AUT-PK1-180616 - Klausur PDF

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Mantelbogen , Prüfungsleistung 06 /18, AUT© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule gGmbH XX00-AUT-PK1- 180616Bitte ankreuzen **!**  Prüfungsleistung  Studienleistung  TB 00 -AUT-PK1-1 80616  WB 00 -AUT-PK1- 180616Name, Vorname Matrikel-Nr.Studienzentrum StudiengangModul Automatisierungstechnik Da...

Description

Bitte ankreuzen !

 Studienleistung

 Prüfungsleistung  TB00-AUT-PK1-180616

 WB00-AUT-PK1-180616

Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum Studiengang Modul

Automatisierungstechnik

Datum

16.06.2018

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 +1 zum 2. Teil: _______

zum 1. Teil: _______

zum 2. Teil: _______

_________________________________________

_________________________________________

Ort, Datum

Ort, Datum

_________________________________________

_________________________________________

Name in Druckbuchstaben und Unterschrift Aufsichtführende(r)

Prüfungskandidat(in)

Mantelbogen, Prüfungsleistung 06/18, AUT

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XX00-AUT-PK1-180616

Mantelbogen, Prüfungsleistung 06/18, Automatisierungstechnik Aufgabe

Bewertung

max. Punktezahl

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

1. Teil

2. Teil

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

7

8

12

13

10

15

15

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-PK1-180616 – Mantelbogen

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Seite 4

Modul

Automatisierungstechnik

Art der Leistung

 Prüfungsleistung

Klausur

XX00-AUT-PK1-180616

Datum

16.06.2018

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:

–9–

Höchstpunktzahl:

– 100 –

Hilfsmittel: Für die Aufgaben 1 bis 5: Taschenrechner Für die Aufgaben 6 bis 9: Studienbriefe, Taschenrechner, Formelsammlung eigener Wahl

Teil 1

Teil 2

Aufgabe

1

2

3

4

5

6

7

8

9



max. Punktezahl

10

7

8

12

13

10

15

15

10

100

Viel Erfolg!

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/18, AUT

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/18, TB, WB, AUT

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1. Teil der Klausur — Hilfsmittel: Taschenrechner —

Aufgabe 1

10 Punkte

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

Wandeln Sie die Dezimalzahl 7563 in den BCD-Code um.

2

1.2

Konvertieren Sie die negative Dezimalzahl Z D  5 ins 4Bit-Zweierkomplement Z ZK .

2

1.3

In einem Byte sollen ganze positive und negative Zahlen abgespeichert werden, wobei die negativen Zahlen im Zweierkomplement dargestellt werden. Geben Sie den Wertebereich mit Dezimalzahlen an.

1

1.4

Ermitteln Sie von der Binärzahl ZB  1011,011 die zugehörige Dezimalzahl ZD .

2

1.5

Berechnen Sie im Binärzahlensystem mit Zweierkomplement die Differenz ZD  7  10 .

2

1.6

Wie viele Speicherzellen enthält ein 4K-organisierter Speicherbaustein?

1

Aufgabe 2

7 Punkte

Gegeben ist der nachfolgend dargestellte Stromlaufplan mit den Schließern S2 und S3, den Öffnern S1 und S4, dem Relais K mit seinem Kontakt k und dem Leuchtmelder L. Diese Verdrahtungssteuerung soll mit einer SPS-Anlage ersetzt werden. Geben Sie hierfür den Logikplan an.

AUT-PK1-180616 – Aufgaben

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/18, TB, WB, AUT

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

Aufgabe 3

8 Punkte

Bei der Überwachung einer technischen Anlage wird die Ausgangsgröße y aus den drei Eingangsgrößen a, b und c gemäß folgender Funktionstabelle gebildet:

a

b

c

y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

0

3.1

Geben Sie die Schaltungsgleichung für die Ausgangsgröße y an.

3

3.2

Vereinfachen Sie mithilfe der Schaltalgebra die Schaltungsgleichung so, dass die Anzahl der logischen Verknüpfungen minimal ist.

5

Aufgabe 4

12 Punkte

Gegeben ist ein Tastenfeld mit den Tasten a, b und c, die im betätigten Zustand den logischen Wert 1 und im nicht betätigten Zustand den logischen Wert 0 erzeugen. Bei Betätigung von mehr als einer Taste soll ein Piepton erklingen, da die Tasteneingabe hierbei nicht eindeutig ist. Mit einer logischen Schaltung soll ein Signal y erzeugt werden, das den Piepton mit dem logischen Wert 1 einschaltet. 4.1

Geben Sie in der Funktionstabelle auf dem Arbeitsblatt 1 (s. Anhang) die Werte für die Ausgangsgröße y an.

