Langmann Taschenbuch der Automatisierung

3. neu bearbeitete Auflage 2017
ISBN: 978-3-446-45102-5
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 635 Seiten

Die Automatisierung technischer Prozesse - zusammengefasst im Taschenbuch
Für Studierende, Ingenieure und Techniker
-Das Taschenbuch deckt sowohl die klassischen Wissensgebiete als auch die neuesten Methoden und Werkzeuge ab
- Das Wissen wird kompakt und strukturiert vermittelt
- Zahlreiche Aktualisierungen und Überarbeitungen der einzelnen Kapitel bringen den Leser auf den neuesten Stand
Das moderne Kompendium ist bestens geeignet für die Prüfungsvorbereitung und bei Klausuren, aber auch für das schnelle Nachschlagen von Fachbegriffen, Normen und Standards.

Prof. Dr.-Ing. Reinhard Langmann war von 1993 bis 2021 Professor für Prozessinformatik im Fachbereich Elektro- und Informationstechnik der Hochschule Düsseldorf. Er arbeitet seit 1983 auf dem Gebiet der Automatisierung und Echtzeitsysteme, seit 1996 mit besonderem Schwerpunkt auf Internettechnologien in der industriellen Automatisierung.
Prof. Langmann war Projektkoordinator diverser F&E-Projekte zu Industrie 4.0, IIoT und Smart Services, in denen er unter anderem eine weborientierte Architektur für Automatisierungssysteme entwickelte und an cloudbasierten industriellen Steuerungsdiensten arbeitete. Derzeit ist er stellvertretender Projektkoordinator im ERASMUS+-Projekt ETATEI (Education and Training in Automation Technology for Ethiopian and Djibouti Industry).
Prof. Langmann publizierte sieben Fachbücher und ist (Mit-)Urheber von neun Patenten. Er war Gründer und Direktor des Competence Center Automation Düsseldorf (CCAD) sowie Leiter des Düsseldorfer Telelabors. Aktuell ist er Vorsitzender der Edunet World Association e. V. sowie Vorstandsmitglied im Verband für berufliche Bildung e. V. (Q-Verband) und im Verein New Automation e. V.

Autoren/Hrsg.

Langmann, Reinhard

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Technik Allgemein Mess- und Automatisierungstechnik

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;8
2;Inhaltsverzeichnis;10
3;0 Einleitung;20
3.1;0.1 Begriff der Automatisierung;20
3.2;0.2 Fachinhalt;20
4;1 Strukturen;23
4.1;1.1 Automatisierung technischer Prozesse;23
4.1.1;1.1.1 Grundbegriffe;23
4.1.1.1;1.1.1.1 Prozess und Prozesstechnik;23
4.1.1.2;1.1.1.2 Produktionstechnik;23
4.1.1.3;1.1.1.3 Informationstechnik;24
4.1.2;1.1.2 Strukturierung produktionstechnischer Prozesse;24
4.1.2.1;1.1.2.1 Prozessabschnitte;24
4.1.2.2;1.1.2.2 Prozessoperationen;25
4.1.2.3;1.1.2.3 Prozessschritte;26
4.1.3;1.1.3 Darstellungsformen für Prozesse;26
4.1.3.1;1.1.3.1 Grundfließbild;26
4.1.3.2;1.1.3.2 Formalisierte Prozessbeschreibungen;27
