Lexikon Meß- und Automatisierungstechnik

699 Pages·1992·22.643 MB·German

by  Prof. Dr. rer. nat. Elmar Schrüfer (auth.), Prof. Dr. rer. nat. Elmar Schrüfer (eds.)

Meß- und Automatisierungstechnik
Lexikoo
Me8- nod
Antomatisierungs
technik
Herausgegeben von
Prof. Dr. rere nat. Elmar Schriifer
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Lexikon Me8- und Automatisierungstechnik
hrsg. von Elmar Schriifer.
[Die Autoren G. Hartmut Altenmiiller ...] . -
Diisseldorf: VDI-Verl., 1992
ISBN 978-3-642-95753-6
NE: Schriifer, Elmar [Hrsg.]
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1992
Urspriinglich erschienen bei VDI-Verlag GmbH, Diisseldorf 1992
Softcover reprint ofthe hardcover Ist edition 1992
Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen
oder vollstandigen photomechanischen Wiedergabe (Photokopie, Mikrokopie)
und das der Ubersetzung, vorbehalten.
ISBN 978-3-642-95753-6 ISBN 978-3-642-95752-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-95752-9
Vorwort
Die Meß- und Automatisierungstechnik wächst überproportional und ist von zunehmender
Bedeutung für unser gesamtes Wirtschaftsleben. So sind nicht nur die Verfahren reproduzierbar
zu gestalten, um Produkte gleichbleibend hoher Qualität zu erhalten, sondern es sind generell
Rohstoffe und Energien sparsam zu verwenden. Die Prozesse sind so zu führen, daß die Um
welt so gering wie möglich belastet wird. Dazu leistet die Meß- und Automatisierungstechnik
einen unverzichtbaren Beitrag.
Sie bedient sich dabei der modernen Entwicklungen der Mikroelektronik und Informations
technik. So ändert sich nicht nur die Gerätetechnik, sondern es lassen sich auch völlig neue
Verfahren und Methoden realisieren. Damit ist auch die Begriffsbildung in der Automatisie
rungstechnik noch nicht abgeschlossen. Während bei den klassischen Teilen der Meß- und
Regelungstechnik durch Normen definierte Begriffe zur Verfügung stehen, muß sich bei den
modernen Methoden eine deutsche Fachsprache erst noch herausbilden. Das Lexikon versucht,
dazu einen Beitrag zu leisten. Generell will es bei schnellem Zugriff die gewünschte Information
liefern, um den Leser den gefragten Sachverhalt richtig einordnen und auch Beziehungen zu
Nachbargebieten herstellen zu lassen.
Die Abgrenzung zu den anderen Teilen der Technik ist nicht leicht. So sei hier insbesondere
auf die beiden in der VDI-Lexika-Reihe erschienenen Werke "Elektronik und Mikroelektronik"
und "Werkstofft echnik" hingewiesen. Desweiteren werden - obwohl in der Automatisierungs
technik viele Rechner verwendet werden und obwohl die Wertschöpfung immer mehr auf dem
Gebiet der Programmerstellung liegt - die Rechnersysteme und das Software-Engineering
nicht in diesem Lexikon, sondern in dem der "Informatik und Kommunikationstechnik"
behandelt.
Den Autoren bin ich für ihre umfangreiche Arbeit verpflichtet. Der Fachredaktion und hier
insbesondere Frau Dipl.-Ing. Z. Glaser danke ich für die kompetente Betreuung, dem VDI
Verlag für die hervorragende Ausstattung. Autoren und Verlag wünschen, daß das Lexikon
auf eine freundliche Resonanz stößt. Sie sind dankbar für Hinweise auf Korrekturen oder
Ergänzungen, um zukünftige Ausgaben noch informativer gestalten zu können.
