Produktionsinformatik Automatisierungstechnik I 30. Mai 2016 · Aufbau von Automatisierungssystemen Komponenten eines Prozessautomatisierungssystems Automatisierungseinrichtung (Automatisierungssystem)

Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Electronic Government Universität Potsdam

Chair of Business Information Systemsand Electronic GovernmentUniversity of Potsdam

Univ.-Prof. Dr.–Ing. habil. Norbert Gronau Lehrstuhlinhaber | Chairholder

August-Bebel-Str. 89 | 14482 Potsdam | Germany

Tel +49 331 977 3322Fax +49 331 977 3406

E-Mail [email protected] lswi.de

Automatisierungstechnik I30. Mai 2016

Produktionsinformatik

EinführungWirtschaftliche BedeutungAufbau von AutomatisierungssystemenFunktionen und Aufgaben der AutomatisierungProduktautomatisierungAutomatisierungsgerätesysteme und -strukturenProzessperipherie

Automatisieren

Das Ziel der Prozessautomatisierung ist die Verbesserung des Prozesses. Kriterien können unter anderem finanzieller, technischer und personeller Art sein.

Prozess

Definition Prozessautomatisierung

Quelle: DIN 66201; DIN 19233

Gesamtheit von aufeinander einwirkenden Vorgängen in einem SystemZiel: Umformung oder Speicherung von Materie, Energie oder InformationenTechnischer Prozess: Prozess, dessen physische Größen mit technischen Mitteln erfasst und beeinflusst werden

Ausrüsten einer Einrichtung, so dass sie ganz oder teilweise ohne Mitwirkung des Menschen bestimmungsgemäß arbeitetVorgehen: Erfassung und gezielte Beeinflussung von Zustand bzw. Verlauf eines Prozesses, so dass die vorgegebenen Aufgaben bzw. Funktionen selbstständig erfüllt werden können

Technisches System mit technischem Prozess

Technischer Prozess

Prozess-Ergebnis-

Informationen

Informationenzur Prozess-

Beeinflussung

Prozess-Eingangs-

Größen

Prozess-Ausgangs-

Größen

Technisches System

MesssignaleStellsignale

Materie-, Energie- oder

Informations-zufluss

Materie-, Energie- oder

Informations-zufluss

Quelle: Lauber/Göhner S. 3

Prozessleittechnik Prozessinformatik/Prozessdatenverarbeitung

Prozessautomatisierung

Grundbegriffe

Fokus: Automatisierung des technischen ProzessesZielvorstellung: Automatisierung der Vorgänge des technischen Systems mit Hilfe entsprechender Imformationsverarbeitungs-einheitenMensch gibt (nur noch) Zielvorstellung ein

Fokus: BedienungZielvorstellung: Leitung (Steuern und Regeln) des Ablaufs des technischen Prozesses durch den Menschen

Fokus: Rechner- und KommunikationssystemZielvorstellung ist AutomatisierungssoftwaresystemEchtzeitsystem

Quelle: Lauber/Göhner S. 5 ff.

Teilgebiete der Automatisierungstechnik

Automatisierungstechnik/Prozessleittechnik

EMSR-Technik

Elektro-technik

Mess-technik

Steuerungs-technik

Regelungs-technik

Aktor-technik

DigitaleInformations-Technologie

MSR-Technik

Quelle: Jelali, Folie 16

Durchsatzleistung erhöhen

Produktqualität verbessern

Personalkosten einsparen

Zuverlässigkeit des Betriebsablaufes erhöhen

Sicherheit des Betriebsablaufes erhöhen

Menschen von schwerer, körperlicher, gefährlicher oder monotoner Arbeit entlasten

