Fachhochschule Köln Institut für Produktion Labor für Automatisierungstechnik

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1 1. Kontakttechnik Fachhochschule Köln Institut für Produktion Labor für Automatisierungstechnik 2. Praktikum Steuerungs- und Regelungstechnik (SR) im SS 2007 Durchführung des Praktikums Aufgabenstellung Die Aufgabenstellungen sind gründlich und genau zu lesen. Sie enthalten wichtige Informationen um das Praktikum erfolgreich durchzuführen. Vorbereitung Alle Versuche sind von Ihnen persönlich vorzubereiten. Für die Aufgaben mit den Punkten 4 bis 6 sind Stromlaufpläne zu erstellen und vor dem Praktikum vorzulegen. Die Vorbereitung muss von Hand geschrieben sein. Es sind keine Ausdrucke oder Kopien erlaubt. Bearbeitung Erproben Sie die in den Punkten 1 bis 3 vorgegebenen Schaltungen und danach die Stromlaufpläne, der von Ihnen vorbereiteten Punkte 4 bis 6. Protokollieren Sie die Ergebnisse. Notieren Sie sich Ihre Beobachtungen. Die gelöste Aufgabe ist einem Betreuer vorzustellen. Abschluss Der Praktikumsbericht umfasst Ihre Vorbereitung, die Korrektur, die Ergänzung ihrer Vorbereitung und die Protokollierung der Ergebnisse. Mit Ausnahme der Vorbereitung, soll der Praktikumsbericht bei der Bearbeitung der Aufgaben im Labor erstellt werden. Für die erfolgreiche Teilnahme am Praktikum sind Vorbereitung, Anwesenheit und der Praktikumsbericht Voraussetzung. Der Bericht ist spätestens eine Woche nach dem Labortermin abzugeben. Arbeitsplatz Eine Skizze der Versuchseinrichtung der Kontakttechnischen Arbeitsplätze ist auf Seite 2 dargestellt.

2 2 berührungslos arbeitende Sensoren 1 mechanisch betätigter Endschalter Schalt-Kontakte der Sensoren 6 Tast-Schalter 6 Relais +24 V S1 S2 S3 S6 S7 S1 S2 S3 K3 K4 K5 K6 K7 K8 Netz ML K9 M1 ML3 ML4 ML5 ML6 M M 1 elektromotorisch angetriebene Scheibe mit Nocken Meldeleuchte Netz 3 Relais Anschlüsse des Elektromotors 8 Meldeleuchten Skizze der Versuchseinrichtung der kontakttechnischen Arbeitsplätze S8 ML7 S9 ML8 2 elektronische Einschaltverzögerungen mit Kontaktausgängen T1 T2 Z1 +1 R Dr.- Ing. D. Klemenz Kontakttechnik neu 100% 1 elektromechanischer Zähler 4

3 3. Grundschaltungen 3.1 Einfache Verknüpfungen Identität und Negation Steuerung einer Meldeleuchte mit einem Taster mit Schließer-Kontakt und einem Taster mit Öffner-Kontakt. (, ) Vorbereitung: Schalttabelle, Schaltalgebraische Gleichung und Funktionsplan +24 V UND-Schaltung UND-Schaltung mit 3 Tastern ( bis S6). Achten Sie auf Öffner- bzw. Schließer-Kontakt. Vorbereitung: Schalttabelle, Schaltalgebraische Gleichung und Funktionsplan ODER-Schaltung ODER-Schaltung mit 2 Tastern (S7, S8) Achten Sie auf Öffner- bzw. Schließer-Kontakt. Vorbereitung: Schalttabelle, Schaltalgebraische Gleichung und Funktionsplan Antivalenz-Schaltung Antivalenz-Schaltung mit 2 Tastern (, ). Achten Sie auf Öffner- bzw. Schließer-Kontakt. Vorbereitung: Schalttabelle, Schaltalgebraische Gleichung und Funktionsplan +24 V UND ODER Antivalenz S8 S6 ML3 3.2 Speicher 5