4.1.3.3;1.1.3.3 GRAFCET-Plan;29
4.1.3.4;1.1.3.4 Fertigungsablaufplan;30
4.1.4;1.1.4 Anlagenhierarchien;30
4.1.4.1;1.1.4.1 Produktionstechnische Anlagen;30
4.1.4.2;1.1.4.2 Teilanlage;31
4.1.4.3;1.1.4.3 Technische Einrichtung;32
4.1.5;1.1.5 Darstellung verfahrenstechnischer Anlagen;34
4.1.5.1;1.1.5.1 Fließbilder;34
4.1.5.2;1.1.5.2 Anlagen- und Apparatekennzeichen (AKZ);36
4.1.6;1.1.6 Charakteristika technischer Prozesse;39
4.1.6.1;1.1.6.1 Kontinuierliche Verfahren;39
4.1.6.2;1.1.6.2 Diskontinuierliche Verfahren;39
4.1.6.3;1.1.6.3 Fertigungen;40
4.1.6.4;1.1.6.4 Mengen- und Zeitbegriffe;40
4.1.7;1.1.7 Anlagenkonzepte;41
4.1.7.1;1.1.7.1 Taxonomien nach NAMUR;41
4.1.7.2;1.1.7.2 Anlagen für den Fließbetrieb;42
4.1.7.3;1.1.7.3 Anlagen für den Absatzbetrieb;42
4.1.8;1.1.8 Anforderungen an die Leittechnik;43
4.1.8.1;1.1.8.1 Anlagentechnische Anforderungen;43
4.1.8.2;1.1.8.2 Anforderungen aus Sicht der Produktion;44
4.2;1.2 Strukturen von Prozessleitsystemen;46
4.2.1;1.2.1 Zielsetzung;46
4.2.2;1.2.2 Topologien;47
4.2.2.1;1.2.2.1 Parallele Technik;47
4.2.2.2;1.2.2.2 Zentrale Technik;48
4.2.2.3;1.2.2.3 Dezentrale Technik;48
4.2.3;1.2.3 Prozessnahe Komponenten (PNK);50
4.2.3.1;1.2.3.1 Funktionen;50
4.2.3.2;1.2.3.2 Aufbau;50
4.2.4;1.2.4 Anzeige- und Bedienkomponenten (ABK);51
4.2.4.1;1.2.4.1 Funktionen;51
4.2.4.2;1.2.4.2 Aufbau;52
4.2.5;1.2.5 Engineering Workstations (EWS);53
4.2.6;1.2.6 Leitrechnerkomponenten (LRK);53
4.2.7;1.2.7 Netzwerkkomponenten;54
4.2.7.1;1.2.7.1 Funktionen;54
4.2.7.2;1.2.7.2 Topologien und Technologien;54
4.3;1.3 Aktuelle Entwicklungen;55
5;2 Rechner;58
5.1;2.1 Einführung;58
5.2;2.2 Rechnerkern;59
5.2.1;2.2.1 Darstellung von Prozessgrößen;59
5.2.2;2.2.2 Grundstruktur eines Mikroprozessors;64
5.2.3;2.2.3 Basisfunktionen einer CPU;66
5.2.3.1;2.2.3.1 Befehlsarten;67
5.2.3.2;2.2.3.2 Adressierungsarten;69
5.2.3.3;2.2.3.3 Multitasking-Unterstützung;71
5.2.4;2.2.4 Busschnittstelle;74
5.2.5;2.2.5 Leistungserhöhung des Rechnerkerns;77
5.2.5.1;2.2.5.1 Parallelverarbeitung;77
5.2.5.2;2.2.5.2 Schneller Zwischenspeicher;79
5.2.5.3;2.2.5.3 Mehrkernprozessoren;80
5.3;2.3 Eingabe- und Ausgabesystem;81
5.3.1;2.3.1 Betriebsarten für die Ein- und Ausgabe;82
5.3.1.1;2.3.1.1 Programmierte Ein- und Ausgabe;82
5.3.1.2;2.3.1.2 Interruptgesteuerte Ein- und Ausgabe;83
5.3.1.3;2.3.1.3 Direkter Speicherzugriff;86
5.3.2;2.3.2 Prozessrechner-Schnittstellen;87
5.3.2.1;2.3.2.1 Bussysteme;88
5.3.2.2;2.3.2.2 Punkt-zu-Punkt-Verbindungen;90
5.4;2.4 Spezielle Rechnerstrukturen;92
5.4.1;2.4.1 Mikrocontroller;92
5.4.2;2.4.2 Signalprozessoren;95
5.4.3;2.4.3 Kundenspezifische Controller;96
5.5;2.5 Prozessrechner-Peripherie;96
5.5.1;2.5.1 Digitalausgabe;97
5.5.2;2.5.2 Digitaleingabe;97