Anlagen ressourceneffizient betreiben

Ziele der Prozessautomatisierung


Einsatzgebiete der Automatisierung

Prozessautomatisierung

Anlagenautomatisierung

Produktionsstätten

Verfahrensautomatisierung

Fertigungssautomatisierung

Kraftwerke

Netze

Kommunikation

Gebäude

Verkehrssysteme

ProduktautomatisierungQuelle: Lauber/Göhner S. 9

Negative Auswirkungen

Auswirkungen der Automatisierung

Positive Auswirkungen

Verbesserung der UsabilityVerringerung des Arbeitseinsatzes bei der Erzeugung besserer, günstigerer und gleichmäßiger ProdukteVerringerung der Gefährdung von MenschenHumanisierung von ArbeitsbedingungenSicherung von Arbeitsplätzen durch Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit

Freisetzen von ArbeitskräftenVeränderung von Arbeitsabläufen und Arbeitsinhalten kann zu der Notwendigkeit der Umstrukturierung von Arbeitsplätzen führenVerringerung der menschlichen KontakteErhöhung des Stresses und Verringerung von entspannten Tätigkeiten


Herausforderungen bei der Entwicklung von IT und Automatisierungstechnik

Quelle: VDMA a

0

10

20

30

40

50

60

70

Personalverfügbarkeit

Know-how und Technologie-Transfer

Aus- und Weiterbildung

IT-Forschung

1824

48

64

1318

32

47

Ante

il de

r Bef

ragt

en

2012 2015

n = 137

Historische Entwicklung der Automatisierung

bis 1940 Verstreute Mess- und StellgeräteManuelle Bedienung von Stellorganen

1940 - 1950Errichtung von LeitständenMechanische oder elektrische Verlängerung der Mess- und StellorganeZentralisierung der Geräte und Bedienung

1950 - 1960Zentrale Messwarten mit Anzeigegeräten und Fernbedienung(Pneumatische) Regler zum selbstständigen Prozessablauf ohne Eingriff von PersonalBeginn eigentliche Prozessautomatisierung

ab ca. 1960 Verwendung genormter, elektrischer Signale zur Messwertübertrgung und StellgeräteansteuerungZentrale Prozessrechner (zunächst für Dokumentation und Registierung von MEsswerten und Prozessdaten)

ab ca. 1975Verteilte, computerbasierte ProzessleitsystemeProzessführung wird teilweise durch prozessnahe Komponenten übernommenVisualisierung und Bedienung durch ein Rechnernetzwerk

ab ca. 1985Zunehmende Digitalisierung und Miniaturisierung der Komponenten des Prozessleitsystems PLSProgrammierung, Konfiguration und Bedienung zunehmend durch BetriebssystemeSchnittstellen zwischen PLS und Bürocomputern zur Auswertung der Prozessdaten

ab ca. 1995 Digitalisierung der gesamten Prozessleittechnik einschließlich Messegeräte und Aktoren mit Hilfe der Feldbus-Technologie

ab ca. 2000 Hochverteile, vernetzte Systeme mit intelligenten Sensoren und Aktoren, SPS/Controller-basierten PLSZunehmende Standardisierung von Netzen und Protokollen

Quelle: Jelali, Folien 41 ff.


Größte Unternehmen der Automatisierungstechnik weltweit nach Umsatz im Jahr 2014

Quelle: controlglobal.com 2015

Siemens (Deutschland)ABB (Schweiz)

Emerson (USA)Schneider Electric (Frankreich)

Rockwell Automation (USA)General Electric (USA)

Mitsubishi Electric (Japan)Danaher (USA)

Honeywell (USA)Yokogawa Electric (Japan)Endress+Hauser (Schweiz)

Omron (Japan)Phoenix Contact (Deutschland)

Ametek EIG (USA)IMI (Vereinigtes Königreich)

0 3750 7500 11250 15000

2183

2277

2392

2439

2721

3374

3494

3526

3805

3840

6297

7511

9538

11168

13403

Umsatz in Milliarden US-$

Umsatz der deutschen Automationsindustrie in den Jahren 2010 bis 2014

Quelle: ZVEI a

0

10

20

30

40

50

2010 2011 2012 2013 2014

46,746,647,647,9

41,9

Um

satz

in M

illia

rden

€Umsatz der deutschen Automationsindustrie nach Sektor in den Jahren 2013 und 2014