4 3.2.1 Dominierend setzendes Flipflop Dominierend setzendes Flipflop (,, ) Bauen Sie die gegebene Schaltung auf! Vorbereitung: Funktionsplan (mit UND- und ODER- Verknüpfung) und Schalttabelle Dominierend setzendes FF Dominierend rücksetzendes Flipflop Dominierend rücksetzendes Flipflop (S6, S7, ) Bauen Sie die gegebene Schaltung auf! Vorbereitung: Funktionsplan (mit UND- und ODER- Verknüpfung) und Schalttabelle S6 Dominierend rücksetzendes FF S7 4. Zeiten 4.1 Einschaltverzögerung Einschaltverzögerung mit 2 Sek. Eine Einschaltverzögerung (T1) wird über einen Taster () angesteuert. Die Einschaltverzögerung (2 Sekunden- Verzögerung) steuert eine Meldeleuchte. Schaltung T1 Schaltung T2 Vorbereitung: Funktionsplan Während des Versuches: Signal-Zeit- Diagramm T1 T Einschaltverzögerung mit 3 Sek. Eine zweite Einschaltverzögerung (T2) wird über einen Taster () angesteuert. Die Einschaltverzögerung (3 Sekunden-Verzögerung) steuert eine Meldeleuchte. Vorbereitung: Funktionsplan Frage: Worin besteht der Unterschied zur vorherigen Schaltung? Welches Verzögerungsverhalten hat ihre Schaltung nun? Wie haben Sie das schaltungstechnisch erreicht? Während des Versuches: Signal-Zeit-Diagramm 5. Motorsteuerung und Sensoren 5.1 Motorsteuerung 6

5 5.1.1 Einfache Motorsteuerung Einfache Motorsteuerung mit einem Taster (). Der Motor wird entweder links- (Schaltung a) oder rechtsdrehend (Schaltung b) angesteuert. Jeweils eine neue Schaltung. Vorbereitung: Funktionsplan und Schalttabelle Links-Rechts-Steuerung mit Relais Drehrichtungswechselschaltung mit Relais. Die Relaisansteuerung erfolgt mit Tastern (, ). Lassen Sie diese Schaltung für die folgende Aufgabe aufgebaut. Vorbereitung: Funktionsplan Schaltung 3.1.1a Schaltung 3.1.1b Schaltung M1 M M1 + M - M1 + M Sensoren Sensor S1 (Induktiver Näherungsschalter) Schließen Sie den Sensor anhand der gegebenen Schaltung an. Drehen Sie den Motor mit der vorhergehenden Schaltung und beobachten Sie das Schaltverhalten. S1 S2 S3 Frage: Auf welche Materialien reagiert der Sensor? Sensor S2 (Kapazitiver Näherungsschalter oder Reflektionslichtschranke) Schließen Sie den Sensor anhand der gegebenen Schaltung an. Drehen Sie den Motor mit der vorhergehenden Schaltung und beobachten Sie das Schaltverhalten. Frage: Auf welche Materialien reagiert der Sensor? Sensor S3 (Mechanischer Nockenschalter) Schließen Sie den Sensor anhand der gegebenen Schaltung an. Drehen Sie den Motor mit der vorhergehenden Schaltung und beobachten Sie das Schaltverhalten. Frage: Wie reagiert dieser Sensor? ML3 6. Schaltungen mit Einschaltverzögerungen 7

