Zusammenfassung MSR PDF

Preview

Summary

Download Zusammenfassung MSR PDF

Description

MSR Zusammenfassung

1 Das EVA-Prinzip -

(Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe): Zur Datenerfassung, –verarbeitung und –ausgabe

2 Sensoren -

„Sensoren sind die Sinnesorgane der Technik“

-

Physikalische Größen werden in technische umgewandelt, um sie leichter übertragen und verarbeiten zu können

-

Einheitssignale (elektrische oder pneumatische Signale deren Wertebereich festgelegt ist) werden zur einfacheren Kommunikation von Sensoren, Steuerungen, Regelungen verwendet

2.1 Näherungsschalter -

Messprinzip beruht auf analogen Signalen

-

Wird durch Schwellwertschalter in digitales (binäres) Signal umgewandelt

-

Ausgangssignal 24V = 1-Signal; 0V = 0-Signal

2.1.1 Kapazitive Näherungsschalter -

Aktive Sensorteil ist Schwingkreis (Spule und Kondensator)

-

Der Kondensator liegt außerhalb des Gehäuses

-

Schwingkreis ist abgeglichen, wenn

-

Veränderungen durch Dielektrizitätszahl

-

Einführung eines Körpers mit Kondensator

-

Sobald das gleichgerichtet Signal einen Einschaltwert überschreitet, Ausgabe eines binären Signals (1).

-

Sinkt das Signal unter des Ausschaltwert  0-Signal

-

Hysterese: Differenz zwischen Ein- und Ausschaltwert

|X l|=|X c| εr

ε r >1 in elektr. Feld verändert Kapazität/Blindwiderstand im

2.1.2 Induktiver Näherungsschalter -

Aktiver Sensorteil ist ein Schwingkreis

-

Die Spule liegt außerhalb des Gehäuses

-

Schwingkreis abgeglichen, wenn

-

Veränderungen durch Permeabilitätszahl

|X l|=|X c| μr

μr >1 in elektr. Feld verändert

-

Einführung eines magnetischen Körpers mit Kapazität/Blindwiderstand in Spule

-

Funktionsprinzip ähnelt kapazitative Näherungsschalter, jedoch ist Oszillator auf Resonanz abgestimmt und wird durch Annäherung eines Körpers abgeschwächt

2.1.3 Optische Näherungsschalter (Lichtschranken) 2.1.3.1 Einweglichtschranken: -

Sender und Empfänger sind getrennte Systeme

-

Sender gibt gerichtetes moduliertes Infrarotsignal an, Empfänger prüft Empfang

-

Modulation unterdrückt Störungen (Sonnenlicht etc.)

-

Alle Objekte, die nicht transparent sind, sind nachweisbar

-

Objekte müssen größer/gleich dem ermittelten Kanal sein

2.1.3.2 Reflexlichtschranken: -

Sender und Empfänger in einem System, gegenüber Spiegel/ Tripelreflektor

-

Tripelreflektor reflektiert auch, wenn Oberfläche nicht senkrecht zur Lichtachse ist

-

Alle die nicht transparent sind und deren Oberfläche nicht reflektiert (matt)  Kann nicht unterscheiden, ob das Licht vom Reflektor oder Objekt empfangen wird

2.1.3.3 Reflexlichttaster: -

Sender und Empfänger in einem System

-

Die Funktionsweise ist die gleiche wie beim Reflexsensor

-

Empfindlichkeit höher d.h. reagiert auf das vom Objekt reflektierte Licht

-

Alle Objekte nachweisbar, wenn hoher Lichtanteil reflektiert wird (spiegelnd, undurchsichtig, transparent, nicht matt)

2.1.3.4 Optische Näherungsschalter mit Lichtwellenanteil -

Wenn Montage nicht möglich ist, werden Lichtwellenleiter am S und E angeschlossen

-

Werden als Einweglichtschranke, Reflexlichtschranke oder Reflextaster eingesetzt

3 Relais-/Kontaktsteuerung -

Bauelemente aus elektromagnetische Spule und mechanischen Schaltkontakten

-

Elektronisches Relais: elektronische Ansteuerung und/ oder elektronischer Ausgang oder konventionelle Schaltkontakte

