AUT-PK1-190921 - Klausur PDF

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Mantelbogen , Prüfungsleistung 09 /19, AUT© 2019 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH XX00-AUT-PK1- 190921Bitte ankreuzen **!**  Prüfungsleistung  Studienleistung  TB 00 -AUT-PK1-19 0921  WB 00 -AUT-PK1-19 0921Name, Vorname Matrikel-Nr.Studienzentrum StudiengangModul Automatisierungstechnik Dat...

Description

Bitte ankreuzen !

 Studienleistung

 Prüfungsleistung  TB00-AUT-PK1-190921

 WB00-AUT-PK1-190921

Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum Studiengang Modul

Automatisierungstechnik

Datum

21.09.2019

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 09/19, AUT

© 2019 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

XX00-AUT-PK1-190921

Mantelbogen, Prüfungsleistung 09/19, Automatisierungstechnik Aufgabe

Bewertung

max. Punktezahl

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

1. Teil

2. Teil

1

2

3

4

5

6

7

8

10

10

15

10

5

15

10

25



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-PK1-190921 – Mantelbogen

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Seite 4

Modul

Automatisierungstechnik

Art der Leistung

 Prüfungsleistung

Klausur

XX00-AUT-PK1-190921

Datum

21.09.2019

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:

–8–

Höchstpunktzahl:

– 100 –

Hilfsmittel: Für die Aufgaben 1 bis 5: Taschenrechner Für die Aufgaben 6 bis 8: Studienbriefe, Taschenrechner, Formelsammlung eigener Wahl

Teil 1

Teil 2

Aufgabe

1

2

3

4

5

6

7

8



max. Punktezahl

10

10

15

10

5

15

10

25

100

Viel Erfolg!

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 09/19, AUT

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 09/19, AUT, TB, WB

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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 Dualzahl ZDual 1110 11012 in den BCD-Code um. Wie viele Bits sind für diese BCD-Kodierung erforderlich?

3

1.2

Ermitteln Sie von der Dualzahl ZDual 1 0011,1112 die zugehörige Dezimalzahl Z Dez..

1

1.3

Berechnen Sie im Dualzahlensystem mit Zweierkomplement den Ausdruck 12, 75  8 .

2

1.4

Es werden zwei 4 Bit-Dualzahlen miteinander multipliziert. Wie viele Bits werden für das Ergebnis der Multiplikation benötigt und welchen maximalen Wert kann es annehmen?

2

1.5

Ein Text mit 25600 8Bit-ASCII-Zeichen wird mit 128 kBit/s seriell übertragen. Wie viel Zeit T ist für diese Übertragung erforderlich?

2

Aufgabe 2

10 Punkte

2.1

Welche 3 Phasen durchläuft ein SPS-Zyklusbetrieb?

1,5

2.2

Welche Echtzeitbedingung muss zwischen der zulässigen Antwortzeit Taz und der Zykluszeit TZ des SPS-Zyklusbetriebs eingehalten werden?

1,5

2.3

Welche Echtzeitbedingung muss zwischen der Meldezeit Tm einer Eingangsgröße und der Zykluszeit TZ des SPS-Zyklusbetriebs eingehalten werden?

1

2.4

Eine Fertigungsstrecke wird mit einer SPS automatisiert. Zur Vermeidung von Schäden werden die Elektromotoren dieser Fertigungsstrecke hinsichtlich einer Überhitzung überwacht. Spätestens 4 s nach Überschreiten des Temperaturgrenzwertes eines Motors soll ein Signal zur Abschaltung der Fertigungsstrecke erzeugt werden. Die Erfassung aller Sensorsignale benötigt 250 ms. Die Abarbeitung des Steuerprogramms dauert 900 ms. Die Aktivierung aller Aktorsignale dauert 350 ms. Das Betriebssystem hat einen Zeitbedarf von 100 ms.

3

2.5

 Ermitteln Sie die Zykluszeit TZ.  Stellen Sie fest, ob die in Aufgabenteil 2 anzugebende Echtzeitbedingung hier erfüllt ist.  Wie lange muss das Signal des Temperaturgrenzwert-Gebers anliegen, damit es mit Sicherheit erfasst wird? Nennen und beschreiben Sie kurz 2 Schnittstellenfunktionen zu Mess- und Stellgliedern.

