Entwurf und Strukturtheorie von Steuerungen für by H. König

By H. König

Steuerungssysteme fur Werkzeugmaschinen konnen in mehre re Ebenen der Informationsverarbeitung gegliedert sein. In ubergeordneten Ebenen finden fur Aufgaben der Daten verteilung und Programmverarbeitung ProzeBrechner und numerische Steuerungen ihren Einsatz. Stets wird jedoch eine maschinennahe Steuerungsebene vorhanden sein, in der Stellsignale fur die einzelnen Maschinenfunktionen gebildet werden; sie kann danach Funktionssteuerung ge nannt werden [1, 2]. Die Abgrenzung dieser Funktionssteuerung gegenuber den ubergeordneten Ebenen hangt sowohl von der Steuerungs aufgabe, als auch von der geratetechnischen Realisierung der ubergeordneten Ebenen und der Funktionssteuerung selbst abo Die Funktionssteuerung hat alle Aufgaben zu ubernehmen, die in den ubergeordneten Ebenen nicht oder nicht zuverlassig genug ausgefuhrt werden. Damit ist eine abgeschlossene Definition nur sehr schwer an zugeben. Die vorliegende Arbeit soll auf eine sowohl funktionale als auch strukturelle Definition von Funk tionssteuerungen fuhren. Ausgangspunkt sind die Fein strukturen der kleinsten Einheiten. Funktionssteuerungen sind bis in die jungste Zeit speedy ausschlieBlich mit Schutzen und Relais ausgefuhrt wor den, so daB die Bezeichnung Schutzen- oder Relaissteue rung in geratetechnischer sicht durchaus gerechtfertigt conflict. Gegenwartig werden jedoch neuere Technologien und Geratekonzeptionen auch in diesen Bereich eingefuhrt. Integrierte Schaltkreise werden eingesetzt und in einem weiteren Entwicklungsschritt wird versucht, durch seasoned grammierbare Steuergerate die festverdrahtete Steuerung abzulosen. Die Entwurfsmethodik fur Relaissteuerungen ist eng an - 1- die geratetechnische Ausfuhrung angelehnt, Darstellungs mittel ist der Stromlaufplan. In der Beschreibungsform des Stromlaufplans sind einige Grundschaltungen bekannt, deren Eigenschaften verbal umschrieben sind. Genannt seien Reihen- und Parallelschaltung, Verriegelung und Selbsthaltung. Zur vollstandigen Schaltung gelangt guy durch Komposition der Grundschaltungen.

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Betrachtet guy den ProzeB des Konstruierens hinsichtlich sei ner Tatigkeiten, so kann guy feststellen, daB bei ihm vor al lem Informationen gewonnen, verarbeitet und ausgegeben werden mussen; guy spricht von einem Informationsumsatz / 1 /. Ein hoher Zeitanteil wird hierbei fur die Informationsbeschaf fung benotigt, die je nach Tatigkeitsbereich 15% bis 20% der gesamten Konstruktionszeit betragt / 2 /.

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Durch g und sgn dg/1t wird die Zustandsebene aufgespannt. (Bild 3/1), Die Unterscheidung in Beharrungs- und ~nderungszustande be- rucksichtigt im wesentlichen die Anforderunqen, die durch die Ausgabe an die Zustandsdefinition gestellt werden. Dies sgn dg dt - , o +, ] Bild 3/1 zustandsebene und zustandsgraph der allqemeinen Funktionseinheit. - 59 - gilt eben so fur die Extremzust§nde, die aber auBerdem, so wie die ubrigen durch Geber definierten Zust§nde fur die KOpplung der FE untereinander bedeutsam sind.

Die Abschaltpunkte werden durch die Geber der Extremalpunkte bestimmt. V wie eine reine Steuerung. Jede FE ist demnach ein Mischsystem aus Abschaltkreis und Steuerung. Der zustandsgraph beschreibt sowohl Vorschubachsen als auch Transporteinrichtungen. Die Randzust~nde R1 , R2 bei Vorschubachsen einerseits und der Verweilzustand V bei Transportachsen andererseits treten jeweils nur im St5rungsfall oder bei fehlerhafter Bedienung auf. Dennoch ist die gemeinsame Behand lung gerechtfertigt, was durch das Zusammenfallen beider Grundtypen an einem Beispiel aus der Werkzeugwechseltechnik bei schweren Frasmaschinen [19] illustriert wird.

Die Rolle der Automatentheorie bei der Entwicklung des Entwurfsverfahrens kann nun prazisiert werden. Sie besteht einerseits in einer Mathematisierunq des Entwurfsproblems und andererseits in der Bereitstellung einer Reihe von formalen Strukturen, die geeignet sind, die Objekte der Steuerungstechnik zu beschreiben. Sie liefert jedoch keinen Entwurfsalgorithmus, die Zuordnung der Objekte zu den Strukturen ist im Gegenteil freiund in gewissem Sinne willkurlich, wie die Diskussion der Zustandsdefinitionen gezeigt hat.

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