月: 2023年7月

Was ist ein Fabrik-Automatisierungssystem?

Ein Fabrik-Automatisierungssystem (FA-System) ist ein Oberbegriff für Systeme, die industrielle Abläufe wie Fabriken, Vertriebslager und Anlagen automatisieren.

Die Hauptziele sind die Verringerung des Personalbedarfs durch Einsparung von Arbeitskräften, die Vermeidung von Gefahren, die Verbesserung der Qualität durch Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit und Verringerung der Bearbeitungsschwankungen sowie die Steigerung der Gewinne durch Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit.

Anwendungen von Fabrik-Automatisierungssystemen

Fabrik-Automatisierungssysteme werden z. B. eingesetzt, um Objekte zu bewegen, die zu schwer, zu groß oder zu klein sind, um von Menschen gehalten zu werden, die eine unregelmäßige Form haben, heiß oder kalt sind oder ein großes Volumen aufweisen. Sie können auch eingesetzt werden, um Objekte zu bearbeiten, die für den Menschen zu hart oder zu weich sind, um sie mit einem hohen Maß an Präzision zu handhaben, oder um Aufgaben auszuführen, die für den Menschen gefährlich sind.

Fabrik-Automatisierungssysteme decken vier grundlegende Bereiche ab: Bearbeitung, Montage, Materialhandhabung und Verwaltung. Die Systeme entstehen durch die Kombination von Maschinen zur sicheren und zuverlässigen Ausführung von Aufgaben, deren Ausführung für den Menschen gefährlich oder unpraktisch wäre.

Da die Merkmale wie Menge, Form, Material, Beschaffungsform und Verarbeitungsdetails je nach dem Unternehmen, das das Fabrik-Automatisierungssystem installiert, und den gehandhabten Produkten variieren, wird das System häufig als Sonderanfertigung gebaut, um den speziellen Merkmalen des Unternehmens, das das FA-System installiert, gerecht zu werden.

Funktionsweise der Fabrik-Automatisierungssysteme

Beispiele für installierte FA-Anlagen sind Lager, Förderer, Teilezuführungen, Bearbeitungsmaschinen und Prüfmaschinen. Diese werden kombiniert und als System aufgebaut.

Die Systeme reichen von speziell konzipierten Anlagen bis hin zu einfachen, maßgeschneiderten Versionen von Mehrzweckmaschinen. Die grundlegenden Richtlinien für die Einführung eines Systems sind der Umfang und das Budget.

1. Lagerhaus

Bezieht sich auf Einrichtungen zur vorübergehenden Lagerung von Rohstoffen, unfertigen Erzeugnissen usw. und besteht hauptsächlich aus einem Ladeeingang, einem Lagerbereich und einem Entladeeingang. Das Spektrum reicht von halbautomatischen Anlagen, die teilweise auf manueller Handhabung und teilweise auf Automatisierung beruhen, bis hin zu vollautomatischen Anlagen, die alles automatisch erledigen. Sie werden je nach Form, Größe und Gewicht des Gutes ausgewählt oder speziell konzipiert.

2. Förderer

Geräte, die Rohstoffe, unfertige Erzeugnisse, verarbeitete Waren, Fertigwaren usw. zwischen Maschinen oder Prozessen befördern. Es gibt sie als Förderer, Hubförderer, Rohrleitungsförderer, Schienenförderer und selbstfahrende Geräte. Sie werden je nach Form, Größe und Gewicht der zu befördernden Gegenstände ausgewählt oder speziell konstruiert.

3. Teileförderer

Bezieht sich auf Geräte, die Teile für die Verarbeitung oder Montage bereitstellen. Ein Teilezuführer, der Schrauben an eine Schraubmaschine liefert, arbeitet beispielsweise so, dass eine große Anzahl von einzeln zugeführten Schrauben in die gleiche Richtung ausgerichtet und nacheinander der Schraubmaschine zugeführt werden.

4. Verarbeitungsmaschinen

Anlagen zur Verarbeitung von Rohstoffen, wie z. B. Biegepressen, Stanzpressen, Schneiden, Montieren, Schweißen, Wärmebehandlung, Kühlung und chemische Behandlung. Da es tausend verschiedene Kombinationen von Verarbeitungsinhalten, Materialart, Größe, Form, Gewicht usw. gibt, ist es üblich, solche Ausrüstungen vorzubereiten, während die Spezifikationen im Detail mit dem FA-Lieferanten besprochen werden.