AUT-PK1-190921 – Aufgaben

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3

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 09/19, AUT, TB, WB

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Aufgabe 3

15 Punkte

Eine 7 Segment-Ziffernanzeige besteht aus den dargestellten 7 Segmenten A bis G (vgl. Abb. rechts). Eine logische Schaltung mit den Eingängen x1 , x2 , x3 und x4 soll das Signal zur Ansteuerung des Segmentes E bilden.

A F

B

An den Eingängen, beginnend mit dem niederwertigsten Bit ( x1 ), liegt die anzuzeigende Ziffer im BCD-Code an. (Weitere Segmente werden wegen des großen Aufwands hier nicht behandelt)

G E

C D

3.1

Geben Sie zunächst in der Funktionstabelle auf dem entsprechenden Arbeitsblatt die Werte für das Signal y zur Ansteuerung des Segmentes E an.

5

3.2

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

4

3.3

Wann wird der BCD-Code verwendet?

1

3.4

Geben Sie nun die logische Schaltung zur Bildung des Signals y für das Segment E an.

5

Aufgabe 4

10 Punkte

Der dargestellte Kontaktplan mit den vereinbarten Sensorsignalen S1 bis S4 und dem Aktuator K soll in der Funktionsbausteinsprache (FBS) dargestellt werden. Dabei sind außerdem die Variablen zu vereinbaren.

S4 S3 S2

S3

S2

S1

S2

S4

K

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 09/19, AUT, TB, WB

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Aufgabe 5

5 Punkte

Von einem Regler wurde nachfolgendes Bode-Diagramm in asymptotischer Darstellung aufgenommen. 40

A in dB

20 0 -20 -40 -60 0

 in [°]

-45

-90

-135

-180 -2 10

-1

10

0

1

10

10

 in rad/s 5.1

Welches Übertragungsverhalten besitzt der Regler (Reglertyp)?

1

5.2

Geben Sie die zugehörige Übertragungsfunktion mit allgemeinen Parametern an.

1

5.3

Ermitteln Sie aus dem Bode-Diagramm die Zahlenwerte für die Reglerparameter.

3

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Arbeitsblatt, Prüfungsleistung 09/19, 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 3.1: Ziffer

x4

x3

x2

x1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

2

0

0

1

0

3

0

0

1

1

4

0

1

0

0

5

0

1

0

1

6

0

1

1

0

7

0

1

1

1

8

1

0

0

0

9

1

0

0

1

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y

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 09/19, AUT, TB, WB

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2. Teil der Klausur — mit Hilfsmitteln —

Aufgabe 6

15 Punkte

Eine Regelstrecke besteht aus den Teilübertragungsfunktionen G1 ( p ) 

4 und G2 (p )  0,5 p

Geregelt wird mit einem P-Regler

Regelstrecke GS w

x GR

G1

+

GR ( p)  KR

G2

(vgl. Abb. rechts).

6.1

Geben Sie die Übertragungsfunktion GS ( p) der Strecke mit einem Bruch und in der Form eines Verzögerungsgliedes entsprechender Ordnung an.

4

6.2

Welches Verzögerungsverhalten liegt bei der Strecke vor?

1

6.3

Ermitteln Sie die Führungsübertragungsfunktion GW ( p) in der Form eines Verzögerungsgliedes entsprechender Ordnung.

4

6.4

Der Zahlenwert der Verstärkung K R des Reglers ist jetzt für stationäre Genauigkeit festzulegen. Nach einem Führungssprung mit der Amplitude w0 soll für den stationären Endwert x Stat der Regelgröße x(t ) gelten:

6

xStat  0,9  w0 .

Wie groß ist mit der in Aufgabenteil 3 ermittelten Reglerverstärkung K R die Verzögerungszeit T der Führungsübertragungsfunktion GW ( p) . Falls Sie K R nicht bestimmen konnten, rechnen Sie mit KR  3,5.

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 09/19, AUT, TB, WB

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Aufgabe 7

10 Punkte

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

A in dB

20 0 -20 -40 -60 0

 in [°]

-45

-90

-135

-180 -2 10

-1

0

10

1

10

10

 in rad/s 7.1

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

8

7.2

Welche Phasenreserve ΦR besitzt dieser Regelkreis? Wie groß ist hier die Durchtrittskreisfrequenz D ?

2

Aufgabe 8

25 Punkte

Erstellen Sie für das im Folgenden beschriebene Parkhaus ein SPS-Programm in Ablaufsprache.

Geber

Meldung

MA

Einfahrt freigegeben: MA = 1

Ein Parkhaus mit 100 Stellplätzen hat je eine beschrankte Einfahrt und Ausfahrt (siehe Abb.).