3.1 Kontaktbetätigung -

Schalter bleibt nach Betätigung in Endposition

-

Taster bleibt nur für Moment der Betätigung in Endposition, Zurückstellung durch Feder

3.2 Grundschaltungen -

Relais werden durch Kleinsteuerungen abgelöst

3.2.1 Signalverstärkung oder galvanische Trennung -

Ansteuerung eines Leistungsverbrauchers (großer Strom) mit Steuersignal (kleiner Strom)

-

Abbildung 1: Signalverstärkung

Galvanische Trennung: Steuer- und Leistungsteil haben unterschiedliche Stromnetze

-

Relaiskontakt heißt potentialfreier Kontakt

3.2.2 Invertierung (Negierung des Signals) -

Umkehrung des logischen Zustands einer Einheitsgröße

-

Z.B.: Lampe P2 leuchtet nicht, wenn Schalter S betätigt wurde

3.2.3 Selbsthaltung -

Speichern des kurzen Signals eines Tasters, durch Relaiskontakt parallel um Taster

-

Das Relais fällt durch Taster S0 wieder ab, der den Stromkreis des Relais unterbricht.

-

Funktion AUS hat Vorrang vor Zustand EIN (Sicherheitsgrund)

-

Falls EIN Vorrang haben soll, ist der Austaster S0 in den Strompfad 2 vor dem Relaiskontakt Q1 zu installieren.

3.2.4 Verriegelung -

Explizites Ausschließen zweier Zustände voneinander (entweder das eine oder das andere)

-

Ansteuerung wird über Taster mit Selbsthaltung realisiert

-

Die Verriegelung befindet sich im Steuerteil

-

Bsp. Wird Motor im Linkslauf angesteuert, so wird im Strompfad 3 der Öffner Q1 das Einschalten von Q2 blockieren.

Abbildung 3: Selbsthaltung

Abbildung 2: Verriegelung

3.3 Zeitrelais -

Anzugverzögerte: Starten x Sekunden nachdem Schalter

-

Abfallverzögert: Enden x Sekunden nachdem Schalter

betätigt wurde

betätigt wurde

Beispiele:

4 Pneumatik 4.1 Vorteile -

Luft ist leicht transportabel, frei zur Verfügung und benötigt keine Rückleitungen

-

Druckluft ist gut speicherbar

-

Lust ist sauber und trocken (z.B. Lebensmittelindustrie); die Geräte sich leichter

-

Betriebssicher (geringer Verschleiß, arbeitet bei Temperaturschwankungen, Sicherheit und Funktionsfähigkeit nicht beeinträchtigt durch undichte Geräte/Leitungen)

-

Unfallsicher (Geringe Brand-, Explosionsgefahr ohne teure Schutzeinrichtungen)

-

Rationell und wirtschaftlich (preiswerter als hydraulische Bauteile, geringe Wartungskosten)

-

Einfach (robust, nicht störanfällig, einfach zu montieren, wiederverwendbar)

-

Überlastsicher (Belastung bis zum Stillstand ohne Schaden, bedenkenlos überlastbar)

-

Schnell (hohe Strömungsgeschwindigkeiten, schnelle Umwandlung Energie in Arbeit)

-

Verfahrgeschwindigkeiten und ausgeübte Kräfte mittels einfacher Mittel stufenlos regelbar.

4.2 Nachteile -

Kosten (Druckluftaufbereitung teurer als elektrische Energie, überwachungsbedürftig)

-

Geräte sind nur über den Fachhandel beschaffbar

-

Aufbereitung nötig (Fremdkörper herausfiltern um Störungen zu verhindern)

-

Wartungseinheit: Besteht aus Druckregelventil, Filter und Druckluftöler.

-

Zustand der Luft wird durch die drei thermischen Zustandsgrößen bestimmt.

4.3 Struktur pneumatischer Schaltpläne (von unten nach oben)

4.4 Bauelemente

5

Elektro-Pneumatik 5.1 Vorteile der E-Pneumatik -

Höhere Übersicht und Wirtschaftlichkeit bei komplexeren Anlagen

-

Kosten für reinpneumatische Anlangen bei großen Entfernungen zwischen Steuerung und Lastteilen zu hoch, sowie Signallaufzeiten zu lang

-

Veränderungen an der Steuerung einer rein pneumatischen Anlage zu aufwendig

5.2 Pneumatik vs. E-Pneumatik -

Beide weisen pneumatisches Leistungsteil auf, Signalsteuerung ist hingegen unterschiedlich

-

Pneumatische Steuerung: nur pneumatische Bauelemente

-

Elektropneumatische Steuerung: Signalsteuerteil mit elektrischen Komponenten (Sensor) und die Aktoren pneumatisch gesteuert.