Elmar Schrüfer
München
v
Der Herausgeber
Professor Dr. rer. nato Elmar Schrüfer hat nach der Promotion in Physik an der Universität
Würzburg 1958 seine Industrietätigkeit auf dem Gebiet der Meßtechnik in der AEG-Fabrik
Heiligenhaus begonnen. Nach einem Wechsel in die Kraftwerksabteilung war er dort mit der
Projektierung, Beschaffung, Montage und Inbetriebnahme der leittechnischen Einrichtungen
in Kraftwerken und insbesondere Kernkraftwerken beschäftigt, zuletzt als Hauptabteilungsleiter
bei der Kraftwerk-Union. Aus dieser Zeit stammt das Handbuch "Strahlung und Strahlungs
meßtechnik in Kernkraftwerken". 1975 wurde er an die Technische Universität München, an
den neu einzurichtenden Lehrstuhl für Elektrische Meßtechnik berufen. Der den Studenten
angebotene Stoff ist in den Werken "Elektrische Meßtechnik", "Signalverarbeitung" und
"Zuverlässigkeit von Meß- und Automatisierungssystemen" festgehalten. In den am Lehrstuhl
durchgeführten Diplomarbeiten und Dissertationen werden zum Teil aktuelle Aufgabenstellun
gen aus der industriellen Meßtechnik bearbeitet. Professor Schrüfer ist Mitglied verschiedener
VD IND E-Fachausschüsse .
Die Autoren
G. Hartmut Altenmüller, Freier Journalist, Königswinter
Heinz Bahr, Philips Components GmbH, Hamburg
Prof Dr. rer. nato Dr.-Ing. habil. Arndt Bode, Institut für Informatik, Technische Universität
München
Dr.-Ing. Ute Bormann, Institut für Software und Theoretische Informatik, Technische Universität
Berlin
Dipl.-Ing. Jens Both, Philips Components, UB der Philips GmbH, Hamburg
Prof. Dr.-Ing. Anneliese Böttiger, Institut für Meß- und Regelungstechnik, Universität der Bun
deswehr, Neubiberg
Dr. rer nato Hans Dammann, Forschungslaboratorium Philips GmbH, Hamburg
Dr. J. Debelius, Deutscher Verband Technisch-Wissenschaftlicher Vereine, Düsseldorf
Dipl.-Ing. Franz Fick, Philips Components, UB der Philips GmbH, Hamburg
Dr.-Ing. F. Freyberger, Lehrstuhl und Laboratorium für Steuerungs-und Regelungstechnik, Tech
nische Universität München
Prof Jens Froese, Fachbereich Seefahrt, Fachhochschule Hamburg
Dr. Hans Fuss, Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung mbH, Sankt Augustin
Dipl. -Ing. Hartwig Hammerschmidt, Lehrstuhl für Elektrische Meßtechnik, Technische Universität
München
Dr.-Ing. Michael Hausdörfer, BTS Broadcast Television Systems GmbH, Darmstadt
Prof. Dr. Joachim Heidberg, Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie, Universität
Hannover
Prof Dr. rer. nato Dr. rer. nato habil. Klaus Heinz, Institut für Angewandte Physik, Universität
Erlangen
Prof Dr. rer. nato Reinhard Helbig, Institut für Angewandte Physik, Universität Erlangen
Prof Karl-Heinz Herrmann, Institut für Angewandte Physik, Universität Tübingen
Dr. -Ing. Hartmann Hieber, Centrum für Mikroverbindungstechnik in der Elektronik, Forschung
und Entwicklung GmbH, Neumünster
VI
Dipl.-Ing. Werner E. Hoffmann, vorm. VdTÜV, Essen
Prof Dr. rer. nato Alex Hubert, Lehrstuhl VI (Werkstoffe der Elektrotechnik), Institut für Werk
stoffwissenschaften, Universität Erlangen
Dr. rer. nato Ronald Kaiser, Heinrich-Hertz-Institut, Berlin
Dipl.-Ing. Kurt Kiesel, Forschungsinstitut der Deutschen Bundespost, Darmstadt