Quelle: ZVEI b

Messtechnik und Prozessautomatisierung

Schaltgeräte, Schaltanlagen, Industriesteuerungen

Elektrische Antriebe

0 5 10 15 20

9,0

18,4

19,4

8,8

18,8

19,0

Umsatz in Milliarden €

2013 2014

Erwartete Bedeutung von IT und Automatisierungstechnik im Maschinenbau im Jahr 2018

Quelle: VDMA b

Kunststoff- und Gummimaschinen

Robotik + Automation

Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen

Verfahrenstechnische Maschinen und Apparate

Werkzeugmaschinen und Fertigungssysteme

Bau- und Baustoffmaschinen

Druck- und Papiertechnik

Maschinenbau Durchschnitt

Pumpen + Systeme

Textilmaschinen

Antriebstechnik

Fluidtechnik

Allgemeine Lufttechnik

0 1,5 3,0 4,5 6,0

4,3

4,4

4,7

4,8

4,8

4,9

5,0

5,0

5,1

5,2

5,2

5,3

5,7

Bedeutung auf einer Skala von 1 (keine Bedeutung) bis 6 (unverzichtbar) n = 162


Aufbau eines automatisierten Gesamtsystem

Menschen zur Leitung und Bedienung des technischen Prozesses sowie zum Eingreifen

in Ausnahme-Situationen

Automatisierungssystem

Technisches SystemTechnisches ProduktTechnische Anlage

Prozessbe-einflussung

Prozessbe-ergebnis

Signale aus dem technischem Prozess

Signale zur Steuerung des technischen Prozesses


Automatisierungspyramide

Management-leitebene

Betriebs-leitebene

Prozess-leitebene

Steuerungs-/Regelungsebene

Sensor-/Aktorebene

Monate -Jahre

Tage - Wochen

Minuten - Stunden

Millisekunden - Sekunden

Zeitliche Anfoderung

Personal- und FinanzplanungKostenanalysenStatistische Auswertungen

BetriebsablaufplanungProduktionsplanungKapazitätsoptimierung

Visualisierung und BedienungProzessüberwachung/-diagnoseProzessoptimierung

Steuern, RegelnVerriegeln, Not-BedienenAbschalten, Schutz

Funktionen

Erfassung und Beeinflussung von Prozessgrößen mit Sensoren und Aktoren


Automatisierung als Informationskreislauf

Aktoren

Technischer Prozess

Sensoren

Algorithmus/Verarbeitung

Signale

Signale physikal. Größen

physikal. Größen

z. B. Position, Kraft, Drehmoment

z. B. Druck, Temperatur,Geschwindigkeit

http://www.iht-inc.de/images/produkte_sensoren.jpg

http://www.itwissen.info/bilder/aktoren-foto-ap-petersdorff-dotde.png

Quelle: Jelali, Folie 17

Aufbau von Automatisierungssystemen

Komponenten eines Prozessautomatisierungssystems

Automatisierungseinrichtung (Automatisierungssystem)

Technisches System (Automatisierungsobjekt)

Technische AnlageTechnisches Produkt

Einrichtungen für die Mensch-Prozess-Kommunikation

Fest verdrahtete Einzelgeräte

Automatisierungs-rechner

Kommunikations-system

Schnittstellen zum Technischen Prozess (Sensoren und Aktoren)

Busssystem zur Kommunikation zwischen den Automatisierungsrechnern

Prozessnahes Kommunikationssystem (Feldbus)

