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Schaltschrank, Anlagensteuerung, Schaltschrank mit Prozessvisualisierung

Beschreibung: Schaltschrank mit Prozessvisualisierung und Siemens Steuerung.
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Baujahr:	unbekannt
Anzahl:	1

Technische Daten
-	Simatic Panel PC 477B
-	S7 300 CPU 313C-2DP
-	Erweiterungsmodule 3X SM331, 2X SM322, SM331
-	Siemens Sicherungsautomaten
-	K-System Interfacetechnik Pepperl+Fuchs
-	Schaltverstärker KFD2-SR2-Ex2W
-	Ausgangstreiber KFD2-CD2-Ex1
Höhe	1910 mm
Breite	800 mm
Tiefe	600 mm

weitere Informationen:
Alle Angaben, Bilder, Hinweise und Empfehlungen erfolgen nach bestem Wissen, je- doch ohne Gewähr. Änderungen der technischen Angaben bleiben vorbehalten.

Tipp Umwelt-

und Verfahrenstechnik GmbH

Obere Hilgenstock 34

D-34414 Warburg

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Schaltschrank:
Ein Schaltschrank beherbergt die elektrischen und elektronischen Komponenten einer verfahrenstechnischen Anlage, einer Werkzeugmaschine oder Fertigungseinrichtung, die sich nicht direkt in der Maschine (z. B. Sensoren) befinden.

Bei einem geschlossenen Schrank ist die zufällige und unbeabsichtigte Berührung spannungsführender Bauteile ausgeschlossen.
Folgende Funktionen soll ein Leergehäuse den elektrischen bzw. elektronischen Betriebsmitteln bieten:

* Strukturierung des Aufbaus (z.B. in Hochleistungs- und Niederleistungsbereiche)
* Schutz der integrierten Komponenten vor
o Staub und Wasser (IP-Schutz) nach DIN EN 60529
o Elektromagnetischer Beeinflussung (EMV)
o Erdbeben (durch Schränke mit zusätzlichen Streben)
o Vandalismus
* Schutz der Außenwelt vor
o Elektromagnetischer Emission
o Gefährlichen Strömen
o Brandschutz (Speziallösung für Entrauchungsanlagen)
Schaltschränke werden - je nach Anwendung - aus Blech; Kunststoff (bspw. Outdoor-Anwendungen) oder Aluminium gefertigt. Standardfarbe bei lackierten Schaltschränken ist zur Zeit RAL 7035, nachdem zuvor RAL 7032 eingesetzt wurde. Für korrosive Umgebungsbedingungen werden auch Schränke aus Edelstahl gefertigt, die in der Regel nicht lackiert werden. Aus ästhetischen Gründen oder aus Schutzgründen werden auch Edelstahl-Gehäuse lackiert.

* Stand-Schaltschrank: Einzel stehendes Gehäuse mit Tür vorne. Eine Anreihung an weitere Schaltschränke ist nicht möglich. Diese Bauart ist heute eher unüblich.
* Anreih-Schaltschrank: Einzelelemente haben keine Seitenwände, so dass sich Kabel über die Elemente hinweg intern verlegen lassen. An den Enden der zusammen geschraubten Schaltschränke werden in der Regel Wände angebracht. Bei modernen Anreihschaltschränken lassen sich zur Kabelverlegung die vorderen Standpfosten herausnehmen.
* Klemmenkasten
* Wandschrank, wird an der Wand montiert und benötigt keinen Standfuß.
Typisch für Schaltschränke sind folgende Größen

Standschaltschrank

Höhe 1800, 2000, 2200 mm
Tiefe 400, 500, 600, 800 mm
Breite: 600, 800, 1000, 1200 mm

in den entsprechenden Kombinationen.

* 800 x 600 mm x 300 Wandschrank
* 1200 x 800 mm x 300 Wandschrank

Am Weitesten verbreitet sind Schaltschränke mit Einschüben von 19 Zoll Breite.
Quelle: www.wikipedia.org
Steuerungstechnik:
Steuerungstechnik ist die Technik von Einrichtungen, die nach einem vorgegebenen Plan technologische Prozesse beeinflussen. Wenn deren Zweck durch Steuerung selbsttätig erfüllt wird, handelt es sich um Automatisierung bzw. Selbststeuerung. Steuerung geht im Unterschied zur Regelung nicht auf Abweichungen der Steuergrößen ein (Offener Regelkreis). Es findet höchstens eine Messung der Störgrößen, für eine Störgrößenaufschaltung, statt.

