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Steuerungs- und Regelungstechnik. Einführung Definitionen Grundlagen. Blockschaltbild einer Steuerung. Energie z. B. Heiß- dampf. Steuerstrecke z. B. Heizung. Messumformer. Steuergerät. Beispiel: Steuerung. Außentemperatur- fühler. Heizkörper oder Radiator. Brenner. Ventil.

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Presentation Transcript
steuerungs und regelungstechnik
Steuerungs- und Regelungstechnik

EinführungDefinitionenGrundlagen

slide2

Blockschaltbild einer Steuerung

Energie

z. B. Heiß-

dampf

Steuerstrecke

z. B. Heizung

Messumformer

Steuergerät

slide3

Beispiel: Steuerung

Außentemperatur-

fühler

Heizkörper oder Radiator

Brenner

Ventil

Heizkessel

blockschaltbild f r die steuerung einer heizungsanlage eines efh
Blockschaltbild für die Steuerung einer Heizungsanlage eines EFH

Heißwasser

Steuerstrecke

Energie- oder Massenfluss

Stellglied

Strecke

Steuereinrichtung

slide5

Blockschaltbild einer Regelung

Störgröße zL

Störgröße zV

Regel-

Strecke

Energie- / Massenfluss

Messumformer

Messumformer

Regler

P-, PI-, PD-, PID-

slide6

Beispiel: Regelung

Innentemp-eraturfühler

Außentemperatur-

fühler

Heizkörper oder Radiator

Brenner

Heizkessel

Ventil

slide7

Blockschaltbild für die Regelung einer Heizungsanlage eines EFH

Störgröße zL

Die zu regelnde Größe:

Störgröße zV

Regel-

Strecke

Energie- / Massenfluss

Messumformer

Messumformer

Regler

P-, PI-, PD-, PID-

slide8

Steuern (DIN 19226)

Das Steuern – die Steuerung – ist der Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Größen als Eingangsgrößen andere Größen als Ausgangsgrößen aufgrund der dem System eigentümlichen Gesetzmäßigkeiten beeinflussen.

Kennzeichen für das Steuern ist der ________________________ über das einzelne Übertragungsglied oder die Steuerstrecke.

Merke zu Steuerungen:

- offener Wirkungsablauf

- arbeitet in der Regel schneller

- einfaches Handling

- stabile Funktionen

- kann willkürlich auftretenden Störungen

nicht entgegenwirken

slide9

Regeln (DIN 19226)

Das Regeln – die Regelung – ist ein Vorgang, bei dem eine Größe, die Regelgröße fortlaufend erfasst, mit einer anderen Größe - der Führungsgröße -verglichen und abhängig vom Ergebnis dieses Vergleiches im Sinne der An-gleichung an eine Führungsgröße beeinflusst wird. Der sich daraus ergebende Wirkungsablauf findet in einem ______________________ statt.

Merke zu Regelungen:

- geschlossener Wirkungsablauf

- oft schwierig einzustellen (Handling)

- kann zum Schwingen neigen, kann somit instabil werden

- stetiger Soll- Istwert - Vergleich

- kann den meisten willkürlich auftretenden Störungen

entgegenwirken

slide10

Grundbegriffe der Steuerungstechnik

Die Steuerstrecke ist derjenige Teil des Wirkungsweges, welcher den aufgabengemäß zu beeinflussenden Bereich der Anlage darstellt.

Steuerstrecke = ____________________

Die Steuereinrichtung ist derjenige Teil des Wirkungsweges, welcher die aufgabengemäße Beeinflussung der Strecke über das

Stellglied bewirkt.

Steuereinrichtung betätigt das Stellglied

Die __________________ ist die Ausgangsgröße der Steuereinrichtung und die Eingangsgröße der Steuerstrecke.

Die __________________ ist die von außen wirkende Größe, die die beabsichtigte Beeinflussung in der Steuerung/Regelung

beeinträchtigt.

Die _____________________ ist eine von der betreffenden Steuerung nicht beeinflusste Größe, die der Steuerkette von außen

zugeführt wird und der Ausgangsgröße der Steuerung in vorgegebener Abhängigkeit folgen soll.

slide11

Grundbegriffe der Regelungstechnik

Die ______________ = derjenige Teil der Anlage, innerhalb dessen eine Beeinflussung der Regelgröße über das Stellglied erfolgen kann.

Die __________________= die Gesamtheit aller Bauglieder, welche die aufgabengemäße Beeinflussung der Regelstrecke vollziehen.

Der ________________= zur Bildung der Regeldifferenz (Regelabweichung) notwendig.