4

4.2

Geben Sie eine minimale Lösung der Schaltungsgleichung an. Hinweis: Eine Vereinfachung der Schaltungsgleichung ist möglich, indem zunächst ein Term zweimal disjunktiv hinzugefügt wird.

4

4.3

Geben Sie für die unter der Aufgabe 4.2 ermittelte Schaltungsgleichung die logische Schaltung an. Hinweis: Auch eine nicht minimale Schaltungsgleichung wird gewertet.

4

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/18, TB, WB, AUT

Aufgabe 5

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13 Punkte

5.1

Geben Sie von der dargestellten logischen Schaltung mit den Eingangsgrößen a, b und c sowie der Ausgangsgröße y die Funktionstabelle auf dem Arbeitsblatt 1 (s. Anhang) an. Hinweis: Bilden Sie erst die Werte für z und anschließend die für y.

8

5.2

Geben Sie für die logische Schaltung eine reduzierte Variante an, indem Sie die Bildung von z durch einen logischen Baustein und die restlichen drei Bausteine zur Bildung von y durch einen weiteren logischen Baustein ersetzen.

5

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Arbeitsblatt 1, Prüfungsleistung 06/18, AUT, TB, WB

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Name, Vorname, Matrikel-Nr.

Arbeitsblatt 1 (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 4.1:

a

b

c

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 5.1:

AUT-PK1-180616 – Arbeitsblatt 1

a

b

c

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

z

y

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/18, TB, WB, AUT

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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 sie als Merker mit den Namen M1, M2, usw. abzuspeichern.





y  x1x2  x2  x4 x3  x1 x2  x3  .

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

Aufgabe 7

15 Punkte

Bei einer Beschickungsanlage wird aus einem Silo über eine Förderschnecke mit dem Antriebsmotor M1 ein rieselfähiges Gut auf ein mit dem Motor M2 angetriebenes Transportband gebracht und von dort in einen Behälter gefüllt (s. Technologieschema in nachfolgender Abb. 1). Der Behälter steht auf einer Waage, die über einen Sensor S3 meldet, wenn der Behälter eine bestimmte Füllmenge erreicht hat, jedoch noch nicht ganz voll ist. Dann wird die Förderschnecke ausgeschaltet. Das Transportband lässt man noch eine Nachlaufzeit laufen, bevor es ausgeschaltet wird, damit das Fördergut vollständig vom Band entleert wird. Der laufende Betrieb wird mit einer grünen Signalleuchte L1 und das nachzufüllende Silo bzw. ein gefüllter Behälter mit einer roten Signalleuchte L2 gemeldet. Funktionsweise im Detail: Der Beschickungsvorgang wird mit Betätigung des Tasters START gestartet Die nachfolgend beschriebenen weiteren Aktionen werden mit einer SPS gesteuert.  Ausgangspunkt der Ablaufsteuerung ist der Init-Schritt, bei dem die Leuchten L1 und L2 auszuschalten sind. Mit START = 1 soll der Übergang vom Init-Schritt zum Schritt 1 erfolgen, bei dem die Signalleuchte L1 auf Grün zu setzen ist.  Der Bandmotor M2 wird eingeschaltet, sofern das Silo nicht leer (Sensor S1 = 0) und ein Behälter vorhanden (Sensor S2 = 1) ist. Mit BA = 1 wird signalisiert, wenn das Transportband läuft.  Die mit dem Motor M1 angetriebene Förderschnecke wird eingeschaltet, nachdem für eine Vorlaufzeit TV = 10s das Transportband bereits läuft, damit sich das Fördergut nicht auf dem Band staut.  Förderschnecke wird ausgeschaltet, wenn das Silo leer ist (S1 = 1) oder der Behälter gefüllt ist (S3 = 1).  Ist das Silo leer, wird das Transportband angehalten und die Leuchte L2 auf Rot gesetzt. Nach dem manuellen Auffüllen wird der Beschickungsvorgang mit Betätigung von START fortgesetzt.  Ist der Behälter gefüllt, wird der Bandmotor nach einer Nachlaufzeit TN = 30s ausgeschaltet. Die Signalleuchte L1 wird ausgeschaltet und L2 auf Rot gesetzt, nachdem das Band steht. Der volle Behälter wird entfernt, nachdem die grüne Lampe aus und die rote Lampe angegangen ist. Mit der Anlieferung eines leeren Behälters kann der Beschickungsvorgang mit Betätigung von START von neuem beginnen.

