tabellenbuch automatisierungstechnikkompendium der automatisierung 1. auflage bearbeitet von...
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TabellenbuchAutomatisierungstechnikKompendium der Automatisierung
1. Auflage
Bearbeitet von Lehrern, Physikern und Ingenieuren an beruflichen Schulen und Produktionsstätten (siehe Rückseite)
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KGDüsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten
Europa-Nr.: 50823
EUROPA-FACHBUCHREIHEfür elektrotechnische, elektronische,mechatronische und informations-technische Berufe
Tabellen Formeln Normenanwendung
TA 001 bis 008_M 009-027 25.07.13 07:39 Seite 1
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Autoren des Tabellenbuches Automatisierungstechnik
Dahlhoff, Heinrich Dipl-Physiker MeppenGrimm, Bernhard Oberstudienrat LeonbergHäberle, Gregor Dr.-Ing., Abteilungsleiter TettnangHäberle, Heinz Dipl.-Gewerbelehrer, VDE KressbronnSchiemann, Bernd Dipl.-Ing. DurbachSchmid, Dietmar Dr.-Ing., Professor EssingenSchmitt, Siegfried staatl. geprüfter Techniker, Techn. Oberlehrer Bad Bergzabern
Leitung des Arbeitskreises:
Dr.-Ing. Häberle, Tettnang
Bildbearbeitung
Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern
Diesem Buch wurden die neuesten Ausgaben der DIN-Normen sowie anderer Bestimmungen und Richt -linien zugrunde gelegt (Redaktionsschluss 31.12.2012). Verbindlich sind jedoch nur die DIN-Normen undjene Bestimmungen selbst.
Maßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten Ausgabedatum,die bei der VDE-VERLAG GmbH, Bismarkstr. 33, 10625 Berlin und der Beuth-Verlag GmbH, Burggrafen-straße 6, 10787 Berlin erhältlich sind.
1. Auflage 2013
Druck 5 4 3 2 1
Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern un-tereinander unverändert sind.
ISBN 978-3-8085-5082-3
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.
© 2013 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp//:www.europa-lehrmittel.de
Satz: rkt, 42799 Leichlingen, www.rktypo.comDruck: M.P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, 33100 Paderborn
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Betrieb und Beruf9 … 48 B
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Mathematik, Physik, Dokumentation, Digitaltechnik
49 … 118
Elektrotechnik, Computer-Hardware
119 … 186
Messen, Steuern, Regeln, Antriebstechnik, Automatisierung
187 … 296
Anlagen und Sicherheit297 … 356
Arbeiten am PC, Programmierung,Programmiersprachen
357 … 384
Betriebssysteme, Anwendersoftware
385 … 412
Datenübertragung, Internet, Anhang413 … 520
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4 Vorwort
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Die Automatisierungstechnik ist die treibende Kraft der Wirtschaft unseres Landes und seiner Nachbarn im Kon-kurrenzkampf mit anderen Ländern. Deshalb ist in mehreren Berufen diese Technik Gegenstand der Ausbildung,vor allem aber bei Elektronikern/innen für Automatisierungstechnik. Die Auszubildenden dieses Lehrberufeserwarten nach der Abschlussprüfung die Einsatzgebiete
● Fertigungs- und Produktionsautomation,● Verfahrens- und Prozessautomation,● Netzautomation,● Verkehrsleitsysteme und● Gebäudeautomation.
In gleicher Weise anspruchsvoll sind die Inhalte der Lernfelder, die für Berufe der Automatisierungstechnik vor-gesehen sind. Dem entsprechen die Seiten des vorliegenden Buches, dessen Teile nach den Themen der Lern-felder für Elektroniker für Automatisierungstechnik konzipiert sind.
Teil B: Betrieb und Beruf mit sozioökonomischen Bereichen, z.B. Organisationsformen im Betrieb, Begriffe imArbeitsrecht, Arbeiten im Team, Präsentation durch Vortrag, Qualifikationen für Arbeiten, Unfallverhütung,Arbeitsschutz, Industriespionage.
Teil MD: Mathematik, Physik, Dokumentation, Digitaltechnik mit den anwendungsbezogenen wissenschaft -lichen Grundlagen, z.B. Rechenregeln, Lösen von Gleichungen, mathematische Formeln in C, C++ und VisualBasic, logarithmische Größen, funktionsbezogene Dokumente, Symbole für Schaltpläne, binäre Verknüpfungen,KV-Diagramme, Codeumsetzer, Flipflops, digitale Zähler.
Teil C: Elektrotechnik, Computer-Hardware mit den Grundlagen der Elektrotechnik und Computertechnik, z.B.Schaltungstheorie, aktive Bauelemente, Operationsverstärker, RL-Schaltungen, RLC-Schaltungen, Filter, Strom-richter, Oberschwingungen, Leitungsberechnung, Schnittstellen, Arten von Computern, Industrie-PC.
Teil A: Messen, Steuern, Regeln, Antriebe, Automatisierung mit den Grundlagen der genannten Bereiche z.B.Messmittel, Sensoren, GRAFCET, Kleinsteuerungen, SPS-Programmierung, Sicherheits-SPS, Hilfsstromkreise,elektrische Motoren, Sicherheit von Maschinen, Lageregelung, Drehzahlregelung, lineare Antriebe, Servomoto-ren, Bildverarbeitung.
Teil AS: Anlagen und Sicherheit mit z.B. Qualitätsmanagement, Auditierung, Fertigungsverfahren, Materialfluss -systeme, Werkzeugwechselsysteme, Lichtschranken, Schutzarten elektrischer Betriebsmittel, Schutzmaßnah-men, Schutzklassen, Basisschutz, Fehlerschutz, Überlastschutz, Kurzschlussschutz, Überspannungsschutz, Qualität der Stromversorgung, Anlagenverfügbarkeit.
Teil P: Arbeiten am PC, Programmierung, Programmiersprachen mit z.B. Datensicherung, Kopierschutz, Soft-ware-Ergonomie, Phasen der Softwareentwicklung, objektorientierte Programmierung, C-Schlüsselworte, JAVA-Programmierung, CNC-Programmierung, PAL-Programmiersysteme.
Teil BA: Betriebssysteme, Anwendersoftware mit z.B. Arbeiten mit Windows, Arbeiten mit Excel, DatenbankAccess, Grafikformate, Datenformate, Datenkomprimierung, Schaltungssimulation mit PSpice, Standard Soft-waresystem SAP.
Teil Ü: Datenübertragung, Internet mit z.B. Modulation und Demodulation, Multiplexverfahren, Netze der Informationstechnik, Ethernet, PROFIBUS, PROFINET, CAN-Bus, AS-i, elektronische Gebäudetechnik, LCN, Bluetooth, Komponenten für Datennetze, Internet und seine Dienste.
Verlag und Autoren danken für die zahlreichen Anregungen von Benutzern verwandter Bücher des Verlages Europa-Lehrmittel. Gerne nehmen wir auch künftig konstruktive Verbesserungsvorschläge für das TabellenbuchAutomatisierungstechnik entgegen. Diese können auch mit E-Mail an [email protected] gerichtetsein.
Sommer 2013 Der Autoren-Arbeitskreis
Vorwort zur 1. Auflage
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Teil B: Betrieb und BerufPart B: Company and profession 9
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Betrieb
Organisationsformen in Unternehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Bereiche der betrieblichen Organisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Rechtsgeschäfte des Betriebes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Begriffe im Arbeitsrecht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Bestandteile eines Tarifvertrages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Systematisches Marketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Führen von Verkaufsgesprächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Präsentation durch Vortrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Durchführung von Schulungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Leitung Stab
Teams
Abtei-lungen
Bereiche
Beruf
Arbeiten im Team . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Qualifikationen für elektrotechnische Arbeiten in Automatisierungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Elektrotechnische Arbeiten in Automatisierungsanlagen . . . . . . . . . 21
Unfallverhütung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Lärm und Lärmschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Zusammenarbeit bei der Produktentwicklung, Projektarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Moderation von Workshops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Durchführung von Projekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Prozesse analysieren und gestalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Erstellen eines Angebotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Computerunterstützte Planung eines Auftrages . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Kosten und Kennzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Kalkulation der Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Betriebsabrechnungsbogen BAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Gesetzlicher Datenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Industriespionage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Knowhow-Schutz beim Umgang mit Dokumenten . . . . . . . . . . . . . . 40
Arten von Computerviren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Weitere Gefahren durch Computer-Sabotage . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Maßnahmen gegen Computerviren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Firewall-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Zugriffsschutz bei der Internet-Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Umgang mit Elektroschrott . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Umwelttechnische Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Interrupt-Vektortabelle
MA 1MA 3
zust
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ig
Dau
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Arb
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pak
et
Vorg
ang
V4 2020 10 10 MA 5
V3 2010 5 5 MA 4
V2 1020 30 20
MA 1MA 2V1 1010 30 20
Hauptspeicher
Programm A Aktivierung Interrupt
Virenprogramm
BIOS, Treiber
Inte
rru
ptb
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dlu
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Pro
gra
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erei
ch
infizierter PC
Internet
Hacker-PC
Backdoor-Server
Backdoor-Client
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Arbeitssicherheit 3 Industrial safety 3 27
Technischer Arbeitsschutz (Fortsetzung)
Aufgabe des Arbeitgebers ist es, erfor-derliche Maßnahmen zum Schutz desBeschäftigten zu treffen.Die Verordnung über Sicherheit undGesundheitsschutz bei Tätigkeiten mitbiologischen Arbeitsstoffen (BioStoffV)regelt diese Maßnahmen. Kernpunkt dieser Verordnung ist dieGefährdungsbeurteilung nach § 5 Arb-SchG.