Das ________________= das am Eingang der Strecke wirksame Bauglied, durch das auf die Regelgröße Einfluss genommen wird.

Der ____________= der Ort an dem das Stellglied eingebaut ist.

Die _______________= diejenige Größe, die im Sinne der Regelung beeinflusst werden soll und deren Istwert fortlaufend mit dem Sollwert verglichen wird.

Die _________________= die Ausgangsgröße der Regeleinrichtung bzw. des Stellgliedes

Die Störgröße ______________= von außen einwirkende Größen, die die Vorgänge innerhalb der Regelstrecke beeinträchtigen.

Die Führungsgröße _____= eine von außen vorgegebene und durch die Regelung nicht beeinflussbare Größe (Sollwert).

Der _______________= derjenige Wert der Regelgröße, den er im betrachteten Zeitpunkt tatsächlich hat.

Die __________________= die Differenz zwischen Soll- und Istwert.

Die __________________= die Differenz zwischen Ist- und Sollwert.

eva prinzip
EVA-Prinzip

Eingabe – Verarbeitung - Ausgabe

art der signalverarbeitung

Digitalsignal

U

U

U

t

t

t

Art der Signalverarbeitung

Steuerung

Analoge Steuerung

Binäre Steuerung

Digitale Steuerung

Binärsignal

Analogsignal

Beispiel:

Drehzahlaufnehmer

Beispiel:

Relais-, Schützsteuerung

Beispiel:

Zähler, Frequenzmesser

einteilung von steuerungen
Einteilung von Steuerungen

Steuerung

Verknüpfungs-Steuerung

Ablauf Steuerung

einteilung nach programmverwirklichung
Einteilung nach Programmverwirklichung

Programmierung

Verbindungsprogrammierbar VPS(Schütz- und digitale Steuerungen)

Speicherprogrammierbar SPS(Kleinsteuerungen, SPS‘en)

beispiel eva prinzip bei vps
Beispiel: EVA -Prinzip bei VPS

Eingabe

Verarbeitung

Ausgabe

schaltger te
Schaltgeräte
  • Schaltglieder
  • Schließer
  • Öffner
  • Wechsler
  • Betätigungsglieder
  • Schaltgeräte ohne Hilfsenergie (z.B. Hauptschalter, Befehlstaster, Grenztaster)
  • Schaltgeräte mit Hilfsenergie(z.B. Schütze, Relais)

Relais

Für geringe Steuerspannungen(z.B. 24V) und stets für Gleich-spannung ausgelegt

Hauptschütz

Haupt- und Hilfsschaltglieder;dreipolige Wechselstrom-schütze und zweipolige Gleichstromschütze

Hilfsschütz

ausschließlich Hilfsschaltglieder

anschluss und kontaktbezeichnungen
Anschluss- und Kontaktbezeichnungen

1.Ziffer: Positionsziffer fortlaufend 1, 2, 3 ….

2.Ziffer:Funktionssziffer Öffnerkontakt: 1-2Schließerkontakt: 3-4

A1

13

21

1

3

5

- K1

14

22

2

4

6

A2

Spule

Hilfsschaltgliederje Kontakt zwei Ziffern

Hauptschaltgliederje Kontakt eine Ziffer

motorschutz
Motorschutz

Motorschutzschalter

Schalt- und Schutzgerät

Überlastschutz: Bimetallauslösung (träge)

Kurzschlussschutz: elektromagnetische Auslösung (flink)

Motorschutzrelais

Darf nur in Verbindung mit Hauptschützen eingesetzt werden!

Überlastschutz: Bimetallauslösung (träge)Kurzschlussschutz:

Nicht vorhanden !!!Vorsicherungen (LS-Schalter) zwingend notwendig!!!

Motorvollschutz

Erfassung der Wicklungstemperatur mit Temperaturfühlern (Thermistoren) direkt an der Motorwicklung.

schaltungsunterlagen
Schaltungsunterlagen

Übersichtsschaltplan

Vereinfachte meist einpolige Darstellung.

Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung

selten verwendetDarstellung der Schaltungs-elemente und ihrer Verbindungen in allen Einzelheiten.

Stromlaufplan in auf-gelöster Darstellung

meist verwendetNach Strompfaden aufgelöste Schaltungsdarstellung mit allen Einzelheiten und Leitungen

Anschlussplan

Anschlusspunkte und hieran angeschlossene Leitungsverbindungen.

Verbindungsplan

meist verwendetLeitungsverbindungen zwischen Betriebsmitteln einer elektrischen Anlage.

Wird auch Rangier- oder Klemmenplan genannt.