5.5.3;2.5.3 Analogausgabe;99
5.5.4;2.5.4 Analogeingabe;100
5.5.5;2.5.5 Echtzeituhren;103
6;3 Komponenten;104
6.1;3.1 Aufbau eines automatisierten Systems;104
6.2;3.2 Sensoren;106
6.2.1;3.2.1 Einführung in die Sensortechnik;106
6.2.1.1;3.2.1.1 Sensoreigenschaften;107
6.2.1.2;3.2.1.2 Physikalische Effekte für Sensoren;108
6.2.1.3;3.2.1.3 Signalauswertung;111
6.2.2;3.2.2 Sensoren und Messverfahren;113
6.2.2.1;3.2.2.1 Temperatur;113
6.2.2.2;3.2.2.2 Kraft, Masse;119
6.2.2.3;3.2.2.3 Druck;120
6.2.2.4;3.2.2.4 Drehmoment;124
6.2.2.5;3.2.2.5 Länge, Winkel;125
6.2.2.6;3.2.2.6 Position, Lage;127
6.2.2.7;3.2.2.7 Drehzahl;128
6.2.2.8;3.2.2.8 Beschleunigung;129
6.2.2.9;3.2.2.9 Durchfluss;130
6.2.2.10;3.2.2.10 Füllstand;135
6.2.2.11;3.2.2.11 Feuchte;139
6.2.2.12;3.2.2.12 Gassensoren;142
6.3;3.3 Aktoren;144
6.3.1;3.3.1 Einführung in die Aktorik;144
6.3.2;3.3.2 Stellglieder für Masseströme;145
6.3.2.1;3.3.2.1 Übersicht;146
6.3.2.2;3.3.2.2 Eigenschaften und Kennlinien;146
6.3.2.3;3.3.2.3 Auswahl von Stellgliedern;149
6.3.3;3.3.3 Stellantriebe;150
6.3.3.1;3.3.3.1 Eigenschaften;150
6.3.3.2;3.3.3.2 Elektrische Stellantriebe;151
6.3.3.3;3.3.3.3 Pneumatische Stellantriebe;152
6.3.3.4;3.3.3.4 Hydraulische Stellantriebe;153
6.3.3.5;3.3.3.5 Thermische Stellantriebe;154
6.3.4;3.3.4 Ansteuereinrichtungen;156
6.4;3.4 Automatisierungseinrichtungen;157
6.4.1;3.4.1 Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) – Aufbau und Wirkungsweise;159
6.4.1.1;3.4.1.1 Zentralbaugruppe;161
6.4.1.2;3.4.1.2 Peripheriebaugruppen;161
6.4.1.3;3.4.1.3 Hardwarekonfiguration;161
6.4.1.4;3.4.1.4 Einbindung des Anwendungsprogramms;162
6.4.2;3.4.2 PC-basierte Steuerungen (Soft-SPS);163
6.4.3;3.4.3 Programmierbare Automatisierungs-Controller (Programmable Automation Controller, PAC);164
6.5;3.5 Steuerungen;165
6.5.1;3.5.1 Einführung in die Steuerungstechnik;165
6.5.1.1;3.5.1.1 Stetige Steuerungen;165
6.5.1.2;3.5.1.2 Binäre Steuerungen;166
6.5.2;3.5.2 Technische Realisierung;167
6.6;3.6 Regelungen;168
6.6.1;3.6.1 Einführung in die Regelungstechnik;169
6.6.2;3.6.2 Berechnungsmethoden für Regelkreise;170
6.6.2.1;3.6.2.1 Linearisierung;171
6.6.2.2;3.6.2.2 Differenzialgleichung;172
6.6.2.3;3.6.2.3 Laplace-Transformation;172
6.6.2.4;3.6.2.4 Test-/Antwort-Funktionen;173
6.6.2.5;3.6.2.5 Frequenzgang;174
6.6.3;3.6.3 Elementare Übertragungsglieder;175
6.6.3.1;3.6.3.1 Typische Regelstrecken;175
6.6.3.2;3.6.3.2 Typische Regler;179
6.6.4;3.6.4 Regelkreis;182
6.6.4.1;3.6.4.1 Systemverhalten;183
6.6.4.2;3.6.4.2 Auswahl geeigneter Regler;183
6.6.4.3;3.6.4.3 Statisches Regelverhalten;183
6.6.4.4;3.6.4.4 Stabilität von Regelkreisen;184
6.6.4.5;3.6.4.5 Regelgüte;187
6.6.4.6;3.6.4.6 Einstellregeln;188