-

Wegeventile bilden bei beiden Schnittstelle zwischen Signalsteuerteil und Leistungsteil

5.3

Schaltplan Abbildung 4: Signalfluss pneumatischer Bauelemente

Abbildung 5: Signalfluss elektr.-pneum. Bauelemente

-

Zwei getrennte Schaltpläne (elektrischer Steuerteil, pneumatischer Leistungsteil)

-

Schnittstellen durch Magnetventile oder Ventilanschlussblock (statt vieler Magnetventile)

-

Komplexere Anlagen: Aktor-Sensor-Interface-Bus (ASI-Bus) statt Magnetventile

-

Verteiler: Schnittstelle zwischen ASI-Bus und diskreten Leitungen der Aktoren/Sensoren.

-

6

Abbildung 6: Signal, analog (kontinuierlich: z.B. physikalische Größen und Signale. Werden in elektrische Größen umgewandelt, um sie technisch zu verarbeiten

D

t Abbildung 7: Signal, digital (wertdiskret): Erzeugt durch Umwandlung analoges elektrisches Signal in wertdiskretes durch Analos-/Digitalumwandler

a l

te h ik

Abbildung 8: Signal, digital (wert- und zeitdiskret): zeitäquidisant aufgearbeitete Signale, da Befehle und Daten in digitalen Steuerungen und Rechnern synchronisiert aufgearbeitet werden

Abbildung 9: Signal, binär: Verarbeitung von Daten, nur zwei Zustände erlaubt

Abbildung 11 Signal binär, Störsicherheit M: Eindeutige Zustände durch Spannungspegel TTL (TTL: Transistor Transistor Logik) Zwischen H und L handelt es sich um verbotene Bereiche.

U¿ : Low ≤0,8 V und High ≥ 2 V

Festlegung Binär

Festlegung Binär

U out

:

6.1 Low ≤0,4 V und High≥ 2,4 V Codes -

„Abbildungsvorschrift, die jedem Zeichen aus einem

Abbildung 10 Gegenüberstellung von Zahlensystemen

Zeichenvorrat 1, der sogenannten Urmenge, ein Zeichen oder eine Zeichenfolge aus einem anderen Zeichenvorrat, der Bildmenge, zuordnet.“ -

Alphanumerische Codes: können Zahlen, Ziffern, Buchstaben, Operatoren usw. darstellen z.B. ASCII-Code

6.1.1 Numerische Codes -

lassen sich Ziffern und Zahlen darstellen

-

Wortcode: Eine Zahl wird als Ganzes codiert (nicht ziffernmäßig) z.B. Dualcode

-

Zifferncode: Jede Ziffer einer Zahl wird einzeln codiert z.B. 8-4-2-1-Code

-

Dualcode: Wird in der Stellenschreibweise mit Basis B = 2 dargestellt. o

190 = 1011 1110 {1*27 + 0*26 + 1*25 + 1*24 + 1*23 + 1*22 + 1*21 + 0*20}

o

Jeder Stelle ist ein Wert zugewiesen → der Dualcode ist bewertbar

o

Fehleranfällig da beim Wechsel zwischen 7 und 8 sich 4 Stellen ändern d.h. selbst bei bester Justierung der Sensoren kann nicht sichergestellt sein, dass im Dualcode alle 4 Sensoren gleichzeitig reagieren.

-

Gray-Code: Nicht bewertbar. Einschrittiger Code d.h. von Codewort zu Codewort ändert sich nur eine Stelle.