Wenn zum Beispiel die Innentemperatur (Steuergröße) eines Hauses geregelt werden soll, darf für eine Steuerung nur die Außentemperatur (Störgröße), jedoch nicht der Innentemperatur, gemessen werden.
Der generelle Zweck technologischer Prozesse ist das Umformen und Transportieren von Material, Energie und Information, wozu über geeignete technische Einrichtungen Energie eingesetzt und gewandelt wird. Steuerungstechnische Einrichtungen, auch Steuerungen genannt, beeinflussen die eingesetzte Energie mit Hilfe von Informationen, die sie im Sinne des Prozessziels verarbeitet haben.

Beispiele für gesteuerte technologische Prozesse:

* Beim technologischen Prozess des maschinellen Wäschewaschens werden prozesstechnische Einrichtungen wie Heizung, Wasserzufluss und Elektromotor von einer Steuerung durch Verarbeitung von Informationen beispielsweise über Wasserstand, Zeit und Temperatur so in Gang gesetzt und angehalten, dass saubere vorgetrocknete Wäsche entsteht.
* Der technologische Prozess einer Ampelanlage für Fußgänger hat zum Ziel, über farbiges Licht sich querenden Fußgängern und Fahrzeugen Passageinformationen für kollisionsfreien Verkehr zu geben. Die freie Passage für Fußgänger und die gesperrte für Fahrzeuge ist die zeitlich befristete Ausnahme, die von Fußgängern bedarfsweise bei der Steuerung angefordert wird.
* Steuerung (Dampfmaschine), die Steuerung der Dampfzufuhr zu den Zylindern
* Ventilsteuerung, ein Mechanismus zur Steuerung des Gaswechsels bei einem Viertakt-Hubkolbenmotor
* Steuerung der Modelleisenbahn, verschiedene Aspekte beim Betrieb einer Modelleisenbahn
* Lenkung, die Beeinflussung der Fahrtrichtung von Fahrzeugen aller Art
o die Steuerung von Luftfahrzeugen; siehe dazu Flugzeug – Flugsteuerung
* Steuerung in der Kybernetik: Vorgang in einem dynamischen System, bei dem eine oder mehrere Größen als Eingangsgrößen andere Größen als Ausgangsgrößen beeinflussen. Der Wirkungsweg einer Steuerung ist eine nicht geschlossene Steuerkette.
Sequenzielle Steuerungen(Logiksteuerung): Ablauf nach logischen Entscheidungen

* z. B: wenn dieser Zustand auftritt, wird dieser Zustand ausgegeben

Zeitprogramm-Steuerung: Ablauf der Ereignisse in einem gewissen Zeitschema

* z. B.: Verkehrsampel

Wegprogramm-Steuerung: Ablauf der Ereignisse nach einem gewissen Wegschema

* z. B.: CNC-Fräsen-/Drehprogramm

Proportionalsteuerung:

Diese Steuerung bedeutet, dass der Eingang und Ausgang beliebig viele Zwischenwerte in einem bestimmten Bereich annehmen darf. Eingang und Ausgang müssen aber nicht zwingend mathematisch proportional sein. Jedenfalls gilt zu jedem Eingangswert gehört genau ein zugehöriger Ausgangswert.

* z. B.: ein Ventil öffnet erst, wenn ein gewisser Druck anliegt, oder unterschritten wird
* mechanische Steuerung: z. B. Lenkgetriebe, Zylinderschlüssel
* elektrische Steuerung: z. B. Kontakte + Relais
* pneumatische/hydraulische Steuerungen
* elektronische Steuerungen: z. B. Logikschaltung
* Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS): z. B. Microcontroller (letztere werden eher zur kontinuierlichen Regelung eingesetzt)
Aktoren, Sensoren und Informationswandel: Die Bindeglieder zwischen steuerungstechnischen und prozesstechnischen Einrichtungen sind Sensoren und Aktoren (auch Aktuatoren genannt). Sensoren wandeln Prozesszustände in Informationen um und sind dadurch Informationsquellen. Dagegen sind Aktoren Informationssenken. Sie wandeln informationstragende Energie in Prozessenergie um. (In dieser Betrachtungsweise wird der Informationscharakter der eingesetzten Energie betont, um den Aktor als funktionales Gegenstück zum Sensor erscheinen zu lassen.)

Die von Sensoren abgegebenen Informationen werden so gewandelt, dass sie sich für den jweiligen Übertragungsabschnitt eignen und vom informationsverarbeitenden Gerät (Steuergerät) akzeptiert werden. Das gleiche gilt sinngemäß für Informationen, die vom Steuergerät ausgegeben und zu einem Aktor übertragen werden.

Prozesszustände sind zweiwertig (binär), wenn sie sich durch eine Aussage, wie Gegenstand vorhanden/nicht vorhanden, angeben lassen. Dagegen sind sie kontinuierlich, wenn sie durch eine reelle Zahl abgebildet werden können, z. B. Temperatur = 65,5 °C. Binäre Prozesszustände werden von Sensoren in binäre Informationen verwandelt. Ein kontinuierlicher Prozesszustand wird vom Sensor in eine analoge Information umgesetzt. Wenn das Steuergerät den Zahlenwert der analogen Information benötigt, ist eine Analog-Digitalwandlung erforderlich. Das umgekehrte gilt für Aktoren.

