Automatisierungstechnik Übungsaufgaben

Automatisierungstechnik
Übungsaufgaben
Prof. Dr. Ing. T.Skrotzki
FH Südwestfalen, Fachbereich Technische Betriebswirtschaft
Version Auttechnik Aufgaben V1.4.3 Verbund.docx
20.03.13

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Inhaltsverzeichnis
Aufgabe 1: Normierung von Ein- und Ausgangsgrößen .......................................................... 4
1.1 RC-Schaltung ................................................................................................................. 4
1.2 Drehzahlgeber mit Messwandler .................................................................................... 4
1.3 Messtisch mit Spindelantrieb.......................................................................................... 5
Aufgabe 2: Geschlossener Regelkreis ...................................................................................... 6
2.1 Wirkungen im geschlossenen Regelkreis ...................................................................... 6
2.2 Wirkung von Störgrößen im geschlossenen Regelkreis ................................................. 6
Aufgabe 3: Einfache Temperaturregelstrecke .......................................................................... 7
Aufgabe 4: Erwärmung eines Werkstückes in einem Ofen mit konstanter Temperatur ......... 8
Aufgabe 5: Ersatzparameter einer Heizungsregelstrecke ........................................................ 9
Aufgabe 6: Füllstand in einem Vorratsbehälter ...................................................................... 10
Aufgabe 7: Füllstandsregelung mit einem Zweipunktregler .................................................. 12
Aufgabe 8: Zweipunktregler an einer integralen Regelstrecke .............................................. 13
Aufgabe 9: Sprungantworten von Übertragungsgliedern ...................................................... 14
Aufgabe 10: Kenngrößen von Übertragungsgliedern .......................................................... 15
Aufgabe 11: Sprungantwort eines PI - Reglers .................................................................... 16
Aufgabe 12: Statische Kennlinie eines P-Reglers ................................................................ 17
Aufgabe 13: Statische Kennlinie eines P-Reglers als Heizungsregler ................................ 18
Aufgabe 14: Statische Kennlinie eines elektrisch beheizten Wasserbades ....................... 19
Aufgabe 15: P-Regler für ein elektrisch beheiztes Wasserbad ........................................... 20
Aufgabe 16: Statische Kennlinie einer Temperaturregelstrecke ......................................... 21
Aufgabe 17: Kennzahlen für die Regelgüte .......................................................................... 23
Aufgabe 18: Schaltalgebra .................................................................................................... 26
Aufgabe 19: Normalformen .................................................................................................... 27
Aufgabe 20: Schaltnetzsynthese ........................................................................................... 28
Aufgabe 21: Grundverknüpfungen ........................................................................................ 29
Aufgabe 22: Feinpositionierung eines Regalfahrzeugs ....................................................... 30
20.03.13 2

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 23: Ein/Ausschalten eines Elektromotors .............................................................. 31
Aufgabe 24: Zuschaltverriegelung von Motoren .................................................................. 33
Aufgabe 25: Zustandsübergangsdiagramm einer Aufzugssteuerung ................................ 34
Aufgabe 26: Zustandsübergangsdiagramm einer Baustellenampel ................................... 35
Aufgabe 27: Steuerung eines Wärmebehälters .................................................................... 36
Aufgabe 28: Werkstofferkennung mit zwei Sensoren .......................................................... 37
Aufgabe 29: Steuerung eines Lastenaufzugs mit 2 Etagen ................................................. 38
Aufgabe 30: Steuerung einer Behälterbefüllung .................................................................. 39
Aufgabe 31: Steuerung einer Behälterfüllanlage mit drei Behältern ................................... 41
Aufgabe 32: Lauftorsteuerung .............................................................................................. 43
20.03.13 3

