AUT-PK1-191207 - Klausur PDF

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Mantelbogen , Prüfungsleistung 12 / 19 , AUT© 2019 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH XX00-AUT-PK1-Bitte ankreuzen **!**  Prüfungsleistung  Studienleistung  TB00 -AUT-PK1-191207  WB00 -AUT-PK1-Name, Vorname Matrikel-Nr.Studienzentrum StudiengangModul Automatisierungstechnik Datum 07.Hinweis z...

Description

Bitte ankreuzen !

 Studienleistung

 Prüfungsleistung  TB00-AUT-PK1-191207

 WB00-AUT-PK1-191207

Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum Studiengang Modul

Automatisierungstechnik

Datum

07.12.2019

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.

Abgegebene Arbeitsbögen

Ausgegebene Arbeitsbögen zum 1. Teil: _______

zum 2. Teil: _______

zum 2. Teil: _______

Abgegebene Arbeitsblätter

Ausgegebene Arbeitsblätter zum 1. Teil: _______ 1

zum 1. Teil: _______

0 zum 2. Teil: _______

zum 1. Teil: _______

0 zum 2. Teil: _______

_________________________________________

_________________________________________

Ort, Datum

Ort, Datum

_________________________________________

_________________________________________

Name in Druckbuchstaben und Unterschrift Aufsichtführende(r)

Prüfungskandidat(in)

Mantelbogen, Prüfungsleistung 12/19, AUT

© 2019 HFH · Hamburger Fern-Hochschule GmbH

XX00-AUT-PK1-191207

Mantelbogen, Prüfungsleistung 12/19, Automatisierungstechnik Aufgabe

Bewertung

max. Punktezahl

HFH ·Hamburger Fern-Hochschule

1. Teil

2. Teil

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5

15

10

10

10

10

15

15



Note

100

Prüfer ggf. Gutachter 1

_________________________________________

__________________________________________

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-PK1-191207 – Mantelbogen

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Seite 4

Modul

Automatisierungstechnik

Art der Leistung

 Prüfungsleistung

Klausur

XX00-AUT-PK1-191207

Datum

07.12.2019

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:

–9–

Höchstpunktzahl:

– 100 –

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

Teil 1 Aufgabe max. Punktezahl

Teil 2

1

2

3

4

5

6

7

8

9



10

5

15

10

10

10

10

15

15

100

Viel Erfolg!

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/19, AUT

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Seite 1/7

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/19, AUT, TB, WB

HFH · Hamburger Fern-Hochschule

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 Z Dual  1001 01102 in die entsprechende Dezimalzahl Z Dez. sowie in den entsprechenden BCD-Code um.

3

1.2

Ein Mikrocomputer verarbeitet positive und negative Zahlen im Einbyte-Format und erzeugt das Rechenergebnis 1100 0000. Wie groß ist die zugehörige Dezimalzahl?

2

1.3

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

1.4

Berechnen Sie im 5Bit-Dualzahlensystem mit Zweierkomplement den Ausdruck 10 – 13.

3

Aufgabe 2

5 Punkte

2.1

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

3

2.2

Bei einer Werkzeugmaschine wird zur Entfernungsmessung ein Impulsgeber mit 6 Impulsen pro mm eingesetzt. Die maximal zu bestimmende Entfernung beträgt 1,50 m. Die Impulse werden mit einem Zähler gezählt. Wie viele Bits muss das Zählregister mindestens haben, um den maximalen Zählwert aufnehmen zu können.

2

AUT-PK1-191207 – Aufgaben

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Seite 2/7

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/19, AUT, TB, WB

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Aufgabe 3

15 Punkte

Ein Druckluftbehälter (siehe Abb.) kann von zwei Kompressoren K1 und K2 unterschiedlicher Leistung gefüllt werden. Die Verbraucher entnehmen dem Behälter je nach Bedarf mehr oder weniger Druckluft. Mit einem Drucksensor P wird der Druck gemessen und einer Auswerteschaltung zugeführt. Die Auswerteschaltung vergleicht den Druck P mit drei Schwellwerten P1 < P2 < P3 und setzt drei binäre Ausgänge S1 , S2 und S 3 in folgender Weise:

Zuluft K1 P

Druckluftbehälter

K2 Luftentnahme

0 wenn P  P1 S1   1 wenn P  P1 0 wenn P  P2 S2   1 wenn P  P2 0 wenn P P3 S3    1 wenn P  P3

S1 S2 S3

Auswerteschaltung

P < P1 P1 ≤ P < P2 P2 ≤ P < P3 P3 < P

K1 1 1 0 0

K2 1 0 1 0

Der Kompressor K1 hat eine doppelt so große Leistung wie K2 . Die Kompressoren sollen mittels der Steuerleitungen S1 , S2 und S3 gemäß obiger Tabelle ein-/ausgeschaltet werden mit 1/0. Unter den 8 möglichen Werten von [S1 , S2 , S3] sind einige, die bei korrekter Funktion von Drucksensor und Auswerteschaltung nicht auftreten dürften. In diesen Fällen soll jeweils eine Störmeldung mit M = 1 erzeugt werden und es sollen K1 = 0 und K 2 = 0 gesetzt werden. 3.1

Geben Sie die Funktionstabelle mit den Eingangsvariablen S1, S 2 und S3 sowie den Ausgangsvariablen K 1 , K2 und M auf dem Arbeitsblatt an.

