Regelungstechnische Praktika und Streckenmodelle

Leistungsumfang

In Zeiten leerer Kassen ist die umfangreiche Ausstattung von Labors mit Modellstrecken, Funktionsgeneratoren, Oszilloskopen und Messinstrumenten mehr und mehr ein schöner Traum. Daher bieten wir so genannte Regelungstechnische Software-Praktika an, die als Ergänzung oder Alternative zu herkömmlichen Praktikumsversuchen vollkommen ohne Hardware auskommen, ohne jedoch an Anschaulichkeit einzubüßen. Die Software-Praktika basieren auf den WinFACT-Studienlizenzen und wenden sich vor allem an Berufsschulen und Fachhochschulen. Jedes Praktikum behandelt ein abgeschlossenes Themengebiet und besteht aus folgenden Komponenten:

• Einer ausführlichen Versuchsanleitung im Ringordner (DIN A4-Format), bestehend aus einer Einführung in den theoretischen Hintergrund sowie detaillierten Aufgabenstellungen mit Arbeitsblättern und Musterlösungen (Musterseiten im PDF-Format).
• Einem Satz hochwertiger Farbfolien zur Overhead-Projektion oder als PowerPoint-Präsentation, die den Inhalt der Versuchsanleitung in stichpunktartiger Form wiedergeben (Musterfolie im PDF-Format).
• Zahlreichen WinFACT-Beispieldateien mit Aufgabenstellungen und Lösungsvorschlägen. Alle Beispieldateien enthalten umfangreiche Steuerungs- und Visualisierungsfunktionen, insbesondere zur Strecken- und Reglerdarstellung. Der Schüler „vergisst“ dabei nahezu vollständig, dass er nicht vor realen Geräten, sondern vor einem PC (mit all seinen Vorteilen, insbesondere bezüglich Betriebssicherheit und Energieverbrauch…) sitzt. Folgende Modellstrecken kommen in den Praktika u. a. zum Einsatz (siehe dazu auch WinFACT-Streckenmodelle weiter unten auf dieser Seite):
  • Temperaturstrecken
  • Motor-Generator-Satz
  • Inverses Pendel
  • Verladekran
  • Rührkessel
  • Niveaustrecke
  • Dreitanksystem
  • Mischwasserstrecke
  • Spindelantrieb
  • Lichtstrecke
  • Flugzeug-Lageregelung
  • Rührkesselkaskade
  • Gleichlaufregelung

Zurzeit werden folgende Praktika angeboten:

* Voraussetzung für die Nutzung der einzelnen RT-Praktika ist das Vorhandensein einer entsprechenden WinFACT-Studienlizenz (Typ A, B oder C), die die benötigten WinFACT-Komponenten enthält.

Regelungstechnische Streckenmodelle

Diese Sammlung umfasst eine Vielzahl unterschiedlicher Streckenmodelle für das blockorientierte Simulationssystem BORIS. Jeder Modelltyp besteht aus dem eigentlichen Funktionsblock (mathematisches Streckenmodell als BORIS-Superblock) bzw. mehreren alternativen Funktionsblöcken und dem zugehörigen Visualisierungsblock (User-DLL-Block), der das dynamische Verhalten der einzelnen Streckengrößen grafisch veranschaulicht. Damit eignen sich diese Streckenmodelle insbesondere für den Ausbildungsbereich, aber auch als Grundlage für selbst erstellte Prozessvisualisierungen. Zu allen Modellen werden Quelltexte und zugehörige Ressourcendateien (Pascal/Delphi-Format) mitgeliefert, sodass eigene Erweiterungen auf einfache Weise möglich sind. Zum Lieferumfang gehört selbstverständlich eine schriftliche Dokumentation. Nachfolgende Bildschirmgrafik gibt eine Übersicht über die verfügbaren Streckentypen (BORIS-Blöcke).

Die folgende Tabelle zeigt die entsprechenden Visualisierungsfenster und enthält nähere Informationen zu allen Streckentypen. Klicken Sie zur Anzeige der bewegten Originalanimationen einfach auf die entsprechende Grafik-Vorschau.

