Automatisierungstechnik

Transkript

1 SS 2009 Anmerkungen: Aufgabenblätter auf Vollständigkeit überprüfen Nur Blätter mit lesbarem Namen werden korrigiert. Keine rote Farbe verwenden. Zu jeder Lösung Aufgabennummer angeben. Bitte haben Sie dafür Verständnis, dass wegen des Datenschutzes keinerlei telefonische Auskünfte gegeben werden! Aufgabe max. Punkte Summe 60 Note erreichte Punkte Anmerkungen Anmerkung: Die Punkteverteilung gibt nur eine Orientierungshilfe und kann sich bei der Korrektur ändern! Version: :18:00 Datei: Auto_WS0809_1.doc

2 Aufgabe 1 2 P Nennen Sie die wichtigsten Ziele der! Aufgabe 2 2 P Nennen Sie sechs Anwendungen der! Aufgabe 3 3 P Zeigen Sie die Funktionsweise eines automatischen Holzspalters in Form eines Funktionsdiagramms! Aufgabe 4 3 P Geben Sie einen vereinfachten Schaltausdruck für die unten angegebene logische Funktion an! a a b b c 0 x x 1 0 c x c d d d Aufgabe 5 2 P Wie sieht die Grundstruktur einer Steuerung aus? Aufgabe 6 2 P Welche spezielle Anforderungen sind der Grund für den Bau kundenspezifische Eingabegeräte? Aufgabe 7 7 P Skizzieren Sie die Temperaturregelung eines Gewächshauses als Regelkreis und benennen Sie die einzelnen Elemente! Aufgabe 8 3 P Nennen Sie ein mathematisches Gütekriterium zur Optimierung von Reglern!

3 Aufgabe 9 4 P Was ist ein Alias-Effekt? Wie kann man diesen verhindern? Aufgabe 10 3 P Welche verschiedenen Möglichkeiten kennen Sie einen Füllstand zu messen? Aufgabe 11 5 P Wie funktioniert ein Asynchronmotor? Warum wird dieser so oft eingesetzt? Aufgabe 12 s3 s1 t1 s2 t2 s4 t3 s5 t4 s6 8 P Wie kann das oben gezeigte Zustandsdiagramm in AWL umgesetzt werden? Aufgabe 13 2 P Warum ist die Echtzeitfähigkeit für Feldbussysteme so wichtig? Aufgabe 14 4 P Was versteht man unter einer Badewannenkurve?

4 Aufgabe P Skizzieren Sie einen Entwurf für die Ampelsteuerung der Ampeln mit Tastern und Kontaktschleifen der unten dargestellte Kreuzung! Gehen Sie nicht in die Details! Geben Sie für die prinzipielle Funktionsweise der Ampelanlage ein Zustandsdiagramm an!

5 Kurzlösung: Augabe 1: Rationalisierung Humanisierung Sicherheit Qualitätssteigerung Aufgabe 2: Fertigungsautomatisierung Prozessautomatisierung Netzleittechnik Energieerzeugung Verkehrsautomatisierung Gebäudeleittechnik Automobil Geräteautomatisierung Aufgabe 3: Holz einlegen Schalter Spaltzylinder Spaltzylinder Auswurf Aufgabe 4 f = c d a c b d Aufgabe 5: Aufgabe 6:

6 Ergonomie Menge und Art der einzugebenden Daten Umgebungsbedingungen, wie Wasser, Staub, Sonnenlicht, Erschütterungen, elektromagnetische Strahlung etc. Einbausituation und Platzverhältnisse Designvorgaben Vandalenschutz Hygienevorschriften Normen und Gesetze Aufgabe 7: Witterung Lüftung Regler Gewächshaus Heizung Temperaturvorgabe Temperaturfühler Temperatur Aufgabe 8: e(t) Reglerabweichung Quadratische Regelfläche! Q = et () 2 dt Aufgabe 9: 0 Ein Alias-Effekt tritt auf, wenn ein mit ein Signal abgetastet wird mit höheren Frequenzanteilen als die Abtastfrequenz. So erscheinen im abgetasteten Signal Frequenzen die in Wirklichkeit nicht vorhanden sind. Abhilfe schafft ein an die Abtastfrequenz angepasster Tiefpaß. Aufgabe 10: Ein Füllstand kann bestimmt werden: Über ein Schwimmkörper dessen Position über eine Wegmessung bestimmt wird (Potentiomenter) Über einen Verdrängerkörper dessen Auftriebskraft gemessen wird Über eine Radarsonde die aus dem Echo das Restvolumen bestimmt Bei einem ruhenden System über eine Gewichtsmessung eines Tanks

7 Aufgabe 11: Im Asynchronmotor dreht sich im Stator das elektrische Feld mit der Netzfrequenz. Der Rotor ist ein Kurzschlussläufer. Durch das Drehfeld im Stator wird eine Spannung induziert und damit fließt ein Strom im Kurzschlussläufer. Über die Lorenzkraft erzeugt der Strom am äußeren Drehfeld ein Drehmoment. Dieser Effekt tritt nur dann auf, wenn die mechanische Drehzahl ungleich der elektrischen Drehzahl ist. Deshalb nennt man diesen Motor einen Asynchronmotor. Der große Vorteil dieses Motors ist die Verschleißfreiheit da keine Bürsten für den Kommutator erforderlich sind sowie die relativ hohe Leistungsdichte durch den Antrieb über Drehstrom Aufgabe 12: Aufgabe 13: Die Echtzeitfähigkeit garantiert, dass Mess- und Stellsignale innerhalb einer garantierten (dem Prozess angepassten) Zeit übertragen werden. Ansonsten könnte das System außer Kontrolle geraten. Aufgabe 14:

8 Aufgabe 15: Als erstes ist eine vollständige Ein- Ausgangsliste zu erstellen, die alle Lampen der Ampelanlage, die Kontaktschleifen und Taster enthält. Die Symboltabelle ist später um die Zustände und Transitionen zu erweitern. Dann wird das Grobverhalten der Anlage mit Hilfe eines Zustandsgraphen beschrieben. Dieser Zustandsgraph wird dann weiter detailliert und auch das Verhalten bei Störungen berücksichtigt. Evtl. ist die Ampelanlage auch mit weiteren Anlagen abzustimmten. So wird dann das Schaltverhalten durch die Zustände benachbarter Ampelanlagen und die Fahrtzeit dazwischen zusätzlich bestimmt. Das Grobverhalten der Anlage ist, dass zyklisch die Zustände: z0 Ampel ist aus, alle gelben Lampen blinken! (Startzustand, Fehlerzustand) z1 Verkehrsfluss in WO-Richtung (auch Radfahrer und Fußgänger) z2 Linksabbieger in WO-Richtung z3 Verkehrsfluss in NS-Richtung z4 Linksabbieger in NS-Richtung durchlaufen werden. Die Information aus den Kontaktschleifen und der Grünanforderung der Fußgänger wird dazu genutzt bestimmte Zustände zu überspringen oder die Dauer der einzelnen Ampelphasen entsprechend anzupassen. z0 t5 t1 z1 t2 z4 z2 t4 z3 t3