6.6.5;3.6.5 Technische Realisierung von Reglern;192
6.6.5.1;3.6.5.1 Elektronische Regler;192
6.6.5.2;3.6.5.2 Digitale Regler;193
6.6.5.3;3.6.5.3 Pneumatische Regler;194
6.6.5.4;3.6.5.4 Regler ohne Hilfsenergie;194
6.6.6;3.6.6 Ergänzende Regelverfahren;194
6.6.6.1;3.6.6.1 Störgrößenaufschaltung;195
6.6.6.2;3.6.6.2 Hilfsgrößenaufschaltung;196
6.6.6.3;3.6.6.3 Kaskadenregelung;197
6.6.6.4;3.6.6.4 Adaptive Regler;197
6.6.6.5;3.6.6.5 Schaltende Regler;199
6.6.6.6;3.6.6.6 Zweipunktregler ohne Rückführung;199
6.6.6.7;3.6.6.7 Zweipunktregler mit Rückführung;200
6.6.6.8;3.6.6.8 Dreipunktregler;201
6.6.7;3.6.7 Fuzzy-Regler;201
7;4 Modelle;205
7.1;4.1 Einführung;205
7.1.1;4.1.1 Modellbildung;205
7.1.2;4.1.2 Modellnutzung;206
7.2;4.2 Prozessmodelle;207
7.2.1;4.2.1 Theoretische Prozessanalyse;208
7.2.1.1;4.2.1.1 Ablauf der theoretischen Modellbildung;208
7.2.1.2;4.2.1.2 Methode der Bilanzgleichungen;209
7.2.2;4.2.2 Experimentelle Prozessanalyse;211
7.2.2.1;4.2.2.1 Modellgüte;211
7.2.2.2;4.2.2.2 Testsignale;212
7.3;4.3 Steuer- und Ablaufmodelle;213
7.3.1;4.3.1 Überblick;213
7.3.2;4.3.2 Programmablaufplan;216
7.3.3;4.3.3 Zustands- und Automatengraph;220
7.3.3.1;4.3.3.1 Zustandsgraph;220
7.3.3.2;4.3.3.2 Automatengraph;221
7.3.4;4.3.4 Steuernetz;226
7.3.5;4.3.5 SPS-Modelle;229
7.3.5.1;4.3.5.1 Einordnung;229
7.3.5.2;4.3.5.2 Der SPS-Standard IEC 61131;230
7.3.5.3;4.3.5.3 Software-Modell des Standards IEC 61131-3;231
7.3.5.4;4.3.5.4 SPS-Modelle nach IEC 61131-3;233
7.3.5.5;4.3.5.5 Zum Umfeld der IEC 61131-3;241
7.4;4.4 Informationstechnische Modelle;242
7.4.1;4.4.1 Software-Entwicklung;242
7.4.2;4.4.2 Strukturierte Methoden;244
7.4.2.1;4.4.2.1 Systementwicklung und strukturierte Methoden;244
7.4.2.2;4.4.2.2 Strukturierte Analyse;247
7.4.2.3;4.4.2.3 Real-Time-Analyse;249
7.4.3;4.4.3 Objektorientierte Methoden;252
7.4.3.1;4.4.3.1 Objektorientierte Analyse;252
7.4.3.2;4.4.3.2 Unified Modeling Language;253
7.4.3.3;4.4.3.3 Webbasierte Methoden;254
8;5 Programme;257
8.1;5.1 Betriebssysteme;257
8.1.1;5.1.1 Begriffe;257
8.1.1.1;5.1.1.1 Programmsystem;257
8.1.1.2;5.1.1.2 Betriebssystem;257
8.1.1.3;5.1.1.3 Anwendungs-Software;258
8.1.1.4;5.1.1.4 Ebenenmodell der Programmsysteme;258
8.1.1.5;5.1.1.5 Aufträge und Rechenprozesse;258
8.1.1.6;5.1.1.6 Betriebsarten;259
8.1.2;5.1.2 Betriebssystemkern;260
8.1.2.1;5.1.2.1 Komponenten;260
8.1.2.2;5.1.2.2 Unterbrechungsbearbeitung;262
8.1.2.3;5.1.2.3 Prozessverwaltung;263
8.1.2.4;5.1.2.4 Zeitverwaltung;271
8.1.2.5;5.1.2.5 Speicherverwaltung;272
8.1.2.6;5.1.2.6 Geräteverwaltung;274
8.1.2.7;5.1.2.7 Dateiverwaltung;276
8.1.3;5.1.3 Betriebssystemschale;280
8.1.3.1;5.1.3.1 Komponenten;280
8.1.3.2;5.1.3.2 Betriebssprachen;281
8.1.3.3;5.1.3.3 Grafische Bedienoberflächen;281