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 1: Normierung von Ein- und Ausgangsgrößen
1.1 RC-Schaltung
u
e
R
C
i
u
R = 1k
C = 1F
C
Bei einer RC - Reihenschaltung mit der Eingangsspannung u e kann die Spannung am Kondensator nach der
Gleichung 1
u
C i dt
C berechnet werden. Die Eingangsspannung kann höchstens den Wert u max = 10V
annehmen, der maximale Strom in der Schaltung beträgt i max = u max / R = 10mA. Stellen Sie die Gleichung
für u C als normierte Gleichung dar.
1.2 Drehzahlgeber mit Messwandler
Am Ausgang eines Drehzahlgebers liegt bei der Drehzahl n N = n max = 6000 U/min eine Spannung von u N =
u max = 10V an. Das Drehzahlsignal soll mittels eines Spannungs/Stromwandlers mit „Zero-Live-Technik“ 4 -
20 mA (siehe Kennlinie) zu einer entfernt liegenden Stelle als eingeprägtes Stromsignal 4 bis 20 mA übertragen
werden.
i
mA
20
16
12
8
4
5 10 U
V
Stellen Sie die Übertragungskette als Blockschaltbild dar. Ermitteln Sie für jeden Block die Übertragungsgleichung
in nicht normierter Form. Stellen Sie anschließend die Übertragungsgleichung für die gesamte
Kette auf und normieren Sie diese.
Hinweis: Zero-Live-Technik
Die Signalübertragung über große Entfernungen erfolgt häufig mit eingeprägten Stromwerten. Dabei wird
das Messsignal auf einen Strombereich von 0 ... 20 mA abgebildet. Vorteil der Übertragung mit Stromsignalen
ist die geringe Anfälligkeit gegen Störeinflüsse und keine Signalbeeinflussung durch die Leitungswiderstände.
Alternativ kann auch ein Strombereich von 4 ... 20mA zur Übertragung gewählt werden, dann ent-
20.03.13 4

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
spricht dem Messwert Null ein Ruhestrom von 4mA. Wenn der Strom kleinere Werte als 4mA annehmen
sollte, kann auf diese Weise ein Leitungsbruch erkannt werden.
1.3 Messtisch mit Spindelantrieb
Bei einem Messtisch mit Spindelantrieb ergibt sich der Verfahrweg s aus der Motordrehzahl n M und der
Spindelsteigung p nach der Gleichung
s p n (t) dt s
M
0
Der maximale Verfahrweg beträgt s max = L = 1000mm, die maximale Motordrehzahl n Mmax = 1000 U/min.
Die Spindelsteigung beträgt p = 6 mm/Umdrehung. Geben Sie die Systemgleichung für den Verfahrweg in
normierter Form an.
20.03.13 5

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 2: Geschlossener Regelkreis
2.1 Wirkungen im geschlossenen Regelkreis
z
w
x
x d
Regler
y
y´
Regelstrecke
x
In dem oben dargestellten Regelkreis sei der Regler so ausgewählt und eingestellt, dass der Regelkreis stabil
arbeitet und keine bleibende Regelabweichung auftritt. Der Regelkreis befinde sich zum Zeitpunkt t < 0 in
einem stationären Zustand mit w 1 = x 1 und x d1 = 0 sowie y 1 und z 1 = konst.
a) Zum Zeitpunkt t = 0 erfolgt eine sprungförmige Sollwertänderung auf w 2 > w 1 . Beschreiben Sie qualitativ
mit Worten die tendenzielle Änderung der Größen x d , y, y´, x im Regelkreis, bis sich die Regelgröße
x auf den neuen Wert eingestellt hat.
b) Zum Zeitpunkt t = 0 erfolgt eine sprungförmige Störgrößenänderung z 2 > z 1 . Beschreiben Sie qualitativ
mit Worten die tendenzielle Änderung der Größen x d , y, y´, x im Regelkreis, bis sich die Regelgröße
x wieder auf den vorherigen Wert eingestellt hat.
c) Beim Aufbau des Regelkreises wird durch einen Fehler bei der Verdrahtung der elektrischen Leitungen
die Regelgröße x nicht vom Sollwert w subtrahiert, sondern addiert, d.h. x d = w+x. Beantworten
Sie die Punkte a und b für diesen Fall.
2.2 Wirkung von Störgrößen im geschlossenen Regelkreis
z z z
R
V
L
w
x d
Regler
y
Regelstrecke
x
x
z
S
In einem gegebenen Regelkreis wirken verschiedene Störgrößen.
z R = Störung am Reglereingang
z V = Störung am Streckeneingang
z L = Störung am Streckenausgang (Laststörung)
z S = Störung am Sensor
Beschreiben Sie qualitativ mit Worten wie sich die einzelnen Störgrößen auf das Regelergebnis x auswirken.
Können die Störungen ausgeregelt werden oder nicht
20.03.13 6