www.bmu.de
Unter biologischen Arbeitsstoffen versteht man Mikroorganismen (auchgentechnisch veränderte), die beim Men-schen Infektionen hervorrufen könnenoder toxische (giftige) oder sensibilisie-rende (empfindlich machende) Eigen-schaften besitzen. Darüber hinaus wer-den auch Endo parasiten (Parasiten, dieim Menschen leben) sowie BSE- (Rinder-wahn)/TSE- (übertragbares Hirnleiden)Erreger erfasst. Biologische Arbeitsstoffe
Das ProdSG intensiviert auch die Zu -sammenarbeit zwischen Marktüberwa-chung (in Länderhoheit) und dem Zoll.Mit seiner Aussage: „Geprüfte Sicher-heit“ trägt es maßgeblich zu einemwirk samen Verbraucherschutz bei.
Das Produktsicherheitsgesetz (ProdSG)trat am 01.12.2011 in Kraft und löst dasbisherige Geräte- und Produktsicher-heitsgesetz (GPSG) ab. Es stärkt als zen-trale Vermarktungs- und Sicherheitsvor-schrift für Produkte im europäischenVerbund den Schutz von Beschäftigtenund Verbrauchern.Geräte- und Produktsicherheit
● Einheitliche Gefährdungsbeurteilungfür Bereitstellung und Benutzung.
● Einheitliche sicherheitstechnischeBewertung.
● „Stand der Technik“ als wesent licherSicherheitsmaßstab.
Die Betriebssicherheitsverordnung um-fasst Arbeitsschutzanforderungen für dieArbeitsmittelbenutzung und den Betriebvon überwachungsbedürftigen Anlagen. Sie regelt die Mindestanforderungen fürderen Beschaffenheit.Anlagen- u. Betriebs sicherheit
Durch Gefährdungsbeurteilung, Infor-mation, Training und sinnvolle Gestal-tung der Arbeitsaufgaben lassen sichSchädigungen vermeiden oder vermin-dern. Zu beachten sind Beschäftigungsverbo-te entsprechend Mutterschutzgesetz,Mütter-Arbeitsschutzverordnung sowieJugendarbeitsschutzgesetz.
Bei vielen Tätigkeiten werden Gegen-stände, Werkzeuge und Arbeitsmitteldurch Muskelkraft bewegt, schwereLasten oft oder in ungünstigen Körper-haltungen getragen.Dadurch können Schäden am Muskel-Skelett-System, insbesondere der Wir-belsäule auftreten.
Lastenhandhabung
● In der Arbeitsstättenverordnung:Technische Mindestanforderungenfür Baustellen.
● In der Betriebssicherheitsverordnung:Besondere Anforderungen für zeit-weilige Arbeiten an hochgelegenenArbeitsplätzen.
● In der Baustellenverordnung: Organi-satorische Mindestanforderungen zurVerbesserung der Sicherheit auf Bau-stellen.
Die Arbeitsbedingungen auf Baustellensind gekennzeichnet durch ständige Ver-änderungen der Arbeitsumgebung, hohekörperliche Anforderungen, großeUnfallgefahren, hohen Zeit- und Termin-druck sowie ungünstige Witterungsein-flüsse. Die gesetzlichen Regelungen stehen inVerordnungen.
Baustellensicherheit
Bereiche Beschreibung Bemerkungen
Neue Kennzeichnung für Gefahrstoffe (Umsetzungsfristen: 01.12.2010 für Stoffe, 01.06.2015 für Gemische).
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Wesentliche Änderungen:● Neue Piktogramme (Raute), darunter
drei neue.● 28 Gefahrenklassen mit Unterteilung
in Kategorien.● Neue Gefahrenhinweise, H-Hinweise
(hazard statements), bisher R-Sätze.● Neue Sicherheitshinweise, P-Hinwei-
se (precautionary statements), bisherS-Sätze.
● Zwei neue Signalworte: Gefahr undAchtung.
Das Global Harmonisierte System(GHS) der Vereinten Nationen stuft che-mische Stoffe und Gemische weltweitnach identischen Kriterien ein und löstdamit die bisherigen europäischenRegelungen ab. Das GHS wurde als CLP-Verordnungüber die Einstufung, Kennzeichnungund Verpackung von Stoffen und Gemi-schen (Regulation on Classification,Labelling and Packaging of Substancesand Mixtures) in der EU eingeführt undtrat 2009 in Kraft. Gesundheitsgefahr
GHS 08
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Teil MD: Mathematik, Physik, Dokumentation, DigitaltechnikPart MD: Mathematics, physics, documentation, digital technique 49
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Mathematik
Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Vorsätze und datentechnische Größen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Rechenregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Winkel, Winkelfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Beziehungen zwischen Winkelfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Mathematische Formeln in C, C++ und Visual Basic . . . . . . . . . . . . . 60Potenzen, Logarithmen, Dreisatzrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Logarithmische Maße, Dezibel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Zahlenumwandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
x
1
Gerade
1
– 3
– 3 2 3
P (1/3)
y = 2x + 1
y
Physik
Längen, Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Körper und Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Mechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Ladung, Spannung, Stromstärke, Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Leistung, Arbeit, Energie, Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Elektrisches Feld, Kondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70Magnetisches Feld, Induktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71Schaltungen mit passiven Bauelementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Schalten von Kondensatoren und Spulen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Brems-backen
Kraft-messer
Riemen-scheibe N
r
q F
Digitaltechnik
Bar-Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Leitungscodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109DA-Umsetzer, AD-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Binäre Verknüpfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Regeln und Gesetze der Schaltalgebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112Codeumsetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114Flipflops und Komparatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115KV-Diagramme für sequentielle Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 116Digitale Zähler, Schieberegister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
u
#U
Ur
ux
tu2
Dokumentation
Erstellen einer Dokumentation über Geräte oder Anlagen . . . . . . . 74Schaltpläne als funktionsbezogene Dokumente . . . . . . . . . . . . . . . . 76Ortsbezogene und verbindungsbezogene Dokumente . . . . . . . . . . 78Kennzeichnung in Schaltplänen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79Schaltzeichen für Stromlaufpläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Binärelemente, Bussysteme, Telekommunikation . . . . . . . . . . . . . . 85Schaltzeichen für Übersichtsschaltpläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88Analoge Informationsverarbeitung und Zähler . . . . . . . . . . . . . . . . . 89Schaltzeichen für Leitungen, Installationspläne und Installationsschaltpläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90Symbole für Messgeräte und Programmablaufpläne . . . . . . . . . . . 91Symbole Pneumatik, Hydraulik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92Elemente von Struktogrammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Symbole der Verfahrenstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94Darstellung von Körpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98Bemaßung, Maßlinien, Schnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99Maßeintragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100Baugruppenzeichnungen und Stücklisten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Programmdokumentation (Software) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102Lastenheft, Pflichtenheft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Grafische Darstellung von Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
1234
5
¡ >
¡ >> 1
Motor läuft nicht
Motor eingeschaltet
1EIN
HALT
K1 anziehen2
Windungszahl erreicht
&
M1M
3_
F1 Q1
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Logarithmische Maße, Dezibel62 Logarithmic dimensions, dB
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Begriff, Erklärung Formel, Hinweis Bemerkungen
Abstandsmaße in Dezibel DB
Zunahme >1 und Abnahme
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Multiplexer, Demultiplexer
Allgemeine Schaltzeichen Analoge Elemente
DAU (DAC) und ADU (ADC)
Binäre ElementeVerstärker
Vergleich von Schaltzeichen 1Comparison of circuit symbols 1 83
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USA, z.B. ANSIund NEMA
ANSI American National Standard InstituteEN Europa-NormLED Licht emittierende DiodeNEMA National Electrical Manufacturer Association
Tristate 3 Zustände, H, L und hochohmigZ-Diode Diode zur Spannungsbegrenzung
(Zener-Diode)a) und b) verschiedene Formen für dasselbe Element
praxisüblich,z.B. EN Benennung
USA, z.B. ANSIund NEMA
praxisüblich,z.B. EN Benennung
Wirkwiderstand,Resistance Í u
Íba Summierer
Integrierer
Comp Komparator, Vergleicher
DACD A /
U Digital-Analog-Umsetzer DAU,DA-ConverterDAC
/
U
ADCDA
Analog-Digital-Umsetzer ADU,AD-ConverterADC
MUX
DX
Multiplexer 4 auf 1M
UXDMUX Demultiplexer
1 auf 4
Kondensator,Capacitor
Masse, Ground
_ G_Wechselspan-nungs-Erzeuger,AC-Generator
+-
GGleichspan-nungs-Erzeuger,CD-Generator
Diode
Schottky-Diode
Z-Diode
LEDLight EmittincDiode
Schmelz -sicherung, Fuse
b)a) Verstärker, allgemein
A
b)a)
. . .