Grafik-Vorschau	Kurzbeschreibung
	Niveaustrecke (Eintanksystem). Dieses Streckenmodell stellt einen zylinderförmigen Einzeltank mit Zu- und Ablauf dar (Strecke ohne Ausgleich, I-Strecke), bei dem Zu- und Ablaufstrom über je ein elektrisches Stellventil gesteuert werden.
	Temperaturstrecke. Zurzeit stehen drei verschiedene Temperaturstrecken zur Auswahl. Das Streckenmodell ist jeweils als Reihenschaltung eines elektrischen Stellventils und eines zu beheizenden Raums realisiert. Eingangsgröße der Strecke ist die Motorspannung des Stellmotors, Ausgangsgröße die Raumtemperatur T. Über einen Störeingang kann eine zusätzliche Störgröße auf die Strecke geschaltet werden. Die drei Streckentypen unterscheiden sich jeweils in der Realisierung des Ventil- bzw. Raummodells.
	Wippe mit Ball. Dieses Streckenmodell stellt eine Wippe der Länge 2l dar. Auf dieser im Mittelpunkt gelagerten Wippe befindet sich eine Kugel mit Masse m und Radius r, die durch einen Servo in die Ruhelage (Wippenmitte) gebracht werden soll. Der Servo wird mit der Spannung angetrieben und erzeugt daraus einen Stellwinkel Phi.
	Verladekran. Dieses Streckenmodell stellt eine Verladebrücke dar. Ein Wagen der Masse, an dem sich ein Ausleger der Länge l mit der Lastmasse befindet, wird über eine Antriebskraft F vorwärtsbewegt. Zustandsgrößen des Systems sind die Wagenposition x und die Wagengeschwindigkeit sowie der Auslenkwinkel des Pendels und seine zeitliche Änderung (Winkelgeschwindigkeit).
	Motor-Generator-Satz. Dieses Streckenmodell stellt einen Motor-Generator-Satz dar, der zur Realisierung einer Drehzahl-/Drehfrequenzregelung genutzt werden kann. Eingangsgröße der Strecke ist die Motorspannung, Ausgangsgrößen sind die Generatorspannung und die Drehzahl. Über einen Störeingang kann zusätzlich eine Störgröße auf den Streckenausgang geschaltet werden.
	Dreitanksystem. Dieses Modell stellt drei nebeneinander angeordnete, identische Tankbehälter dar. Die jeweils benachbarten Behälter sind über ein Verbindungsrohr mit einem elektrischen Stellventil miteinander verbunden. Zusätzlich besitzt jeder Behälter einen separaten, ebenfalls über ein elektrisches Stellventil regulierbaren Abfluss, der z. B. zur Lecksimulation benutzt werden kann. Die beiden äußeren Tanks können über elektrische Pumpen befüllt werden. Dieses Modell eignet sich insbesondere für den Aufbau von Mehrgrößenregelungen oder Fehlerdiagnosesysteme.
	Mischwasserstrecke. Dieses Streckenmodell stellt einen Mischungsprozess dar, bei dem zwei Flüssigkeiten unterschiedlicher Temperatur miteinander vermischt werden. Die Zuflüsse des Kalt- und Warmwassers werden über zwei elektrische Stellventile mit den Spannungen Ukalt bzw. Uheiss gesteuert. Beide Volumenströme werden nachfolgend in einem Mischungsvolumen V zu einem Gesamtvolumenstrom mit der Mischtemperatur TMisch zusammengeführt und gelangen von dort aus beispielsweise in ein aufzufüllendes Becken.
	Inverses Pendel. Dieses Streckenmodell stellt ein auf dem Kopf stehendes Pendel dar, auf das über einen Motor ein dem Ankerstrom i proportionales Drehmoment M ausgeübt werden kann. Zustandsgrößen des Pendels sind der Auslenkwinkel und seine zeitliche Änderung.
	Rührkesselreaktor. Dieses Streckenmodell stellt einen Rührkesselreaktor dar, in dem eine Flüssigkeit über ein Wasserbad erhitzt werden kann. Das Wasserbad selbst wird über einen Wärmetauscher beheizt, dem ein Heizmedium mit der Temperatur zugeführt wird. Die Durchflussmenge dieses Heizmediums kann über ein elektrisches Stellventil gesteuert werden. Ausgangsgrößen des Systems sind die Temperatur des Wasserbads im Reaktormantel bzw. die Temperatur der Flüssigkeit innerhalb des Kessels.
	Spindelantrieb. Dieses Modell stellt einen Spindelantrieb einer Werkzeugmaschine dar, bei dem ein auf einem Schlitten befindliches Werkstück über eine motorgetriebene Spindel positioniert werden kann. Eingangsgröße des Systems ist die Ankerspannung des Motors, Ausgangsgrößen sind die Motordrehzahl und die Schlittenposition. Über den Störeingang kann zudem eine Störung (z. B. ein zusätzliches Lastmoment) auf die Strecke geschaltet werden.
	Lichtstrecke. Dieses Streckenmodell eignet sich zum Aufbau von Lichtregelungen. Über eine Lampe in der Deckenmitte kann ein Zimmer ausgeleuchtet werden. Regelgröße ist die Raumhelligkeit, Stellgröße die Lampenleistung. Über ein Fenster, das über ein Rollo stetig verschlossen werden kann, strahlt additives Störlicht in den Raum ein.
	Flugzeug-Lageregelung. Dieses Streckenmodell stellt ein Flugzeug dar, dessen Fluglage einem vorgebbaren Winkel folgen soll und von der Leistung zweier Antriebe abhängt. Dabei wird der linke Antrieb als Stellgröße, der rechte Antrieb als Störgröße interpretiert. Eingangsgrößen sind die beiden Antriebsleistungen, Ausgangsgrößen die Winkelgeschwindigkeit und der Lagewinkel des Flugszeugs.
	Rührkesselkaskade. Dieses Streckenmodell stellt eine Kaskade bestehend aus drei Rührkesseln dar, deren Inhalt eine Flüssigkeit mit einer bestimmten Farbkonzentration ist (Größen x1, x2 und x3). Regelgröße x ist die Farbkonzentration im dritten Kessel (x3). Der erste Kessel wird über zwei Zuläufe gespeist, wobei der erste Zulauf reines Wasser enthält und über ein Stellventil gesteuert werden kann. Der zweite Zulauf führt den Farbstoff zu, wobei der maximale Farbstoffzulauf und der Farbstoffgehalt (Störgröße z) vorgegeben werden können. Der tatsächliche Zulauf (Stellgröße y) wird dann über ein Stellventil reguliert.
	Gleichlaufregelung. Dieses Streckenmodell demonstriert am Problem der Synchronisation zweier Laufbänder eine typische Gleichlaufregelung. Die regelungstechnische Aufgabe besteht darin, das untere Band dem oberen Band so nachzuführen, dass die Positionen beider Bänder (erkennbar an den auf den Bändern befindlichen Kisten) übereinstimmen.

Dokumentationen und Produktinformationen

	Produktinformation „Regelungstechnische Software-Praktika“ (in Produktübersicht)
	Produktinformation „Regelungstechnische Streckenmodelle“

Preise

Preis(e) netto zuzüglich Mehrwertsteuer

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