8.1.3.4;5.1.3.4 Programme zur Systempflege;283
8.1.4;5.1.4 Realzeitbetrieb;283
8.1.4.1;5.1.4.1 Begriffe und Voraussetzungen;283
8.1.4.2;5.1.4.2 Realzeitprozesse im Singletask-Betrieb;284
8.1.4.3;5.1.4.3 Realzeitprozesse im Multitask-Betrieb;285
8.1.4.4;5.1.4.4 Realzeitmöglichkeiten marktüblicher Betriebssysteme;286
8.2;5.2 Programmiersprachen;287
8.2.1;5.2.1 Genealogie;287
8.2.2;5.2.2 Prozessprogrammiersprachen;288
8.2.2.1;5.2.2.1 Allgemeine Kriterien;288
8.2.2.2;5.2.2.2 C als Prozessprogrammiersprache;288
8.2.3;5.2.3 SPS-Programmierung nach DIN EN 61131-3;289
8.2.3.1;5.2.3.1 Softwaremodell;289
8.2.3.2;5.2.3.2 Grafische Programmiersprachen;290
8.2.3.3;5.2.3.3 Textuelle Programmiersprachen;293
8.2.3.4;5.2.3.4 Ablaufsprache;294
8.2.4;5.2.4 Programmierumgebung;296
8.2.4.1;5.2.4.1 Editoren;296
8.2.4.2;5.2.4.2 Übersetzer;297
8.2.4.3;5.2.4.3 Testhilfen;298
8.3;5.3 Objektorientiertes Programmieren;299
8.3.1;5.3.1 Grundlagen;299
8.3.1.1;5.3.1.1 Objekte und Klassen;299
8.3.1.2;5.3.1.2 Beziehungen zwischen Objekten;300
8.3.1.3;5.3.1.3 Beziehungen zwischen Klassen;301
8.3.2;5.3.2 Objektorientierte Programmiersprachen;302
8.3.2.1;5.3.2.1 Anforderungen;302
8.3.2.2;5.3.2.2 Eigenschaften objektorientierter Programmiersprachen;302
8.3.2.3;5.3.2.3 Beispiele objektorientierter Sprachen;303
8.4;5.4 Komponentenbasiertes Programmieren;306
8.4.1;5.4.1 Grundlagen;306
8.4.1.1;5.4.1.1 Technische Motivation;306
8.4.1.2;5.4.1.2 Anforderungen an Komponentenmodelle;306
8.4.2;5.4.2 Architekturen und Komponentenmodelle;307
8.4.2.1;5.4.2.1 CORBA;307
8.4.2.2;5.4.2.2 DCOM;309
8.4.2.3;5.4.2.3 Realisierte Komponentenmodelle;309
9;6 Kommunikation;312
9.1;6.1 Kommunikationstechnik im industriellen Umfeld;312
9.1.1;6.1.1 Zweck der industriellen Kommunikationstechnik;312
9.1.2;6.1.2 Anforderungen an industrielle Kommunikationstechnologien;313
9.2;6.2 Referenzmodelle für Kommunikationssysteme;314
9.2.1;6.2.1 OSI-Referenzmodell;316
9.2.2;6.2.2 TCP/IP-Referenzmodell;320
9.3;6.3 Kommunikationstechnologien;323
9.3.1;6.3.1 Kommunikation auf der physikalischen Ebene;324
9.3.2;6.3.2 Netzwerktopologien;337
9.3.3;6.3.3 Medienzugriff;342
9.3.4;6.3.4 Ethernet;356
9.3.5;6.3.5 Funktechnologien;366
9.4;6.4 Paketübertragung auf der Netzwerkschicht;385
9.4.1;6.4.1 IP Version 4 (IPv4);387
9.4.2;6.4.2 IP Version 6 (IPv6);393
9.5;6.5 Industrielle Kommunikationstechnik;397
9.5.1;6.5.1 Einfache digitale Schnittstellen;397
9.5.2;6.5.2 Feldbusse;403
9.5.3;6.5.3 Industrielles Ethernet;419
10;7 Mensch-Maschine-Systeme;425
10.1;7.1 Einführung;425
10.2;7.2 Mensch-Maschine-Kommunikation;427
10.2.1;7.2.1 Aufgaben- und Tätigkeitssituationen;427
10.2.2;7.2.2 Bedien- und Benutzerfreundlichkeit;428