6 6.1 Meldeleuchte Entwerfen Sie einen Funktionsplan für eine Schaltung zur Steuerung einer Meldeleuchte. Die Meldeleuchte soll erst leuchten, wenn ein Taster betätigt wird. Die Meldeleuchte soll sofort wieder dunkel werden, wenn der Taster nicht mehr betätigt oder länger als 2s betätigt wird. Vorbereitung: Funktionsplan und Stromlaufplan 6.2 Meldeleuchte Entwerfen Sie einen Funktionsplan für eine Schaltung bei der eine Meldeleuchte durch das Betätigen eines Tasters eingeschaltet wird. Unabhängig von der Dauer der Betätigung des Tasters soll die Meldeleuchte nur 3 s lang eingeschaltet sein, nach 3 s also wieder dunkel sein. Vorbereitung: Funktionsplan und Stromlaufplan Hinweis: Die Meldeleuchte soll unabhängig von der Dauer der Betätigung des Tasters nach 3s ausgehen. Beachten Sie ihre Kenntnisse über Einschaltverzögerungen, wann wird das Signal der Ausgangsvariable 0? Erweitern Sie ggf. Aufgabe Schaltungen mit Elektromotor 7.1 Wechselschaltung mit einem Taster und zwei Sensoren Entwerfen Sie einen Funktionsplan für eine Schaltung, durch die der Elektromotor abhängig von einem Taster und zwei Sensoren gesteuert wird. Die Nockenscheibe soll zunächst gegen den Uhrzeigersinn drehen. Wird Sensor 3 durch einen Nocken betätigt, dann soll die Drehrichtung wechseln. Wird Sensor 1 betätigt, dann soll die Drehrichtung wieder wechseln. Der Motor soll nur drehen, wenn der Taster betätig wird. Vorbereitung: Funktionsplan und Stromlaufplan Hinweis: Benutzen Sie ein Flipflop, dessen Setz- und Rücksetzbedingung der Aufgabenstellung entspricht. Die Motorensteuerung sollten Sie wie Aufgabe lösen. Beachten Sie, dass der Motor nur drehen soll, wenn der Taster betätigt wird. 7.2 Wechselschaltung mit einem Taster und einem Sensor Entwerfen Sie einen Funktionsplan für eine Schaltung, durch die der Elektromotor von einem Taster und einem Sensor gesteuert wird. Die Nockenscheibe soll zunächst gegen den Uhrzeigersinn drehen. Wird Sensor 2 durch einen Nocken betätigt, dann soll die Drehrichtung wechseln. Immer wenn Sensor 2 erneut betätigt wird, dann soll die Drehrichtung wieder wechseln. Die Nockenscheibe soll nur drehen, wenn der Taster betätig wird. Vorbereitung: Funktionsplan und Stromlaufplan Hinweis: Siehe D-Flipflop und Vorlesungsskript. Die Motorensteuerung sollten Sie wie Aufgabe lösen. Beachten Sie, dass der Motor nur drehen soll, wenn der Taster betätigt wird. S1 S2 S S1 S2 S

7 8. Ablaufkette mit Elektromotor Ein Elektromotor soll über einen Taster und drei Sensoren gesteuert werden. Der Vorgang soll durch Betätigen eines Tasters gestartet werden. Die Nockenscheibe soll zunächst gegen den Uhrzeigersinn drehen. Dabei soll zunächst Sensor 3 ohne Wirkung überfahren werden. Wird Sensor 2 das erste Mal durch den Nocken betätigt, dann soll die Drehrichtung wechseln. Wird danach Sensor 3 betätigt, dann soll die Drehrichtung wieder wechseln. Sensor 2 soll ohne Wirkung überfahren werden. Wird Sensor 1 betätigt, dann soll die Drehrichtung wechseln. Der Vorgang soll beendet werden, wenn Sensor 3 betätigt wird. Die Nockenscheibe soll dann stehen bleiben. 8.1 Grobstruktur Vorbereitung: Grobstruktur für die gegebene Ablaufkette S1 S2 S3 S1 S2 S Nockenscheibe 1. Hinweis: Achten Sie auf die Bewegung der Nockenscheibe. 1. Dreht gegen Uhrzeigersinn 2. Sensor 2 schaltet die Drehrichtung um, dreht im Uhrzeigersinn 3. Sensor 3 schaltet die Drehrichtung um, dreht gegen Uhrzeigersinn 4. Sensor 1 schaltet Drehrichtung um, dreht im Uhrzeigersinn, Sensor 3 schaltet die Nockenscheibe ab 8.2 Feinstruktur Setzen Sie ihre Grobstruktur in eine Feinstruktur um. Aus dem Funktionsplan entwerfen Sie einen Stromlaufplan. Vorbereitung: Funktionsplan und Stromlaufplan Hinweis: Siehe Vorlesungsskript, Ablaufkette. Benutzen Sie ihre Kenntnisse aus dem Grundschaltungen für die Flipflops. Achten Sie auf Setz- und Rücksetzbedingungen. Die Motorensteuerung sollten Sie wie Aufgabe lösen. 9. Hilfe und Informationen 9.1 Vorbereitung Die gewünschte Vorbereitung ist jeweils angegeben. Sie muss zum Praktikum vollständig vorhanden sein und wird vor Beginn kontrolliert. Eine mangelhafte Vorbereitung führt zum 9