Beispiele für Aktoren und Sensoren:

* Dem Aktor Elektromotor am Förderband einer Ladenkasse wird ein Signal zugeführt, das so verstärkt ist, dass es den Motor treiben kann. (Das bedeutet: die Antriebsenergie trägt die Information, die das Steuergerät ausgibt, während die mechanische Energie, die der Motor erzeugt, dem Prozesszweck dient und als Informationsträger keine Bedeutung hat. Das weist den Elektromotor als Informationssenke aus.) Damit das Steuergerät entscheiden kann, ob der Elektromotor ein- oder auszuschalten ist, braucht es die Information eines Sensors über die Anwesenheit von Waren im Griffbereich des Kassenpersonals, beispielsweise einer Lichtschranke.
* Der Aktor Glühlampe einer Außenleuchte erhält das Signal zum Leuchten in Form ausreichend starker elektrischer Energie. Es wird von der Steuerung aus den Informationen gewonnen und verstärkt, die ein Sensor für die Tageslichtstärke und ein Sensor für die Bewegung einer Wärmequelle liefern.
* Das Steuergerät eines Automotors beeinflusst kontinuierlich die Kraftstoffzufuhr und den Zündzeitpunkt über analoge Aktoren. Es erhält analoge Informationen über Sensoren für die Gaspedalstellung, die Motortemperatur und die Drehzahl, um den Motor unter verschiedensten äußeren Umständen optimal zu betreiben.
Abgrenzung zwischen Steuerung und Regelung: Steuerung ist von Regelung zu unterscheiden.

Eine Steuerung berücksichtigt nicht den Zustand der zu steuernden Größe. Eine Veränderung dieser Größe aufgrund einer Störung wird nicht berücksichtigt. Aufgrund der nicht vorhandenen Rückführung der IST-Größe wird in der Technik von einem offenen Regelkreis gesprochen

Beispiel:

Ein Gleichstrommotor wird mit einem Vorwiderstand so eingestellt, dass er im Leerlauf 1000 U/min läuft. Tritt eine Last auf, sinkt die Drehzahl. Der Elektromotor ist in diesem Fall gesteuert.

Wenn die Aufgabe besteht, einen bestimmten Wert einer physikalischen Größe wie Druck oder Temperatur herzustellen, wird jedoch in vielen Fällen ein Istwert entstehen, der vom Sollwert abweicht, weil Störungen einen Einfluss ausüben.

Dazu erfolgt eine Regelung: Der IST-Wert (z. B. eine physikalische Größe) wird mit einem Sensor erfasst. Der Regler erkennt die Abweichung des Istwerts vom Sollwert und wirkt so auf einen Aktor ein, dass die Störeinflüsse ausgeglichen werden. Die Wirkung des Aktors über die physikalische Größe und den Sensor auf das Regelgerät ist eine Rückkopplung. Solche Anordnungen gehören zum technischen Wissensgebiet der Regelungstechnik. Das Kennzeichen geregelter Prozesse ist die geschlossene Wirkungskette, der geschlossene Regelkreis.

Beispiel:

Der im Beispiel zur Steuerung verwendete Gleichstrommotor wird zusätzlich mit einen Drehzahl-Sensor und einem Stromrichter ausgestattet, die bei Drehzahlabfall den in den Motor fließenden Strom erhöhen und bei Drehzahlüberschreitung reduzieren.

Damit der Istwert mit der geforderten Genauigkeit und Charakteristik dem Sollwert folgt, muss das Regelgerät die angemessene Regelantwort geben, die maßgeblich auch von der Trägheit beeinflusst wird, mit der der Istwert auf den Aktor reagiert (Zeitverhalten der Regelstrecke). Manchmal genügt es, wenn grobe Istwertschwankungen im zeitlichen Mittel dem Sollwert entsprechen. In anderen Fällen ist höchste Regelgüte gefordert.

Technisch verwandt sind Regelungen mit Steuerungen auch, weil sie wie diese mit Hilfe von Aktoren, Sensoren, Wandlern und informationsverarbeitenden Geräten auf technologische Prozesse einwirken. Auch sind Regelungen gerätetechnisch oft in Steuerungen eingebettet. Der große Unterschied besteht in der speziellen Aufgabenstellung, deren Lösung eine Rückkopplung verlangt, was zu einer völlig anderen Informationsverarbeitung führt.
In der deutschen Umgangssprache werden Regelung und Steuerung häufig nicht genau unterschieden. In der englischen Literatur wird sowohl für Regelung als auch für Steuerung das Wort control verwendet. Bei Übersetzungen wird dieses Wort oft mit Steuerung übersetzt. Im Englischen wird die genaue Bedeutung jedoch nur dann ersichtlich, wenn ausdrücklich von einer open loop control oder closed loop control gesprochen wird, sonst ist die Kenntnis des Kontextes für die richtige Übersetzung als Steuerung oder Regelung erforderlich.

