FH D FB 3. Fachhochschule Düsseldorf Fachbereich Elektrotechnik

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1 SS 215 FH D FB 3 Fachhochschule Düsseldorf Fachbereich Elektrotechnik P-Nr. 231 Klausur Regelungs- und SPS-Technik für AT Termin: 7. August 215, 12:3 15: Uhr, Raum AM Bearbeitungszeit für die Klausuraufgaben: 15 Minuten Zugelassene Hilfsmittel: Zeichengeräte, nichtprogrammierbare Taschenrechner, vier handgeschriebene DIN A4 Seiten Prüfer: Prof. Jacques Klausurhinweise: Dieser Klausurteil besteht aus insgesamt 7 Aufgaben auf 8 Druckseiten (einschließlich Deckblatt). Die Klammerung der Druckseiten mit den Aufgaben darf nicht gelöst werden. Nach Erhalt der Klausur kontrollieren Sie bitte die durchnummerierten Seiten auf Vollständigkeit und richtige Zusammenstellung. Die nichtbedruckten Blattrückseiten können beschrieben werden. Grundsätzlich sind dokumentenechte Schreiber (Filz- oder Kugelschreiber, Füller, keine Bleistifte) zu verwenden. Entwürfe mit Bleistift sind zulässig, wenn anschließend dokumentenecht nachgezeichnet wird. Rotstifte dürfen nicht benutzt werden. Nachträgliche Änderungen der Lösung müssen eindeutig sein. Sollten sich mehr als vier DIN A4 Seiten handschriftlicher Aufzeichnungen, Bücher, Unterlagen von Lehrveranstaltungen oder elektronische Hilfsmittel (Smartphone, Tablet, Notebook, Apple Watch etc.) während der Klausur in erreichbarer Nähe des Kandidaten befinden, wird die Klausur als nicht bestanden bewertet! Kandidat Familienname:... Vorname:... Matrikelnummer: Der Kandidat bestätigt durch seine Unterschrift, dass er die Klausurhinweise gelesen und verstanden hat und sie als Bestandteile der Prüfungsbedingungen anerkennt. Er bestätigt weiterhin die Richtigkeit seiner Angaben auf diesem Deckblatt und dass er sich gesundheitlich dazu in der Lage fühlt, an der Klausur teilzunehmen. Unterschrift des Kandidaten:... Erreichte Bewertungspunkte: / 192 Prüfer:...

2 Aufgabe 1): (35 BP) Nachfolgend ist das Prinzip einer Ablaufsprache (z.b. Graph7) dargestellt. Beschreiben Sie die Elemente und Funktionen A - G. Element Beschreibung (Funktion) der Elemente A B C D E F G Klausur Regelungs- und SPS-Technik für B.Eng. ET-AT SS 215 P-Nr. 231 Seite 2

3 Aufgabe 2): (35 BP) Das dargestellte Tor soll gesteuert werden. Die Bedienung erfolgt durch die Elemente des äußeren und inneren Bedienfeldes. Bedienfelder oben Endschalter Motor AUF ZU Schlüssel AUSSEN unten WERKTOR AUF ZU INNEN Das Tor lässt sich über einen mit den Bedientasten gesteuerten Motor öffnen bzw. schließen. Über zwei Endschalter (Schließer) wird die obere und untere Endstellung des Tores erfasst und die entsprechende Torbewegung begrenzt. Um das Betätigen des Tores durch Unbefugte auszuschließen, soll das Öffnen und Schließen von außen nur möglich sein, wenn der Schlüsselschalter (Schließer) durch Einstecken des Schlüssels eingeschaltet ist. Aus Sicherheitsgründen muss sich das Tor von innen immer öffnen lassen und auch bei Doppelbetätigung der Bedientasten (AUF / ZU) in jedem Fall öffnen. Mit Hilfe einer zusätzlichen unteren Kontaktleiste (Schließer) soll das Tor wieder "auffahren", wenn es beim Schließvorgang vor Erreichen des unteren Endschalters auf einen mechanischen Widerstand stößt. Für die Programmierung der Ein-/Ausgänge kann folgende Symboltabelle verwendet werden: Key = SCHLÜSSEL-SCHALTER TA_Zu = Taste ZU AUSSEN; TI_Zu = Taste ZU INNEN; E_Unt = Endschalter UNTEN; M_Auf = Motor AUFWÄRTS; TA_Auf = Taste AUF AUSSEN TI_Auf = Taste AUF INNEN; Kontakt = Kontaktleiste; E_Oben = Endschalter OBEN M_Ab = Motor ABWÄRTS. Programmieren Sie die SPS möglichst einfach und übersichtlich in 2 Netzwerken (N1: AUF; N2: ZU) in der von Ihnen gewünschten Programmiersprache (AWL, FUP, KOP). Klausur Regelungs- und SPS-Technik für B.Eng. ET-AT SS 215 P-Nr. 231 Seite 3