6

3.2

Geben Sie durch disjunktive Verknüpfung der Vollkonjunktionen die Schaltungsgleichungen für K1, K 2 und M an. Minimieren Sie die Schaltungsgleichungen falls möglich.

6

3.3

Geben Sie die zugehörige logische Schaltung nur für M an. Hinweis: Falls Sie nicht minimieren konnten, zählt auch die nicht minimierte Schaltung.

3

Aufgabe 4

10 Punkte

4.1

Mit welchen drei Grundbausteinen werden Schaltkreise in Kombinatorischer Logik realisiert?

1,5

4.2

Welche wesentliche Eigenschaft besitzt die Sequentielle Logik und mit welchem Grundbaustein wird diese realisiert?

1

4.3

Nennen Sie 3 Anwendungsbeispiele für die Sequentielle Logik?

4.4

Eine Lampe L soll mit einem Taster T bei kurzer Betätigung eingeschaltet werden, sofern sie ausgeschaltet war, und solange eingeschaltet bleiben, bis der Taster erneut kurz betätigt wird. Geben Sie den erforderlichen logischen Schaltkreis mit einem RS-Flipflop und UNDGattern an. Hinweis: Mit den logischen Pegeln 1/0 ist die Lampe an/aus.

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1,5 6

Seite 3/7

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/19, AUT, TB, WB

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Aufgabe 5

10 Punkte

Von einem Übertragungsglied sind Amplituden- und Phasengang des Frequenzganges G(jω) asymptotisch im Bode-Diagramm dargestellt (siehe Abbildung).

Bode Diagram 50

40

A in dB

30

20

10

0 0

 in [°] -45

-90 -2

-1

0

10

10

10

1

10

Frequency (rad/sec)

5.1

Wählen Sie aus den nachfolgend angegebenen Frequenzgängen denjenigen aus, der die im Bode-Diagramm dargestellten Kennlinien haben könnte. G1 ( j ) 

K j  1  jT 

G2 ( j )  K

1  j T j

j T 1  j T

G4 ( j )  K

1  j T1 1  j T2

G3 ( j )  K

4

5.2

Wie bezeichnet man das Übertragungsverhalten dieses Gliedes?

1

5.3

Bestimmen Sie anhand der Kennlinien im Bode-Diagramm die Zahlenwerte der Parameter des ausgewählten Frequenzganges.

5

Hinweis: K nicht in dB. Es gilt: K dB  20 dB log K .

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Arbeitsblatt, Prüfungsleistung 12/19, 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:

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

AUT-PK1-191207 – Arbeitsblatt

K1

K2

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M

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/19, AUT, TB, WB

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2. Teil der Klausur — mit Hilfsmitteln —

Aufgabe 6

10 Punkte

Setzen Sie die angegebene Schaltung mit den Öffnern S1 und S3, den Schließern S2 und S4, dem Relais K mit seinem Kontakt k und der Ausgangsgröße y zur Ansteuerung der Lampe in eine Anweisungsliste (AWL) einer SPS um.

S2

S3

S4 k

Für eventuell benötigte Merker sind die Bezeichnungen M1, M2, M3 usw. zu verwenden.

S3

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

S1 S1 S2

S4

y

K

Aufgabe 7

10 Punkte

Betrachtet wird ein Servosystem mit einer integrierenden Strecke GS( p) 

0,4 p

und einem P-Regler

z +

w GR +

x GS

+

GR ( p )  K R ,

siehe Blockschaltbild. Neben der Führungsgröße w liegt am Eingang der Strecke noch die Störgröße z vor.

7.1

Ermitteln Sie die Führungsübertragungsfunktion GW ( p ) in der Form eines Verzögerungsgliedes entsprechender Ordnung (dabei ist z = 0).

4

7.2

Welches Übertragungsverhalten liegt bei G W( p ) vor?

1

7.3

Die Verstärkung K R des Reglers soll so gewählt werden, dass das Führungsverhalten G W( p ) eine Zeitkonstante von T = 0,5 s erhält. Wie groß ist dann K R zu wählen?

5

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Seite 5/7

Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/19, AUT, TB, WB

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Aufgabe 8

15 Punkte

Schreiben Sie ein SPS-Programm in der grafischen Ablaufsprache (AS), welches den hier beschriebenen Umladevorgang steuert. Die mobile Bedarfsampelanlage eines Straßenbaubetriebes wird an einer Baustelle bei erforderlicher einspuriger Verkehrsführung aufgestellt. Das nachfolgende Technologieschema zeigt die Anordnung der Ampeln und der Ultraschallsensoren, mit denen die Anwesenheit eines Fahrzeugs festgestellt wird. Mit Einschalten der Versorgungsspannung ist die Anlage im Initialisierungszustand (Init) und beide Richtungen erhalten Rotsignal.

