AUT-PK1-181201 - Klausur PDF

Preview

Summary

Mantelbogen , Prüfungsleistung 12 /18, AUT© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH XX00-AUT-PK1- 181201Bitte ankreuzen **!**  Prüfungsleistung  Studienleistung  TB 00 -AUT-PK1-18 1201  WB 00 -AUT-PK1- 181201Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum StudiengangModul Automatisierungstechnik Da...

Description

Bitte ankreuzen !

 Studienleistung

 Prüfungsleistung  TB00-AUT-PK1-181201

 WB00-AUT-PK1-181201

Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum Studiengang Modul

Automatisierungstechnik

Datum

01.12.2018

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 12/18, AUT

© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

XX00-AUT-PK1-181201

Mantelbogen, Prüfungsleistung 12/18, Automatisierungstechnik Aufgabe

Bewertung

max. Punktezahl

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

1. Teil

2. Teil

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

15

10

10

10

5

10

5

10

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-PK1-181201 – Mantelbogen

© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

Seite 4

Modul

Automatisierungstechnik

Art der Leistung

 Prüfungsleistung

Klausur

XX00-AUT-PK1-181201

Datum

01.12.2018

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:

– 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

10

10

5

10

5

10

15

10

100

Viel Erfolg!

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/18, AUT

© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

Seite 1/7

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/18, AUT, TB, WB

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

1. Teil der Klausur — Hilfsmittel: Taschenrechner —

Aufgabe 1

15 Punkte

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

Wandeln Sie die BCD-codierte Dezimalzahl 0101 0111 1001BCD in die wertentsprechende Dualzahl ZDual um.

3

1.2

Ein Mikrocomputer verarbeitet positive und negative Zahlen im Einbyte-Format. Hierbei soll die Zahl ZDual  1000 1111ZK dekrementiert, d. h. um 1 subtrahiert werden. Wie groß ist die zugehörige Dezimalzahl nach der Subtraktion?

3

1.3

Führen Sie im Dualzahlensystem die im Dezimalzahlensystem gegebene Addition SDez.  13,25  5,75 durch.

2

1.4

Stellen Sie die gebrochen rationale Dezimalzahl ZDez.  30,151 0 möglichst genau als Dualzahl Z Dual mit 4 Stellen nach dem Komma dar. Geben Sie außerdem die Abweichung Δ zwischen Z Dez. und Z Dual als Dezimalzahl an.

2

1.5

Führen Sie im Dualzahlensystem die im Dezimalzahlensystem gegebene Multiplikation PDez.  17 12 durch.

3

1.6

Bei der Einfahrt zu einer Tiefgarage werden die Autos mit einem digitalen Zähler gezählt. Die Tiefgarage kann maximal 1350 Autos aufnehmen. Wie viele Bits benötigt der Zähler mindestens?

2

Aufgabe 2

10 Punkte

Gegeben ist der dargestellte Kontaktplan mit den Sensorsignalen S1 bis S4 und dem Aktor K.

2.1

Setzen Sie den Kontaktplan in eine Schaltungsgleichung um.

5

2.2

Stellen Sie den Kontaktplan als Logikplan dar.

5

AUT-PK1-181201 – Aufgaben

© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

Seite 2/7

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/18, AUT, TB, WB

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

Aufgabe 3

10 Punkte

In einem Bürogebäude wird der Sonnenschutz durch Eingang Jalousien automatisch gesteuert. Damit heruntergefahrene S1 Jalousien bei starken Winden nicht beschädigt werden, S2 müssen sie, trotz Sonne, automatisch in die obere Position S3 gefahren werden. Die Sonneneinstrahlung wird mit einem Lichtsensor S1, der Wind mit einem Windsensor S2 S4 erfasst. Der Lichtsensor erfasst über einen bestimmten Ausgang Zeitraum die Lichtintensität und meldet, wenn deren K1 Mittelwert eine Schwelle überschreitet. Analog funktioniert der Windsensor. Dadurch wird ein ständiges K2 Auf- und Abwärtsfahren der Jalousien vermieden.

Meldung Sonneneinstrahlung groß/nicht groß: S1 = 1/0 Wind groß/nicht groß: S2 = 1/0 Jalousie oben/nicht oben S3 = 1/0 Jalousie unten/nicht unten S4 = 1/0 Aktion Jalousiemotor aufwärts ein/aus K1 = 1/0 Jalousiemotor abwärts ein/aus K2 = 1/0

Der Jalousiemotor wird mittels des Relais K1 "aufwärts" und des Relais K2 "abwärts" gesteuert. Mit Endkontakten S3 und S4 werden die Endstellungen der Jalousien erfasst. Die Relais sind selbsthaltend ausgeführt und werden jeweils durch die Endkontakte ausgeschaltet. Für die Sensoren und Aktoren gilt die Zuordnungstabelle. 3.1

Geben Sie zunächst in der Funktionstabelle auf dem Arbeitsblatt die Werte für die Ausgänge K1 und K2 an. Hinweis: Die Funktionstabelle enthält nicht die Eingangswerte mit S3 = S4 = 0 sowie S3 = S4 = 1, da die Motoransteuerung stets aus den Endpositionen erfolgt.

