2 3 = =A A A v v v
1 2 3 = Q = Q Q
Kontinuitätsgleichung:
3.4
Volumenstrom / Zylinder
BA
P T
a b
3
3
A
A = Kolbenfläche dm
Q
dmQ = Volume
v
dmv = Ausfahrgeschwindigkei
=
nstrom mi
t
n
min
vA
Q
3.5
Volumenstrom / Hydraulikpumpe
BA
P T
a b
T
P
Q
n*
V
3
*
* 3
n
1n = Drehzahl min
Q
dmQ = Volumens
dmV = För
=
dervolumen
trom m
V
in
U
*
=
mit Wir
= Wirkungsgrad
kung
V
ad
n
sgr
Q
3.6
Hydraulische Leistung I
T
P
M
A
P1 = E-Motor Eingangsleistung
P2 = Pumpen Eingangsleistung
P3 = Hydraulische LeistungP4 = Leistung Zylinder
2
1
4
3
M nP =
9550p
P = F v
QP =
6
P
00
= U I
3.7
Hydraulische Leistung II
MAntriebsleistung
NutzleistungAbgegebene Leistung
An
Antriebsleistung Pump
Q
e
= 600
p
:
P
Nutz
Nutzleistung Hydromoto
r:
P Q
= p
600
4.Energieträger im hydraulischen
System
4.1 Ölbehälter:
4.2 Hydraulikflüssigkeit4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.2.5
4.2.6
4.2.7
4.3 Dichtungen 4.3.1 Wichtige Anforderungen: - möglichst gute Dichtungen(Leckölverluste)-möglichst geringe Reibungskräfte bei dynamischen Dichtungen-gute mechanische Dauerhaltbarkeit(Produktlebens- dauer )-gute Verträglichkeit mit gängigen Druckflüssigkeiten ( Funktionssicherheit)-geringer Platzbedarf und Einbauaufwand ( Wirtschaftlichkeit )-geringe Herstellerkosten (Wirtschaftlichkeit)-thermische Beständlichkeit
4.3.2
4.3.3
4.3.4 Werkstoffe
- E l a s t o m e r e,
-Thermoplastische Elastomere,
- T h e r m o p l a s t e
-G e w e b e w e r k s t o f f e
4.3.5
5. Pumpen und Motoren
Konstantpumpen Verstellpumpen
Aussenzahnradpumpe
Innenzahnradpumpe
Zahnringpumpe
Flügelzellenpumpe
Radialkolbenpumpe
Schrägachspumpe
Schrägscheibenpumpe
Zahnradpumpe Buchsenpumpe III5.1
Zahnradpumpe Buchsenpumpe IV
Innenzahnradpumpe I
Unausgeglichene Flügelzellenpumpe I
Radialkolbenpumpe5.2
SchrägscheibenpumpeAxialkolbenpumpe
Schrägachspumpe I
5.3 Arbeitszylinder
6. Bauelemente der Hydraulik
6.1 Wege, Druck und Stomventile
WegeventileStart, Richtung,
Stopdirekt- /
vorgesteuert
Wege-Sitzventil
Wegeschieberventile
RückschlagventileSperrventile
DruckventileKraft
direkt-/ indirektgesteuert
Druckbegrenzungsventil
DruckzuschaltventilDruckabschaltventil
Druckreduzierventil
StromventileGeschwindigkei
t
Drosselventil
Stromregelventil
Steuerungselemente
Wegeventile
Leitungen verbinden
Leitungen absperren
Ölströme umleiten
Benennung Sinnbilder
4 / 3 Wegeventil
Anzahl Anschlüsse
Anzahl Schaltstellungen
Anschlussbezeichnungen
P Druckanschluss
T Tankanschluss
A, B Arbeitsanschlüsse
L Leckölanschluss
N Neutralumlauf
x, y Steueranschlüsse
Durchfluss Sinnbilder
Ventilbetätigung I
Manuelle allgemein
Handhebel mit Rastung
Tastrolle
Fusspedal
Ventilbetätigung II
Hydraulisch direkt
Pneumatisch direkt
Elektromagnetisch
Ventilbetätigung III
Federrückstellung
Federzentrierung
Elektro-hydraulisch vor-gesteuert
Bezeichnung Schaltstellungen II
Regel: Ventil nicht betätigt
gezeichnet
Ausnahme: Ventil betätigt
gezeichnet
bei Folgesteuerung
Sperrventile
Sitzventile Kugel KegelTeller
Absolut dicht Keine Leckagen
Schieberventile
Schaltelement
Schieber
Leckagen
Schieberspiel
Schaltüberdeckung
Positive Negative
Anschlüsse abgesperrt kein Absinken der Last Schaltschläge
Anschlüsse verbunden keine Schaltschläge Absinken der Last