Geräteverdrahtungsplan

Darstellung der elektrischen Verbindung innerhalb eines Gerätes.Lagerichtige Anordnung der Betriebsmittel.

darstellung der unterschiedlichen planarten
Darstellung der unterschiedlichen Planarten

zusammenhängender Darstellung

slide25

HSÖ - Tabelle

Jedes Schütz erhält eine HSÖ -Tabelle, welche Hinweise auf die Lage der eigenen Kontakte in den jeweiligen Strompfaden gibt!

Schütz K1

Drei Hauptschaltglieder von Schütz K1 in Strompfad 31

des Hauptstromkreises

Kein Öffner von Schütz K1 im Steuerstromkreises

Schließer von Schütz K1 in Strompfad 3 des Steuerstromkreises

slide27

Übung:Vervollständigen Sie die Pläne mit den Kontaktbezeichnungen, Stromkreisnummern, HSÖ-Tabellen, Planart und Stromkreisbezeichnungen

slide29

Kontaktbelegung verschiedener Relais

Multifunktionsrelais

Zeitrelais abfallverzögert

Motorschutzrelais

eva prinzip bei sps

-S1

-S1

-S0

-K1

EVA -Prinzip bei SPS

Eingabe-Ebene

Verarbeitungs-Ebene

Ausgabe-Ebene

Sensoren

Aktoren

&

1

Eingabebaugruppe

Programm

Ausgabebaugruppe

Peripherie - Eingang

Peripherie - Ausgang

schnittstellen des eva prinzips
Schnittstellen des EVA - Prinzips

Peripherie- Ausgabe

Peripherie- Eingabe

SPS

&

E124.2

-S2

E124.1

1

-S1

A124.1

E124.0

-K1

-S0

Eingabebau-gruppe

24V

CPU

5V

Ausgabebaugruppe

24V

  • Optokoppler
    • Signalanpassung (24V5V 24V)
    • Galvanische Trennung
optokoppler der eingabeschnittstelle der sps
Optokoppler der Eingabeschnittstelle der SPS

Ausgangssignal an Verarbeitungsebene

U=5V

Rv

Rv

Eingangssignal von Eingabebaugruppe

U=24V

Optokoppler

Schalttransistor

Fototransistor

LED

systemgr en der eingangsschnittstelle
Systemgrößen der Eingangsschnittstelle

Digital Input:

  • Spannung: DC 24V

Analog Input:

  • Spannung: +/- 10V
  • Strom: 4…20mA
  • Widerstand: 0…300 Ohm
  • Thermoelement: Typ E, N, K
  • Widerstandsthermometer: Pt100
  • Bitauflösung: 15Bit + VZ
optokoppler der ausgabeschnittstelle der sps
Optokoppler der Ausgabeschnittstelle der SPS

Relais

Ausgangssignal an Ausgabebaugruppe

Rv

Rv

Ausgangssignal Verarbeitungsebene

U=5V

U=24V

Optokoppler

LED

Schalttransistor

Fototransistor

systemgr en der eingangsschnittstelle35
Systemgrößen der Eingangsschnittstelle

Digital Output:

  • Spannung: DC 24V

Analog Input:

  • Spannung: +/- 10V
  • Strom: 0…20mA
  • Bitauflösung: 15Bit + VZ
bin re signale der sps simatic s7

Spannung

U in V

+35

+24

1-Signal

+4,5

0-Signal

-35

Binäre Signale der SPS Simatic S7
zentraleinheit cpu
Zentraleinheit CPU

Speicher für Grundsoftware

Programmspeicher

Eingangsbaugruppe

Ausgabebaugruppe

Steuerwerk

Bus

Merker

Akku

Zähler

Timer

PAA

PAE

s7 systemarchitektur

Kommunikation

Prozessteil

Anwender-speicher

Profibus-DP-Master

S7-Systemarchitektur

CPU

SM

FM

CP

MPI

K-Bus

Rückwandbus

P-Bus

Profibus- DP

MPI=Multipoint Interface, SM=Signalmodul, FM=Funktionsmodul, CP=Kommunikationsmodul, K-Bus=Kommunikationsbus, P-Bus=Pheripheriebus

aufbau einer steueranweisung
Aufbau einer Steueranweisung

Steueranweisung

Operationsteil

Operandenteil

Kennzeichen

Parameter

Bsp: U E 1.0

bezeichnungsstruktur von operanden eing ngen ausg ngen und merker

.