Automatisierungs-Softwaresysteme

Hardwaresystem

Rechner-Hardware Prozess-Peripherie System-SoftwareAnwender-Software


Automatisierungscomputer

Aktoren/Stellglieder

Sensoren/Messgeräte

Komponenten eines Automatisierungssystems

Automatisierungssoftware

Erfassung von Informationen über den aktuellen ProzesszustandErfassung analoger physikalischer GrößenMesswertverarbeitung

Speicherprogrammierbare Steuerungen SPSMicrocontrollerPersonal Computer bzw. Industrial Personal ComputerProzessleitsystem

Umsetzung von Steuerungsinformationen zur Beeinflussung von ProzessgrößenErzeugung der Stellgrößen (meist durch Stellventile/ -geräte oder AntriebeStetige vs. binäre Verstellung

Programme, die zur Ausführung der AutomatisierungAnwendungssoftware und Betriebs-/Systemsoftware


Online- und Open-Loop-Betrieb Online- und Closed-Loop-Betrieb

Auch bei einem vollautomatisierten Betrieb kann der Mensch – bspw. bei der Sollwertvorgabe oder im Störfall – Änderungen vornehmen

Offline-Betrieb

Automatisierungsgrad

Niedriger AutomatisierungsgradZeitliche und gerätemäßige Entkopplung von Prozess und RechnerManuelle Fahrweise durch Personal

Mittlerer AutomatisierungsgradZeitliche und gerätemäßige Kopplung von Prozess und RechnerDatenerfassung, Protokollierung, Prozessvisualisierung durch RechnerHohe Anforderungen bzgl. EchtzeitverhaltenAnlagenfahren durch Bedienpersonal

Hoher AutomatisierungsgradZeitliche und gerätemäßige Kopplung von Prozess und RechnerSteuerung, Regelung, Datenerfassung, Protokollierung, Prozessvisualisierung durch RechnerHohe Anforderungen bzgl. EchtzeitverhaltenBedienpersonal im Normalfall nur zur Überwachung bzw. Eingriff in Notfällen



Prozessüberwachung

Ziel Bereitstellung von Informationen über den Prozess für das Betriebspersonal oder für die automatische Prozessdatenverarbeitung und -auswertung.

Typische Teilaufgaben

• Anzeige aller wichtigen Prozessgrößen in geeigneter Form, heute zumeist als Display• Protokollierung ausgewählter Prozessgrößen• Signalisierung der Verletzung zulässiger Grenzwerte• Berechnung zusätzlicher Größen, insbesondere nicht-messebarer Prozessgrößen während des

Betriebs der Anlage

Prozess

Zustands-beobachter

gemessene Ausgangsgrößen

Eingangs-größen

Störungen

geschätzte (interne) Zustände

Informationsfluss


Prozesssicherung

Ziel Gewährleistung eines sicheres Prozessablaufes durch die Vermeidung gefährlicher Prozess- und AnlagenzuständeSchutz des MenschenSicherstellung der Langlebigkeit der Anlage und der Produktqualität


• Verriegelung im Prozessablauf zum Erzwingen einer bestimmten Reihenfolge von Handlungen

• Noteingriffe bzw. automatische Abschaltung von Maschinen oder Anlagen(-teilen) bei sicherheitsgefährdenden Grenzüberschreitungen

• Erhöhung der Zuverlässigkeit des Automatisierungssystems durch Installation von Redundanzkomponenten

• Anwendung spezieller Prüf- und Plausibilitätsalgorithmen, z. B. zur Erkennung/Vermeidung von Fehleralarmen

• Realisierung flexibler Reaktionen auf tatsächlich eingetretene gefährliche Prozess- oder Anlagenzustände zur Vermeidung von Zeitabschnitten völligen bzw. langen Stillstands


Steuerung

Prozessstabilisierung

Regelung

Messung des Ist-Wertes einer Größe und Angleich an die Soll-Größe durch Nachstellen