4

3.2

Ermitteln Sie anhand der Funktionstabelle die Schaltungsgleichungen für K1 in disjunktiver Normalform.

3

3.3

Erstellen Sie einen Logikplan zur Bildung der Ausgangsgröße K1.

3

Aufgabe 4

10 Punkte

Gegeben ist eine vierstellige Dualzahl [ x 3x 2x1x 0 ], wobei x0 das niederwertigste Bit ist, das eingangsseitig auf einen Logikplan geführt wird. Der Ausgang y des Logikplans soll den Wert 1 annehmen, wenn die Dualzahl folgende Werte annimmt: 7   x3x2 x1x0   11

4.1

Geben Sie zunächst in der Funktionstabelle auf dem Arbeitsblatt die Werte für den Ausgang y an.

4

4.2

Ermitteln Sie anhand der Funktionstabelle auf dem Arbeitsblatt die zugehörige Schaltungsgleichung in disjunktiver Normalform.

2

4.3

Vereinfachen Sie die Schaltungsgleichung.

4

Aufgabe 5

5 Punkte

Zeichnen Sie die allgemeine Struktur des Regelkreises, bestehend aus 4 Regelkreisgliedern und einem Störeingriff am Ausgang. Benennen Sie die Regelkreisglieder und alle Signale des Regelkreises mit regelungstechnischen Namen.

AUT-PK1-181201 – Aufgaben

© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

Seite 3/7

Arbeitsblatt, Prüfungsleistung 12/18, AUT, TB, WB

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

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 3.1: S1

S2

S3

S4

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

0

1

K1

K2

Funktionstabelle zu Aufgabe 4.1:

AUT-PK1-181201 – Arbeitsblatt

x0

x1

x2

x3

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

y

© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

Seite 1/1

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/18, AUT, TB, WB

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

2. Teil der Klausur — mit Hilfsmitteln —

Aufgabe 6

10 Punkte

Die dargestellte logische Schaltung ist mit einer SPS-Anweisungsliste (AWL) zu realisieren. Gegebenenfalls benötigte Merker sind mit M1, M2, M3 usw. anzugeben. Hinweis: Im SB 3, Seite 34 sind in Tabelle 1.3 die Operatoren für eine AWL gegeben.

Aufgabe 7

5 Punkte

Im Bode-Diagramm sind die asymptotischen Amplituden- und Phasenkennlinien vom Regler (ausgezogen) und der Strecke (gestrichelt) eines Regelkreises dargestellt. 40

A in dB

20 0 -20 -40 -60 0

 in [°]

-45

-90

-135

-180 -2 10

-1

10

0

10

1

 in rad/s

10

7.1

Zeichnen Sie möglichst farbig (nicht rot) die Amplituden- und Phasenkennlinie des offenen Regelkreises GO  GR GS in das Bode-Diagramm auf dem Arbeitsblatt.

3

7.2

Wie groß ist die Durchtrittskreisfrequenz D und welche Phasenreserve  R besitzt dieser Regelkreis?

2

AUT-PK1-181201 – Aufgaben

© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

Seite 4/7

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/18, AUT, TB, WB

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

Aufgabe 8

10 Punkte

Eine Strecke besteht aus der Hintereinanderschaltung zweier integrierender Übertragungsglieder G1( p ) und G2 ( p) mit proportionalen Rückführungen K1 und K 2 gemäß nebenstehender Abbildung. Gegeben sind:

K1  0,8 G1 ( p)  8.1

K2  0,25 0,5 p

G2 ( p) 

2 p

Für die innere Kreisstruktur des Blockschaltbildes (s. Abb.), bestehend aus dem Vorwärtsglied G1 ( p) und dem Rückwärtsglied K1 , ist ein Übertragungsglied mit der Übertragungsfunktion v Ge ( p)  u

3

zu ermitteln und mit Zahlenwerten in einer bekannten Standardform anzugeben. 8.2

Mit Ge ( p) ergibt sich das Blockschaltbild rechts.

2

Geben Sie mit Ge ( p ) , G2 ( p) und K 2 die Übertragungsfunktion der Strecke GS an:

GS ( p)  8.3

x . y

Setzen Sie Ge ( p) , G2 ( p) und K 2 in GS ( p) mit Zahlenwerten ein und bringen Sie GS ( p) auf eine entsprechende Standardform. Wie nennt man dieses Übertragungsverhalten?

