Modul 121
Grundlagen der Automation
Aktoren und Sensoren
Kurzfassung
Aktoren
- Aktoren sind aktive Elemente, sie drehen oder stellen etwas ein.
- Aktoren sind mit Hände, Beine oder unser Gebiss zu vergleichen.
- Aktoren werden verwendet, um etwas zu verändern.
- Aktoren benötigen immer einen Auslöser in Form eines Befehls.
Als Aktor werden meist antriebstechnische Baueinheiten bezeichnet, die ein elektrisches Signal in mechanische Bewegungen bzw. veränderungen physikalischer Grössen wie Druck oder Temperatur umsetzen und damit aktiv in den gesteuerten Prozess eingreifen.
LED
LEDs sind Aktoren. Durch ein elektrisches Signal wird dem LED mitgeteilt, wann es sich ein- oder ausschalten soll.
Symbol
Elektromotor
Ein Elektromotor ist ein elektromechanischer Wandler, der elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt.
Symbol
Transistor
Transistoren sind Halbleiterbauteile die als Schalter, Regler oder Verstärker dienen und können wie ein elektrisch regelbarer Widerstand angewendet werden.
Symbol
Potentiometer
Ein Potentiometer ist ein elektrisches Widerstandsbauelement, dessen Widerstandswerte mechanisch (durch drehen oder verschieben) veränderbar sind.
Symbol
Sensoren
- Sensoren nehmen physikalische Grössen wahr und wandeln sie in Signale um.
- Sensoren sind mit Augen, Ohren, Tast- oder Spürsinn zu vergleichen.
- Sensoren werden verwendet um etwas zu messen.
Ein Sensor, auch als Detektor, Aufnehmer oder Fühler bezeichnet, ist ein technisches Bauteil, dass bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften und oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgrösse quantitativ erfassen kann.
Taster (Schalter)
- Wird als Schalter verwendet, um etwas ein- oder auszuschalten.
Symbol
Lichtschranke (Helligkeitssensor)
Ein Helligkeitssensor sammelt Daten wie z.B. Lichtverhältnisse oder die Helligkeit in der Umgebung.
Symbol
Temperaturfühler (Temperatursensor)
Der Leiter dehnt sich bei wärme aus und zieht sich bei kälte zusammen (Warm-/Kaltleiter)
Symbol
Steuerungen
- Mit der Steuerung wird ein Ablauf berechenbar und damit nutzbar.
Einfache Steuerungen
Einfache Steuerungen wurden schon früh genutzt, um die beschränkten Möglichkeiten zu erweitern.
Mit zunehmender Komplexität wurden die Systeme mit den Steuerungen intelligenter und vom Menschen unabhängiger (automatisiert).
Beispiele:
Die Steuerung im Raum:
- Steuern eines Schiffes mit dem Steuerruder
- Steuern eines Karrens mit Hilfe einer Deichsel
Zeiteinheiten sind eine wichtige Grösse bei der Steuerung.
- Die Sanduhr
- Die Sonnenuhr
- Das mechanische Uhrwerk
Komplexe Steuerungen
- Die Steuerungen wurden immer kompakter.
- Mit der Erfindung des Transistors und der Mikrotechnologie wurde die Integration weiter vorangetrieben.
Vorteile Automation
- Kosten können minimiert werden
- Produktivität wird gesteigert
- Zuverlässigkeit wird erhöht
- Weniger Fehler
Arduino
Was ist ein Arduino?
Ein Arduino ist ein Mikrocontroller, den man dazu bringen kann, auf Geschehnisse zu reagieren.
Ein Arduino kann Sensoren sowie Aktoren ablesen und steuern.
Möglichkeiten:
Leicht programmierbares I/O System mit dem man einfache Aufgaben ausführen kann.
Arduino Code Aufbau
// dieser Teil wird nur einmal beim Start des Arduinos ausgeführt.
void setup() {
// PIN-Zustand (Output / Input) definieren
pinMode(3, OUTPUT);
pinMode(4, OUTPUT);
pinMode(5, OUTPUT)
pinMode(2, INPUT);
} Logic Gate
AND gate
The output (y) is only true when both inputs (x1, x2) are true
if((a > 0) && (b > 0)) | x1 | x2 | y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
OR gate
at least one must be true for a true output
if((a > 0) || (b > 0)) | x1 | x2 | y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
NOT gate
A not gate has only one input and it reverses the logic state.
If the input is 1, then the output is 0.
if(!( a > 0)) | x1 | y |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
XOR
The XOR (exclusive or) gate is like the logical "either / or". The output is true if either but not both of the inputs are true.
if((x1 !== x2 && (x1 > 0 || x2 > 0)) | x1 | x2 | y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Javascript example:
let logicGate = {
x1: [0, 0, 1, 1],
x2: [0, 1, 0, 1],
y: [],
};
for (index of logicGate.x1.keys()) {
if (
logicGate.x1[index] !== logicGate.x2[index] &&
(logicGate.x1[index] > 0 || logicGate.x2[index] > 0)
) {
logicGate.y[index] = 1;
} else {
logicGate.y[index] = 0;
}
}
console.table(logicGate); Skizzen, Pläne
Prinzipskizze
Eine Prinzipskizze veranschaulicht Zusammenhänge, welche in einem Text nicht gleich effektiv aufgezeigt werden können.
Die Prinzipskizze ist ein Hilfsmittel, dient als eine Orientierungshilfe und muss nicht Vollständig oder Detailgetreu sein.
Blackbox
Mit der Black Box Betrachtung werden die Rahmenbedingungen definiert und die dafür notwendigen Begriffe festgelegt.
Black Box bedeutet “undurchsichtige” schwarze Schachtel.
Als Input wird alles aufgeführt, was für das System relevant ist.
Blockschaltbild (Wirkungsplan)
Der Wirkungsplan stellt den Zusammenhang der Wirkungen untereinander dar.
Blockelement
Der Block stellt einen Zusammenhang zwischen der verursachendne und der beeinflussten Grösse dar.
u ist eine verursachende Grösse
v ist eine beeinflusste Grösse
Wirkungslinie
Die Wirkungslinie stellt eine Wirkgrösse dar.
Addition
Bei der Addition werden zwei oder mehrere verursachende Grössen zu einer Grösse addiert.
u1 und u2 sind verursachende Grössen
v ist eine beeinflusste Grösse
Verzweigung
Bei der Verzweigung wird dieselbe Grösse u beliebig oft weiterverwendet.
Steuerkette
Bei einer Steuerkette werden mehrere Blocks hintereinander oder parallel zueinander geschaltet.
Schaltplan
Schaltskizze
Steckplan