a) b)
&& UND-Elemente,AND-Element
+-
b)a)
+-
+-
Operationsver-stärker, unbe-schaltet. lEC-Symbol auch für beschaltet,wenn ∞ durchAngaben derVerstärkung ersetzt ist.
OR
b)a)b)a)
> 1 1
(auch als Rechteck)
ODER-Elementa) EN Formb) nur bei Ein -
deutigkeit
b)a)
d)c) b)
a)1
1
NICHT-Element,NOT-Element
b)a)Verstärker,invertierend,z.B. als Anpassglied (Buffer = Puffer)
Verstärkerele-ment mit kom-plementärenAusgängen, z.B.Leitungstreiber.
Element mit Tristate-Aus-gang, hier Invertierer
EN
= 1XOR-Element,Exklusiv-ODER,Antivalenz
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Symbole der Prozessleittechnik 1Symbols for process control 1 95
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Regler
Leitungen, Anschlüsse, Signalkennzeichnung vgl. DIN EN 62424 (2010-01)
Rohrleitung EMSR1-LeitungSignalleitung, elektrisch
Signalleitung, pneumatisch
Leitung,hydraulisch
Lichtwellen-leiter
Wirkungslinie Einheitssignal,elektrischEinheitssignal,pneumatisch
Analogsignal Digitalsignal Binärsignal
Impulsgeber
1 EMSR Elektro-, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik
VerbindungsfreieKreuzung
Leitungs-verbindung
PID
PD
PI
x
wy
Regler allgemein,Ausgang rechts
PID-Regler,steigendes Aus- undEingangssignal
PI-Regler,Ausgang fallend, Eingang steigend
Dreipunktregler mit schaltendemAusgang
Zweipunktregler mit schaltendemAusgang
Regler als Software-funktion
Streckeneinwirkung
Stellglied,Stellart
Stellantrieb allgemein
Stellgerät mit Stell-glied bzw. Stellort
Stellantrieb, bei Ausfall der Hilfsenergie Stellung für Höchstwert
Stellantrieb, bei Ausfall der Hilfsenergie Stellung für Mindestwert
Stellantrieb, bei Aus-fall der Hilfsenergiebleibt das Stellgerät in der zuletzt einge-nommenen Stellung
Aufnehmer, Sensoren
FAufnehmer für Durch -fluss, allgemein
Turbinendurchfluss -aufnehmer
Induktiver Durch fluss -aufnehmer
TTemperaturauf -nehmer, allgemein Thermoelement
Druckaufnehmer, allgemein
LAufnehmer für Stand,allgemein
Kapazitativer Auf -nehmer für Stand
Aufnehmer für Standmit Schwimmer
LAufnehmer für Stand,Lichtempfänger
Aufnehmer für CO2-Gehalt
Aufnehmer für pH-Wert
RAufnehmer für Strahlung, allgemein
Aufnehmer für Ge -schwindigkeit, Dreh-zahl, Frequenz allg.
Aufnehmer für Abstand, Länge, Stellung allgemein
FQOvalradzähler, Verdrängerprinzip
Leitfähigkeits-aufnehmer
Aufnehmer für Ge wichtskraft, Masse, allgemein
Bediengeräte, Steuergeräte, Zubehör
Einsteller, allgemeinSignaleinsteller fürelekrisches Einheits-signal mit Anzeiger
Schaltgerät, allgemein
Automatischer Messstellen -abfrageschalter
Oberer GrenzwertZwischenwertUnterer Grenzwert
Steuergerät(Basissymbol)
Membran-Stellantrieb Motor-Stellantrieb Magnet-Stellantrieb
F
T
L
QCO2
S
Q
+
-
M
F
P
L
pH
G
W
Kolben-Stellantrieb Feder-Stellantrieb Ventilstellglied
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Bestandteile eines Pflichtenheftes
Lastenheft, PflichtenheftRequirement specification, system specification 103
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Merkmal Erklärung
Inhaltsverzeichnis Das Inhaltsverzeichnis enthält die Kapitelüber-schriften des Lastenheftes.
Auftraggeber Der Auftraggeber des Projektes ist zu nennen.Zweck des Projektes Beschreibung von Projektanlass und Projektziel.
Ausgangssituation Beschreibung bestehender Systeme, Datenstruktu-ren, organisatorischer Abläufe.
Aufgabenstellung Beschreibung aus Sicht des Auftraggebers.
Randbedingungen Beschreibung der Anbindung, Einbindung existie-render Lösungen.
Terminrahmen Nennung des Endtermines, ggf. Zwischentermine.
Kostenrahmen Angabe der zur Verfügung stehenden Mittel.
Jedes Kapitel besitzt eine Kapitelnum-mer.Name, Abteilung, Telefon, E-Mail-Adr. Verbesserte Performance (Betriebs -eigenschaften), geringere Wartungs -kosten.Beschreibung der Nachteile der gegen-wärtigen Situation.Neue Funktionen, Benutzerdialoge,Ausgabedaten an Drucker.Schnittstellen zu existierenden Gerä-ten, Datenbanken, Programmen.Begründung wegen der Wichtigkeitdes Projektes, z.B. Kundenwunsch.Investitionen, Kosten.
Bemerkungen, Beispiele
Inhaltsverzeichnis Auflistung der Kapitelüberschriften.Auftraggeber Wie im Lastenheft beschrieben.Zweck des Projektes Wie im Lastenheft beschrieben.Analyse Istsituation Beschreibung der Istsituation bzgl. z.B. Anzahl
Benutzer, Funktionen, Performance, Schnittstellen,Datenfluss, tangierte Systeme.
Funktions- Beschreibung aus Sicht des Auftragnehmers. spezifikation Gliederung in Unterfunktionen. Aufzeigen funktio-
naler Zusammenhänge durch Grafiken.Daten- Analyse der Daten, Datenmengen und der Daten-spezifikation flüsse, zugeordnet zu Funktionen.Schnittstellen- Definition der Schnittstellen hardwareseitig und spezifikation softwareseitig zu tangierenden Systemen. Defini -
tion der Benutzeroberflächen.Rahmen- Beschreibung von Voraussetzungen zum Ent-bedingungen wickeln, Testen, Schulen und Produktivgehen.
Qualitäts- Beschreibung von Maßnahmen während der Ent-betrachtungen wicklungsphase und von Kennzahlen in der Ein-
führungsphase und im Betrieb.
Realisierungs- Unter Berücksichtigung von Marktrecherchen, dervorschlag Ausgangssituation und den vorgenommenen Spe-
zifikationen ist eine Empfehlung für die Realisie-rung niederzuschreiben.
Projektplanung Arbeitspakete, Schritte der Projektumsetzung, Ter-minplanung sind festzulegen. Eine Kostenabschät-zung ist vorzunehmen.
Kosten-Nutzen- Den anfallenden Kosten sind die NutzenpotenzialeAnalyse gegenüber zu stellen, z.B. kürzere Durchlaufzeiten.
Kapitel mit Kapitelnummern.Siehe Lastenheft.Siehe Lastenheft.Beschreibung Wartungsaufwände.Grenzen in der Lösung.