Ampel 2 Sensor U2

Nach dem Init-Zustand verzweigt der Ablaufplan in zwei parallele Zweige, die abhängig von den Baustelle Ultraschallsensoren, durchlaufen werden. Am Beispiel des Ultraschallsensors U1, der das Sensor U1 Eintreffen eines Fahrzeugs meldet, Ampel 1 sind nachfolgend die erforderlichen Aktionen dieses Zweiges Abb.: Technologieschema Bedarfsampelanlage an der Baustelle beschrieben:

 Bei der Ampel 1 wird nach 20 s die gelbe Signalleuchte zugeschaltet.  Die Rot-Gelbe-Phase dauert 2 s, bevor die Ampel 1 auf Grün umschaltet.  Die Grün-Phase dauert mindestens 60 s.  Nach dieser Zeit wird geprüft, ob auf der anderen Seite ein Fahrzeug eingetroffen ist. Ist dort kein Fahrzeug eingetroffen, bleibt Grün weitere 60 s bestehen (d. h. Rücksprung nach vorangegangenem Schritt). Ist ein Fahrzeug auf der anderen Seite eingetroffen, wechselt Ampel 1 von Grün nach Gelb und 2 s später nach Rot. Anschließend muss zum 1. Schritt des anderen Zweiges gesprungen werden. Vom parallelen Zweig für die Meldung von U2 ist nur der anzugeben, damit der Aufwand nicht zu groß wird.

Geber

Meldung

U1

Fahrzeug vorhanden: U1 = 1

U2

Fahrzeug vorhanden: U2 = 1

Aktor

Aktion

Variable Output

A11

Ampel 1 "grün ein"

A11 = 1

A12

Ampel 1 "gelb ein"

A12 = 1

A13

Ampel 1 "rot ein"

A13 = 1

A21

Ampel 2 "grün ein"

A21 = 1

A22

Ampel 2 "gelb ein"

A22 = 1

A23

Ampel 2 "rot ein"

A23 = 1

erste Schritt (mit Aktion und Transition)

Hinweis: Bezeichnen Sie die Schritte des Zweiges für U1 mit Schritt11, Schritt12, usw. und den Schritt des Zweiges für U2 mit Schritt21. 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 und dann solange der Schritt aktiv ist. Zum Beispiel wird mit der Aktion D t#5s

T

die boolsche Variable T nach 5 s gesetzt (mit den genannten Voraussetzungen). Verwendet man T für die Transitionsbedingung nach diesem Schritt, so ist sie nach 5 s erfüllt und der Schrittwechsel erfolgt. Verwenden Sie für jede Wartezeit eine eigene Variable, z. B. T1, T2, T3 usw., da die Wartezeiten aufeinander folgen.

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Klausuraufgaben, Prüfungsleistung 12/19, AUT, TB, WB

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Aufgabe 9

15 Punkte

Eine Temperaturregelstrecke mit der Streckenübertragungsfunktion

w

x

GR

GS

+

0,5 GS ( p)  1  4 p  1  1,6 p

GF

wird in dem dargestellten Regelkreis mit einem PI-Regler mit der Übertragungsfunktion

 1  G R ( p )  K R  1   pTN   geregelt. Der Temperaturfühler besitzt zwar eine vernachlässigbare Verzögerung, jedoch misst er die Temperatur um 20% zu niedrig, d. h. G F ( p )  K F  0,8 .

9.1

Ermitteln Sie die Übertragungsfunktion GO ( p) des offenen Kreises.

2

9.2

Dimensionieren Sie die Nachstellzeit TN des PI-Reglers über die sogenannte Parameterkompensation. Geben Sie GO ( p) mit Zahlenwerten erneut an, indem Sie geeignete Kürzungen und Zusammenfassungen vornehmen.

3

9.3

Ermitteln Sie die Führungsübertragungsfunktion G W ( p ) . Stellen Sie GW ( p ) als Bruch und in der Form eines Verzögerungsgliedes 2. Ordnung dar.

4

9.4

Bestimmen Sie die Reglerverstärkung K R so, dass sich für GW ( p ) eine Dämpfung von

4

D

1 2

ergibt. Geeignete Vorgehensweise: Koeffizientenvergleich mit PT2.

9.5

Welcher stationäre Istwert xStat stellt sich für den Sollwert w0 1 ein? (Kann unabhängig von Teilaufgabe 9.4 gelöst werden).

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Modul

Automatisierungstechnik

Art der Leistung

 Prüfungsleistung

Klausur

XX00-AUT-PK1-191207

Datum

07.12.2019

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