Aufgabe 1: Fragenteil zu „Einführung in die Prozeßleittechnik I“

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Aufgabe 1: Fragenteil zu „Einführung in die Prozeßleittechnik I“
a) Komponenten und Aufbautechnik
(2) a.1) Zwei von:
1) Jede Funktion kann in jeder Komponente gelöst werden.
2) Die Zuordnung erfolgt nach den Gesichtspunkten Redundanzen, gleichmäßige
Prozessorbelastung, Minimierung des Datenaustausches.
3) Eine systemeinheitliche Bedienung- und Beobachtung ist möglich.
4) Von jedem Terminal aus ist der Zugriff auf jede prozeßferne Komponente
möglich.
(2*) a.2) Zwei prozeßnahe Komponenten sind an beiden Strängen des Systembuses
angeschlossen. Beide PNK’en sind für identische
PLT-Stellen „verantwortlich“. Dies wird durch
das schraffierte Kästchen gekennzeichnet. Es ist
aber auch möglich zu zeigen, daß ein
Sensor/Aktor mit beiden PNK’en verbunden ist.
Beide Lösungen werden akzeptiert!
PFK
PNK
PNK
Sensor /
Aktor
(1*) a.3) Zwei von:
1) Nur abgegrenzte, in sich geschlossene Einheiten lassen sich überhaupt sinnvoll
redundieren.
2) Durch die Modularisierung ergeben sich Redundanzknoten, die die einzelnen
Redundanzeinheiten voneinander trennen. Durch diese Redundanzknoten erhöht
sich die Verfügbarkeit des Systems.
3) Redundanz ist teuer. Es ist nur sinnvoll die Einheiten redundant auszulegen, bei
denen es im konkreten Anwendungsfall erforderlich ist.
b) Systemdienste
(2) b.1) Vier von:
1) Wer hat gemeldet?
2) Wann wurde gemeldet?
3) Was wurde gemeldet?
4) Wie wichtig ist die Meldung?
5) Welcher Zustandsübergang hat stattgefunden?

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(1*) b.2) Um die Abfolge von Ereignissen richtig einordnen zu können ist eine
c) Sensor- / Aktorsysteme
Uhrzeitsynchronisation notwendig.
(3) c.1) Je 1/2 Punkt für jedes Kästchen mit Beschreibung -> 2,5 Punkte. 1/2 Punkt für
Wirklinien und sonstiges.
Integriertes
Anzeige- und
Bedientableau
Geräterechner: Funktionsüberwachung, Funktionserhaltung,
Steuerung, Einstellung, Bedienung, Kommunikation
K
E1
E2
Messung
S'
Hilfsenergieversorgung
Signalverarbeitung
H2 Messung H3 Logik
S1
S2
..
(1*) c.2) Bei der In-Line Messung erfolgt die Messung im Produktstrom oder einem
Bypass.
Bei der Ex-Line Messung verläßt das Meßgut den Produktionsraum. Es wird z.B.
eine Probe gezogen.
H
d) Meßtechnik
(2) d.1) Je einen Punkt für ∆ p 1 und ∆p 2 incl. Höhenangaben h und h k .
(2) d.2) Je Formel 1/2 Punkt.
∆p1 = ρ F ⋅ g ⋅ h
∆p1
h = ⋅
p
h k
∆ 2
∆p2 = ρ F ⋅ g ⋅h
ρ F
∆p2
=
g ⋅ hk
k
h
∆p 1
∆p 2
hk
e) Technische Anforderungen an leittechnische Einrichtungen
(2) e.1) 1.Ziffer beschreibt den Schutzgrad für Berührungs- und Fremdkörperschutz.
2.Ziffer den Schutzgrad gegen Wasser.
(2*) e.2) Kapselungen: Öl-, Sand-, Verguß-, Überdruckkapselungen, druckfeste
Kapselungen. Spezielle Verbindungstechnik, Begrenzung der Energiedichte.

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Aufgabe 2: Füllstandmeßtechnik
a.1) feste Medien: Füllstandmessung mit elektromechanischem Lot
feste Medien: Füllstandmessung mit Ultraschall
flüssige Medien: Mikrowellen -Füllstandmessung
flüssige Medien: Kapazitive Füllstandmessung
b) a.1) - Füllgewicht wird an einem Seil / Stahlband in den Behälter abgelassen.
- Lot erreicht das Meßgerät
- Band wird aufgespult
- aus der abgelassenen Bandlänge wird der Füllstand berechnet
a.2) - Sensor befindet sich oberhalb des Meßgutes
- Sensor wird elektrisch angeregt und sendet einen gerichteten
Ultraschallimpuls aus (Sensor als Sender)
- Oberfläche des Meßgutes reflektiert den Impuls
- reflektiertes Echo wird vom gleichen Sensor (Sensor als Empfänger) in
elektrisches Signal umgewandelt
- Laufzeit ist direkt proportional zum Abstand Sensor - Füllstand
a.3) - Prinzip wie Ultraschall
hier jedoch Mikrowellenimpuls
a.4) - Behälterwände bilden einen Kondensator
- Die Veränderung des Füllstandes führt zur einer Veränderung der Kapazität
c)
Vorteile
Nachteile
a.1) Unabhängig von der Körnung und den nicht während des Befüllvorganges
elektrischen Eigenschaften des Meßgutes. möglich.
a.2) Berührungsloses Meßprinzip bedingt einsetzbar bei schlechten
Reflexionseigenschaften
von
pulverförmigen Schüttgütern.
a.3) Unabhängig von der Schallgeschwindigkeit
siehe a.2)
a.4) Geeignet für extreme Bedingungen (hohe Dielektrizitätskonstante muß bekannt sein.
Temp. / hoher Druck).