Beeinflussung einer Maschine oder Anlage durch StellgrößeKeine Rückwirkung von Steuergröße auf Stellgröße

http://www.sbz-monteur.de/wp-content/uploads/2013/08/Steuerung.bmp

http://www.sbz-monteur.de/wp-content/uploads/2013/08/Regelung.bmp


Prozessführung

Ziel Realisierung eines logisch oder zeitlich vorgegebenen Prozessablaufes und damit beabsichtigte Änderung von Prozessgrößen


• Binärsteuerung zur Realisierung von Verknüpfungen, Zeitplan- und Ablaufsteuerungen etc.• Steuerung von Anfahr-, Abfahr- sowie Umsteuerungsvorgängen in kontinuierlichen Prozessen• Koordinatonssteuerungen von Teilprozessen größerer Produktionssysteme


Prozessoptimierung

Ziel Ermittlung optimaler Arbeitspunkte


• Statische Prozessoptimierung: Bestimmung und Erreichung optimaler Arbeitspunkte für stationäre Betriebszustände

• Dynamische Prozessoptimierung: Berechnung und Realisierung optimaler Übergangsvorgänge von einem stationären Arbeitspunkt zu anderen


Vorhersage des Systemverhaltens

Voraussetzung • Kenntnis des Systemzustandes zum Start des Vorhersageintervalls• Hinreichend kleine Störung


• Entwurf von Steuerungen• Operative Steuerungsaufgaben bei denen das Bedienpersonal die Steuerentscheidung in

Abhängigkeit der aktuellen Arbeitsweise der Anlage fällt.

Prozess

Prädiktor

Eingangs-größen

gemessene Ausgangsgrößen

PräzisierteAusgangsgrößen


EinführungWirtschaftliche BedeutungAufbau von AutomatisierungssystemenFunktionen und Aufgaben der AutomatisierungProdukt- und AnlagenautomatisierungAutomatisierungsgerätesysteme und -strukturenProzessperipherie

Anlagenautomatisierung

Produkt- vs. Anlagenautomatisierung

http://werkzeug-neu.de/images/content/produkte_werkzeugmaschinen_drehmaschinen_gdw_cnc.jpg

Produktautomatisierung

Technischer Prozess in einem Gerät oder einer einzelnen MaschineAutomatisierungscomputer in Form von Mikrocontrollern oder SPSWenige Sensoren und AktorenSerien- oder MassenproduktionBsp.: Messgeräte, Werkzeugmaschinen

Technischer Prozess in einer – oft räumlich ausgedehnten – industriellen AnlageUmfangreiche und komplexe AutomatisierungsfunktionenVerwendung von SPS-, PC- oder ProzessleitsystemenSehr viele Sensoren und AktorenMittlerer bis hoher AutomatisierungsgrafEinmal-SystemeBsp.: Fertigungstechnische Anlagen, Hochregallager


http://www.pharma-zeitung.de/newspics/967ad0dd0687.jpg

Struktur einer einfachen Produktautomatisierung

Benutzer bzw. Bediener

Mikrocontroller

Technisches Produkt

Sollwerte Anzeigen

Stellgrößen Prozess-ergebnisse


Mikrocontroller

Waschmaschine

Waschprogramm,Schleuder-Drehzahl

LCD (Waschzeit,Bedienhinweise)

Motordrehzahl, Heizstabsteuerung

Temperaturwert,Drehzahl


Struktur einer komplexen Produktautomatisierung


Mikrocontroller

Mikrocontroller 1

Teilsystem 1

Mikrocontroller 2

Teilsystem 2

Mikrocontroller n

Teilsystem n

.....

.....