Beschreibung der Realisierungsmög-lichkeiten der geforderten Funktionenund deren Abhängigkeiten.Festlegung der Datentypen oder derDatenbankstrukturen.Festlegung von Übertragungsverfah-ren, Bildschirmmasken, Druckerausga-ben.Nennung von Beschaffungskosten, beiBedarf weitere notwendige Projekt-partner.Richtlinien zur Dokumentation, Soft-wareerstellung. Führen von Check -listen, Durchführung von Messungenbzgl. Zeiten, Speicherplatz.Der Realisierungsvorschlag muss un -ter wirtschaftlichen Gesichtspunktenerfolgen.
Die Verantwortlichkeiten von Auftrag-geber und Auftragnehmer sind festzu-legen.Muss nicht unbedingt Bestandteileines Pflichtenheftes sein.
Bestandteile eines Lastenheftes
Entstehung eines Pflichtenheftes
Analysen durchführen Festlegungen Bewertungen Schritte festlegen
AusgangssituationMarktsituationFunktionsabläufeDatenfluss
KostenAufwändeTermine
ProjektphasenMeilensteintermine
FunktionenSchnittstellenSysteme für Entwickeln,Testen, ProduktivbetriebBeschaffungen
Aktivitätenbeispiele bei der Pflichtenhefterstellung
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2D-Codes108 2D codes
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Benennung Erklärung Bemerkungen
Der Code PDF 417 besteht aus einzel-nen Zeilen mit einem Bar-Code je Zei-le. Der Bar-Code ist ähnlich dem EAN-Code aufgebaut. Er hat zur Verschlüs-selung von 30 Datenzeichen je Zeile 30Module. Ein Modul besteht aus vierStrichen und vier Lücken. Für alle Zei-len gibt es zur Signalisierung von Startund Stopp gemeinsame Striche undStrichlücken.
Der PDF 417-Code ist bei AIM1 alsStandard-Code geführt (PDF vonPortable Data File = transportierba-res Datenfile). Zu einer Codierunggehören mindestens 3 und höchs -tens 90 Zeilen. Dementsprechendkönnen bis zu 30 � 90 = 2700 Zei-chen codiert werden. Einzelne Code-worte werden als Prüfzeichen ver-wendet. Die Art der Verschlüsselunglegt der Anwender fest.PDF 417
Zei
le
Der Codablock-Code besteht aus einemüblichen Bar-Code, wobei die Modulefortlaufend Zeile für Zeile aneinander-gereiht werden. Die Zeilenlänge istvariabel, innerhalb eines Codeblockesjedoch gleich. Zum Zeilenbeginn wirdeine Zeilennummer codiert. Alle Zeilenbeginnen mit einer einheitlichen Start-zeichenfolge und enden mit einer ein-heitlichen Endezeichenfolge.
Die Codablock-Codierung ist varia-bel handhabbar mit der Möglichkeitder Fehlererkennung oder Fehlerkor-rektur. Auf der Basis des Codablock-Codesgibt es verabredete Codierungen,z.B. Codablock A. Dieser basiert aufdem Barcode 39, hat 2 bis 22 Zeilenzu je 61 Zeichen und wird mit einemPrüfzeichen abgeschlossen.Codablock-Code
Rand-zone
Rand-zone
Mehrzeilige Barcodes (Auswahl)
Der Data-Matrix-Code existiert in un -terschiedlichen Ausführungsformen.Allen gemeinsam ist die quadratischeForm mit einem linksseitigen undunteren Begrenzungsbalken und eineobere und rechtsseitige Begrenzungdurch eine regelmäßig wechselndePunktfolge. Codiert wird mit quadrati-schen Punkten im Innern dieserBegrenzungen, wobei diese zeilenori-entiert und spaltenorientiert sind. MitHilfe der Begrenzungen wird das alsBild erfasste Muster hinsichtlich sei-ner Drehlage und seines Mittelpunk-tes bestimmt.
Die Art der Verschlüsselung von Zei-chen ist beim Matrix-Code nicht vor-gegeben. Diese kann der Anwenderselbst definieren, z.B. dass die ver-schlüsselten Daten zeilenweisegeordnet angebracht sind. Auchsind Prüfzeichen und Fehlerkorrek-turverfahren nicht vorbestimmt. Eskönnen mehrere Matrixfelder zueinem quadratischen Großfeld vonz.B. mehr als 2000 Zeichen zusam-mengefasst werden.
Data-Matrix-Code
Matrix
Punktreihe
Linie
Der QR-Code (von Quick ResponseCode = schnelle Antwort-Code) ist einquadratischer Flächencode und be -steht aus 21 � 21 bis 177 � 177 klei-nen schwarzen und weißen quadrati-schen Symbolelementen. In den Eckenlinks und oben gibt es zur Positionsbe-stimmung quadratische Orientie-rungsmarken und unten rechts, etwaskleiner, eine Markierung zur Ausrich-tung der Matrix.
Die Verwendung des QR-Codes istlizenzfrei und kostenfrei. Das Codie-rungsverfahren ist offengelegt. Esermöglicht auch eine Fehlerkorrek-tur, sodass leicht beschädigte Codie-rungen noch sicher gelesen werdenkönnen. Der QR-Code kann z.B. mitFoto-Mobiltelefonen gelesen wer-den. So gibt es viele Nutzungsmög-lichkeiten, z.B. zur Besucherinforma-tion in Museen und Nutzerinforma -tion bei Gebrauchsartikeln.QR-Code
Der Dot-Code oder Punktcode hat z.B.8 Punkte, entsprechend 8 Bits in einerZeichenspalte zur Datencodierung,und eine zusätzliche Punktreihe zurAbleseorientierung. Die Codierungmit 8 Bits ermöglicht die Verschlüsse-lung von zwei Ziffern je Spalte odereinem ASCII-Zeichen. Die Zeichenkönnen fortlaufend folgen oder inBlöcken dargestellt werden.
Der Dot-Code ist nicht genormt. Erwird z.B. in Verbindung mit einemhydraulisch angetriebenen Dot-Prä-gewerkzeug, ähnlich einem Nadel-drucker, verwendet, um durch Prä-gung mit Punkten, z.B. mit 3 mmDurchmesser und 1 mm Tiefe, einesichere Chargenkennzeichnung vongroßen Aluminiumbarren zu ermög-lichen.Dot-Code
12345678 zur Orientierung
1 AIM (Association for Automatic Identification and Mobility = Verband für automatische Identifikation und mobileDatenkommunikation). Dieser privatrechtlich organisierte Verband registriert und normt Codierungen.
Matrix-Codes (Auswahl)
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RLC-Schaltungen 2 RLC-circuits 2 133
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RLC-Reihenschaltung an Wechselspannung
UbL
R L C
Uw
U
U
UbC
XCXL
Z
ƒ = ƒ (¡, U)
ƒ
¡ R
¡
‚2 R
fr f
R
B
Z
Resonanz: ƒ = 0
ƒ < 0 ƒ > 0
kapazitiv induktiv
Z = y�R2�+ (XL�– XC)2�9
U = y�U2w�+ (UbL�– �UbC)2�10
Û = Uy�R2 �+ �(X�L �– XC)211
U = Ûy�G2 �+ �(B�C�– BL)211
Impedanzscheinwiderstand
Anschlussspannung
Resonanz bei Reihenschaltung und Parallelschaltung von R, L, C
¡
UbC
U
UbL ¡bC
¡bL
Zeigerdiagramme von RLCin Reihe parallel
2 π · fr · L = 1
2 π · fr · C 7fr =
1
2 π · y�L · C�8
XL = XC1
Z = R2
BL = BC3
Y = G4
Widerstände bei Resonanz
ƒ = 05
cos ƒ = 16
Phasenverschiebung und Wirkfaktor bei Resonanz
nach Formeln1 oder 4
Leitwerte bei Resonanz
RLC-Parallelschaltung an Wechselspannung
¡bL¡w ¡bC
R L CU
U
BLBC
Y
ƒ = ƒ (U, ¡)
ƒ
¡
G
¡
‚2 1 R
fr f
R
B
Z
Resonanz: ƒ = 0
ƒ > 0 ƒ < 0
kapazitivinduktiv
Y = y�G2�+ (BC�– BL)2� 15
Û = y�Û2w�+ (ÛbC�– �ÛbL)2�16
G = 1R
12
BL = 1
XL13
BC = 1
XC14
Leitwerte
Scheinleitwert
Stromstärke
Schaltungen, Zeigerdiagramme Frequenzgang, Bedingungen, Formeln
B BandbreiteBC, BL BlindleitwerteC KapazitätCr Resonanzkapazitätf FrequenzfR ResonanzfrequenzG Wirkleitwert
Û StromstärkeÛbC, ÛbL BlindstromstärkenÛRL TeilstromstärkeÛw WirkstromstärkeL InduktivitätR WirkwiderstandU Spannung
UbC, UbL BlindspannungUw WirkspannungXC,XL BlindwiderständeY ScheinleitwertZ Scheinwiderstandƒ Phasenverschiebungswinkel
zwischen Strom und Spannung
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Oberschwingungen OS140 Harmonics
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Vorgang,Begriff
Erklärung
Generator-spannung
Grund-schwingung
Fourier
Generatoren sind so konstruiert, dass ihre Span-nung wie eine Sinuslinie schwingt, z.B. mit 50 Hz. Diese Spannung nennt man Grund-schwingung oder 1.Teilschwingung. Wenig sorg-fältig konstruierte, kleinere Generatoren und vorallem Wechselrichter erzeugen eine Spannung,deren u(t)-Kennlinie von der Sinusformabweicht.● Oberschwingungen entstehen im Netz durch
Generatoren mit Oberschwingungen.