Dip!.-Ing. Wolfgang Knappe, Lehrstuhl für Elektrische Meßtechnik, Technische Universität
München
Dr. -Ing. Siegfried Kokoschka, Lichttechnisches Institut, Universität Karlsruhe
Prof Dr.-Ing. Jürgen Krauser, Fachhochschule der Deutschen Bundespost, Berlin
Dipl.-Ing. Klaus G. Krieg, DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin
Dr.-Ing. Helmut Lauruschkat, Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf
Dip!. -Ing. Gerhard Lebelt, Lehrstuhl für Elektrische Meßtechnik, Technische Universität
München
Prof Dr. Walter Masing, Unternehmensberatung Erbach/Odenwald
Prof Dr.-Ing. Kurt Mauei, Institut für Technikgeschichte, Technische Universität Berlin; Verein
Deutscher Ingenieure, Düsseldorf
Dipl.-Ing. Helmut Mettler, Siemens AG, Karlsruhe
Dipl.-Ing. Klaus Nerstheimer, vorm. Philips Components, UB der Philips GmbH, Hamburg
Prof Ph. D. Bemd Neumann, Fachbereich Informatik, Universität Hamburg
Dipl.-Ing. Hermann Obermeir, Siemens-Nixdorf Informationssysteme AG, München
Peter Pagnin, Siemes AG, München
Prof Dr.-Ing. habil. Reinhold Paul, Arbeitsbereich Elektrotechnik Vrrechnische Elektronik,
Technische Universität Hamburg-Harburg
Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Plaumann, Philips Components, UB der Philips GmbH, Hamburg
Dr. Jürgen Pottharst, MiDiTec GmbH, Riegel
Dip!. -Ing. UZf Rauterberg, Siemens AG, München
Prof Dr. rer. nato Manfred Rosenzweig, Technische Fachhochschule Berlin
Dipl.-Ing. Karl Ruschmeyer, Philips Components, UB der Philips GmbH, Hamburg
Prof Dr. Heiner Ryssel, Fraunhofer Arbeitsgruppe für Integrierte Schaltungen, Erlangen; Lehr
stuhl für Elektronische Bauelemente, Universität Erlangen
Prof Dr. Hanno Schaumburg, Lehrstuhl für Halbleitertechnik, Technische Universität Hamburg
Harburg
Dip!.-Ing. D. Scheithauer, Universität der Bundeswehr, Neubiberg
Dip!.-Ing. Wolfgang Schill, Fraunhofer Institut für Informations- und Datenverarbeitung, IITB,
Karlsruhe
Prof Dr. Sigram Schindler, Institut für Software und Theoretische Informatik, Technische Uni
versität Berlin
Prof Dr.-Ing Friedrich Schneider, Lehrstuhl für Elektrische Meßtechnik, Technische Universität
München
Prof. Dr. rer. nato Elmar Schrüfer, Lehrstuhl für Elektrische Meßtechnik, Technische Universität
München
Prof Dr. OUo Spaniol, Lehrstuhl für Informatik IV, Rheinisch-Westfälische Technische Hoch
schule Aachen
Prof Dr. rer. nato Hartwig Steusloff, Fraunhofer Institut für Informations-und Datenverarbeitung,
I1TB, Karlsruhe
VII
Dr. rer. nato Günther Strohrmann, vorm. Hüls AG, Mari
Dipl.-Ing. Ralf Tannhäuser, Siemens-Nixdorf Informationssysteme AG, München
Prof. Dr.-Ing. Roger ThulI, Abt. für experimentelle Zahnmedizin, Universität Würzburg
Dr.-Ing. Erwin Trischier, Siemens-Nixdorf Informationssysteme AG, München
Prof. Dr. Reinhard Ulrich, Arbeitsbereich Optik und Meßtechnik, Technische Universität Ham
burg-Harburg
Dr.-Ing. Joachim Voss, vorm. IBM Deutschland GmbH, Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Felix Wachsmann, Lehrstuhl für Elektrische Meßtechnik, Technische Universität
München
Dipl.-Ing. Herbert Wiefels, Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf
Prof. Günter Winnicker, Fachbereich Seefahrt, Fachhochschule Hamburg
Dipl.-Phys. Karlheinz Winter, Siemens-Nixdorf Informationssysteme AG, München
VIII
Erläuterungen zur Benutzung
Die zahlreichen Gebiete der Meß- und Automatisierungstechnik sind in rund 1 800 Stichwörter
aufgegliedert. Unter einem aufgesuchten Stichwort ist seine erläuternde Erklärung zu finden,
die dem Benutzer das entsprechende Wissen vermittelt. Die zahllosen Verweise führen entwe
der zu einem synonymen oder zu einem übergeordneten Begriff, in dem das entsprechende
Stichwort abgehandelt ist. Die Querverweise im Text (---,» sollen durch Aufsuchen anderer,
verwandter oder ergänzender Stichwörter zu einer Vertiefung des Wissens verhelfen. Der Ver
weisungspfeil ---,) fordert dazu auf, das dahinterstehende Wort nachzuschlagen, um weitere
Auskunft zu finden.
Die Stichworte folgen einander alphabetisch. Die alphabetische Reihenfolge ist - auch bei
zusammengesetzten Stichwörtern oder bei Abkürzungen - strikt eingehalten. Zusammen
gesetzte Begriffe sind vorwiegend unter dem Substantiv eingeordnet. Auch sind die Substantive
in der Regel im Singular aufgeführt. Ausnahmen sind nur zur besseren Handhabung gemacht
worden, wobei auf übliche Ausdrucksweise geachtet wurde (Adjektiv vor Substantiv, weil
ausschlaggebend beim Aufsuchen). Bei Stichwörtern, die eine Zahl enthalten, wie z. B.
,3He-Zählrohr', wurde bei der alphabetischen Einordnung die Zahl vernachlässigt.
Wie in lexikalischen Werken üblich, werden die Umlaute ä, Ö, ü und die wie Umlaute
gesprochenen Doppelbuchstaben ae, oe, ue wie die einfachen Buchstaben behandelt.
Die zahlreichen Illustrationen zu den einzelnen Stichwörtern sind in der Regel im Anschluß
an den Absatz, in welchem sie erwähnt oder erläutert wurden, plaziert. Ausnahmsweise kann
es auch vorkommen, daß diese - besonders im Falle von zweispaltigen Zeichnungen oder
Tabellen - erst auf der nächsten Seite stehen. Die Zuordnung ist durch das Wiederholen des
Stichwortes in der Bildunterschrift oder in der Tabellenüberschrift gewährleistet.
In den Texten vorkommende Begriffe aus dem Bereich Elektronik sind im vorliegenden
Werk nur in einzelnen Fällen erläutert. Für eine weitere Vertiefung des Wissensstandes emp
fehlen wir in dem ,Lexikon Elektronik und Mikroelektronik' nachzuschlagen.
Literaturhinweise sind knapp gehalten und auf die wichtigsten Werke beschränkt. Deutsch
sprachige Werke sind - soweit vorhanden - bevorzugt.
Lektorat
November 1991
IX
Ablaufsteuerung
A
A.
Abk. für Angström-Einheit: 1 A = 10-10 m. Bei der Charakterisierung der A. nach der Ab
Keine gesetzliche Einheit. Harnrnerschrnidt hängigkeit der Übergangsbedingungen wird unter
schieden zwischen der Abhängigkeit
Abgleich-Widerstandsmeßbrücke ~ Meßbrücke - von der Zeit bzw. von Zeitintervallen für das
Verharren in einer Schrittlage; man bezeichnet die
sen Typ als zeitgeführte A. (Beispiel: bestimmte
Ablautkette ~ Ablaufsteuerung
Verkehrsampelsteuerungen mit festem Tagespro
gramm),
Ablaufsteuerung. Die A. oder sequentielle Steue
- von der Veränderung von Prozeß- und Bediensi
rung ist dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen
gnalen und nennt diesen Typ prozeßgeführte A.