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/18, TB, WB, AUT

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Hinweis: 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. Zum Beispiel wird mit der Aktion D t#5s

T

die boolsche Variable T nach 5s gesetzt (mit der genannten Voraussetzung). Verwendet man T für die Transitionsbedingung nach diesem Schritt, so ist sie nach 5s erfüllt und der Schrittwechsel erfolgt.

Abb. 1: Technologieschema Geber

Meldung

START

Vorgang starten: START = 1

S1

Silo leer: S1 = 1

S2

Behälter vorhanden: S2 = 1

S3

Behälter gefüllt: S3 = 1

BA

Band läuft: BA = 1

Aktuator

Aktion

M1 ein:

M1 = 1

M2 ein:

M2 = 1

Grüne Signalleuchte L1 ein

L1 = 1

Rote Signalleuchte L2 ein

L2 = 1

Auftrag: Schreiben Sie ein SPS-Programm in der grafischen Ablaufsprache (AS), welches den beschriebenen Beschickungsvorgang steuert.

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/18, TB, WB, AUT

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Aufgabe 8

15 Punkte

Eine IT1-Strecke mit der Übertragungsfunktion GS ( p) 

0,4 p 1  12,5 p

wird mit einem PDT1-Regler mit der Übertragungsfunktion

GR ( p)  KR

1  pTV 1  pT1

in dem nachfolgend dargestellten Regelkreis geregelt.

Die Vorhaltezeit TV soll die Verzögerungszeit der Strecke kompensieren (Parameterkompensation). Außerdem soll die Verzögerungszeit T1 des Reglers zu T T1  V 5

gewählt werden. 8.1

Geben Sie die Übertragungsfunktion

2

GO ( p)  GR ( p )GS ( p ) des offenen Kreises mit Zahlenwerten an (geeignet kürzen!) 8.2

Geben Sie die Führungsübertragungsfunktion GW ( p) in einer entsprechenden Standardform an.

3

8.3

Bestimmen Sie die Reglerverstärkung K R für eine Dämpfung von D  0,6 bei GW ( p) .

4

8.4

Bestimmen Sie den stationären Wert xStat der Regelgröße nach einem Führungssprung mit w0  1 (dabei ist z  0 ).

1

8.5

Ermitteln Sie die Störübertragungsfunktion GZ ( p)  x z mit Zahlenwerten, indem Sie

3

GW ( p ) mit verwenden. 8.6

Bestimmen Sie den stationären Wert x Stat der Regelgröße nach einem Störsprung mit z0  1 (dabei ist w  0 ).

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2

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 06/18, TB, WB, AUT

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Aufgabe 9

10 Punkte

Die mit der Übertragungsfunktion GS ( j ) 

0,5 j 1  2j 

gegebene Strecke wird in einem einschleifigen Regelkreis mit einem P-Regler mit

GR  KR geregelt. 9.1

Zeichnen Sie in das im Anhang befindliche Bode-Diagramm (Arbeitsblatt 2) die Amplituden- und Phasenkennlinie der Strecke asymptotisch.

7

Hinweis: Zeichnen Sie zunächst die Kennlinien der I- und PT1-Teilsysteme und addieren Sie sie anschließend grafisch. Verwenden Sie hierbei mehrere Farben, jedoch nicht Rot. 9.2

Der Regelkreis soll eine Phasenreserve von  R  67,5  erhalten. Ermitteln Sie hierfür aus dem Bode-Diagramm die erforderliche Reglerverstärkung K R .

AUT-PK1-180616 – Aufgaben

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3

Seite 8/8

Arbeitsblatt 2, Prüfungsleistung 06/18, AUT, TB, WB

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Name, Vorname, Matrikel-Nr.

Arbeitsblatt 2 (zum 2. 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.

Zu Aufgabe 9.1:

A in dB

 in [°]

 in rad/s

AUT-PK1-180616 – Arbeitsblatt 2

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Modul

Automatisierungstechnik

Art der Leistung

 Prüfungsleistung

Klausur

XX00-AUT-PK1-180616

Datum

16.06.2018

Für die Bewertung und Abgabe der Prüfungsleistung sind folgende Hinweise verbindlich:

Die Vergabe der Punkte nehmen Sie bitte so vor, wie in der Korrekturrichtlinie ausgewiesen. Eine summarische Angabe von P...