Nach Fourier (franz. Physiker, 1768 bis 1830)kann man jede von der Sinusform abweichen-de symmetrische Wechselspannung ausGrundschwingung und OS zusammensetzen.Von der Sinusform abweichende Wechsel-spannungen enthalten deshalb eine Grund-schwingung (1. Teilschwingung) und Ober-schwingungen. Die 3. Teilschwingung führt im3AC-Netz zu zusätzlichem Strom in Neutral -leiter (Seite 340).
Bemerkungen, Daten, Formeln
Verzerrungen,Strom-aufnahme mit Ober-schwingung
Oberschwingungen treten auch auf, wenn dieGrundschwingung durch eine nicht lineareKennlinie eines Bauelementes beeinflusst wird. ● Oberschwingungen entstehen durch nicht
lineare Kennlinien von Bauelementen.
Das trifft auf elektronische Bauelemente, z.B.Dioden, und Kennlinien mit einem Sättigungs-bereich, z.B. bei Eisenkernen, zu. Bei diesenBauelementen enthält der aufgenommeneStrom Oberschwingungen.
Ordnungs-zahlenHarmonischebei AC
bei 3AC
bei DC
Das ganzzahlige Vielfache der Grundschwin-gung ist die Ordnungszahl.● Bei AC sind Teilschwingungen mit den Ord-
nungszahlen 1, 3, 5, 7, 9 ... möglich.● Bei 3AC ohne Anschluss des N sind die Ord-
nungszahlen von AC möglich, aber nicht 3, 6, 9 ...
● Bei DC-Anteilen, z.B. hinter Gleichrichtern,treten zusätzliche Ordnungszahlen 2, 4, 6 ...auf.
mit k = 0, 2, 4, 6, ...
Die Amplitude (Stärke) der Harmonischennimmt mit wachsender Ordnungszahl ab, so -dass Ordnungszahlen über 7 meist unberück-sichtigt bleiben können.
Arten der Ober-schwingungen
Oberschwingungen mit dem ganzzahligen Viel-fachen der Grundschwingungsfrequenz nenntman Harmonische.● Die wichtigsten Oberschwingungen sind die
Harmonischen (H).
Bei Zwischenharmonischen liegen die Ord-nungszahlen dazwischen, z.B. bei 2,4. Bei Sub-harmonischen ist die Frequenz kleiner als dieFrequenz der Grundschwingung. Diese blei-ben meist unberücksichtigt.
Zählweise beiOber-schwingungen
Ordnungs- Teil Schwingungs-zahl schwingung name
1 1. Grundschwg.
2, 3, 4, 5 2., 3., 4., 5. 2., 3., 4., 5., H
Auf keinen Fall sollte man die Oberschwin-gungen nummerieren, also nicht 2. Ober-schwingung sagen, da das als Oberschwin-gung der Ordnungsnummer 3 bzw. 5 aufge-fasst werden kann.
Rückwirkungauf die Netz-spannung
Der Laststrom mit OS ruft in der Impedanz vonGenerator und Netz Oberschwingungen derSpannung hervor, sodass die Netzspannungebenfalls OS enthält.● Oberschwingungen des Stromes führen zu
Oberschwingungen der Spannung. Entstehung von Oberschwingungen derSpannung durch nichtlineare Elemente
G_
UGS-
UOSUGS
UOS RL
Z_
¡OS
Ordnungszahlen ~ (Nüh)bei AC: bei 3 AC ohne N-Anschluss:
~ = k + 11
~ = ± 3 · k + 12
Folgen vonOberschwin-gungenDrehfelder der Ober-schwingung
P WirkleistungS Scheinleistungv Verzerrungsfaktor¬ Leistungsfaktor
(Lamba)cos ƒ Wirkfaktor, Ver-
schiebungsfaktorNegatives ~ der Formel 2 führt in Motoren zuDrehfeld gegen das Grundschwingungsfeld.
Verzerrungsfaktor Scheinleistung
v = ¬ / cos ƒ3
S = P/¬
S = P/(v · cos ƒ)4
f Netzfrequenzn Drehzahl der
Grundschwingung
~ Ordnungszahl2 p Polzahl
Drehfelddrehzahlen der Oberschwingung
n~ = n /~5
n~ = f / (2p · ~)6
Die Bedeutung der Formelzeichen ist aus Formelüberschriften, Bildern und Formellegende erkennbar.Zulässige Grenzwerte der Oberschwingung Seite 250.
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Trennklassen der Kommunikationsverkabelung vgl. DIN EN 50174-2152 Classes of IT-Cabling (VDE 0800-174-2)
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Allgemeine Anforderungen
Begriff Erklärung
Verkabelung Verlegen von Kabeln. In der IT-Technik werdenunter Kabeln Erdkabel und alle ge schützten Lei-tungen verstanden.
Es kann sich um Kabel mit Kupferleitern oderMetallleitern, aber auch mit optischen Faserlei-tern (Lichtwellenleiter) handeln.
Bemerkungen, Daten
Trennung der Kabel zur Erhöhung der Dämpfung
zwischen IT-Kabeln
Sicherheit Die Sicherheit der Anlage muss gewähr leistetsein bezüglich Gefahren und Fluchtwegen.
Metallene IT-Verkabelungen und Kabel derStromversorgung müssen getrennt sein.
Zugänglichkeit Die Verlegung soll auf Kabelwegen so erfolgen,dass die Kabel bei Störungen zugänglich sind.
Bei umfangreichen Verkabelungen Kabelwegebei Bedarf unter dem Fußboden anordnen.
Schirmung IT-Kabel müssen gegen EMIs geschützt sein.Schutz gegen Eindringen von Signalen aus be -nachbarten Leitungen (Nebensprechen) mussdurch eine Kopplungsdämpfung erfolgen, beimetallenen Leitungen durch Schirmung.
Ein Schirm muss lückenlos geschlossen und anbeiden Enden geerdet sein. Manche Kabel sindgeschirmt gefertigt. Außerdem kann der Kabel-weg von mehreren Kabeln durch einen metal-lenen Kabelkanal geschirmt sein.
Dämpfung Von einem Kabel zu benachbarten Kabeln findetSpannungsinduktion statt. Dämpfung (Begren-zung) durch geeignete Maßnahmen.
Je nach Aufgabe der IT-Kabel sind Mindestwer-te der Dämpfung erforderlich. Dämpfung ist imlogarithmischen Maß dB angegeben.
Trennung Die Dämpfung wird durch Auswahl der Kabelnach Kabelkategorie (vorhergehende Seite) unddurch räumliche Trennung der Kabel erreicht.
Die räumliche Trennung kann durch metalleneSchirmung und durch Abstand erreicht werden.
Dokumentation Ist bei Errichtung und Änderungen dem An -lagenbetreiber auszuhän digen.
Die Dokumentation besteht aus Schaltplänenund Wartungsplänen.