E

124

0

Bit

Kennzeichen

Byte-Adresse

E= Eingang

A= Ausgang

M= Merker

Bezeichnungsstruktur von Operanden Eingängen, Ausgängen und Merker

Bsp:

M1.0 ... M1.7

A124.0 ...A124.7

1Byte = 8 Bit (0...7)

bersicht der programmiersprachen nach din en 61131 3
Übersicht der Programmiersprachen nach DIN EN 61131-3

SPS -Programmiersprachen

Textsprachen

Grafische Sprachen

Ablaufsprache

Anweisungsliste

Funktionsbausteinsprache

FBS

Kontaktplan

Strukturierter Text

programmabarbeitung

Programm

&

1

1

1. Einlesen der Eingangsignale:

Signalzustände der Eingabebaugruppe werden eingelesen und im Prozessabbild der Eingänge abgespeichert.

Programmabarbeitung

2. Abarbeiten des Programms: Die im PAE eingelesene Signalzustände werden im Programm verarbeitet und das Verknüpfungsergebnis in das Prozessabbild der Ausgänge geschrieben.

3. Ausgeben der Ausgabesignale: Die im PAA abgelegten Verknüpfungsergebnisse werden an die Ausgabebaugruppe auf einmal ausgegeben. Somit kann ein Ausgang niemals den Signalzustand „0“ oder „1“ gleichzeitig annehmen!

1 x Durchlauf nennt man Zyklus

programmorganisation nach din en 61131 3
Programmorganisation nach DIN EN 61131-3

Programm OB1 (Hauptprogramm)

ProgrammorganisationseinheitenPOE:

Funktionsbaustein (Function Block)Programmieren mit Standardbefehlen und symbolischen Variablen ohne Gedächtnisfunktion, keine Variablendeklaration notwendig.

Funktion (Function)Programmieren mit Standardbefehlen und symbolischen Variablen mit Gedächtnisfunktion, Variblendeklaration notwendig. Instanzen (spezielle Kopien) zur Verwendung in anderen Programmen möglich (Bibliothekenfunktion).

bausteine in step 7
Bausteine in STEP 7

Code-Bausteintypen (Programm)

Datenbausteintypen(Daten)

Organisationsbaustein

Instanz-DBDB

Funktionsbaustein

Global-DBDB

Funktion

bausteinorganisation
Bausteinorganisation

Hauptprogramm

Unterprogramme

Betriebs-

system

der CPU

OB1

Zyklisch

FC

FB

Call 1

InstanzDB

FC

GlobalDB

Call 2

Unterbrechung

andere OB

Ereignis

adressen

EW

EW

EB14

EB15

EB12

EB13

EW

Adressen

Symbolische Adressen

Symbolische Namen und Bezeichnungen

z.B.: Band 1 EIN = E124.0

Absolute Adressen

Bitweise: z.B.: E0.0 ….E0.7

Byteweise: z.B.: EB0 = E0.0….E0.7

Wortweise: z.B.: EW12 =

7 0

Bit

1 Wort

Bit

15 8Linkes Byte

7 0rechtes Byte

slide49

1 Doppelwort

Bit

31 24

7 0

15 8

23 16

ED12

EB

EB

EB

EB

ED13

Doppelwort: z.B.: ED12 = EW12 + EW14

= EB12 + EB13 +EB14 + EB14

EB

parameter der s7 bausteine
Parameter der S7-Bausteine

Lokale Variablen:

Nur für den Baustein (FC oder FB) geltende Variablen, welche durch symbolische Namen verwendet werden.

Bausteinparameter:

Sind lokale Variable eines Bausteins (FB), welche als Schnittstellen-variablen der Bausteingrenzen fungieren. Folgende Deklarationstypen zählen zu den Bausteinparametern:

Deklarationstypen:

IN: Der Eingangsparameter kann innerhalb des Codebausteins (FB, FC) nur abgefragt (eingelesen) werden.

OUT: Der Ausgangsparameter kann innerhalb des Codebausteins (FB, FC) nur beschrieben (ausgegeben) werden.

IN_OUT: Der Durchgangsparameter kann innerhalb des Codebausteins (FB, FC) nur abgefragt (eingelesen) und beschrieben (ausgegeben) werden.

lokale parameter
Lokale Parameter

Rein Baustein interne Lokalvariablen : (Eine Variable ist ein mit einem Namen versehener Speicherplatz)

Deklarationstypen:

STAT: Interne Zustandsvariablen zum Abspeichern von Daten (Gedächtnisfunktion). Sie kann nur in FB‘s benutzt werden.

TEMP: Interne temporäre Lokalvariable zum Zwischenspeichern von Ergebnissen innerhalb eines Bearbeitungszyklus und zur Datenübergabe zwischen den im OB1 aufgerufenen Daten. Sie sind in FB‘s und FC‘s deklarierbar.