Die Automatisierungstechnik umfasst sämtliche Verfahren und Arbeitsmittel, die den selbstständigen Betrieb von Anlagen ermöglichen. Dazu gehören Maschinen, Apparate, Geräte und sonstige Vorrichtungen. Menschliche Eingriffe kommen nur in sehr geringem Ausmaß vor.

Die ingenieurswissenschaftliche Disziplin verfolgt einen fächerübergreifenden Ansatz, der Maschinenbau und Elektrotechnik umfasst. Ziel der Automatisierungstechnik ist es, Maschinen und Anlagen derart zu automatisieren, dass sie effizient und mit niedriger Fehlerquote selbstständig arbeiten. Abhängig von der Komplexität der Anlagen sind unterschiedliche Grade der Automatisierung erreichbar. Das Ausmaß ist umso höher, je weniger der Mensch steuernd in die Prozesse eingreifen muss. Einen wichtigen Beitrag zur wachsenden Leistung der Systeme liefert die Weiterentwicklung zentraler Komponenten. Für hochwertige Antriebslösungen zur Steuerung von Automatisierungstechnik ist die Harmonic Drive AG ein kompetenter Partner.

Nutzen der Automatisierungstechnik: Entlastung und höhere Leistung

Automatisierte Systeme bieten zahlreiche Vorteile. Sie entlasten Menschen von gefährlichen und körperlich anstrengenden Arbeiten. Auch ermüdende Routinetätigkeiten übernehmen die Maschinen. Nicht ohne Grund ist der Fortschritt der Automatisierung eng mit dem Wachstum der Bevölkerung verbunden. Denn mit der zunehmenden Anzahl von Menschen stieg der Bedarf an hochwertigen Gütern und die Massenproduktion entstand.

Neben der Entlastung des Menschen bietet die Automatisierungstechnik weiteren Nutzen: Die Maschinen erzeugen kontinuierliche Leistungen auf hohem Niveau. Ihr Arbeitstempo übertrifft die Geschwindigkeit manueller Prozesse erheblich. Darüber hinaus verbessert Automatisierungstechnik die Qualität von Produkten und senkt Personalkosten.

Frühe Ursprünge der Automatisierungstechnik

Die Ursprünge der Automatisierungstechnik reichen bis ins 18. Jahrhundert zurück. 1785 erfand Edmond Cartwright den vollmechanisierten Webstuhl. Dank gelochter Holzbrettchen gelang es, Stoffe mit einheitlichen Mustern herzustellen. Den Antrieb des Webstuhls übernahmen dabei oftmals zwei standfeste Männer per Handkurbel. Mit dem Grundprinzip der Mechanisierung bildete der Webstuhl einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zur Textilindustrie.

Bereits 1788 legte James Watt den Grundstein für die moderne Regelungstechnik. Er übertrug das bei Mühlen verwendete Prinzip des Fliehkraftreglers auf den Maschinenbau. Besagte Komponente regelte die Drehzahl bei der Dampfmaschine auf konstante Weise.

Anwendungsbereiche der Automatisierungstechnik

Automatisierungstechnik und ihre Systeme kommen mittlerweile in fast allen Lebensbereichen zum Einsatz. So ist die Produktautomatisierung aus dem Haushalt nicht mehr wegzudenken, wie das Beispiel der Geschirrspülmaschine zeigt. Bei Fahrzeugen sorgen Antiblockiersystem und Automatikgetriebe für zusätzliche Sicherheit und Fahrkomfort. Auch in der Unterhaltungselektronik ist die Automatisierungstechnik verbreitet – ein modernes Beispiel dafür ist das sogenannte Smart Home.

Einen besonderen Stellenwert besitzt die Automatisierungstechnik in der Produktion. Hier enthalten beispielsweise Anlagen der Verfahrenstechnik als auch Anlagen in Kraftwerken und Fertigungsstraßen automatisierte Technologien. Branchen, welche in großem Umfang auf besagte Lösungen setzen, sind unter anderem die Automobilindustrie, der Maschinenbau, die Elektroindustrie und ebenfalls die Flugzeugfertigung. Der Bedarf der Industrie an intelligenter Automatisierungstechnik wächst nach wie vor und wird in absehbarer Zeit nicht stagnieren.

Aufbau automatisierter Systeme

Ein automatisiertes System besteht aus einer zu steuernden Anlage, der Steuerung per Automatisierungscomputer und der Peripherie. Diese Umgebung verfügt über Sensoren, welche Steuerdaten erfassen, und Aktoren, die Steuerbefehle daraufhin umsetzen. Ein weiteres Element bilden vernetzende Feldbussysteme. Sie verbinden die einzelnen Komponenten der Automatisierungstechnik untereinander und mit dem Steuergerät.