Durchflusswiderstand
VerschiedeneDruchflusssinnbilder
Volumenstrom
Dru
ckab
fall
Direktgesteuertes Wegeventil
Vorgesteuertes Wegeventil
DBV direktgesteuert
Bei Sitzventile ohne Leckölanschluss Bei Schieberventile
Externe Abführung Interne Abführung
Druckbegrenzungsventil
Funktionsdarstellung Symboldarstellung
Druckbegrenzungsventil vorgesteuert I
Durch Stopfen interne oder
externe
Leckölabführung
Druckminderventil Schaltung
Druckminderventil direktgesteuert
Ansteuerung Ausgangsdruck
Unbetätigt offen
Schieberventil mit
Leckölanschluss
3-Wege-Druckminderventil I
3-Wege-Druckminderventil II
Kombination Druck-
minderventil mit
Druck-
begrenzungsventil
DBV höher eingestellt
Bei äusserer Kraft auf
Verbraucher
Druckzuschaltventil eigengesteuert
Vorgesteuert
Umgehung mit
Rückschlagventil
Eigengesteuert
Druckzuschaltventil fremdgesteuert
Vorgesteuert
Umgehung mit
Rückschlagventil
Fremdgesteuert
Druckabschaltventil
Abschaltung
einer
Pumpe
Verkürzung
Leer-
wege
Fremdgesteuert
Stromventile Strömungsgesetz
2Δ p = Q
Blende / Drossel
Blende
Drossel
Symbole
Drosselschaltung
P
A
T
B
a b
T
P
2 p
variabel
p = variabel
1 p
(konstant)
Stromteilungspunkt
VerbraucherQ
PumpeQ
DBVQ
DrosselventilQ
v
Variabler Druckabfall ergibt einen variablen Volumenstrom
Wirkungsweise Stromregelventil II
3-Wege-Stromregelventil
Rückschlagventil I
Schaltungs-Varianten
Entsperrbares Rückschlagventil
Schaltung entsperrb. Rückschlagventil
Proportional-Wegeventil 6.2
Servoventil
7. Grundschaltungen
der Hydraulik
7.1 Parallelschaltung von
Verbraucher
Reihenschaltungen vonVerbraucher
7.2 Offener und geschlossener Kreislauf
7.3 Primer,sekundär und kombinierte Verstellung
8.Grundlagen der Pneumatik
8.1 Eigenschaften der Pneumatik:
- Überlastsicherung- Zentrale Energieversorgung- Hohe Lebenserwartung-geringe Wartung-- Austauschbarkeit der Bauelemente- Hohe Bewegungsbeschleunigungen möglich- Leichte Strom- und Druckeinstellung- Begrenzte Verarbeitungs- und Übertragungs- geschwindigkeit
8.2 Aufbau einer Pneumatikanlage:
8.3 Drucklufterzeugung und aufbereitung:
9. Grundelemente der P n e u m a t i k
9.1 Darstellung der Ventile
9.2 3/2 Wegeventile:
Stromventile:
Sperrventile:
9.3 Druckventile
10. Grundschaltungen der P n e u m a t i k
10.1 Wegplansteuerung
10.2 Zeitplansteuerung
10.3 Druckplansteuerung
11. Speicher- programmierbare Steuerung
11.1 Aufbau und Funktionsweise
11.2 Programmiersprachen
11.3 Beispiel einer Ablaufsteuerung:
11.3.1 Augabe:
Auf einer Sondermaschine soll eine Nut ineine Holzleiste gefräst werden.Die Holzleiste wird mit einem Zylinder gespannt.Die Bewegung des Maschinentisches steuerteine hydropneumatische Vorschubseinheit.In der vorderen Endstellung hält sich die Vorschubseinheit 5 sec auf.
11.3.2 Technologischerplan:
Holzleiste Spannzylinder( H11)
Vorschubseinheit(H10)
Maschinentisch
11.3.3 Arbeitszyklusdiagramm:
Zusammenhanstafel:
Eingänge: Ausgänge:
Arbeitszyklus
11.3.4 Wirkungsplan
11.3.5 PLC programm ( OMRON CPM1)
12. Literatur:
[1] D.S.Aale: Steuern und Regeln für Maschinen- bau und Mechatronik. Europa Verlag 2005/10 Auflage.[2]Niest: Steuern und Regeln im Maschinenbau Europa Verlag 1994/6 Auflage
[3]Matthies-Renius:Einführung in die Ölhydraulik Vieweg+Teubner Verlag 2008