-

Zifferncodes: o

Stellenzahl: Anzahl der Stellen eines Codewortes

o

Bewertbar: Jeder Stelle besitzt Wertigkeit (Stellenwert)

o

Gewicht: Anzahl der mit 1 belegten Stellen z.B. 0111 hat ein Gewicht = 3

o

Distanz: Anzahl der sich unterscheidenden Binärstellen zweier benachbarter Codewörter z.B. 0000 und 0110  Distanz = 2

o

Minimal- und Maximaldistanz: Vergleich aller Codewörter

o

stetig: wenn die Distanz zwischen zwei benachbarten Codewörtern über den gesamten Code konstant ist

o

Redundanz: R = ld Npot – ld N (bit)R=ld16–ld10 = 4–3,32 = 0,68bit Man würde für die 10 Ziffern des 8-4-2-1-Codes im Prinzip also mit 3,32 bit auskommen;die restlichen 0,68 bit sind redundant.

7 Digitale Schaltungstechnik Name

Alle Funktionen lassen sich durch ODER, UND, NICHT aufbauen Kontaktlogik

Wahrheitstabelle

Formel

Schaltzeiche n

ODER

UND

NICH T

NOR

NAN D

XOR

-

Ablauf Problemlösung: Wahrheitstabelle aufstellen, Formeln ableiten, Schaltung aufbauen

7.1 Vereinfachung von Formeln

-

-

Disjunktive Normalform (DNF): Alle Eintragungen, bei der die Funktion den Wert 1

hat, disjunktiv (oder/ +) verknüpfen. Jede Eintragung ist eine konjunktive (und/ *) Verknüpfung aller Eingänge -

Konjunktive Normalform (KNF): Alle Eintragungen, bei der die Funktion den Wert 0 hat, konjunktiv (und/ *) verknüpfen. Jede Eintragung ist eine disjunktive (oder/ +) Verknüpfung aller Eingänge

-

DNF und KNF sich adäquat

7.2 Max- und Minterme

Abbildung 13 Minterme: Entstehen bei der DNF

Abbildung 12 Maxterme entstehen bei der KNF

7.3 Minimierung durch KV-Tafeln -

Besteht aus Feldern, die mit Minterm oder Maxterm belegt sind

-

Die Anzahl n der Felder ist abhängig von der Anzahl m der Eingangsvariablen  n = 2m

1. KV Tafel erstellen: Minterme (1-en) aus Wahrheitstabelle eintragen 2. 1en zusammenfassen zu Zweifach-/ Viererfachblöcken 3. Formel aus KV-Tafel ableiten 4. Schaltung aus Formel entnehmen -

Blöcke dürfen sich überlagern

Abbildung 15: Vierfachblöcke

-

-

Z-Regel (gilt nur, wenn

Wahrheitstabelle nach dem Dual Code aufgestellt ist)

Abbildung 16: Z-Regel für 3 oder 4 Eingangsvariablen

Abbildung 14: Zweifachblöcke und Überlagerung

1en dürfen nie diagonal oder über Eck zusammengefasst werden!

7.4 R

Abbildung 17: Minimierung bei 4 Eingangsvariablen

edundanzen -

Einstellung durch Drehcodierschalter im Wertebereich 0 bis 9

-

Mit BCD Code können 16 Stellen ausgegeben werden, nur 10 werden benötigt

-

Letzte 6 Stellen sind redundant

-

Werden in Wahrheitstabellen mit x gekennzeichnet und können bei Minimierung als 0 oder 1 betrachtet werden

7.5 Umcodierer -

Umwandlung eines Codes in einen anderen (z.B. Dual Code in BCD-Code); undirektional

7.6 Multiplexer -

Daten von n verschiedenen Eingängen

D 0 … D n−1 werden mit einer Datenleitung D A

seriell übertragen anstatt mit n parallelen Signalleitungen -

Es folgt eine zeitliche Abfolge, Daten werden nacheinander weitergegeben

Abbildung 18: Zeitliche Abfolge Abbildung 19: Multiplexer

1-aus-2-Multiplexer -

Übernimmt Daten aus 2 parallelen Eingängen

-

Gibt sie auf seriellen Ausgang aus

-

Je nach Zustand des Steuereingangs S wird Eingang A oder B zu Y durchgeschaltet

7.6.2 1-aus-4-Multiplexer -

´ EN

bewirkt, dass übergeordnete Steuerung Daten A-D

zur Verarbeitung freigeben kann -

7.6.3 Demultiplexer -

Ein Eingangssignal wird seriell auf mehreren Ausgängen ausgegeben

7.7

Addierer 7.7.1 Allgemeiner Addierer -

Berücksichtigt für jede Stelle Wert der Eingänge sowie Übertrag vorherige Stelle

-

Es wird zwischen Halb- und Volladdierer unterschieden

7.7.2 Halbaddierer -

Eingangsvariablen (A, B), Summe (S) und Überhang (C)