5. Inspektionsmaschinen

Sie werden hauptsächlich zur Kontrolle der Qualität des verarbeiteten Produkts eingesetzt. Im Allgemeinen werden die Prüfungen mit einer Kombination von Prüfgeräten durchgeführt, die für das Prüfobjekt geeignet sind, wie z. B. Laser-Längenmessgeräte zur Messung der physischen Größe, Bildprüfgeräte zur visuellen Erkennung von Kratzern und Unregelmäßigkeiten, Kraft- und Drehmomentmessgeräte, Temperaturmessgeräte usw. sowie Geräte zur Beförderung und Positionierung.

Weitere Informationen zu Fabrik-Automatisierungssystemen (FA)

Verwendung von Fabrik-Automatisierungssystemen

In den neueren Fabrik-Automatisierungssystemen werden die für jeden Prozess vorbereiteten FA-Geräte oder -Systeme häufig über Ethernet oder andere Mittel verbunden. Immer mehr Betriebe bauen Systeme auf, die Informationen über den Rohstoffverbrauch, die Verarbeitungsmengen, die Mengen an unfertigen Erzeugnissen, die fehlerhaften Mengen usw. zusammenführen und das gesamte Werk zentral verwalten, um Zeitpläne und Kosten zu kontrollieren.

Was ist eine CPU-Platine?

Eine CPU-Platine ist ein System-Controller-Chip zur Steuerung des Systems und seiner Peripheriegeräte, der auf einer Platine montiert ist.

Da gängige Peripheriegeräte eingebaut sind, kann in den meisten Fällen auf den Entwurf einer eigenen Karte verzichtet und sofort mit dem Softwareentwurf begonnen werden. In einigen Fällen werden auch die erforderlichen Gerätetreiber und Betriebssysteme mitgeliefert, so dass die Software nach Abschluss des Softwareentwurfs auf der CPU-Platine implementiert und als solche vermarktet werden kann.

Darüber hinaus kann eine eigene Karte entworfen werden, indem unnötige Hardware entfernt wird. Der Vorteil von CPU-Platinen ist also, dass Systeme schnell und einfach entwickelt werden können.

Anwendungen von CPU-Platinen

CPU-Platinen werden in Verbrauchergeräten verwendet, in denen Ein-Chip-Mikrocontroller installiert sind, und als Steuerungen für größere kommerzielle Systeme.

1. Fabrikautomatisierung

CPU-Platinen spielen eine zentrale Rolle in der Fabrikautomation. Diese Geräte sollen die Produktionseffizienz verbessern und CPU-Platinen optimieren den Maschinenbetrieb durch die Steuerung verschiedener Sensoren und Aktoren. Da die Verarbeitung von Daten in Echtzeit erforderlich ist, werden außerdem schnelle und leistungsstarke CPU-Platinen benötigt.

2. Einzelhandel

POS-Kassen sind unverzichtbare Systeme für den Verkauf und die Bestandskontrolle im Einzelhandel, wo CPU-Platinen mit Peripheriegeräten wie Barcode-Scannern und Druckern zusammenarbeiten müssen, um komplexe Verarbeitungen schnell durchzuführen.

Lange Betriebszeiten und Energieeffizienz sind ebenfalls wichtige Faktoren, weshalb CPU-Platinen mit hoher Lebensdauer und Effizienz eingesetzt werden.

3. Medizinische Versorgung

Medizinische Geräte erfordern CPU-Platinen mit hoher Zuverlässigkeit, da sie lebenswichtige Informationen verarbeiten, die das Leben von Patienten beeinflussen können. In bildgebenden Diagnosegeräten und Elektrokardiographen beispielsweise ist eine genaue und schnelle Datenverarbeitung unerlässlich, weshalb hochwertige CPU-Platinen verwendet werden.

4. Sicherheit

Überwachungsgeräte, wie Sicherheitskameras und Zugangskontrollsysteme, erfordern Video- und Datenanalyse in Echtzeit. Aus diesem Grund werden CPU-Platinen mit hoher Geschwindigkeit und stabiler Verarbeitungskapazität eingesetzt, die zu einer verbesserten Leistung der Überwachungsgeräte beitragen.

Funktionsweise der CPU-Platinen

1. Hardware

Auf einer CPU-Platine, sei es ein Ein-Chip-Mikrocomputer oder eine CPU-Platine mit einer Allzweck-CPU, befinden sich ein Speicher, Laufwerke wie HDD/CD-ROM und deren Steuergeräte, USB-Treiber, serielle I/F-Treiber, Ethernet-Treiber, HDMI I/F-Treiber usw. Viele Geräte, die nicht in den Mikrocontroller eingebaut sind, aber häufig in der Systementwicklung verwendet werden, wie Speicher, Laufwerke wie HDD/CD-ROM und deren Steuergeräte, USB-Treiber, serielle I/F-Treiber, Ethernet-Treiber, HDMI I/F-Treiber und AD/DA-Wandler, sind implementiert.

