AUT-PK1-170617 - Klausur PDF

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Mantelbogen , Prüfungsleistung 06 /17, AUT© 2017 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbHBitte ankreuzen **!**  Prüfungsleistung  Studienleistung  TB 00 -AUT-PK1– 170617  WB 00 -AUT-PK1– 170617Name, Vorname Matrikel-Nr.Studienzentrum StudiengangModul Automatisierungstechnik Datum 17 .06.Hinweis zur...

Description

Bitte ankreuzen !

 Studienleistung

 Prüfungsleistung  TB00-AUT-PK1–170617

 WB00-AUT-PK1–170617

Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum Studiengang Modul

Automatisierungstechnik

Datum

17.06.2017

Hinweis zur Prüfungsleistung: Die Klausur-Aufgaben können einbehalten werden. Dies bezieht sich nicht auf ausgeteilte Arbeitsblätter, auf denen Lösungen einzutragen sind.

Wichtige Hinweise zum Ablauf dieser Prüfung: Die Klausur besteht aus zwei Teilen:  Im 1. Teil werden Ihnen Aufgaben gestellt, die nur mit dem Taschenrechner als Hilfsmittel zu lösen sind.  Der 2. Teil enthält rechnerisch und grafisch zu bewältigende Aufgaben, die mit den angegebenen Hilfsmitteln zu lösen sind. Dieser Aufgabenteil wird Ihnen erst dann ausgehändigt, wenn die Arbeitsbögen und ggf. Arbeitsblätter zum 1. Teil beim Aufsichtsführenden abgegeben wurden. Bei der Zeitplanung ist zu beachten, dass für die Lösung des 2. Aufgabenteils im Durchschnitt 65 Minuten einzuplanen sind.

Ausgegebene Arbeitsbögen zum 1. Teil: _______

Abgegebene Arbeitsbögen zum 2. Teil: _______

Ausgegebene Arbeitsblätter +1 zum 1. Teil: _______

zum 1. Teil: _______

zum 2. Teil: _______

Abgegebene Arbeitsblätter 0 zum 2. Teil: _______

+1 zum 1. Teil: _______

0 zum 2. Teil: _______

_________________________________________

_________________________________________

Ort, Datum

Ort, Datum

_________________________________________

_________________________________________

Name in Druckbuchstaben und Unterschrift Aufsichtführende(r)

Prüfungskandidat(in)

Mantelbogen, Prüfungsleistung 06/17, AUT

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Mantelbogen, Prüfungsleistung 06/17, Automatisierungstechnik 1. Teil

Aufgabe

Bewertung

max. Punktezahl

HFH · Hamburger Fern-Hochschule 2. Teil

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

15

10

5

10

10

5

15

10

10

10



Note

100

Prüfer ggf. Gutachter1

_________________________________________

__________________________________________

Prüfer (Name in Druckbuchstaben)

Datum, Unterschrift

_________________________________________

__________________________________________

ggf. Gutachter (Name in Druckbuchstaben)

Datum, Unterschrift

Anmerkungen Prüfer:

________________________________ Datum, Unterschrift

Anmerkungen Gutachter:

________________________________ Datum, Unterschrift

Sonstige Anmerkungen:

________________________________ Datum, Unterschrift

––––––––––– 1

ggf. Gutachten im Rahmen eines Widerspruchsverfahrens

AUT-PK1-170617 – Mantelbogen

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Seite 4

Modul

Automatisierungstechnik

Art der Leistung

 Prüfungsleistung

Klausur

XX00-AUT-PK1-170617

Datum

17.06.2017

Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich: Verwenden Sie ausschließlich das vom Aufsichtsführenden zur Verfügung gestellte Papier und geben Sie sämtliches Papier (Lösungen, Schmierzettel und nicht gebrauchte Blätter) zum Schluss der Klausur wieder bei Ihrem Aufsichtsführenden ab. Eine nicht vollständig abgegebene Klausur gilt als nicht bestanden. Beschriften Sie jeden Bogen mit Ihrem Namen und Ihrer Immatrikulationsnummer. Lassen Sie bitte auf jeder Seite 1/3 der Breite als Rand für Korrekturen frei und nummerieren Sie die Seiten fortlaufend. Notieren Sie bei jeder Ihrer Antworten, auf welche Aufgabe bzw. Teilaufgabe sich diese bezieht. Die Lösungen und Lösungswege sind in einer für den Prüfer zweifelsfrei lesbaren Schrift abzufassen. Korrekturen und Streichungen sind eindeutig vorzunehmen. Unleserliches wird nicht bewertet. Bei numerisch zu lösenden Aufgaben ist außer der Lösung stets der Lösungsweg anzugeben, aus dem eindeutig hervorzugehen hat, wie die Lösung zustande gekommen ist. Die Klausur-Aufgaben können einbehalten werden. Dies bezieht sich nicht auf ausgeteilte Arbeitsblätter, auf denen Lösungen einzutragen sind. Zur Prüfung sind bis auf Schreib- und Zeichenutensilien ausschließlich die nachstehend genannten Hilfsmittel zugelassen. Werden andere als die hier angegebenen Hilfsmittel verwendet oder Täuschungsversuche festgestellt, gilt die Prüfung als nicht bestanden und wird mit der Note 5 bewertet. Bearbeitungszeit:

120 Minuten

Anzahl Aufgaben:

– 10 –

Höchstpunktzahl:

– 100 –

Hilfsmittel: Für die Aufgaben 1 bis 5: Taschenrechner Für die Aufgaben 6 bis 10: Studienbriefe, Taschenrechner, Formelsammlung eigener Wahl

Teil 1

Teil 2

Aufgabe

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



max. Punktezahl

15

10

5

10

10

5

15

10

10

10

100

Viel Erfolg!

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/17, AUT

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/17, TB, WB, AUT

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1. Teil der Klausur — Hilfsmittel: Taschenrechner —

Aufgabe 1

15 Punkte

Hinweis: Geben Sie bei allen Teilaufgaben den Lösungsweg an. 1.1

Nennen Sie vier unterschiedliche Kodierungen und wofür sie verwendet werden.

1.2

Zur Abspeicherung von nichtnegativen ganzen Zahlen (d. h. 0,1, 2, Verfügung. Bis zu welchem maximalen Wert können diese Zahlen a) im Dualcode b) im BCD-Code

) stehen 10 Bit zur

1 2

abgespeichert werden? 1.3

Wandeln Sie die Dezimalzahl 475 in den Dualcode um.

2

1.4

Ein Mikrocomputer verarbeitet positive und negative Zahlen im Einbyte-Format und erzeugt das Rechenergebnis 1000 0001. Wie groß ist die zugehörige Dezimalzahl?

2

1.5

Berechnen Sie im Dualzahlensystem mit Zweierkomplement den in Dezimal angegebenen arithmetischen Ausdruck 6,25  6 .

2

1.6

Die Dezimalzahl 66,1 soll in eine Dualzahl mit 4 Nachkommastellen umgewandelt werden. Wie lautet diese Dualzahl? Um welchen Wert weicht die Dualzahl von der Dezimalzahl ab?

2

1.7

Geben Sie die Hexadezimalzahl Z  2FD im BCD-Code an.

2

1.8

Zur Wegbestimmung bei einem Vorschubantrieb mit Spindel wird ein inkrementaler Winkelgeber verwendet. Die Spindel hat eine Steigung von S  8 mm / Umdrehung . Der Winkelgeber erzeugt 4000 Impulse pro Umdrehung, die von einem Zähler im Dualzahlencode gezählt werden. a) Welcher maximale (dezimale) Zählwert ergibt sich bei einer Messstrecke von 120 mm ? b) Mit wie vielen Bits muss das Datenformat des Zählers ausgelegt werden?

2

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/17, TB, WB, AUT

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Aufgabe 2

10 Punkte

In einer Transportanlage wird ein Ausgabetransportband von drei gleichen Zulieferbändern beschickt. Dabei hat das Ausgabetransportband jedoch nur die doppelte Kapazität eines Zulieferbandes. Folglich muss mit einem Verriegelungssignal y verhindert werden, dass bei zwei bereits laufenden Transportbändern, das dritte noch dazu geschaltet wird. Das Laufen der Zulieferbänder wird mit den Sensoren S 1 ,

S 2 und S3 überwacht. Dabei gilt (mit i  1, 2 und 3 ): 1, wenn das Band läuft. Si =  0, wenn das Band steht.

2.1

Tragen Sie in die Funktionstabelle des Arbeitsblattes (s. Anhang), die Werte für das Verriegelungssignal y ein. Dabei soll y  1 gelten, wenn zwei Bänder laufen.

4

Achtung: Ein Fall kommt nicht vor, hier ist bei y ein „ x “ zu setzen. 2.2

Geben Sie eine minimale Schaltungsgleichung zur Realisierung der Funktionstabelle an. Dabei ist zu beachten, dass der nicht vorkommende Fall in der Schaltungsgleichung mehrfach disjunktiv hinzugefügt werden kann, um damit zu einer minimalen Schaltungsgleichung zu kommen.

4

Hinweis: Auch eine nichtminimale Schaltungsgleichung wird gewertet. 2.3

Geben Sie die zugehörige logische Schaltung an.

Aufgabe 3

2

5 Punkte

Gegeben ist die Schaltungsgleichung y  ab v ( b v d ) c v a (b v c).