Steuerungsoperationen und -eingriffe schrittweise,
(Beispiel: NC-Maschinensteuerung).
in bestimmter Reihenfolge, durch ein sog. Ablauf
In der Praxis liegen in den meisten Fällen jedoch
schaltwerk gesteuert, ablaufen. Nach vollzogenem
Mischformen vor.
Schrittwechsel verharrt die Steuerung in der neuen
Zur Darstellung von A. zum Zwecke der Pro
SchrittsteIlung so lange, bis die Übergangsbedin
grammierung wie auch der Dokumentation sind
gung für den Wechsel in den nächsten, durch das
heute neben den Anweisungslisten, der Funktions
Programm festgelegten Folgeschritt, erfolgt. Wäh
plantechnik mit sog. Schritt-und Befehlselementen
rend dieses Beharrungszustandes gibt die Steuerung
auch aus der Graphentheorie entlehnte Techniken
die dem Schritt zugeordneten Steuerungsbefehle
aus oder führt, in allgemeinerem Sinne, Ausgabe wie Petri Netz (Bild) oder ~ Steuergraph, ein dem
Petri Netz ähnlicher Ereignisgraph, gebräuchlich.
operationen aus. Schrittfolge, Übergangsbedingun
gen und Ausgabeoperationen repräsentieren das
---0-0-0-0----
Steuerungsprogramm .
Struktur der Schrittfolge bzw. Sequenz und Ab a)
hängigkeit der Übergangsbedingungen werden zur
Charakterisierung der A. herangezogen. Die Struk ---~
turelemente für den Aufbau von Schrittfolgen
(Bild) sind in der Regel das Schritt(s peicher )ele b)
ment und das Übergangs-oder Transitionselement.
~~:--o-C
Unterschieden werden:
o die einfache lineare Folge, die auch Ablaufkette
oder Ablaufzweig genannt wird und die einfach alternativ parallel
durchlaufen wird,
o die geschlossene Kette, die zyklisch einfach oder -->o--o-~ c=J-
-- --0-0;0-
mehrfach durchlaufen werden kann,
o die ~ Verzweigung oder Aufspaltung mit alter
d) Synchronisation alternativ
nativem oder auch parallelem d. h. nebenläufigem
Durchlaufen der folgenden Zweige, -0---
o die ~ Vereinigung mit oder ohne Synchronisa Schritt Transition
tion der Teilzweige
o der Sprung, der auch als Sonderfall von alterna Ablaufsteuerung: Strukturelemente von A.
tiver Verzweigung und Vereinigung interpretierbar a) lineare Folge
ist. b) zyklisch durchlaufene lineare Folge
Aus diesen Strukturelementen lassen sich prak c) Verzweigung; alternativ, parallel
tisch beliebige Ablaufprogramme aufbauen, deren d) Vereinigung; Synchronisation, alternativ.
schrittweiser Ablauf innerhalb der Steuerung durch
das sog. Ablaufschaltwerk bewirkt wird. Dieses A. spielen im gesamten Bereich der Automatisie
Schaltwerk kann in Hardware aus Verknüpfungs rung eine herausragende Rolle. Die Realisierungs
elementen und bistabilen Speicherelementen ausge komponente für diesen Steuerungstyp ist überwie
führt oder als Programm softwaremäßig realisiert gend die ~ speicherprogrammierbare Steuerung
sein. (SPS). Freyberger
1
Ablaufsteuerung, prozeßgeführte
Ablaufsteuerung, prozeßgeführte. Bei p. A. er
folgt der Wechsel von einem Ablaufschritt bzw.