ML

Ausfahrt freigegeben: ML = 1

S1

Einfahrtschranke oben S1 = 1

Ampel: Vor der Einfahrt befindet sich eine Ampel, die grün leuchtet, wenn noch Stellplätze vorhanden sind, andernfalls rot.

S2

Einfahrtschranke unten S2 = 1

S3

Ausfahrtschranke oben S3 = 1

S4

Ausfahrtschranke unten S4 = 1

Schranken: Die Einfahrtschranke wird mit dem Motor M1 geöffnet und geschlossen (Ausfahrtschranke mit Motor M2). Die im Parkhaus befindlichen Fahrzeuge werden mit einem Zähler erfasst.

IG1

Induktionsgeber: Einfahrt erfolgte IG1 = 1

IG2

Induktionsgeber: Ausfahrt erfolgte IG2 = 1

Beide Schranken besitzen Endschalter für das Abschalten der Motoren in den Endlagen (siehe nebenstehende Zuordnungstabelle).

AUT-PK1-190921 – Aufgaben

Aktor

Aktion

Motor für Einfahrtschranke M1

aufwärts/abwärts

Motor für Ausfahrtschranke M2

aufwärts/abwärts

Ampel grün H1

an/aus

Ampel rot H2

an/aus

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 09/19, AUT, TB, WB

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Einfahrt: Vor der Einfahrtschranke befindet sich eine Konsole mit einer Magnetkartenausgabe MA. Nach der per Tastendruck ausgelösten Kartenausgabe öffnet sich die Schranke und ein Zähler mit dem Zählwert ZW wird inkrementiert. Die Einfahrt des Fahrzeugs wird mit einem induktiven Geber IG1 erkannt und daraufhin die Schranke wieder geschlossen. Ausfahrt: Vor der Ausfahrt befindet sich ein Magnetkartenleser ML. Wird eine „bezahlte“ Magnetkarte gelesen, wird die Ausfahrtschranke geöffnet und der Zähler dekrementiert. Die Ausfahrt des Fahrzeugs wird mit einem induktiven Geber IG2 erkannt und daraufhin die Schranke wieder geschlossen. Fährt das hundertste Fahrzeug in das Parkhaus, wird die Ampel auf „rot“ gesetzt. Beim Verlassen des Parkhauses wird die Ampel stets auf „grün“ gesetzt, unabhängig davon, ob sie bereits „grün“ war. Einschalten: Das Einschalten der Anlage setzt den folgenden Initialisierungszustand voraus (d. h. er ist nicht zu programmieren): Schranken geschlossenen, Zähler ZW = 0 und Ampel grün. Der Betrieb wird freigeschaltet durch Drücken der Taste START, wobei ein Wechsel in den „Ruhezustand“ erfolgt. Hinweise:  Magnetkarten-Drucker und -Lesegerät sind autonome Geräte, die für das SPSProgramm lediglich Geber sind, d. h. sie müssen nicht vom SPS-Programm aktiviert werden.

Parkhaus

Ausfahrt

 Es ist vorgesehen, dass nur ein Fahrzeug zurzeit abgefertigt (hinein oder hinaus fahren) werden kann.  Für den Zählvorgang verwenden Sie bitte das Ausführungsattribut P1. Damit wird die Aktion einmalig bei Aktivierung ausgeführt.

IG1 ML

M2

M1

MA

IG2

 Eine Sperrung der Einfahrtsschranke bei roter Ampel erfolgt nicht.

AUT-PK1-190921 – Aufgaben

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Einfahrt Ampel

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Arbeitsblatt, Prüfungsleistung 09/19, AUT, TB, WB

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Name, Vorname, Matrikel-Nr.

Arbeitsblatt (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 7.1: 40

A in dB

20 0 -20 -40 -60 0

 in [°]

-45

-90

-135

-180 -2 10

-1

10

0

1

10

10

 in rad/s

AUT-PK1-190921 – Arbeitsblatt

© 2019 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

Seite 1/1

Modul

Automatisierungstechnik

Art der Leistung

 Prüfungsleistung

Klausur

XX00-AUT-PK1-190921

Datum

21.09.2019

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 Punkten für Aufgaben, die in der Korrekturrichtlinie detailliert bewertet worden sind, ist nicht gestattet. Nur dann, wenn die Punkte für eine Aufgabe nicht differenziert vorgegeben sind, i...