Realisieren Sie die Schaltungsgleichung mit einem Logikplan.

Aufgabe 4 4.1

10 Punkte

Mit der dargestellten logischen Schaltung (s. Abb. 1), genannt Multiplexer, wird jeweils eine von den vier Datenleitungen d1 , d2 , d3 und d4 auf den Ausgang y durchgeschaltet. Welche Datenleitung jeweils durchgeschaltet wird, hängt von den binären Werten der Steuerleitungen S0 und S1 ab.

4

Tragen Sie in die Funktionstabelle auf dem Arbeitsblatt (s. Anhang) ein, welche der vier Datenleitungen bei den vorgegebenen Werten von S 0 und S 1 jeweils auf den Ausgang y durchgeschaltet wird.

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/17, TB, WB, AUT

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Abb. 1 4.2

Ein Demultiplexer (s. Abb. 2, links) arbeitet umgekehrt wie der Multiplexer. Er verteilt das am Eingang anliegende Datensignal y abhängig vom Zustand der Steuerleitungen S0 und S1 auf verschiedene Datenausgänge d1, d 2, d 3 bzw. d 4 (s. Wertetabelle: Abb. 2, rechts).

6

Abb. 2 Realisieren Sie den Multiplexer mit einem Logikplan. Er besteht aus vier UND -Bausteinen, die entsprechend zu verdrahten sind.

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Aufgabe 5

10 Punkte

Von einem Übertragungsglied sind Amplituden- und Phasengang des Frequenzganges G(j ) asymptotisch im Bode-Diagramm dargestellt (s. Abb. 3).

Abb. 3 5.1

Wählen Sie aus den nachfolgend angegebenen Frequenzgängen denjenigen aus, der die im Bode-Diagramm dargestellten Kennlinien haben könnte.

3

1  jT1 1  jT j T , G2 ( j )  K , G3 ( j )  K oder j 1  jT 1  j T2 K . G4 ( j )  j 1  jT 

G1 ( j )  K

5.2

Wie bezeichnet man das Übertragungsverhalten dieses Gliedes?

2

5.3

Bestimmen Sie anhand der Kennlinien im Bode-Diagramm die Zahlenwerte der Parameter des von Ihnen gewählten Frequenzganges (wobei K natürlich nicht in dB anzugeben ist).

5

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Arbeitsblatt, Prüfungsleistung 06/17, AUT, TB, WB

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Name, Vorname, Matrikel-Nr.

Arbeitsblatt (zum 1. Teil der Klausur) Dieses Aufgabenblatt ist zugleich Teil Ihrer Arbeitsblätter. Tragen Sie bitte oben Ihren Namen und Ihre Matrikel-Nummer ein, und geben Sie dieses Blatt in jedem Fall zusammen mit Ihren übrigen Arbeitsblättern ab. Funktionstabelle zu Aufgabe 2.1:

S1

S2

S3

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

y

Funktionstabelle zu Aufgabe 4.1:

AUT-PK1-170617

S0

S1

0

0

0

1

1

0

1

1

y

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2. Teil der Klausur — mit Hilfsmitteln —

Aufgabe 6

10 Punkte

Implementieren Sie die angegebene Schaltungsgleichung in eine SPS-Anweisungsliste, ohne die Gleichung vorher umgeformt zu haben. Falls dabei Zwischenergebnisse anfallen, sind diese als Merker mit den Namen M1, M2, usw. abzuspeichern.

y  a v b  c v

 ab c v d  v c  d .

Hinweis: Im SB 3, Seite 34 sind in Tabelle 1.3 die Operatoren für eine AWL gegeben.

Aufgabe 7

15 Punkte

Es soll der Waschvorgang einer Waschmaschine gesteuert werden (s. Abb. 4). Nach dem Befüllen und Schließen der Tür (Türkontakt TUER  1 ) sowie anschließendem Betätigen des Starttasters ( START  1) sollen folgende Aktionen ausgeführt werden:        

Verriegeln der Tür mit einem Magnetschalter MS bis der Waschvorgang beendet ist Öffnen des Zulaufventils Y1 für Wasser bis der Wasserstandssensor S1 anspricht Einspülen des Waschmittels 3 s lang durch Öffnen des Ventils Y2 Aufheizen des Wassers durch Einschalten (Schütz K1) der Heizung bis Sensor S2 die erreichte Temperatur meldet Waschvorgang: Wiederholung von 5 Zyklen, wobei in einem Zyklus die Waschtrommel mit dem Motor 4 s lang links herum und 4 s lang rechts herum gedreht wird Wasser abpumpen mit Pumpe P bis die Trommel leer ist Schleudern mit großer Drehzahl des Motors 10 s lang Tür entriegeln