Technisches Produkt

Bus-System

Feld-Bus

Anlagen-Bus

Fabrik-Bus



Mikrocontroller

Personal Computer PC /Industrial Personal Computer IPC

Speicherprogrammierbare Steuerung SPS

Automatisierungscomputer

Prozessleitsysteme PLS

Einsatz von Geräten mit ZertifizierungenProprietäre Hardware mit oft langfristigen Zusagen für die ErsatzteillieferungVerknüpfung binärer Signale in einfacher Darstellungen

„Ein-Chip-Computer“ mit niedrigem PreisHochintegrierte BausteineVerwendung für MassenprodukteHohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer

Programmierung in HochspracheEinsatz von Echtzeit-Betriebssystem als Stand Alone oder als Ergänzung möglichMögliche Einsatzgebiete: Prozess-Visualisierung, -Auswertung, -Überwachung, Leitstandsaufgaben

Verteilte, über Bus-Systeme verbundene RechnersystemKopplung mit SPS-RechnernEinsatz vorkonfigurierter, vom Hersteller des PLS entwickelten Programmbausteinen Konfigurierung durch Anwender


Mikrocomputer Mikrocontroller

Unterscheidung von Komponenten

Mikroprozessor

Prozessor auf einem Mikroelektronik-Chip

Alle Komponenten auf einem Mikroelektronik-Chip, d. h. Prozessor, Speicher, Schnittstellen zur Peripherie

Automatisierungscomputer bzw. ein Automatisierungs-Computersystem auf einem Chip

http://www.mikroprozessor.info/images/mikroprozessor.jpg http://www.fahrzeug-elektrik.de/irdd.jpghttp://www.elektronik-labor.de/Lernpakete/TPS/Platine2.jpg


Zentraler Automatisierungs-

computer

Teil-Prozess 1 Teil-Prozess 2 Teil-Prozess n. . .

Technischer Prozess in einem technischem System

Teil-Prozess 1 Teil-Prozess 2 Teil-Prozess n. . .

Automati-sierungs-

computer 1

Automati-sierungs-

computer 2

Automati-sierungs-

computer n. . .

Zentrale vs. dezentrale Automatisierungsstruktur

Zentrale Automatisierungsstruktur Dezentrale Automatisierungsstruktur


Kriterien für den Vergleich von Automatisierungsstrukturen

KostenTeilever-

fügbarkeit

Flexibilität bei Änderungen

Koordinierung von Teilprozessen

Optimierung des Gesamtprozesses

Usability

Transparenz

Störfall-lokalisierung

Wartbarkeit

Quelle: Lauber/Göhner S. 89 ff

Hybride Automatisierungsstruktur

Leit-einheit

Koordinierungs-einheit 1

Koordinierungs-einheit 2

Koordinierungs-einheit n

Dezentrale Automatisie-

rungseinheit 1


rungseinheit 2


rungseinheit n

Teilprozess 1 Teilprozess 2 Teilprozess n

Technischer Prozess

. . .

. . .

. . .

zentrale Leitebene

Kooridinierungs-ebene

prozessnahe Ebene

Anfo

rder

unge

n an

die

Ver

fügb

arke

it

Kom

plex

ität d

er V

erar

beitu

ngsa

ufga

ben


Anforderungen an Verfügbarkeit und Verarbeitungsleistung

Anforderungen an die Verfügbarkeit

erforderliche Verarbeitungsleistung

Schu

tz S

iche

rung

, Ü

berw

achu

ng

Verr

iege

lung

Einz

el-

steu

erun

gen

Rege

lung

en

Führ

ungs

-re

gelu

ng

Führ

ungs

-St

euer

ung

Kenn

wer

t-be

rech

nung

Opt

imie

rung

prozessnahe Ebene Koordinierungs-ebene

LeitebeneQuelle: Weyrich, Folie 111

Erhöhung der Verfügbarkeit

Gegenseitige Aushilfe bei hoher Belastung

Hohe Zuverlässigkeit durch Fehlertoleranz

Ziele verteilter Automatisierungssysteme

Einfache Erweiterbarkeit

Ausfall eines dezentralen Computers führt nicht zu GesamtausfallEingrenzung des Fehlers durch Rekonfiguration

Ermöglicht durch schnelle Wartung und InstandhaltungGegenseitige Überwachung mit Fehlerdiagnose

Selbstständige Anpassung der AufgabenverteilungReduzierung der Reserven der einzelnen Einheiten

Neue Komponenten können leicht in ein bestehendes System integriert werden

Verteilte Automatisierungssysteme werden durch die Verknüpfung dezentraler Automatisierungseinheiten mit einem übergeordneten Rechner über ein Kommunikationssystem ermöglicht.