IT-Kabel in flachem metallischen Kanal
große Dämpfung
kleine Dämpfung
IT-Kabel in hohem metallischen Kanal
große Dämpfung kleine Dämpfung
zwischen IT-Kabeln, Kabeln derStromver -sorgung sowie sonstigenKabeln Trennung von IT-Kabeln und Kabel
der Stromversorgung
d
d
Kabel-binder
IT-Kabel Stromver-sorgung
Trennung von IT-Kabel und sonstigen Kabeln
oder
Kabel für störanfälligeStromkreise
Erforderliche Dämpfung und Mindesttrennabstände
Trennklasse Dämpfung von informationstechnischen Kabeln Mindesttrennabstände d von IT- oder Strom-
(etwa bei 30 MHz bis 100 MHz versorgungskabeln bei 0 MHz bis 100 MHz
Kategorie Kopplungs- und Dämpfung TCL, ohne elektro- offener Metall- Lochblech-Cat) Schirmdämpfung, Kabel ungeschirmt magnetische Kabelkanal Kabelkanal
Kabel geschirmt Barriere
a – < 40 dB < 50 dB – 10 · Igf 300 mm 225 mm 150 mm
b (Cat 5) ≥ 40 dB ≥ 50 dB – 10 · Igf 100 mm 75 mm 50 mm
c (Cat 6) ≥ 55 dB ≥ 60 dB – 10 · Igf 50 mm 38 mm 25 mm
d (Cat 7) ≥ 80 dB ≥ 70 dB – 10 · Igf 10 mm 8 mm 5 mm
Bei metallenen massiven Kabelkanälen ohne offene Stellen ist der Trennabstand 0 mm
dB Dezi-Belf Frequenz
Ig Zehnerlogarithmusd Mindesttrennabstand
TCL Quersprechdämpfung (vonTransverse Conversion Loss)
TA 119 bis 186_M 009-027 25.07.13 08:35 Seite 152
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Arbeiten mit LabVIEWWorking with LabVIEW 205
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Aufgabe Erklärung
Mit LabVIEW werden mittels grafisch erstellter Program-me Vorgänge für Messen, Steuern, Regeln am PC ausge-führt. Am Bildschirm des PC erscheint als Grafik z.B.einMessgerät. Man spricht daher von einem virtuellenInstrument VI. Das Programm hierfür wird auch als VIbezeichnet. Die Benutzeroberfläche am PC wird FrontPanel genannt. Das Block-Diagramm enthält den grafi-schen Quellcode für die Funktion eines VIs. Symbol undAnschlussfeld kennzeichnen ein VI, sodass es in einemanderen VI als Sub-VI anwendbar ist. www.ni.com
Bildschirmanzeigebilder
Ein-arbeitung
Beispiel eines Front Panel
Ein VI besteht aus einem Front Panel, einem Block-Dia-gramm sowie einem Symbol und Anschlussfeld alsSchnittstelle zum aufrufenden Programm.LabView besitzt in einer Elementpalette auswählbareKontrollelemente und Anzeigeelemente, über die durchPlatzieren mit Mausklicks die Benutzeroberfläche gestal-tet wird. Parallel dazu werden im zugeordneten Blockdia-gramm z.T. automatisch die entsprechenden grafischenProgrammobjekte, Terminals oder Anschlüsse genannt,erzeugt.Das Block-Diagramm wird durch Platzieren von Funk -tionsblöcken (Knoten) am Bildschirm und deren Verbin-den (Verdrahten) vervollständigt. Hierzu steht eine Funk-tionenpalette zur Verfügung. Funktionsblöcke führen z.B.mathematische Berechnungen, Dateneingaben oderDatenausgaben aus.
Erstelleneines VI
Elementpalette
Funktionenpalette
Mit einem Icon-Editor wird das Symbol (Icon) eines VIgestaltet. Über Mausklicks erfolgt die Platzierung des VIsdann im Block-Diagramm.
Funktionen sind als wieder verwendbare Funktionsmo-dule zu programmieren. Auch Schleifenstrukturen mit if,while, case oder for können programmiert werden. Durchdas Darstellen von parallelen Datenflüssen in den Block-Diagrammen sind gleichzeitige Programmabläufe pro-grammierbar. Nach der grafischen Programmerstellungwird mittels Compiler der Maschinencode erzeugt.
Arbeiten mit VIs
Auszug aus Blockdiagramm
Mit LabVIEW können mithilfe des interaktiven Instru-ment-l/O-Assistenten, der LabView-Gerätetreiber undder Geräte-I/O-Bibliotheken Daten von Geräten mitSchnittstellen GPIB, Ethernet, PXI (auf PCI-Bus basie-rend), USB, VXI (auf VME-Bus basierend), RS232, 20-mAerfasst werden. Ansprechbar sind Messgeräte und Steue-rungen (SPS). Anzuwenden sind hierbei die von LabViewangebotenen VIs.
Signal-erfassung,Mess-geräte-steuerung
Messen und Steuern mit LabVIEW
Frequenz-Generator Prüfling,
z. B. Filter
PC mit LabVIEW
LabVIEW besitzt VIs zur Analyse von Messdaten. MitFunktionen zur Frequenzanalyse, digitalen Filterung, Signalerzeugung oder Spitzenwerterkennung könnenMessdaten untersucht werden. Es stehen Funktionenzum Ermitteln des Effektivwertes, harmonischer Verzer-rungen oder auch für mathematische Berechnungen zurVerfügung, z.B. zum Berechnen von Differenzialgleichun-gen, Durchführen von Interpolationen, Extrapolationen.Zur Analyse von Schallmessungen oder von Bilddatengibt es ebenfalls VIs, z.B. zum Farbmustervergleich. DasDarstellen von Messdaten an der Benutzeroberflächekann über Kurven-Diagramme, digitale Kurvengraphen,Liniendigramme oder 2D-, 3D-Visualisierungen erfolgen.Außer einer Darstellung am PC sind auch Darstellungenan einem Tablet oder Smartphone möglich.
Daten-analyse, Daten-darstellung
Verlauf eines Messsignals
TA 187 bis 240_M 009-027 25.07.13 08:38 Seite 205
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Kleinsteuerungen214 Small controllers
Ansicht Erklärung
Kennung von LOGO!● 12/24 Version DC 12 V/24 V,● 230 Version AC + DC 115 V bis 240 V● R Relaisausgang (ohne R Transistoraus-
gang),● C integrierte Wochenschaltuhr,● o Variante ohne Display (LOGO!pure),● DM Digitalmodul (Erweiterung),● AM Analogmodul (Erweiterung),● CM Kommunikationsmodul
(z.B. zu KNX).
Bemerkungen, Daten
Logikmodule, z.B. LOGO!, sind Klein-computer. Sie bestehen aus einemGrundgerät (Basic) und seitlichansetzbaren Erweiterungsmodulen.Die Grundgeräte sind für viele Steue-rungsaufgaben allein voll einsetzbar.1 Netzanschluss, z.B. L und N,2 Eingänge I evtl. AI, 3 Bedienfeld,4 Display, 5 Ausgänge Q,6 Port für PC-Programmierung.
Aufbau
LOGO! Basic 230 RC
M I1 I2 I3 I4 I5 I6 A11 A12L+
3
21
5 1Q1 Q2 Q3 Q4
64
2 1 2 12 1 2
Programmieren. Nach Laden (Bildlinks) Anklicken von Start ➞ Pro-gramme ➞ LOGO ➞ Neu ➞ Funk -tionsplan oder Kontaktplan ➞ Schalt-plan. Es erscheint ein Arbeitsfenster.Man holt mit gedrückter Maustastedie gewünschten Symbole nachein-ander auf das Arbeitsfenster (Bildrechts). Blöcke werden automatischnummeriert und dann miteinandermittels gedrückter Maustaste ver-bunden. Nach „Stop“ kann der Pro-grammlauf simuliert werden. DieÜbertragung nach LOGO! erfolgtüber eine PC-Schnittstelle, z.B. seriel-le Schnittstelle. Programmieren vonHand ist mit Hilfe des Handbuchesmöglich.
Programmierung und Parametrierung
LOGO!-Programm als FUP
> 1 QB002 Q1&
B001I1
I2
I3
¡
¡
¡
LOGO!-Programm als KOPDisplay beim Programmierenund Parametrieren
Q1I1 I2
I3
Bei LOGO!pure (Typen mit Kennung o)sind Display und Bedienfeld nicht vorhan-den. Deshalb ist hier eine Programmie-rung von Hand nicht möglich, sondern nurüber PC und Eingabe bei 6 oder durch Ein-stecken einer beschriebenen Speicherkartebei 6. LOGO! auch mit Ethernet-Anschluss.
3.1 Cursor-Tasten (Cursor-Verschie-bung).
3.2 Escape-Taste dient zur Rückkehrzum vorhergehenden Schritt.
3.3 OK-Taste zur Bestätigung dergewählten Anweisung und zurEingabe.Bedienfeld Basic 230 RC
3.2
3.1
ESC OK
3.3
An die Digitaleingänge I werden Sensorenangeschlossen, z.B. Taster. Wegen des klei-nen Schaltstromes muss bei Schaltern mitGlimmlampen der An schluss so erfolgen,dass der Glimmlampenstrom nicht zumEinschalten ausreicht.
Die Digitaleingänge von LOGO!230R sindin zwei Gruppen I1 bis I4 und I5 bis I8 auf-geteilt, die an zwei verschiedene Außenlei-ter (Phasen) angeschlossen werden dürfen.Sonst darf der An schluss nur an denselbenAußenleiter erfolgen.