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Abb. 4: Schematische Darstellung der Waschmaschine

Zuordnungstabelle: Eingang

Meldung

Ausgang

Aktion

START

Waschprogramm starten mit START  1

MS

Magnetschloss schließt mit MS  1

TUER

Tür geschlossen mit TUER  1

Y1

Ventil öffnen mit Y1  1

S1

Trommel voll Wasser: S1  1

Y2

Ventil öffnen mit Y2  1

S2

Temperatur erreicht: S2  1

P

Pumpe ein mit P  1

Count_End

Zählende mit Count_End  1

K1

Heizung ein mit K1  1

K2

Trommelmotor M ein mit geringer Drehzahl und Dreh-richtung links herum:K2  1

K3

Trommelmotor M ein mit geringer Drehzahl und Dreh-richtung rechts herum:K3  1

K4

Trommelmotor M ein mit großer Drehzahl: K4  1

Reset_Counter

Zählerbaustein zurück setzen mit Impuls an Reset_counter

Count

Zählerbaustein weiterzählen mit Impuls an Count

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Schreiben Sie ein SPS-Programm in der grafischen Ablaufsprache (AS), das die Steuerung des Waschvorganges realisiert. Hinweise:  Für Wartezeiten ist eine Aktion mit dem Ausführungsattribut D (für delay) zu verwenden. Die Aktion wird nach der gewählten Zeit t aktiv, sofern der Schritt noch aktiv ist und dann solange der Schritt aktiv ist. Zum Beispiel wird mit der Aktion



die boolsche Variable T nach 5s gesetzt (mit den genannten Voraussetzungen). Verwendet man T für die Transitionsbedingung nach diesem Schritt, so ist diese nach 5 s erfüllt und der Schrittwechsel erfolgt. Die 5 Zyklen des Waschvorganges werden mit einem Zählerfunktionsbaustein gezählt. Er muss zu Beginn mit dem Initialisierungsschritt Init zurückgesetzt werden, indem die Ausgangsvariable Reset_Counter impulsartig mit dem Ausführungsattribut P aktiviert werden. Für das Weiterzählen muss die Ausgangsvariable Count impulsartig mit dem Ausführungsattribut P aktiviert wird. Das Erreichen des Zählwertes 5 meldet der Zähler über die Eingangsvariable Count_End mit dem Wert 1.

Aufgabe 8

10 Punkte

Betrachtet wird ein Servosystem mit

GS ( p) 

0, 5 p

und einem P-Regler

GR ( p)  K R (s. Blockschaltbild: Abb. 5). Neben der Führungsgröße w liegt am Eingang der Strecke noch die Störgröße z vor.

Abb. 5 8.1

Ermitteln Sie die Führungsübertragungsfunktion GW ( p) in der Form eines Verzögerungs-

2

gliedes entsprechender Ordnung (dabei ist z  0). 8.2

Welches Verzögerungsverhalten liegt bei GW ( p) vor?

1

8.3

Welcher Wert ergibt sich für den stationären Wert xStat nach einem Führungssprung mit der Amplitude w0 ? Dabei ist z  0 .

1

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8.4

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Ermitteln Sie die Störübertragungsfunktion GZ ( p) mithilfe von GW ( p) (dabei ist

2

w  0 ). 8.5

Wie groß ist die Reglerverstärkung K R zu wählen, sodass eine sprungförmige Störung auf ein Zehntel der Störamplitude z0 ausgeregelt wird, sodass also gilt

2

z x Stat   0 (dabei ist w  0 )? 10 8.6

Wie groß ist mit der Reglerverstärkung K R von Teilaufgabe 8.5 die Zeitkonstante T von

2

GW ( p) ?

Aufgabe 9

10 Punkte

Gegeben ist die PT1-Strecke mit

GS ( p) 

4 . 12p

Sie soll mit einem I-Regler mit

GR ( p) 

1 pTI

in dem dargestellten Regelkreis (s. Abb. 6) geregelt werden.

Abb. 6

9.1

Ermitteln Sie die Führungsübertragungsfunktion GW ( p) in der Form eines Verzögerungs-

3

gliedes entsprechender Ordnung. 9.2

Welches Übertragungsverhalten liegt bei GW ( p) vor?

1

9.3

Welcher Wert ergibt sich für den stationären Wert xStat nach einem Führungssprung mit der Amplitude w0 ?

1

9.4

Das Führungsverhalten des Regelkreises soll eine Dämpfung von D  0,6 erhalten. Ermitteln Sie hierfür die Integrationszeit TI des I-Reglers.

4

9.5

Welche Überschwingweite ü W in % ergibt sich mit dieser Reglereinstellung?

1

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