Automatisierungstechnik

SS 2008 Automatisierungstechnik Prof. Dr.-Ing. K. Wöllhaf 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 1 5 2 2 3 4 4 5 5 5 6 3 7 3 8 12 9 3 10 4 11 3 12 4 13 2 14 2 15 3 Summe 60 Note erreichte Punkte Anmerkungen Anmerkung: Die Punkteverteilung gibt nur eine Orientierungshilfe und kann sich bei der Korrektur ändern! Version: 17.07.2008 16:27:00 Datei: Auto_SS08_1.doc Automatisierungstechnik 1/8 Prof. Dr.-Ing. K. Wöllhaf

Aufgabe 1 5 P Was sind die Aufgaben der Automatisierungstechnik? Aufgabe 2 2 P Welcher Zusammenhang besteht zwischen Standardisierung und Automatisierung? Aufgabe 3 4 P Nennen Sie zwei Arten der technischen Umsetzung von Steuerungen und nennen Sie die Vor- und Nachteile! Aufgabe 4 5 P Erstellen Sie eine Wahrheitstabelle für die Funktion e= a ( b c) ( c d)! Aufgabe 5 5 P Geben Sie einen vereinfachten logischen Ausdruck für die im nachfolgenden Karnaugh-Veitch Diagramm dargestellte Verknüpfungslogik an! I B /B A /A * * 1 0 /D * * 0 0 0 * 0 0 D 1 * 1 1 /D /C C /C Aufgabe 6 3 P Aus welchen Baugruppen besteht eine SPS? Aufgabe 7 3 P Welche Aufgabe hat eine Symboltabelle? Aufgabe 8 12 P Spezifizieren Sie die Steuerung einer Fußgängerampel! Automatisierungstechnik 2/8 Prof. Dr.-Ing. K. Wöllhaf

Aufgabe 9 3 P Wägen Sie die Vor- und Nachteile ab, statt eines kommerzielle PCbasiertes BuB System direkt die Funktionen der graphischen Bedienoberfläche eines Betriebssystems zu nutzen! Aufgabe 10 4 P Beschreiben Sie ein ABS-Bremse eines Autos als Regelkreis! Aufgabe 11 3 P Welche Struktur hat ein Frequenzumrichter und wie funktioniert dieser? Aufgabe 12 4 P Wie funktioniert die sogenannte Kreuzschaltung um z. B. ein Licht von beliebig vielen Schaltern betätigen zu können? Welche Vor- und Nachteile hat eine solche Schaltung? Aufgabe 13 2 P Warum werden bei Baumaschinen häufig hydraulische Antriebe verwendet? Aufgabe 14 2 P Nennen Sie die Fehlerarten von Messkennlinien? Aufgabe 15 3 P Nennen Sie drei Arten von Positionsmessungen! Automatisierungstechnik 3/8 Prof. Dr.-Ing. K. Wöllhaf

Kurzlösung Aufgabe 1: Automatische (selbständig ohne Zutun des Menschen) Durchführung von Aufgaben Bedienen und Beobachten vom Maschinen und technischen Anlagen (einschließlich fernwirken) Erhöhung der Sicherheit Einsparung von Personalkosten Vereinheitlichung der Qualität Aufgabe 2: Die Standardisierung von Produkten und Prozessen ist in der Regel die Voraussetzung für die technische Machbarkeit und die Wirtschaftlichkeit einer Automatisierungslösung Aufgabe 3: Jeweils zwei von den angegebenen Lösungen: Speicherprogrammierbare Steuerungen sind speziell für steuerungstechnische Anwendungen entwickelte Mikrocomputersteuerungen und deren Programme Eingänge Programmschrittzähler Programmspeicher Prozessor Ausgänge Die logische Schaltung wird durch die Verschaltung von logischen Bauelementen (elektrisch, elektronisch, pneumatisch ) programmiert Für viele Steuerungsaufgaben können anschlussfertige universelle Geräte verwendet werden Programmänderungen können mit Programmiergeräten sehr einfach durchgeführt werden SPSen sind für mittlere bis komplexe Steuerungaufgaben die kostengünstigere Lösung Die Dokumentation der Programm wird automatisch erstellt Verarbeitungsgeschwindigkeit ist von der Größe des Steuerungsprogramms abhängig Verarbeitungsgeschwindigkeit begrenzt Geeignet für sicherheitskritische Schaltungen Durch unmittelbare und parallele Signalverarbeitung sind sehr schnelle Reaktionszeiten möglich Keine Programmierkenntnisse erforderlich Programmierung durch klassische Methoden der Elektrotechnik, Pneumatik, Hydraulik Kein Absturz des Mikrocontrollers möglich Hoher Aufwand bei der Implementierung Dokumentation aufwändig Änderungsmöglichkeiten stark eingeschränkt Die Steuerungsfunktion wird direkt auf einem Mikrocontroller mit Hilfe von Assembler oder C programmiert Leistungsfähige PCs mit Standardschnittstellen Industrie PC Mini- ITX Mikrocontroller und Programmierwerkzeuge sind zum Teil sehr preiswert Beliebige Flexibilität in der Programmierung Peripherie kann den Anforderungen angepasst werden Kein Absturz des Mikrocontrollers möglich Entwicklung spezieller Platinen für die jeweilige Anwendung Besonders geschultes Personal erforderlich Keine Standards Nachhaltigkeit problematisch Komplexes Betriebssystem (Windows, Windows-CE, Linux) bietet umfangreiche Funktionalität Riesige Auswahl an Programmen und Werkzeugen Dokumentation und Schulung verbreitet verfügbar Leistungsfähige Hardware Auch im Kompaktformat verfügbar (Mini-PCs) Relativ geringer Preis Geschwindigkeit stark eingeschränkt! Stabilität der Betriebssysteme Nachhaltigkeit Automatisierungstechnik 4/8 Prof. Dr.-Ing. K. Wöllhaf