8 Ausschluss aus dem Praktikum. 9.2 Funktionsplan Der Funktionsplan ist der wichtigste Teil ihres Praktikums. Anhand dieses Planes erstellen Sie ihren Stromlaufplan. Wie setzt man nun gegebene Schaltpläne (z.b. die Grundschaltungen) oder Aufgaben in Funktionspläne um? Es gibt grundlegende Zusammenhänge die folgend dargestellt sind Identität und Negation Hierbei entsprechen ein Schließer-Kontakt einer Identität und ein Öffner-Kontakt einer Negation. Dieser Zusammenhand gilt generell in der Schaltungstechnik. Finden Sie eine Negation vor, ist zwingend ein Öffner-Kontakt an dieser Stelle zu verwenden. Nicht negierte Ein- bzw. Ausgänge sind Schließer-Kontakte Verzweigungen Sind Abzweigung in der Schaltung vorhanden, dann können diese äquivalent in den Funktionsplan und/oder in den Stromlaufplan übernommen werden. = 1 = Verknüpfungen Reihenschaltungen entsprechen dabei UND-Schaltungen, Parallelschaltungen ODER- Schaltungen. = Relaisschaltung Relais dienen zum Verstärken und Vervielfältigen von Signalen und Verknüpfungsergebnissen. Die verstärkten und vervielfältigten Signale liegen häufig identisch (als Schließer-Kontakt) oder negiert (als Öffner-Kontakt) vor. = & > = 1 = 10

9 9.3 Komplexe Schaltungen Anhand der Aufgabe 1.2 setzen wir den Funktionsplan eines dominierend setzenden Flipflops um. Der Schließer-Kontakt von mit dem Öffner von bildet eine UND-Verknüpfung, die wiederum parallel zu Taster liegt. Die Parallelschaltung ist eine ODER-Verknüpfung. ist ein Öffner, also eine Negation an dem UND-Eingang. Der Schließer-Kontakt von ist die Rückführung. = & 9.4 Zuordnungstabelle Sie müssen für die Schalttabelle definierte Zustände besitzen. Diese werden vorher von Ihnen festgelegt. Dabei wird der reale Schaltcharakter der jeweiligen Schaltelemente erläutert. Ohne eine Zuordnungstabelle ist keine richtige Schalttabelle möglich. Dabei gelten hier generell folgende Regeln (Beispiele): > = 1 = & Signalgeber Variable Zuordnung zum Wert der Variablen Der Schalter/Sensor ist nicht betätigt. betätigt. Taster 1 (Öffner) S7 1 0 Taster 2 (Schließer) S8 0 1 Sensor S1 0 1 Signalempfänger Variable Zuordnung zum Wert der Variablen Das Relais fällt ab, oder ist zieht an, oder ist abgefallen. angezogen. Relais (Spule) 0 1 Zuordnung zum Wert der Variablen Die Meldeleuchte ist dunkel oder wird dunkel. leuchtet, oder fängt an zu leuchten. 11

10 Meldeleuchte 0 1 Achten Sie auf Ein- und Ausgänge, Taster/Sensoren sind immer Signalgeber, während dessen Relais (Spule) und Meldeleuchten Signalempfänger sind. Bei unklarem Schaltcharakter sollte Sie testen, wann die Variable des Elementes den Wert 1 hat. 9.5 Schalttabelle In der Schalttabelle stehen alle möglichen Eingangskombinationen der Taster und die entsprechenden Verhalten der Ausgänge. Aus der Schalttabelle wird die Schaltalgebraische Gleichung entwickelt, anhand derer man den Funktionsplan entwickelt. Für die Schalttabelle ist eine Zuordnungstabelle unabdingbar, ich muss ja wissen, was 1 und 0 bei meinen Schaltelementen bedeutet. Beispielhaft wird die Schalttabelle von der ODER-Schaltung aus Aufgabe erläutert. (siehe auch Zuordnungstabelle) Variable Zustände S7 (Öffner) S8 (Schließer) Signal-Zeit-Diagramm Um dynamische Zustände aufzuzeigen, eigenen sich Signal-Zeit-Diagramme. Hierbei werden, wie bei der Schalttabelle, die Ausgangssignale in Abhängigkeit der Eingangskombinationen zeitlich dargestellt. Am Beispiel der Zeitverzögerung aus Aufgabe ergibt sich folgende Zeittabelle: Die t/s Einschaltverzögerung wird hier nicht weiter betrachtet, lediglich die Meldeleuchte ist entscheidend für die Darstellung. 12