AUT-PK1-181201 – Aufgaben

© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

5

Seite 5/7

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/18, AUT, TB, WB

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

Aufgabe 9

15 Punkte

Die i. F. beschriebene Steuerung zur Zugführung ist in der grafischen Ablaufsprache (AS) in einem FB zu implementieren. Dieser verfügt über die Eingänge H11 und H21 (s. u.).

Geber

Meldung

I11

Induktionsschleife 11: Zug kommt v. links/kein Zug mit I11 = 1/0

I12

Induktionsschleife 12: Zug weg links/kein Zug mit I12 = 1/0

I21

Induktionsschleife 21: Zug kommt v. rechts/kein Zug mit I21 = 1/0

In einem Tunnel verläuft die ansonsten zwei- I22 gleisige Eisenbahnstrecke eingleisig. Züge S11 können aus beiden Richtungen etwa zur selben S12 Zeit eintreffen, um durchzufahren. Aus jeder S21 Richtung folgen die Züge einander in so S22 großem zeitlichen Abstand, dass nicht mehr als ein Zug in gleicher Richtung vor dem Tunnel Aktor warten muss. A1 Linksseitig vom Tunnel sind Anlagenteile A2 (Weichen, Eisenbahnsignale und InduktionsA11 schleifen) mit 1 und rechtsseitig mit 2 gekennA12 zeichnet, siehe Abb. 1. A21 Nähert sich ein Zug dem Tunnel (Detektion A22 mit Induktionsschleife), und ist

Induktionsschleife 22: Zug weg rechts/kein Zug mit I22 = 1/0 Zylinder 1 ganz ausgefahren mit S11 = 1 Zylinder 1 ganz eingefahren mit S12 = 1 Zylinder 2 ganz ausgefahren mit S21 = 1 Zylinder 2 ganz eingefahren mit S22 = 1 Aktion Eisenbahnsignal 1 auf "freie Fahrt/Halt" mit A1 = 1/0 Eisenbahnsignal 2 auf "freie Fahrt/Halt" mit A2 = 1/0 Zylinder 1 ausfahren mit A11 = 1 Zylinder 1 einfahren mit A12 = 1 Zylinder 2 ausfahren mit A21 = 1 Zylinder 2 einfahren mit A22 = 1



kein weiterer Zug zwischen bzw. auf den Weichen, so bekommt dieser "freie Fahrt" signalisiert und die Weichen werden entsprechend gestellt, sofern es nötig ist.



ein weiterer Zug zwischen bzw. auf den Weichen, so geht das für ihn gültige Signal auf "Halt". Schiene

A1 Weiche 2

Weiche 1

I11

I22

Tunnel

I12

S21

S11

I21

S22

S12 Zylinder 1

A2 Zylinder 2

Abb. 1: Schematische Darstellung des Tunnels

Hat der durchfahrende Zug die Induktionsschleife ausgangsseitig I11 SET RS Q H11 passiert, geht das Signal des auf der Gegenseite angehaltenen I22 RESET Zuges auf "freie Fahrt" und die Weichen sind entsprechend gestellt. Die Weichenpositionierung erfolgt jeweils durch Hydraulikzylinder. Ein von links kommender Zug erfordert, dass I21 SET RS Q H21 beide Zylinder ausgefahren sind. Von rechts kommend sind sie I12 RESET eingefahren. Neben Ihrem FB sind zwei RS-Bausteine (s. Abb. 2) vorhanden, Abb. 2: Impulsverlängerung mit denen die Impulse I11 und I21 von den Induktionsschleifen für ankommende Züge so lange gehalten werden, bis die entsprechenden Induktionsschleifen das Entfernen der Züge mit I22 und I12 melden. Diese Speicherung der Impulse ist erforderlich, um einen ggf. wartenden Zug zu berücksichtigen. Hinweis: Benutzen Sie nur die Impulsverlängerung H11 und H21 bezüglich der Induktionsschleifen. AUT-PK1-181201 – Aufgaben

© 2018 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

Seite 6/7

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/18, AUT, TB, WB

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

Aufgabe 10

10 Punkte

Die Drehzahl eines Motors mit der Übertragungsfunktion

GS ( p) 

KS 1  pTS

wird mit einem Tacho als Messfühler mit der Übertragungsfunktion

GF ( p) 

KF 1  pTF

gemessen und mit einem PI-Regler mit der Übertragungsfunktion

 1  GR ( p)  KR  1   pTN   gemäß dem Blockschaltbild (s. Abb.) geregelt, wobei TF  TS gilt. 10.1 Geben Sie die Übertragungsfunktion GO ( p) des offenen Kreises mit einem gemeinsamen Nenner an.

3

10.2 Die Nachstellzeit TN des PI-Reglers soll nach der Methode der Parameterkompensation TN  TS gewählt werden. Geben Sie mit dieser Festlegung die Übertragungsfunktion GO ( p ) an, wobei mögliche Kürzungen vorzunehmen sind.

2

10.3...