2. Software

Im Allgemeinen werden ein Betriebssystem, Gerätetreiber für Peripheriegeräte und Firmware bereitgestellt, um den Mikrocontroller, die CPU und die Peripheriegeräte auf der CPU-Platte zu betreiben. Das gebräuchlichste Betriebssystem für Ein-Chip-Mikrocontroller ist das μIRON-basierte Betriebssystem, zusätzlich zu proprietären Betriebssystemen, die von Chip-Anbietern bereitgestellt werden. Andererseits sind Windows, Linux und Android gängige Betriebssysteme für Mehrzweck-CPUs.

Auswahl einer CPU-Platine

Bei der Auswahl einer CPU-Platinen sollten Sie folgende Faktoren berücksichtigen:

1. Zweck und Leistung

Legen Sie fest, für welchen Zweck die Zentraleinheit (CPU) Platinen verwendet werden sollen und welche Leistung erforderlich ist. So ist es beispielsweise wichtig, eine CPU-Platine mit der für Ihre Anwendung geeigneten Leistung auszuwählen, z. B. für IoT-Geräte, Robotersteuerung oder Bildverarbeitung.

2. Prozessor

Die Art und Leistung des On-Board-Prozessors ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl einer CPU-Platine. Es gibt Prozessoren in ARM-, x86-, MIPS- und RISC-V-Architekturen. Die Auswahl richtet sich nach der erforderlichen Verarbeitungsleistung, der Anwendung und dem Stromverbrauch.

3. Speicher

Die CPU-Platine enthält RAM und ROM (Flash-Speicher). Wählen Sie eine Karte mit ausreichender Speicherkapazität entsprechend den Anforderungen Ihres Projekts.

4. E/A-Schnittstellen

Die CPU-Platinen ist mit GPIO (General Purpose Input/Output), UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), I2C (Inter-Integrated Circuit), SPI (Serial Serielle Peripherieschnittstelle (SPI), USB, Ethernet, Wi-Fi und Bluetooth. Wählen Sie eine Karte mit der für Ihr Projekt erforderlichen Schnittstelle.

5. Stromversorgung

Die CPU-Platinen wird über eine Batterie oder ein externes Netzteil mit Strom versorgt. Es ist wichtig, dass Sie eine Platine auswählen, die für die in Ihrem Projekt verwendete Stromversorgung geeignet ist.

6. Größe

Die Größe der CPU-Platinen ist ebenfalls ein Faktor bei der Auswahl. Kleinere Boards eignen sich für Projekte, die auf begrenztem Raum untergebracht werden müssen.

7. Betriebssystem und Entwicklungsumgebung

Wenn eine strikte Echtzeitleistung erforderlich ist, wählen Sie eine CPU-Platine mit einem Echtzeitbetriebssystem oder eine Entwicklungsumgebung, die eine Entwicklung ohne Betriebssystem ermöglicht. Wenn eine Anwendung erforderlich ist, die nur auf einem bestimmten Betriebssystem ausgeführt werden kann, wählen Sie diese anhand der Anforderungen der Anwendung aus.

Was ist ein CO2-Messgerät?

Ein CO2-Messgerät ist ein Gerät, das Kohlendioxid misst.

Es wird auch als Kohlendioxid-Sensor oder Kohlendioxid-Messgerät bezeichnet. Sie werden nicht nur für Versuchs- und Beobachtungszwecke verwendet, sondern auch in einer Vielzahl von Anwendungen für das Sicherheitsmanagement in Wohnungen, Büros und Fabriken eingesetzt.

Kohlendioxid-Nachweisverfahren lassen sich grob in drei Kategorien einteilen: NDIR, elektrolytische CO2-Festkörpersensoren und photoakustische Sensoren, wobei das NDIR-Verfahren aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit und Stabilität am weitesten verbreitet ist.

Grundsätzlich wird eine Probe aus dem Raum, in dem sich Kohlendioxid befindet, entnommen und analysiert, um die CO2-Konzentration zu messen. Sie sind in der Regel mit einem Sensor und einem Display ausgestattet, wobei der Sensor die CO2-Konzentration misst und diese als Zahlenwert oder Grafik auf dem Display anzeigt.