Logikmodule sind ohne PE für denEinbau in ein Gehäuse, z.B. in dieUnterverteilung, vorgesehen. Bei AC-Netzanschluss ist das Parallelschal-ten eines Metalloxid-Varistors (Ar -beitsspannung ≥ 1,2 Netz-Nennspan-nung) zum Netzanschluss zweck-mäßig. Die grauen Flächen sind fürdie Beschriftung, z.B. der Lasten,bestimmt.Die Relaisausgänge von LOGO!235Rsind mit 5 A belastbar, Transistoraus-gänge von LOGO!24 mit 0,3 A.Beim Abschalten mittels STOP oderbei Spannungsausfall bleibt das bis-her eingegebene Programm gespei-chert. Löschung der gespeichertenEingaben erfolgt mittels der Cursor-tasten durch Anwahl von CLEAR undfolgender Eingabe OK.www.siemens.com/logo.
Anschluss eines LOGO! der Variante AC 230 V
L1
1Q1
2
50 Hz/230 VL
LastN
L
N I1 I2 I3
NS1 S2 S3
Schaltspannungen und -ströme
Logo! 24R 230R (AC)
Zustand 0 < DC 5 V < AC 40 V,< 1 mA < 0,05 mA
Zustand 1 > DC 12 V, > AC 79 V> 2 mA > 0,08 mA
LOGO!Soft Comfort
Legen Sie die CD in das CD-Laufwerk ein. Öffnen Sie dieDatei Start.html. Wählen Sieden Menüeintrag Installa tionund folgen Sie den Anweisun-gen.
> Program..Card..Setup..Start
> StopSet ParamSetPrg Name
TA 187 bis 240_M 009-027 25.07.13 08:38 Seite 214
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Umwandlungsfunktion für Datentypen
MERKER IN
MERKER OUT
IN
EN OUT
ENO
DUMMY
Digitalwertverarbeitung mit SPSProcessing of digital signals with PLC 227
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BA
Ü
Funktion Erklärung Bemerkungen
Am IN-Eingang des Programmbau-steins liegt eine Variable (Merker IN)an, deren Wert in einen anderenDatentyp umgewandelt werden soll.Am OUT-Ausgang liegt eine Variable(Merker OUT) mit dem umgewandel-ten Datentyp an.
Der Platzhalter Dummy steht für folgende Bezeichnungen:
I_DI: Integer (2 Bytes) in Double -Integer (4 Bytes);
DI_R: Double-Integer (4 Bytes) in Real (4 Bytes);
BCD_I: BCD (2 Bytes) in Integer (2 Bytes);
I_BCD: Integer (2 Bytes) in BCD (2 Bytes);
ROUND: REAL (4 Bytes) in Double-Integer (4 Bytes, ganze Zahl mit Runden);
TRUNC: REAL (4 Bytes) in Double -Integer (4 Bytes, nur ganze Zahl).
Nach der Bitanzahl werden Merkermit MB (Merker-Byte, 8 Bits), MW(Merker-Word, 16 Bits) und MD (Mer-ker-Double Word, 32 Bits) unterschie-den.
Als Merkeradresse wird die ersteByteadresse verwendet. Ein IntegerWert wird z.B. im MW 10 gespeichert.Dieses Merker-Word besteht dannaus den Merker-Bytes MB10 undMB11. Es ist zu beachten, dass einDigitalwert bis 255 im MB 11 gespei-chert wird und die größeren Wertebis 32767 im MB 10.
Vergleichsfunktion
M1.3
IN2IN1
MD26MD22
CMP „OZ“ R
IN2IN1
MD18MD14
CMP „OZ“ D
IN2IN1
MW12MW10
CMP „OZ“ I
=
M1.2=
M1.1=
„OZ“ steht für >; = (größer odergleich); I durchgeführt, dann ist derAusgang TRUE, wenn der Integer-wert bei Eingang IN1 größer ist alsder Integerwert bei Eingang IN2.
Die Eingangsvariablen einer Ver-gleichsfunktion müssen vom glei-chen Datentyp sein.
Dies sind: Integer (2 Bytes), Double-Integer (4 Bytes) und Real (4 Bytes).Der Datentyp wird im Titel des Bau-steins angegeben. Das Schlüssel-wort einer Vergleichsfunktion ist CMP(compare = vergleichen).
Sechs verschiedene Operationenkönnen durchgeführt werden.
Digitale Verknüpfungen
MW12 IN2
EN
MW14MW10 IN1 OUT
ENO
Dummy_W
MD14 IN2
EN
MD18MD10 IN1 OUT
ENO
Dummy_DW
Die Exclusive-ODER-Verknüpfungver gleicht zwei Bits und liefert denSignalwert 0, wenn die Bits gleichsind, und liefert den Signalwert 1,wenn die Bits unterschiedlich sind.Mit WXOR_W kann der Zustands-wechsel von binären Eingängen kon-trolliert werden.Die Zustände von 8 Eingängen wer-den periodisch auf ein Merker-ByteMB11 kopiert, z.B. 1011 0011. Vor demKopieren, wird dann MB 11 in MB 13verschoben. WXOR_W liefert mitMW10 und MW 12 eine 1 bei den Ein-gängen mit Änderung des Signalzu-standes.
Neben den logischen Grundver -knüpfungen (UND, ODER, XOR), diesich auf Boole’sche Operanden bezie-hen, gibt es die digitalen Verknüpfun-gen, die als Eingangsvariablen denTyp Word (_W) und DoubleWord(_DW) benötigen.
Die digitalen Operationen werdenauf die Bits der zwei Digitalwerteangewendet. Dabei ist der PlatzhalterDummy durch WAND (digitale UND-Verknüpfung), WOR (digitale ODER-Verknüpfung), WXOR (digitale Exclu-sive-ODER-Verknüpfung) zu erset-zen.
Schiebefunktion
MW10 N
EN
MW14MW12 IN OUT
ENO
Dummy
Der Platzhalter Dummy ist zu erset-zen durch: SHL_W oder SHR_W beieiner Variablen vom Typ Word;SHL_DW, SHR_DW, ROL_DW oderROR_DW bei einer Variablen vom TypDoubleword. Die Variable am Ein-gang IN muss vom gleichen Typ sein,wie die Variable am Ausgang OUT.Die Zahl am Eingang N gibt an, umwie viele Bitstellen das Muster ver-schoben wird.
Die Bits einer Variablen werden links,rechts verschoben.
Beim Links-Schieben werden dierechts frei werdenden Leerstellen mit0 gefüllt und die nach links hinausge-schobenen werden gelöscht.Beim Rechts-Schieben umgekehrt.
Bei einer Rotation werden die Bits,die an einer Seite hinausgeschobenwerden, auf der anderen Seite wie-der eingefügt.
Neben diesen digitalen Operationen stehen die mathematischen Operationen wie arithmetische Funktionen (die vierGrundrechenarten) und numerische Funktionen (Absolutwert, trigonometrische, Logarithmus) zur Verfügung.
TA 187 bis 240_M 009-027 25.07.13 08:38 Seite 227
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IEC- alte EU-Bezeich- US-Bezeichnung Bezeich-nung nung
IE1 Standard Efficiency EFF3(in Altanlagen)
IE2 High Efficiency EFF2(in NeuanlagenMindestklasse)
IE3 Premium Efficiency EFF1
IE4 Super Premium –Efficiency
Antriebstechnik 2 Drive systems 2 255
A
AS
P
BA
Ü
Klasse IE1 IE2 IE3 IE4
PN Anzahl der Pole (doppelte Polpaarzahl)
in kW 2 4 6 2 4 6 2 4 6 2 4 6
Motoren für 50 Hz
0,12 53,6 53,6 53,2 64,0 69,7 63,2 68,5 73,7 67,1 76,1 77,1 72,7
0,75 72,1 72,1 70,0 77,4 79,6 75,9 80,7 82,5 78,9 85,0 85,7 82,8
1,5 77,2 77,2 75,2 81,3 82,8 79,8 84,2 85,3 82,5 87,6 88,2 85,9
4 83,1 83,1 81,4 85,8 86,6 84,6 88,1 88,6 86,8 90,6 91,2 89,5
7,5 86,0 86,0 84,7 88,1 88,7 87,2 90,1 90,4 89,1 92,1 92,7 91,4
30 90,7 90,7 90,2 92,0 92,3 91,7 93,3 93,6 92,9 94,6 95,1 94,3
160 93,8 93,8 93,8 94,8 94,9 94,8 95,6 95,8 95,6 96,2 96,5 96,0
800 94,8 94,8 94,4 95,8 95,7 95,4 96,5 96,5 96,3 96,7 96,8 96,6
Motoren für 60 Hz
0,75 77,0 78,0 73,0 75,5 82,5 80,0 77,0 85,5 82,5 85,0 85,7 82,8
1,5 81,0 81,5 77,0 84,0 84,0 86,5 85,5 86,5 88,5 87,6 88,2 85,9
7,5 87,5 87,5 86,0 89,5 89,5 89,5 90,2 91,7 91,0 91,7 92,8 92,5
30 90,2 91,7 91,7 91,7 93,0 93,0 92,4 94,1 94,1 94,6 95,1 94,3
800 94,1 94,5 94,1 95,4 95,8 95,0 95,8 96,2 95,8 96,7 96,8 96,7
Mindestwirkungsgrade von Motoren verschiedener Klassen, Polzahlen und Frequenzenvgl. EN DIN 60034-30
Daten Bemerkungen
Die Erhöhung der Effizienz ist mög-lich durch Einsatz von Cu anstellevon Al für den Läuferkäfig und vonbesserem Magnetmaterial (Elek-troblech) mit kleineren Verlus tenbei Käfigläufermotoren. Außerdemist bei höherer Frequenz der Wir-kungsgrad höher, da dann dieDrehzahl höher sein kann und dasKraftmoment kleiner.