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d)
a.1)
d
n
h = h Max - (π d n )
h Max
d: Durchmesser der Rolle
n: Anzahl der Umdrehungen
h
a.2)
h = h Max - 0.5 (v 0 t)
h Max
v 0 :
t: Laufzeit
Schallgeschwindigkeit
h
a.3) Bild siehe a.2 h = h Max - 0.5 (c t)
c: Lichtgeschwindigkeit
t: Laufzeit
a.4)
ε1
ε2
s
h
h Max
C = ges
C + 1
C C b( hMax
− h)
2 1
= ε1
s
b ⋅ h
C2 = ε
2
s
D: Durchmesser des Behälters
ε 1 :
ε 2 :
Dielektrizitätskonstante der Luft
Dielektrizitätskonstante des Mediums
s: Abstand der Behälterwände
b: Seitenlänge des Behälterwandes

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Aufgabe 3: Funktionsbausteintechnik
a) y(α) = m + A cos (α)
b.1)
y(α) = m + A sin(α + π/2)
A
α
π / 2
Add_1 Sin_1 Add_1
m
b.2) Anzahl Typen: 2
Anzahl Instanzen: 3
c.1)
α
π / 2
Am
Teilnetzwerk
y=f(α)
Typname:
Teilnetzwerk
Anzahl Eingänge: 4 (Bezeichnung siehe Zeichnung)
Anzahl Ausgänge: 1
Methode:
y(α) = m + A sin(α + π/2)
c.2) Vorteile: - Es werden weniger FB benötigt.
- Reduzierung des Engineeringaufwandes bei größeren FB-Netzwerken.
Nachteile:
- Für andere FB-Netzwerke beschränkt einsetzbar,
weil er zu speziell ist.
- Bei größeren FB-Methoden ist er fehleranfälliger.
d.1)
x1
x Radizierer x Multiplizierer x1 * x2 x Tangens tan (x)
x 2
d.2)
x
Rad_1
Mul_1
x
Tan_1

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Aufgabe 4: Fragenteil zu „Einführung in die Prozeßleittechnik II“
a) a) Beschreibungs- und Strukturierungsmethoden
(4) a.1) Je korrekter Ebene einen Punkt. Einen Punkt für Diskriminator. -> Es wurde das
Abstraktionsprinzip angewandt.
Aktor
- Ser.-Nr.:
- Hersteller:
- Preis:
- Steuereingang:
Stellender
Aktor
- Stell-Bereich:
- Hilfsenergie:
Fördernder
Aktor
- Förderleistung:
- Motorleistung:
Heizungsähnlicher
Aktor
- Temperaturbereich
- Leistungsaufnahme
Hubventil
- max. Hub
- Flanschgröße
Drehkugelventil
- max. Winkel
- Ventilkennlinie
Förderband Kreiselpumpe el. Heizmantel el. Infrarot
Strahler
- Bandlänge - max. Druck - therm. Isolation - Wellenlänge
- Geschwindigkeit - Flanschgröße - Heizfläche - Strahlwinkel
Instantierung
Instantierung
Hubventil:F11
- Ser.-Nr.: 123 456
- Hersteller: Samson
- Preis: Liste
- Stell-Bereich: 0 - 95 %
- Hilfsenergie: Druckluft 3 bar
- max. Hub 100 mm
- Flanschgröße DN 14
- Steuereingang: 0, 4-20 mA
Kreiselpumpe:K14
- Ser.-Nr.: 987 654
- Hersteller: Wido
- Preis: Liste
- Förderleistung: max. 500 l/min
- Motorleistung: 10 kW
- max. Druck: 15 bar
- Flanschgröße DN 14
- Steuereingang: Feldbus
(3) a.2) Siehe Zeichnung, a.1). Je eine Punkt für richtige Instanzierung. Ein Punkt für
Zuordnung des Steuereinganges zu Klasse Aktor!