4 Aufgabe 3): (22 BP) Gegeben ist die Schaltung eines Bandpasses (idealer OP vorausgesetzt): Ra Re Ce - Ca Re = 2 kω Ra = 1 kω Ce = 1 µf Ca= 2 µf ue + ua a) Ermitteln Sie den Frequenzgang der Schaltung. Welcher Systemtyp liegt vor? Bestimmen Sie seine Kenngrößen (14 BP) b) Zeichnen Sie den Amplitudengang in das Bode-Diagramm (Achsenskala!) (8 BP) 4 Amplitudengang 2 F (db) Kreisfrequenz Klausur Regelungs- und SPS-Technik für B.Eng. ET-AT SS 215 P-Nr. 231 Seite 4

5 Aufgabe 4): (28 BP) Die normierte Sprungantwort (x e(t>)=1) einer Strecke und eines Reglers wurden gemessen: 3 Strecke 2 Regler Zeit in sec a) Bestimmen Sie den Regler- und Streckentyp und geben Sie die Kennwerte an. (1 BP) b) Zeichnen Sie die Frequenzgänge F R und F S in das Bode-Diagramm. (1 BP) c) Ist die Regelung stabil? Begründen Sie Ihre Antwort. (8 BP) 3 2 Amplitude in db Phase in ,1, Kreisfrequenz in 1/sec Klausur Regelungs- und SPS-Technik für B.Eng. ET-AT SS 215 P-Nr. 231 Seite 5

6 Aufgabe 5): (18 BP) Gegeben sind drei durch ihre Differentialgleichungen beschriebene Übertragungsglieder: Fehler! Textmarke nicht definiert.i) T X a + X a = K X e ii) T X a + X a = K X e iii) T X a + X a = K X e a) Geben Sie die Systemtypen an. (3 BP) b) Zeichnen Sie die Sprungantworten (mit Angabe der Kennwerte). (6 BP) c) Geben Sie die Frequenzgänge (Formel) an. (3 BP) d) Zeichnen Sie die Ortskurven (mit Angabe der Kennwerte). (6 BP) Klausur Regelungs- und SPS-Technik für B.Eng. ET-AT SS 215 P-Nr. 231 Seite 6

7 Aufgabe 6): (3 BP) Gegeben ist der folgende einschleifige Regelkreis: W KR = 2 Z TI=1s ; TS=2s Y X P I - T1 a) Berechnen Sie die Frequenzgänge des geschlossenen Regelkreises sowohl für Führung F gw als auch für Störung F gz. Geben Sie die Systemtypen mit den Kenngrößen an. (15 BP) b) Zeichnen Sie den Verlauf der Regelgröße für einen Sollwert von W(t>) = 4 und einer Störgröße von Z(t>1s) = 2. Geben Sie dafür die charakteristischen Größen ü, t 1 (erster Nulldurchgang), T e (Periodendauer) an. (15 BP) X (t) W Z t / s Klausur Regelungs- und SPS-Technik für B.Eng. ET-AT SS 215 P-Nr. 231 Seite 7

8 Aufgabe 7): (24 BP) Die Heizung einer Waschmaschine wird mit einem Zweipunktregler ohne Rückführung mit einer Hysterese von ± 5 K geregelt. Bei einer maximalen Temperatur von 1 C (X max = 8 K Differenz gegenüber Raumtemperatur) werden folgende Kenngrößen der Regelung ermittelt: X = 2 K e b = - 2,5 K t E = 6 min t A = 2 min a) Bestimmen Sie den Sollwert W sowie T u und T g der Strecke. (1 Pinkte) b) Zeichnen Sie den Verlauf der Regelgröße X und der Stellgröße Y nach Einschalten der Waschmaschine und vergleichen Sie die Schwankungsbreite, die bleibende Regelabweichung und die Schaltzeiten aus Ihrer Zeichnung mit den oben angegebenen Werten.(1 Punkte) X/K 8 X/ C Y t/min Klausur Regelungs- und SPS-Technik für B.Eng. ET-AT SS 215 P-Nr. 231 Seite 8