10.2.3;7.2.3 Mensch-Rechner-Schnittstelle;429
10.2.4;7.2.4 Kommunikationsformen;429
10.3;7.3 Grafische Benutzerschnittstellen;430
10.3.1;7.3.1 Grundlagen;430
10.3.2;7.3.2 Grafische Systeme und Schnittstellen;431
10.3.3;7.3.3 Fenstertechnik;433
10.3.3.1;7.3.3.1 X-Window-System;434
10.3.3.2;7.3.3.2 MS Windows;434
10.3.4;7.3.4 Interaktion und Dialog;435
10.3.5;7.3.5 Gestaltung;436
10.4;7.4 Informationsvisualisierung;441
10.4.1;7.4.1 Grafische Datenanalyse;442
10.4.1.1;7.4.1.1 Datenmatrixen;442
10.4.1.2;7.4.1.2 Datenbanken;443
10.4.2;7.4.2 Prozessvisualisierung;444
10.4.2.1;7.4.2.1 Bildobjekte für technische Prozesse;445
10.4.2.2;7.4.2.2 Erzeugung der Bilddynamik;446
10.4.2.3;7.4.2.3 Prozessvisualisierungssysteme;449
10.4.2.4;7.4.2.4 Prozessvisualisierung im Internet;450
10.4.3;7.4.3 Neue Techniken der MMK;453
10.4.3.1;7.4.3.1 Virtual Reality;454
10.4.3.2;7.4.3.2 Computer Augmented Reality;455
10.4.3.3;7.4.3.3 Multimedia;456
11;8 Anwendungen;457
11.1;8.1 Rezeptsteuerung und Verfahrenslogistik;457
11.1.1;8.1.1 Grundbegriffe;457
11.1.2;8.1.2 Funktionenmodelle und Aufgabenbereiche;458
11.1.2.1;8.1.2.1 Funktionenmodell nach NE 33;458
11.1.2.2;8.1.2.2 Aufgabenbereiche nach DIN EN 61512-1;460
11.1.3;8.1.3 Produktunabhängige Steuerungskomponenten für Produktionsprozesse;460
11.1.3.1;8.1.3.1 Steuerfunktionselemente;460
11.1.3.2;8.1.3.2 Steuerfunktionen;461
11.1.4;8.1.4 Rezepte;463
11.1.4.1;8.1.4.1 Rezeptausprägungen und -hierarchien (nach NAMUR NE 33);463
11.1.4.2;8.1.4.2 Rezeptausprägungen und -hierarchien nach DIN EN 61512-1;466
11.1.4.3;8.1.4.3 Aufbau von leittechnischen Grundoperationen und Steueroperationen;468
11.1.4.4;8.1.4.4 Darstellungsformen;469
11.1.5;8.1.5 Steuerungskomponenten für die Rezeptfahrweise und Verfahrenslogistik;471
11.1.5.1;8.1.5.1 Teilanlagensteuerung;471
11.1.5.2;8.1.5.2 Anlagensteuerung;472
11.1.6;8.1.6 Rezeptausführung;473
11.1.6.1;8.1.6.1 Bearbeitungsstände von Chargen;473
11.1.6.2;8.1.6.2 Zustände von Steuerungskomponenten;473
11.1.7;8.1.7 Bedienkonzepte;475
11.1.7.1;8.1.7.1 Betriebsarten von Steuerungskomponenten;475
11.1.7.2;8.1.7.2 Bedienen und Beobachten;477
11.1.8;8.1.8 Chargendokumentation;477
11.1.9;8.1.9 Erstellen und Pflegen von Rezepten;477
11.1.9.1;8.1.9.1 Implementierung von Ausprägungen;477
11.1.9.2;8.1.9.2 Erzeugung von Rezeptausprägungen;478
11.2;8.2 Motion Control, Bahnsteuerungen;479
11.2.1;8.2.1 Einführung, Begriffe;479
11.2.2;8.2.2 Geregelte elektrische Antriebssysteme;481
11.2.2.1;8.2.2.1 Grundlagen Regelung elektrischer Antriebe;481
11.2.2.1.1;8.2.2.1.1 Dynamisches Verhalten elektrischer Antriebe;481
11.2.2.1.2;8.2.2.1.2 Regelkonzepte elektrischer Antriebe;484
11.2.2.2;8.2.2.2 Gerätetechnische Ausführung von Umrichtern für Drehstromantriebe;486