-

Kein Übertrag einer vorherigen Stelle, da mit der kleinstwertigen Stelle begonnen wird

7.7.3 Volladdierer -

Zusätzlicher Übertragungseingang C i−1 , der den vorherigen Übertrag darstellt

7.7.4 Volladdierer aus Halbaddierer:

7.7.5 4-Bit-Addierer -

Addieren von vierstelligen Dualzahlen

7.8 Parity-Prüfung -

Untersuchung der übertragenen Informationen (Codewort) auf Fehlerfreiheit

-

Einfügen Prüfbit (Parity-Bit) an Codewort auf Senderseite

-

Überprüfung auf der Empfängerseite

-

Gerade Parität: 1 anfügen, damit Anzahl 1en gerade Zahl ergibt

-

Ungerade Parität: 1 anfügen, damit Anzahl 1en ungerade Zahl ergibt

7.8.1 Parity-Generator (Senderseite) -

Aufstellen von Wahrheitstabellen, KV-Tafeln

-

Erstellung Formeln und Schaltung

7.8.2 Parity-Prüfer (Empfängerseite) -

Liegt kein Fehler vor, wird beim Ausgang F (Fehler) eine Null ausgegeben

7.8.3 Signalkette mit Parity-Generator und Parity-Prüfer -

Codewort 1100, Erweiterung auf 11000 und Übertragung

-

Auf der Empfängerseite kommt aber 11100 an (Fehler!)

-

Ausgang F gibt 1 aus, wenn nicht identisch mich Codewort am Eingang

-

Funktioniert nicht bei Zweifachfehlern, ist jedoch meistens ausreichend

7.9 Schaltnetze -

Funktionseinheit, deren Ausgangszustand von den Zuständen am Eingang abhängt (Addierer, Umcodierer, Parirätsprüfer)

7.10 Schaltwerk -

Ausgangszustand hängt von inneren und Eingangszuständen ab. Innerer Zustände = Realisierte Signale aus vorausgegangenen Zeitpunkten an Eingängen. (Zähler, Register, Parallelumwandler)

7.11 Speicher (FlipFlop) -

Speicherglied für ein Bit. Hat mind. zwei Eingänge und zwei komplementäre Ausgänge. (Entprellung von elektromechanischen Kontakten)

7.11.1

RS-Basis-Flipflop:

-

Nicht taktgesteuert d.h. sie hängen vom Eingangssignal ab

-

Hat einen Setzeingang S und einen Löscheingang R. Schaltung

-

Schaltung besteht aus NOR-Elementen

Abbildung 20 Setzen Ausgangzustand wird oder bleibt 1): Mit S=1 und R=0

7.11.2

Abbildung 21 Löschen (Ausgangszustand wird oder bleibt 0): Mit S=0 und R=1

FlipFlops mit

Taktsteuerung 7.11.2.1

Taktzustandsgesteuertes

RS-FF -

Abbildung 22 Speichern (Ausgangszustand Abbildung 23 Irregulär (Ausgänge sind nicht behält altern Wert): Mit S=R=0komplementär): Mit S=R=1

Eingangszustand reagiert zu bestimmten Zeitpunkt mit Taktvariable C. Speichern des alten Zustands (C=0); Verhalten wie Basis-FF (C=1)  Während C=1 darf sich der Zustand an den Eingängen nicht ändern

7.11.2.2

Taktzustandsgesteuertes D-FF

-

Daten zu bestimmten Zeitpunkt übernehmen

-

Speichern des alten Zustands (C=0); mit C=1 wird Q=1D

7.11.2.3

Asynchrone Steuereingänge bei

taktgesteuerten FF -

Einstellung auch wenn kein Takt zur Verfügung steht z.B. Reset, Recher hängt sich auf

7.11.2.4 -

JK-FF

Unerwünschten Zustand S=R=1 wird durch Vorbereitungseingänge abgefang...