Kriterien für die Wahl eines Kommunikationssystems

Verkabelungskosten

Kopplung unterschiedlicher Kommunikationspartner

Mögliche Datenüber-tragungsraten

Sichere Informations-übertragung

Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit

Flexibilität

Reaktionszeiten bei Übertragungsanforderungen

Anforderungen an Kommunikationspartner

Standardisierung von Schnittstellen

Quelle: Lauber/Göhner S. 89 ff

StufenPrinzip

Das Ziel fehlertoleranter Strukturen sind Systeme, die beim Auftreten von Fehlern in einzelnen Komponenten als Ganzes funktionsfähig bleiben.

Fehlertolerante Strukturen

Volle FehlertoleranzVerringerte LeistungsfähigkeitÜbergang in einen sicheren Zustand

Aufbau eines Systems aus redundanten Hard- und Software-Modulen Erhaltung des Funktionsfähigkeit des Systems beim Auftreten eines Fehlers


Dynamische FehlertoleranzStatische Fehlertoleranz

Statische vs. dynamische Redundanz

Alle Module (also insb. auch die redundanten) sind ständig im Einsatz

Einsatz der redundanten Module erst nach einem Ausfallblinde Redundanz: redundante Module sind im fehlerfreien Fall nicht tätigfunktionsbedingte Redundanz: redundante Module laufen im fehlerfreien Fall im Stand-by-Modus


Software-Redundanz

Messwert-Redundanz

Das Ziel der Redundanz ist es, Systeme aufzubauen, die auch bei einem Fehler ihre Funktionsfähigkeit behalten.

Hardware-Redundanz

Formen der Redundanz

Zeit-Redundanz

Ziel: Erkennung von Ausfällen der HardwareEinsatzprinzip: m-von-n-RedundanzRealisierung der Redundanz durch Doppel- oder Drei-Rechner-Strukturen

Ziel: Erkennung von Fehler in der SoftwareMehrfaches Vorhandensein von Software nicht sinnvoll, da nicht Ausfälle, sondern Fehler das Problem sindDiversität: Verschiedener Aufbau von Programmteilen, wobei gleiche Eingangsdaten gleiche Ergebnisse liefern

Aufnahme von mehr Messwerten als eigentlich benötigenredundante Messgrößenabhängige Messgrößen

Mehrfache Abfrage des gleichen Messwertes in bestimmten Zeitabständen



Kopplung Automatisierungscomputer mit technischem Prozess und zugehörigen Schnittstellen

Technischer Prozess in einem technischem System

Sensoren und Aktoren

E/A-Knoten

E/A-Knoten

Prozess-, Singnal-Ein-/Ausgabe

Bus-Koppler Bus-Koppler

Automatisierungs-Computer (z. B. SPS, PC)

Prozessgrößen-Schnittstelle (physikalische Größen)

. . .

Sensor/Aktor-Schnittstelle (elektrische

oder optische Signale)

Prozessperipherie-Schnittstelle (elektrische

oder optische Signale)Feldbus-Schnittstelle

Rechner-Ein-/Ausgabe-Schnittstelle (Rechner-Systembus)