11.2.2.3;8.2.2.3 Übersicht Umrichterfunktionalität;487
11.2.2.3.1;8.2.2.3.1 Reglergrundfunktionen;489
11.2.2.3.2;8.2.2.3.2 Kommunikations- und Schnittstellenfunktionen;490
11.2.2.3.3;8.2.2.3.3 Überwachungs- und Sicherheitsfunktionen;491
11.2.3;8.2.3 Motion Control – Anwendungen;492
11.2.3.1;8.2.3.1 Positioniersteuerung;493
11.2.3.2;8.2.3.2 Synchronisierte Antriebe;494
11.2.4;8.2.4 Grundlagen Bahnsteuerungen;496
11.2.4.1;8.2.4.1 Teileprogramm und Steuerdatenaufbereitung;497
11.2.4.2;8.2.4.2 Geometriedatenerzeugung;498
11.2.4.3;8.2.4.3 Bahninterpolator – Trajektoriengenerierung;498
11.2.4.4;8.2.4.4 Kinematische Transformationen;500
11.3;8.3 NC-Technik;500
11.3.1;8.3.1 NC-Maschinen;500
11.3.2;8.3.2 Grundlagen der Werkstoffbearbeitung;501
11.3.3;8.3.3 Koordinatensysteme in Werkzeugmaschinen;502
11.3.4;8.3.4 Numerische Steuerungen;504
11.3.4.1;8.3.4.1 NC-Systeme;504
11.3.4.2;8.3.4.2 Programmiersprachen;506
11.3.5;8.3.5 Fertigungssysteme;508
11.3.6;8.3.6 Fertigungsintegration;510
11.3.7;8.3.7 Die digitale Fabrik;512
11.3.8;8.3.8 Ziel und Aufgaben der digitalen Fabrik;513
11.4;8.4 Industrieroboter;515
11.4.1;8.4.1 Struktur von Industrierobotern;515
11.4.2;8.4.2 Programmierung von Robotern;518
11.4.3;8.4.3 Sensorführung;520
11.4.4;8.4.4 Industrielle Bildverarbeitung;523
11.4.5;8.4.5 Anwendungsbeispiele;527
11.5;8.5 Intelligente Rechnersysteme;529
11.5.1;8.5.1 Einleitung;529
11.5.2;8.5.2 Intelligente Maschinen;530
11.5.3;8.5.3 Fuzzy-Logik;531
11.5.3.1;8.5.3.1 Fuzzy-Sets;532
11.5.3.2;8.5.3.2 Zugehörigkeitsfunktionen;533
11.5.3.3;8.5.3.3 Fuzzy-Steuerungssystem;534
11.5.4;8.5.4 Expertensysteme;535
11.5.4.1;8.5.4.1 Fuzzy-Expertensysteme;537
11.5.5;8.5.5 Neuronale Netze;537
11.5.5.1;8.5.5.1 Aufbau von neuronalen Netzen;537
11.5.5.2;8.5.5.2 Eigenschaften;538
11.5.5.3;8.5.5.3 Lerntypen;539
11.5.5.4;8.5.5.4 Datendarstellung;540
11.5.5.5;8.5.5.5 Typen von neuronalen Netzen;540
11.5.6;8.5.6 Genetische Algorithmen;541
12;9 Projekte;542
12.1;9.1 Projektmanagement;542
12.1.1;9.1.1 Ziele;542
12.1.2;9.1.2 Begriffe;542
12.1.3;9.1.3 Abwicklungsphasen;545
12.1.3.1;9.1.3.1 Vorgehensweise im Projekt;545
12.1.3.2;9.1.3.2 Grundlagenermittlung;546
12.1.3.3;9.1.3.3 Vorplanung;547
12.1.3.4;9.1.3.4 Basisplanung;547
12.1.3.5;9.1.3.5 Ausführungsplanung;548
12.1.3.6;9.1.3.6 Errichtung;551
12.1.3.7;9.1.3.7 Inbetriebsetzung;551
12.1.3.8;9.1.3.8 Projektabschluss;552
12.1.4;9.1.4 Qualitätssicherung in der Prozessleittechnik;552
12.1.4.1;9.1.4.1 Begriffe;552
12.1.4.2;9.1.4.2 Qualitätssicherung in der Produktion;554
12.1.4.3;9.1.4.3 Validierung von Prozessen;554
12.2;9.2 Verfügbarkeit und Sicherheit von PLS-Komponenten;557
12.2.1;9.2.1 Begriffe zur Verfügbarkeit und Sicherheit;557