Aufgabe 4: a b c d a ( b c) ( c d) a ( b c) ( c d) 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 Aufgabe 5: I B /B A /A * * 1 0 /D * * 0 0 0 * 0 0 D 1 * 1 1 /D /C /C ( ) ( ) C = C D B D Aufgabe 6: Baugruppen: Prozessor Stromversorgung Digital I/O Analog I/O Busankopplung Regler Aufgabe 7: Übersicht der Ein- und Ausgänge eines Systems Dokumentation der physikalischen Schnittstellen der Steuerung Erhöht die Lesbarkeit der Programme Automatisierungstechnik 5/8 Prof. Dr.-Ing. K. Wöllhaf

Aufgabe 8: Symboltabelle: Name Typ In/Out/Merker Kommentar S1 bool In Taste 1 für Fußgänger S2 bool In Taste 2 für Fußgänger LSchalter bool Out Lampe am Schalter rotf bool Out Rotsignal Fußgänger 2x gruenf bool Out Rotsignal Fußgänger 2x rota bool Out Signale für Autoampel 2x gelba bool Out Signale für Autoampel 2x gruena bool Out Signale für Autoampel 2x z1 bool Merker Zustand Auto grün z2 bool Merker Taste gedrückt z3 bool Merker Ende grün Auto z4 bool Merker Ende gelb Auto z5 bool Merker Grün Fußgänger z6 bool Merker Ende Grün Fußgänger z7 bool Merker Gelb-Grün Auto z8 bool Merker Störung z1 z7 z6 z5 z4 z8 Bei Störung für alle Zustände z2 z3 Automatisierungstechnik 6/8 Prof. Dr.-Ing. K. Wöllhaf

Aufgabe 9: Betriebssystem weit verbreitet Viele Programmierer sind mit dem System vertraut Dokumentation und Schulungsunterlagen weit verbreitet Graphische Bedienelemente bekannt und verfügbar Stabilität des Betriebsystems Spezielle für die Automatisierungstechnik wichtige BuB Elemente müssen zugekauft werden Keine Unterstützung bei der Ankopplung an die Automatisierungstechnik Aufgabe 10: Verzögerungsvorgabe Fahrer ABS- Regelung Bremssystem Fahrzeug Messung Raddrehzahl Aufgabe 11: Fahrzeuggeschwindigkeit Zwischenkreis (Gleichspannung) Gleichrichterichter Wechsel- ~ ~ Ein Frequenzumrichter wandelt eine Wechselspannung in eine Gleichspannung und dann wiederum in eine Wechselspannung anderer oder varibler Frequenz um. Die Wechselspannung wird über eine Pulsweitenmodulation erzeugt. Automatisierungstechnik 7/8 Prof. Dr.-Ing. K. Wöllhaf

Aufgabe 12: Der Vorteil dieser Schaltung ist, dass beliebig viele Schalter verwendet werden können ohne dass ein Relais im Sicherungskasten benötigt wird, der Nachteil ist, dass zu jedem Schalter anstatt zwei vier Kabel gelegt werden müssen! Aufgabe 13: Hydraulische Antriebe haben auf ihr Volumen bezogen eine sehr hohe Leistungsdichte. Auch lassen sich gut stellen und regeln. Translatorische als auch rotatorische Antriebe sind verfügbar. Aufgabe 14: Fehlerarten: Ausgangsgröße Linearitätsfehler Steigungsfehler ideale Kennlinie Hysterese Nullpunktabweichung Meßgröße Aufgabe 15: Positionsmessung über: Resistive Positionsmesser Induktive Wegmessung Magnetostriktive Wegmessung Automatisierungstechnik 8/8 Prof. Dr.-Ing. K. Wöllhaf