Schnittstelle zu den höheren Ebenen der Computer-Hierarchie

Aktor/Sensor-Bus

Feldbus


Informationsfluss bei der Prozess-Signaleingabe

Umwand-lung

Durch-schaltung

Verstärkung

A/D Um-setzung

Transfor-mation

Filterung

Plausibili-tätsprüfung

physikalische, im allgemein nicht elektrische Größen im technischen Prozess

elektrische oder optische Prozess-Signale

adressierter und durchgeschaltete Prozess-Signale

auf höheren Spannungspegel verstärkte Prozesssignale

Rohwert

angepasste Fertigwerte

gefilterte Fertigwerte

auf Plausibilitätgeprüfte Fertigwerte

entfällt bei der Erfassung binärer oder digitaler Prozess-Signale

FertigwertlisteQuelle: Weyrich, Folie 139

Aktoren

Durch das Zusammenspiel von Sensoren und Aktoren können regelnde Automatisierungssysteme realisiert werden.

Sensoren und Aktoren

Sensoren

Erfassung physikalischer Prozessgrößen sowie deren Umwandlung in einer zur Weiterverarbeitung geeignete Form

Umsetzung der vom Automatisierungscomputer vorgegebenen Informationen in Stelleingriffe in dem technischen Prozess

http://www.iht-inc.de/images/produkte_sensoren.jpg http://www.itwissen.info/bilder/aktoren-foto-ap-petersdorff-dotde.png

Quelle: Weyrich, Folie 118 ff.

Control Global. n.d. Größte Unternehmen der Automatisierungstechnik weltweit nach Umsatz im Jahr 2014 (in Millionen US-Dollar). Statista. Zugriff am 14. Mai 2016. Verfügbar unter http://de.statista.com/statistik/daten/studie/276935/umfrage/wichtigste-unternehmen-weltweit-im-bereich-automatisierungstechnik/.

Deutsches Institut für Normung: DIN 19233: Leittechnik - Prozeßautomatisierung - Automatisierung mit Prozeßrechensystemen, Begriffe

Deutsches Institut für Normung: DIN 66201: Prozeßrechensysteme; Begriffe

Jelali, M.: Skript: Prozessautomatisierungstechnik, Wintersemester 13/14, Fachhochschule Köln.

Lauber, R.; Göhner, P.: Prozessautomatisierung I, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg, 1999.

VDMA b. n.d. Maschinenbau: Worin sehen Sie die größten Herausforderungen bei der Entwicklung von IT und Automatisierungstechnik?. Statista. Zugriff am 28. Mai 2016. Verfügbar unter https://de.statista.com/statistik/daten/studie/426870/umfrage/problemfelder-bei-der-entwicklung-von-it-und-automatisierungstechnik-im-maschinenbau/.

VDMA b. n.d. Erwartete Bedeutung von IT und Automatisierungstechnik* im Maschinenbau im Jahr 2018. Statista. Zugriff am 28. Mai 2016. Verfügbar unter http://de.statista.com/statistik/daten/studie/426769/umfrage/erwartete-bedeutung-von-it-und-automatisierungstechnik-im-maschinenbau/.

Weyrich, M.: Skript Automatisierungstechnik I, Sommersemester 2015, Universität Stuttgart, Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik.

ZVEI a. n.d. Umsatz der deutschen Automationsindustrie in den Jahren 2010 bis 2014 (in Milliarden Euro). Statista. Zugriff am 14. Mai 2016. Verfügbar unter https://de.statista.com/statistik/daten/studie/309929/umfrage/umsatz-der-deutschen-automationsindustrie/.ZVEI b. n.d. Umsatz der deutschen Automationsindustrie nach Sektor in den Jahren 2013 und 2014 (in Milliarden Euro). Statista. Zugriff am 14. Mai 2016. Verfügbar unter https://de.statista.com/statistik/daten/studie/310003/umfrage/umsatz-der-deutschen-automationsindustrie/.

Literatur

Documents

Produktionsinformatik Automatisierungstechnik I 30. Mai 2016 · Aufbau von Automatisierungssystemen Komponenten eines Prozessautomatisierungssystems Automatisierungseinrichtung (Automatisierungssystem)