12.2.2;9.2.2 Erhöhung der Verfügbarkeit von PLS-Komponenten;558
12.2.2.1;9.2.2.1 Eigenüberwachung von PLS-Komponenten;558
12.2.2.2;9.2.2.2 Backup- und Redundanzkonzepte;560
12.2.3;9.2.3 Sicherung von Daten auf Rechnern;562
12.2.3.1;9.2.3.1 Backup-Medien;562
12.2.3.2;9.2.3.2 Organisatorische Maßnahmen für Backups;563
12.2.3.3;9.2.3.3 RAID-Technologie;564
12.2.4;9.2.4 Schutz gegen unautorisierten Zugang;565
12.2.5;9.2.5 Schutz gegen feindliche Software (Malware);566
12.2.5.1;9.2.5.1 Malware;566
12.2.5.2;9.2.5.2 Viren;567
12.2.5.3;9.2.5.3 Würmer und Trojanische Pferde;567
12.2.5.4;9.2.5.4 Gegenmaßnahmen;568
12.3;9.3 Sicherheit;570
12.3.1;9.3.1 Begriffe;570
12.3.1.1;9.3.1.1 Sicherheit und Verfügbarkeit;570
12.3.1.2;9.3.1.2 Wertebereiche von Prozessgrößen;570
12.3.1.3;9.3.1.3 Erhöhung der Anlagensicherheit;572
12.3.1.4;9.3.1.4 Sicherheitsanalysen;573
12.3.2;9.3.2 Einteilung der PLT-Einrichtungen;574
12.3.2.1;9.3.2.1 Klassifizierung nach VDI/VDE und NAMUR;574
12.3.2.2;9.3.2.2 Darstellung der Funktionalität;575
12.3.3;9.3.3 Überwachungseinrichtungen;576
12.3.4;9.3.4 Schutz- und Schadensbegrenzungseinrichtungen;577
12.3.4.1;9.3.4.1 Allgemeine Kriterien;577
12.3.4.2;9.3.4.2 PLT-Schutzeinrichtungen;578
12.3.4.3;9.3.4.3 PLT-Schadensbegrenzungseinrichtungen;582
13;10 Anhang;583
13.1;10.1 Normen und Richtlinien;583
13.1.1;10.1.1 Normen-Auskunftszentren;583
13.1.2;10.1.2 Normungsinstitutionen;583
13.1.3;10.1.3 Bezeichnungen von Normen und Standards;583
13.1.4;10.1.4 DIN-Normen;584
13.1.5;10.1.5 VDI/VDE-Richtlinien;586
13.1.6;10.1.6 NAMUR-Richtlinien;589
13.1.7;10.1.7 Internationale Standards;589
13.2;10.2 Gremien und Verbände;590
13.3;10.3 Messen, Ausstellungen und Veranstaltungen;591
13.4;10.4 Abkürzungen;592
14;Literaturverzeichnis;598
15;Sachwortverzeichnis;614

Über Autor(innen)

Langmann, Reinhard
Prof. Dr.-Ing. Reinhard Langmann war von 1993 bis 2019 Professor für Prozessinformatik im Fachbereich Elektro- und Informationstechnik der Hochschule Düsseldorf. In dieser Zeit war er für die Lehrveranstaltungen Prozessinformatik, Mensch-Maschine-Systeme und Industrial Ethernet verantwortlich. Aktuell ist er als Seniorprofessor an der Hochschule tätig. Langmann beschäftigt sich seit vielen Jahren mit dem Einsatz der Informations- und Kommunikationstechnik für die Automatisierung technischer Prozesse. Er publizierte sechs Fachbücher zur Automatisierungstechnik und ist (Mit-)Urheber von sieben Patenten. Seit Anfang 2000 konzentrieren sich seine Forschungsarbeiten auf die Anwendung der Internettechnologien für die Industrieautomatisierung. Er ist Chairman der internationalen Edunet World Association e. V. und Mitglied des Vorstandes des New Automation e. V.