Elektromotoren benötigen etwa dieHälfte des weltweit erzeugten Stro-mes. Bei elektrischen Antriebenbesteht ein großes Potenzial zumEnergiesparen. Deshalb werdenelektrische Antriebe nach ihrer Effi-zienz unterschieden. Seit Juni 2011muss bei industriellen Neuanlagenmindestens die Klasse IE2 zutref-fen.
Erklärung
Standards für effiziente Antriebe
Mindestwirkungsgrade von vierpoligen Motoren für 50 Hz
Nennleistung
Wir
kun
gsg
rad 0,9
0,8
0,7
1
1000100 kW1010,1
IE4
IE3
IE2
IE1
Die angegebenen Wirkungsgradegelten nur für den Betrieb beiBemessungslast. Bei herabgesetz-ter Belastung sinkt der Wirkungs-grad stark ab, weil dann der Leis -tungsfaktor der Maschine sinkt.
Deshalb wird bei von Umrichterngespeisten Antrieben bei Teillastdie Spannung oft herabgesetzt.Dadurch verhält sich der Motor wieein Motor mit kleinerer Bemes-sungslast.
Der Wirkungsgrad großer Motorenist höher als bei kleinen Motoren,weil durch die kompakte Bauartweniger verloren geht vom Mag -netfeld und von der magnetischenWirkung des Stromes. Der Wir-kungsgrad von vierpoligen Moto-ren ist meist am größten, weil fürdiese häufige Bauart die Abmes-sung der Maschine günstiger alsbei anderen Motoren gewählt wird.Der Wirkungsgrad von Motoren für60 Hz ist größer als der von 50 Hz,weil bei 60 Hz die Drehzahl größerist als bei 50 Hz.
Wirkungsgrade bei vierpoligen Motoren für 50 Hz
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A
AS
P
BA
Ü
Drehzahlgesteuerte und drehzahlgeregelte Drehstrommotoren 3278 Speed control of 3-phase motors 3
Prinzip, Merkmal BemerkungenErklärung
Drehstromsynchronmotoren für Servoantriebe
© S
iem
ens
AG
MN=2,7 Nm
MN = 20 NmMN = 60 Nm
Läufer mitMagnetplatten
Anschluss für WasserkühlungEinbau-Torque-Motor
Ständer
Drehzahlgeregelte Drehstromsyn-chronmotoren verwendet man auchals Servoantriebe zur hochgenauenund schnellen Positionierung vonMaschinentischen und Werkzeugensowie der hochgenauen Ausführungvon Lagesollwertfolgen zur Bahner-zeugung im gekoppelten Verbund mitanderen Maschinenachsen. Bei CNC-Werkzeugmaschinen sind es z.B. dreiMaschinenachsen oder auch mehr.
Der Motorläufer ist mit Dauer mag -netplatten belegt. Der Motorständerträgt eine meist 4- bis 8-polige Dreh-stromwicklung. Die Motoren habenden für die Lageregelung und dieDrehzahlregelung notwendigen Dreh -geber häufig schon integriert.
Als Direktantriebe, d.h. ohne Getrie-be, direkt zum Antrieb von Rundti-schen und Vorschubspindeln gibt esdie Torque-Motoren (torque = Kraft -moment). Es sind Langsamläufer. DieMotoren gibt es als Komplettmotorenoder als Einbausatz.
Man erreicht mit Drehstromsyn-chronmotoren bessere dynamischeEigenschaften als mit Drehstrom -asynchronmotoren, d.h. kleinere me -chanische Zeitkonstanten und ruhige-ren Lauf bei sehr kleinen Drehzahlen.Sie benötigen weniger Bauraum undsind leichter als Drehstromasynchro-motoren.
Die Um richter sind bezüglich derHardware ähnlich oder auch bau-gleich wie die U(f)-Umrichter. DieRegelungs- und Steuerungssoftwareist eine andere.
Der Motorläufer ist geblecht und hatgroße Blechaussparungen zur Ver-minderung des Trägheitsmoments.
Die Bemessungsdrehzahlen liegenim Bereich von 2000 min–1 bis 4000 min–1, die Maximaldrehzahlenbei et wa dem 4-Fachen.
Torque-Motoren haben eine hohePolzahl, z.B. von 28 Pole bis 98 Poleund sie haben dementsprechend niedere Maximaldrehzahlen von z.B.nN = 60 min–1 bis nN = 400 min–1.
Funktion und Regelung
Dreh-geber
Drehstrom-Synchronmotor
ÜU
G
Drehfeld-vektor
Flussvektor desLäufers(Dauermagnet)
ÜV
ÜW
U
V
W
Gleichstromzwischenkreis
PI-Drehzahl-regler
Drehwinkel a
nsoll
nist
elektronischeFlusssteuerung
L1L2L3 3_
Aus dem Gleichstrom des Gleich-stromzwischenkreises des Umsetzerswird durch Pulsweitenmodulation(PWM) ein in der Phasenlage steuer-barer Drehstrom gebildet. Diesererzeugt im Motorständer einen räum-lich gerichteten magnetischen Fluss(Feldvektor), welcher hinsichtlich sei-ner Drehlage steuerbar ist, und zwarvom Stillstand über ganz langsameRotationsgeschwindigkeiten bis hinzu großen Drehgeschwindigkeiten.
Der Permanentmagnetläufer stelltsich in Richtung des Feldvektors derMotorständerwicklung ein.
Die Steuerung verdreht den magneti-schen Feldvektor nur in dem Maße,wie der Läufer mit seinem Feldvektorin der Lage ist, diesem Feldvektor zufolgen. Die aktuelle Läufer-Drehlagewird über einen Drehgeber erfasst,die Drehwinkeldifferenz von Ständer-Feldvektor und Läufer-Feldvektorwird auf ein Minimum geregelt. ImStillstand ist die Drehlage des Läufersidentisch mit der gewünschten Soll-Drehlage des Antriebs. Die Lagere-geldifferenz ist null. Der Antriebbringt auch im Stillstand ein Halte-moment auf. Für Beschleunigungenkann der Motor ein etwa 4-facherhöhtes Kraftmoment abgeben.
Die Motoren können selbstgekühlt,fremdgekühlt oder auch wasser-gekühlt sein. Bei Fremdkühlung undbei Wasserkühlung vergrößert sichder zulässige Überlastbereich bzw.Leistungsbereich bis um den Faktor2,5 bzw. man kann bei Wasserküh-lung kleinere Motoren nehmen.
Bei der Selbstkühlung wird die ent-stehende Verlustwärme über dieOberfläche abgeleitet. Die Motor-wicklung darf bis 100 °C Übertempe-ratur haben. Hierbei kann dieMotoroberflächentemperatur gut 120 °C erreichen (Achtung, beim Be -rühren kann man sich verbrennen).Als Servoantriebe werden die Moto-ren in der Betriebsart S1 (Dauerbe-trieb) dimensioniert und erbringenüber den gesamten Drehzahlbereichdie Motorbemessungsleistung. FürBeschleunigungen kann der Motorein etwa 4-fach erhöhtes Kraftmo-ment abgeben. Bei Nutzung im Aus-setzbetrieb S3 sind abhängig vonLast- zu Pausenzeit höhere Kraftmo-mente möglich.
Die Wicklungstemperatur wird lau-fend erfasst und zwar meist miteinem Kaltleiter: R20 = 500 „, R100 =1000 „.
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