Prozeßautomatisierung by Gerhard-Helge SchildtProzeßautomatisierung by Gerhard-Helge Schildt

Prozeßautomatisierung

byGerhard-Helge Schildt, Wolfgang Kastner

Paperback | June 18, 1998 | German

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Die Prozeßautomatisierung umfasst die Gebiete der Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik und verbindet sie mit der Informatik. Diese Übersicht vermittelt ingenieurmäßiges Wissen über Petri-Netz-Modelle, den Aufbau von Prozeßrechneranlagen, venetzte Rechnersysteme, rechnergestützte Emtwicklungsverfahren, Regelungstechnik inklusive Fuzzy-Control, Software-Entwicklung für Automatisierungssysteme.
Title:ProzeßautomatisierungFormat:PaperbackPublished:June 18, 1998Publisher:Springer ViennaLanguage:German

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ISBN - 10:3211829997

ISBN - 13:9783211829998

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Table of Contents

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.

Editorial Reviews

"... Man darf überrascht sein, daß trotz der inhaltlichen Vielfalt und des doch eng begrenzten Gesamtumfangs eine große Fülle an Einzelfaktoren, Zusammenhängen und an Hintergrundinformation geboten wird, wie es insbesondere für Informatik-Studenten an Technischen Universitäten erforderlich ist; in leicht faßlicher Form und unter ansprechender Bebilderung." e&i Elektrotechnik und Informationstechnik, 1/1999"Der Buchtitel benennt ein sehr umfangreiches Gebiet; umfaßt es doch Fertigungstechnik, Computertechnik in Hard- und Software, Echtzeitdatenverarbeitung, Regelungstechnik, Redundanz, Zuverlässigkeit und anderes ... Den Autoren ist es ... gelungen, die wesentlichen Fakten herauszuarbeiten und unkompliziert darzustellen ... Leser, die an einer derartigen Breite interessiert sind, werden sicher an dem Buch Gefallen finden." International Journal Automation Austria, 1/1999