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b) Prozeßbeschreibung
Rohpulver
Pulvergefüllte
Form
Mischen
Mischzeit: ____
Pressen 1
Pulvermischung
in Vorlage
niedrig
gepreßte
Fliese
Verbindungsmaterial
Formfüllen
Einströmzeit: ____
Entlüften 1
Pulvergefüllte
Form
Füllhöhe: ____
Pressdruck1: ____
niedrig
entlüftete
Fliese
Abgas 1
Pressen
Pressdruck2: ____
Pressdruck3: ____
Pressen 2
Dicke: ____
Abgas 1
Fliese
Abgas 2
Lösung b.1)
mittel
gepreßte
Fliese
(3) b.1) Je einen 1/2 Punkt für jedes
Attributierungskästchen und das richtige
Attribut. Noch einen 1/2 Punkt wenn
Pressen mit 3 Attributen versehen ist.
(3) b.2) Für jedes Element mit richtigem
Eingangsprodukt je einen 1/2 Punkt! Für
die Schnittstellenkonsistenz einen 1/2
Punkt.
mittel
entlüftete
Fliese
Entlüften 2
Pressen 3
Abgas 2
Fliese
Lösung b.2

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c) Die technische Anlage und ihre Elemente
FIC
1011
KOA
1012
M
PISA
1010
LOSA
1013
Reaktor
10
YOS
1014
Abb. 4.4: R&I-Fließbild.
(5) c.1) Je Zeile der Tabelle einen Punkt:
FIC 1011 Stellglied mit Membranantrieb Durchfluß: analoge, geregelte
Größe
KOA 1012 Motor für Rührer Leistungsansteuerung: binär mit
Alarmierung
PISA 1010 Messung an Reaktor 10 Druckmessung: analog, löst
Verriegelung und Alarm aus
LOSA 1013 Messung an Reaktor 10 Füllstand: binär löst Verriegelung
und Alarm aus
YOS 1014 Stellglied mit Membranantrieb Ansteuerung vom Stellglied:
binär, löst Verriegelung aus
(2) c.2) Je einen Punkt:
H1017
KOA
1018
M
Abb. 4.5: Lösungsbeispiel

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Lösung Aufgabe 5: Regelungstechnik
(3*) a) Führungsgröße: h soll
Regelgröße: h
Stellgröße: s
(7*) b) Teilsystem I (Regler)
U
D
= U
s
− Ui
⎫
⎬ ( )
U K U U = U − U ⋅ K
M
=
V
⋅
D ⎭
M s i V
Teilsystem II (Antrieb)
∫
s = π ⋅d Z
⋅ n⋅dt
⎫
⎪
oder
⎪
d
Z ⎪
s&
= ω ⋅ = π ⋅d
Z
⋅n⎬s&
= π ⋅d ⋅ K ⋅U
2 ⎪
⎪
n = KM
⋅U
⎪
M
⎭⎪
Z M M
Teilsystem III (Kokille)
dq = qe
− qa
⎫⎪
⎬V = ( qe
qa
) dt
V = dq ⋅ dt ∫ − ⋅
∫ ⎭⎪
1
h = ⋅
A V
(10*) c)
K h
q a
π d Z K S 1 1/A K
h U s + U D U M s q
-
soll n
e dq
V
+
-
U i
K V
K M
h
h
K R
U i

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Lösung von Aufgabe 6: Ablaufsteuerung
(*9) a)
Betriebsmittel Fahrweisen Führungswerte
gegeben: Dosierer A dosieren [Menge in kg]
gegeben: Dosierer B dosieren [Menge in kg]
gegeben: Dosierer C dosieren [Menge in kg]
gegeben: Dosierer D dosieren [Menge in kg]
gegeben: Dosierer E dosieren [Menge in kg]
gegeben: Hubbalken positionieren [Position in m]
Dosierer F dosieren [Menge in kg]
Förderband A
Rührer 1
Hydraulikstempel
Förderband B
fördern
aus
rühren
aus
herunterfahren
hochfahren
fördern
aus
[-]
[-]
[-]
[-]
[max. Druck in bar]
[-]
[Geschw. in m/s]
[-]
(*2) b)
Transition
entry/
do:
exit/
Aktion
Aktivität
Aktion
Zustand

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(11) c)
Start
entry/
Dosierer A: dosieren (30 kg)
Dosierer B: dosieren (500 g)
Dosierer E: dosieren (13 kg)
Charge produzieren
Dosiervorgang beendet UND
Produktversion A produzieren
Dosiervorgang beendet UND
Produktversion B produzieren
entry/
Dosierer C: dosieren (13 kg)
Dosierer D: dosieren (500 g)
entry/
Dosierer F: dosieren (13 kg)
Dosiervorgang beendet
Dosiervorgang beendet
entry/
Rührer 1: rühren
exit/
Rührer 1: aus
Rührzeit von Rührer 1 = 30 Sek.
entry/
Förderband A: fördern
exit/
Förderband A: aus
Laufzeit von Förderband A = 10 Sek.
entry/
Rührer 1: rühren
exit/
Rührer 1: aus
Rührzeit von Rührer 1 = 180 Sek.
entry/
Hubbalken: positionieren
(2 m)
exit/
Hubbalken: positionieren
(0 m)
Hubbalken bei xHub = 2 m
entry/
Hydraulikstempel
herunterfahren (pmax = 2 bar)
exit/
Hydraulikstempel
hochfahren
pmax erreicht
entry/
Förderband B: fördern
(0,02 m/s)
exit/
Förderband B: aus
Laufzeit von Förderband B = 60 Min.
Ende