Anwendungen von CO2-Messgeräten

CO2 ist ein farbloses und geruchloses Gas, aber hohe Konzentrationen in einem bestimmten Raum können den menschlichen Körper beeinträchtigen. Es wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, u. a. als Standard für die Aufrechterhaltung eines guten Raumklimas, in CO2-basierten Vergärungsanlagen, zur Überprüfung von Gaslecks aus Verbrennungsgeräten (Öfen, Heizkessel, usw.) im Haushalt und in der Landwirtschaft als Indikator, um festzustellen, ob die Umgebung in einem Kunststoffgewächshaus optimal für die Pflanzen ist.

Da in den letzten Jahren kleine Sensormodule zu geringen Kosten verfügbar geworden sind, werden sie auch als Bauteile für elektronische Konstruktionen verwendet, wodurch sich ihr Einsatzbereich erweitert.

Funktionsweise der CO2-Messgeräte

Die wichtigsten Methoden zum Nachweis von Kohlendioxid sind das NDIR-Verfahren, elektrolytische CO2-Festkörpersensoren und photoakustische Sensoren.

1. NDIR-Methode (Nondispersives Infrarot)

CO2 zeichnet sich dadurch aus, dass es Wellenlängen einer bestimmten Länge absorbiert. Wenn also Infrarotstrahlung durch ein CO2-haltiges Gas (= Probe) gesendet wird, wird die Infrarotstrahlung vom CO2 absorbiert und ein Teil der Strahlung geht durch die Probe.

Anhand dieser Eigenschaft wird die CO2-Konzentration anhand der Menge der absorbierten Infrarotstrahlung quantifiziert. Diese Messmethode ermöglicht es, CO2-Messgeräte kostengünstig und kompakt zu gestalten. Im Japanischen wird sie als nichtdispersive Infrarotabsorption bezeichnet.

2. Fester CO2-Elektrolysesensor

Diese Methode ist als elektrochemische Methode bekannt. Unter Verwendung einer Substanz, die mit Karbonat-Ionen reagiert, wird die gewünschte CO2-Konzentration gemessen, indem die Änderung der Konzentration von Natrium-Ionen mit einem Voltmeter quantifiziert wird.

3. Photoakustische Sensoren

Diese Methode erfasst und quantifiziert die Wärmeänderung, die durch die Bestrahlung einer Probe mit Licht als Druckänderung entsteht. Sie macht sich das Phänomen zunutze, dass bei der Bestrahlung einer Substanz mit Licht Schallwellen der gleichen Frequenz von der Substanz ausgesandt werden (= photoakustischer Effekt).

Auswahl eines geeigneten CO2-Messgeräts

Da CO2-Messgeräte ein breites Anwendungsspektrum haben, sollten bei der Auswahl eines CO2-Messgerätes folgende Punkte beachtet werden:

1. Zweck der Messung

Es gibt verschiedene Arten von CO2-Messgeräten. Es gibt tragbare Geräte, die Messungen unterwegs ermöglichen, und fest installierte Typen, die ständig Messungen an einem bestimmten Ort vornehmen. Es ist wichtig, je nach Verwendungszweck und Umgebung den geeigneten Typ zu wählen.

2. Messbereich und Genauigkeit

CO2-Messgeräte können CO2-Konzentrationen in verschiedenen Bereichen messen. Es ist wichtig, den erforderlichen Messbereich je nach Standort und Anwendung zu prüfen. Auch die Genauigkeit ist ein wichtiger Faktor. Die Wahl eines genauen Messgeräts gewährleistet genaue Ergebnisse.

3. Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit

Die Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit des Messgeräts ist ebenfalls ein wichtiger Faktor. Prüfen Sie, ob das Gerät über eine benutzerfreundliche Schnittstelle und eine intuitive Bedienung verfügt. Auch Aspekte der Vielseitigkeit, wie die Möglichkeit, Daten zu lesen und aufzuzeichnen, sollten geprüft werden.

4. Budget

Je umfangreicher und ausgefeilter das Gerät ist, desto teurer wird es sein. Es ist wichtig, den Zweck der Einführung eines eigenen CO2-Messgeräts zu klären und ein Gerät auszuwählen, das Ihre Anforderungen erfüllt und in Ihrem Budget liegt.

Was ist ein Zementwiderstand?

Ein Zementwiderstand ist ein elektronisches Bauelement, das dem in einem Stromkreis fließenden Strom einen Widerstand entgegensetzt.