Programmschritt zum nächsten aufgrund von Ände
rungen von Prozeßmeßsignalen und Bediensignalen
sowie ggfs. Merkersignalen. Diese Signale sind in
einer Verknüpfungsbedingung der sog. Fortschalt
oder Transitionsbedingung logisch verknüpft.
Freyberger
Ablaufsteuerung, zeitgeführte. Bei z. A. erfolgt
der Wechsel von einem Ablaufschritt zum nächsten
und damit von einem Programm schritt zum näch
sten nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls.
Die Werte für diese Zeitintervalle sind ~ Parame
ter der Steuerung.
Die Zeitintervalle oder Ablaufzeiten können von
Ablenkeinheit 2: Teilspulen, links für Horizontal
Zeitgebern oder programmierbaren Uhren abgelei
und rechts für Vertikal-Ablenkung. Zu einer A. ge
tet werden. Je nach Steuerungsaufgabe können die
hören je zwei solcher Teilspulen. Diese A. ist Be
Zeitintervalle in beliebiger Relation zur Tageszeit
standteil eines Systems mit Selbstkonvergenz. (Quel
stehen oder fest an sie gebunden sein. Ein typisches
le: Philips)
Beispiel für eine z. A. ist die tageszeitabhängige
Steuerung von Verkehrsampelphasen. Freyberger
meisten Fällen horizontal parallel und vertikal in
Ablenkeinheit. Bei den weitaus meisten ~ Katho Serie geschaltet.
denstrahlröhren erfolgt die Strahlablenkung ma Dem Entwurf der A. kommt insofern große Be
gnetisch. Der dafür erforderlichen Felderzeugung deutung zu, als von der Ablenkung Abbildungsfeh
dient die A. Diese hat zwei Teilspulen für die Hori ler maßgeblich beeinflußt werden. Diese Abbil
zontal- und zwei Teilspulen für die Vertikalablen dungsfehler können sowohl von der A. hervorgeru
kung. fen werden, als auch durch die A. kompensiert wer
Die jeweils zwei Teilspulen stehen sich um jeweils den. D. h. es kann das Display-System Kathoden
1800 gegeneinander versetzt um den Röhrenhals strahlröhrelA blenkeinheit als Ganzes bzgl. Abbil
gelegt gegenüber. Die Teilspulen sind entweder Sat dungsfehler optimiert werden. Ob das gelingt,
telspulen oder Toroidspulen. Sie werden in den hängt ab vom Verlauf des Horizontal-und des Ver
tikalablenkfeldes längs der Bahn der Elektronen
strahlen.
Um einen bestimmten gewünschten Feldverlauf
im Entwurf zu realisieren, werden mehr und mehr
die Feldkomponenten höherer Ordnung herangezo
gen.
Werkzeuge, die dabei zur Verfügung stehen, sind
hauptsächlich:
o Wahl der Spulenart Toroid- oder Sattelspule
o Spulen- und damit Feldlänge
o Wickelungsverteilung
o Feldformende Elemente
o Form des Magnetkernes
o Position der Ablenkeinheit relativ zur Bildröhre.
Abbildungsfehler durch die A. treten nicht in der
Bildschirmmitte auf; Ablenkung Null heißt auch
Fehler Null. Abbildungsfehler, die durch die A.
beeinflußt werden können, sind vor allem
o (dynamische) Konvergenz
o Landung
Ablenkeinheit 1: Sattelteilspule zur Vertikalablen o Bildgeometrie
kung in Strangwickeltechnik mit ablenkfeldformen o Bildschärfe (Schärfe).
den Blechen zur Komakorrektur. Die A. zu dieser Es ist nicht verwunderlich, daß bei der Vielzahl
Teilspule ist Bestandteil eines Systems mit Selbstkon der zu berücksichtigenden Parametern einzelne An
vergenz. (Quelle: Philips) forderungen einander widersprechen. Letztlich soll
2