Diese Ungenauigkeit zieht sich auch in Fachsprachen, die dieser präzisen Abgrenzung nicht bedürfen: In der Betriebswirtschaftslehre umfasst einerseits Maßnahmen zur Erreichung vorgegebener Ziele im Rahmen der Führung, Leistungswirtschaft, Verwaltung und im Controlling, z. B. als Vorsteuerung - nämlich vor dem Eintritt von Störungen, Steuerung im eigentlichen Sinne - und als Nachsteuerung (Regelung im technischen Sinne), z. B. nach Vergleich der Sollwerte mit den Istwerten, um aus den Ergebnissen neue Maßnahmen abzuleiten.
In steuerungstechnischen Einrichtungen werden Informationen übertragen und verarbeitet. Überwiegend ist der Informationsträger elektrische Spannung, seltener hydraulischer oder pneumatischer Druck.

Die Information über einen binären Prozesszustand kann wahr sein oder falsch. Eine wahre Information wird mit 1 und eine falsche mit 0 bezeichnet, z. B. Taste gedrückt = 0 bedeutet: Taste ist nicht gedrückt, die Information ist also falsch. Die beiden Wahrheitswerte 0 und 1 von binären Informationen werden durch definierte Zustände eines Informationsträgers abgebildet, z. B. 0 entspricht 0 V, 1 entspricht 24 V. Ein Wahrheitswert wird vereinfacht auch als Zustand (des Informationsträgers) bezeichnet.

Analoge Informationen aus kontinuierlichen Prozesszuständen werden zur Regelung, zur Anzeige oder zur Überprüfung von Grenzwerten benötigt. Eine Grenzwertprüfung von physikalischen Größen führt zu der binären Information: Grenzwert erreicht/nicht erreicht.
Steuerungen mit Computern: Computer sind universelle Geräte der Informationsverarbeitung, die sich hervorragend als Steuergerät eignen. Man findet sie je nach Aufgabe als Controller, als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder als Industrie-PC (IPC). Während der SPS-Programmierer Logik- und Kontaktpläne oder auch spezifische Anweisungen eingeben kann, werden Controller und IPC mit üblichen Programmiersprachen programmiert. IPCs können mit geringstem Aufwand umfangreiche Zusatzfunktionen wie Visualisierungen, Protokollierungen und Statistiken bereitstellen.
Eine Heizungsanlage besteht aus je einem Heizkreis mit Umwälzpumpe für Raumheizung und Warmwasserspeicher sowie einem Kessel mit Ölbrenner.

Der Kessel hält seine Isttemperatur auf der vom jeweiligen Heizkreis vorgegebenen Solltemperatur, indem der Brenner eingeschaltet wird, wenn die Isttemperatur die Solltemperatur unterschreitet. Ausgeschaltet wird der Brenner, wenn die Isttemperatur 5 °C höher als der Sollwert ist (Zweipunkt-Regelung). Ein Heizkreis, der keine Temperatur benötigt, fordert vom Kessel 0 °C.

Unterhalb von 16 °C Außentemperatur läuft die Pumpe des Raumheizkreises und der Kessel muss im Mittel eine Temperatur liefern, die nach einer Heizkurve von der Außentemperatur abhängt. Die Pumpe schaltet ab, solange der Heizkreis für Warmwasser vom Kessel eine Temperatur > 0 °C fordert. Oberhalb von 17 °C Außentemperatur ist die Pumpe ebenfalls abgeschaltet (Heizung aus).

Der Betrieb des Heizkreises für Warmwasser hat Priorität. Er wird eingeleitet, wenn die Warmwasser-Isttemperatur die Solltemperatur unterschreitet, und beendet, wenn die Isttemperatur 5 °C über dem Sollwert liegt (Zweipunktregelung). Während der Warmwasserbereitung läuft die Pumpe, und vom Kessel wird die maximal mögliche Temperatur gefordert.

Die Problemstellung enthält drei Funktionszyklen, die nahezu voneinander unabhängig sind. Jeder der Zyklen wird durch ein endloses Programm realisiert. Die drei Programme laufen parallel, was durch das Multitasking von Betriebssystemen und Programmiersprachen unterstützt wird. Untereinander kommunizieren sie über die global sichtbaren Temperaturanforderungen T1 und T2 der beiden Heizkreise.
Quelle: www.wikipedia.org

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