Funktionen der Automatisierungstechnik

Systeme der Automatisierungstechnik beinhalten unterschiedliche Schlüsselfunktionen. Dazu gehören zum einen das Messen und das Steuern. Weitere Aufgaben des Systems sind zum anderen das Regeln und Kommunizieren. Als technische Leiteinrichtung bildet die Leitwarte den Bereich zur Überwachung sämtlicher Prozesse. Dabei handelt es sich um die sogenannte Mensch-Maschine-Schnittstelle.

Die einzelnen Teilbereiche der Automatisierungstechnik beinhalten besondere technische Komponenten. So erfolgt das Messen meist mithilfe von Sensoren. Diese Fühler bestimmen physikalische und chemische Eigenschaften wie beispielsweise Feuchtigkeit, Druck oder Wärme. Unterschieden wird in passive und aktive Sensoren. Für die Messung besteht eine breite Auswahl an Aufnehmern, die speziell für automatisierte Systeme entwickelt wurden.

Die Steuerung von Anlagen im Bereich der Automatisierungstechnik erfolgt über eine flexible speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) auf digitaler Basis. Steuerungsbefehle erreichen das System über Aktoren wie Motoren, Ventile oder Magneten. Früher enthielten Systeme festverdrahtete verbindungsprogrammierte Steuerungen, deren Programmänderungen auch das Anpassen der Verbindungen erforderten. Bei SPS reicht dagegen die Änderung des Programmes. Diese Steuerung wurde 1968 in den USA entwickelt und 1973 in Europa eingeführt.

Beim Regeln wird die zu regelnde Größe kontinuierlich gemessen und mit dem gewünschten Wert verglichen. Weicht das Messergebnis ab, erfolgt die Korrektur. Diese Prozedur erfolgt computergesteuert.

Automatisierungstechnik verfügt über eine komplexe Kommunikation, an der zahlreiche unterschiedliche Sensoren und Aktoren mitwirken. Die Vernetzung der Komponenten erfolgt über Feldbussysteme wie Profibus oder CAN-Bus. Das System regelt anhand normierter Protokolle, wie mehrere Teilnehmer eine Leitung verwenden. Mittlerweile erfolgt die Kommunikation im Rahmen der Automatisierungstechnik auch per Ethernet. Über die Internetverbindung können die Anlagen aus der Ferne gewartet werden.

Bedienen und Beobachten über das Human-Machine-Interface

Mit Systemen der Automatisierungstechnik interagieren Anwender über die Benutzerschnittstelle. Indem sie dieses Human-Machine-Interface (HMI) nutzen, erhalten sie zeitnah einen Überblick über alle wesentlichen Betriebsabläufe. Sie können die Anlage beobachten, Maschinen bedienen und auf einer sicheren Entscheidungsbasis in Prozessabläufe eingreifen. Die Verantwortlichen haben über ein Bedienpult oder eine Prozessvisualisierung Zugriff auf die Informationen. Das Pult verfügt über Signallampen, Taster und Anzeigefelder. Die softwarebasierte Visualisierung erfolgt über ein Bedienterminal. Grundsätzlich sind moderne HMI-Technologien über offene, standardisierte Schnittstellen in die Automatisierungstechnik von Anlagenbetreibern integrierbar.

Hochwertige Komponenten der Automatisierungstechnik

An der Steuerungs- und Regelungstechnik der Automatisierungstechnik sind zahlreiche Komponenten beteiligt, wie etwa spezielle Antriebstechnologien. Für Anlagenbetreiber empfiehlt sich die Zusammenarbeit mit einem qualifizierten und erfahrenen Anbieter. Die Harmonic Drive AG entwickelt, konstruiert und fertigt individuelle Lösungen für Antriebe auch für den Bereich der Robotik und Automation. Die hochwertigen Getriebe, Motoren und weitere Komponenten sind modular einsetzbar.

Sicherheitsanforderungen bei Nutzung von Automatisierungstechnik

Fallen automatisierte Anlagen aus, etwa in einer Chemiefabrik, entstehen Sicherheitsrisiken. Daher sind die Anforderungen für den zuverlässigen Betrieb in besagtem Bereich sehr hoch. In der Automatisierungstechnik existieren demzufolge zahlreiche Richtlinien und Sicherheitsvorschriften. So enthält etwa die Richtlinie VDI/VDE 2180 des Vereins deutscher Ingenieure wichtige Vorgaben zum Einsatz der Prozessleittechnik.

Werden Anlagen mit dem Internet vernetzt, sollten IT-Experten die kommunikativen Strukturen sichern, um mögliche Angriffe und Spionageattacken zu verhindern.

Die Zukunft: Industrie 4.0

Die Automatisierungstechnik gilt als eine Schlüsselindustrie auf dem Weg zur Industrie 4.0. Dieser Begriff steht für intelligente, digital vernetzte Systeme, die eine weitgehend selbstständige industrielle Produktion ermöglichen. In einer Smart Factory sind Mensch, Anlagen, Produkte und Logistik kommunikativ verbunden. Der Ansatz gilt auch als 4. industrielle Revolution.