Es gibt viele verschiedene Arten von Widerständen, von denen Zementwiderstände als drahtgewickelte Widerstände klassifiziert werden. Dies liegt daran, dass viele von ihnen gewickelte Drähte als Widerstandselement verwenden, das den Stromfluss unterbricht. Einige Zementwiderstände verwenden andere Widerstandselemente als Wicklungen.

Drahtgewickelte Widerstände werden nach dem Material des Gehäuses eingeteilt, das die Außenseite bedeckt. Neben den Zementwiderständen gibt es drahtgewickelte Widerstände, metallgekapselte Widerstände und Emaille-Widerstände.

Anwendungen von Zementwiderständen

Zementwiderstände sind Widerstände in elektronischen Schaltungen, die den Stromfluss behindern. Je nach Zweck werden sie zur Strombegrenzung, zur Spannungsteilung oder zur Stromerkennung eingesetzt.

In vielen Fällen, in denen Zementwiderstände verwendet werden, ist die Temperatur des Widerstands hoch oder die Luftfeuchtigkeit hoch und der Widerstand verschlechtert sich schnell. Zementwiderstände fallen in die mittlere Leistungsklasse (<10 W) für Stromkreise.

Zementwiderstände sind sehr hitze-, feuchtigkeits- und vibrationsbeständig, da der Widerstand von Zement umgeben ist. Daher werden sie häufig auf elektronischen Platinen montiert, die in Hochleistungsgeräten im Freien verwendet werden.

Funktionsweise der Zementwiderstände

Zementwiderstände sind Widerstände in elektronischen Schaltungen und werden als Widerstand im Ohmschen Gesetz ausgedrückt. Das Ohmsche Gesetz wird durch die folgende Beziehung ausgedrückt

V (Spannung) = R (Widerstand) x I (Strom)

Die Einheit des Widerstands ist Ω (Ohm), die in Katalogen für Zementwiderstände zu finden ist. Zementwiderstände bestehen aus einem Widerstandselement, das als elektrischer Widerstand wirkt und in Zement eingekapselt ist. Das Widerstandselement erzeugt Wärme, wenn es von Strom durchflossen wird, und seine Aufgabe besteht darin, diese Wärme allmählich abzuleiten, damit sie weniger wahrscheinlich an die Umgebung abgegeben wird.

Bei den meisten Widerstandselementen handelt es sich um drahtgewickelte Widerstände, aber für größere Widerstandswerte (>100 Ω) werden manchmal auch Metalloxidschichtwiderstände verwendet. Aufgrund ihrer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse werden sie im Freien unter ungünstigen Bedingungen, wie hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und starken Vibrationen, eingesetzt.

Die meisten Zementwiderstände sind drahtgewickelte Widerstände und entsprechen vom Aufbau her einer Spule. Daher haben sie eine Induktivitätskomponente. Da sich diese im Hochfrequenzbereich auswirkt, ist es sicherer, sie in Schaltungen zu vermeiden, die mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, wie z. B. Hochgeschwindigkeitsschaltungen, da sie unerwartetes Rauschen erzeugen können.

Weitere Informationen zu Zementwiderständen

1. Vorteile von Zementwiderständen

Der für das Gehäuse von Zementwiderständen verwendete Zement ist nicht brennbar. Er entzündet sich auch bei hohen Temperaturen nicht und hat den Vorteil, dass er direkt auf der Platine montiert werden kann. Zementwiderstände eignen sich für den Einsatz als stabile Stromkreise in rauen Umgebungsbedingungen.

2. Nachteile von Zementwiderständen

Die meisten Zementwiderstände verwenden Wicklungen für die Widerstandselemente, die eine Induktivität erzeugen. Beim Einsatz in Hochfrequenz-Wechselstromkreisen führt dies zu einer Erhöhung der Impedanz. Ein Nachteil ist, dass diese Phänomene in Schaltungen, die mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, wie z. B. Hochgeschwindigkeitsschaltungen, unerwartetes Rauschen verursachen können.

Bei der Induktivität handelt es sich um ein Phänomen, bei dem eine Erhöhung des durch eine Spule fließenden Stroms dazu führt, dass die Spule selbst arbeitet, um den Stromfluss zu verringern, und umgekehrt eine Verringerung des Stroms eine Erhöhung des durch sie fließenden Stroms bewirkt.

Die Impedanz ist das Verhältnis von Spannung und Strom in einem Wechselstromkreis und wirkt sich hemmend auf den Stromfluss aus. Sie drückt die Schwierigkeit des Stromflusses aus und ist äquivalent zum Widerstand in einem Gleichstromkreis.