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 3: Einfache Temperaturregelstrecke
Gegeben ist die im folgenden Bild skizzierte beispielhafte Temperaturregelstrecke. Die Halogenlampe (incl.
Verstärker) stellt das Stellglied dar, mit dem die Temperatur an der Messstelle konstant gehalten werden
soll. Im Temperaturbereich von 20 - 70C gilt näherungsweise der Verlauf der Sprungantwort (nicht normiert)
C
t
T
ist
5 uR(1
e ) 0
mit T 30s
und uR
uR
1
uR0
V
u Spannung nach dem Sprung
u
R1
R0
Spannung vor dem Sprung
Temperatur vor dem Sprung
0
Temperaturregelstrecke
Pt 100
Temperaturfühler
ist
u R
0 - 10V
Verstärker
U
U
0 - 24V
ist
a) Skizzieren Sie den Verlauf der Sprungantwort, wenn die Spannung u R
– von 0V auf 4V
– anschließend von 4V auf 8V
– und anschließend von 8V auf 0V
sprungförmig geändert wird. Zwischen allen Sprüngen liege genügend Zeit, so dass die Temperatur
einen stationären Wert annehmen kann.
b) Normieren Sie die obige Gleichung für die Sprungantwort auf die Maximalwerte max = 70C und
u Rmax = 10V. Wie wird das vorliegende charakteristische Übertragungsverhalten genannt Geben Sie
die Kennwerte an.
c) Näherungsweise gilt, dass bei diesem Übertragungsverhalten nach der Zeit 5T 1 der Temperaturendwert
erreicht ist. Wie weit weicht der tatsächliche Wert dann noch vom Endwert ab Ist die Näherung
zulässig
d) Skizzieren Sie den Verlauf der Temperatur, wenn die Eingangsspannung des Verstärkers auf u R =
10V eingestellt ist und dieser periodisch jeweils für 4 min eingeschaltet und für 4 min wieder ausgeschaltet
wird.
20.03.13 7

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 4: Erwärmung eines Werkstückes in einem Ofen mit konstanter Temperatur
In idealisierter Form läuft der Erwärmungsvorgang eines homogenen Werkstückes in einem Glühofen mit
PT 1 -Verhalten ab. Wenn dieses Werkstück mit der Anfangstemperatur 0 in einen Ofenraum mit der konstanten
Temperatur 1 eingebracht wird, dann ergibt sich der Verlauf der Werkstücktemperatur mit guter
Näherung aus
t
) (1
e T)
1 0
( t) (
,
0
solange davon ausgegangen werden kann, dass die Temperaturänderung gleichmäßig im gesamten Werkstück
erfolgt. Die Verzögerungszeitkonstante T beträgt
c
m
T mit
A
30
m
2
J
s
K
Dabei ist die Wärmeübergangszahl (heiße Luft an eine feste Oberfläche), A die Oberfläche, m die Masse
und c die Wärmekapazität des Werkstücks. Ein Werkstück aus Eisen (Würfel mit Kantenlänge a = 40 cm,
Masse m = 500 Kg, Wärmekapazität c = 465 J / KgK) wird in einem Glühofen auf die Ofenraumtemperatur
250 C erwärmt.
a) Berechnen Sie die Verzögerungszeitkonstante für den Erwärmungsvorgang.
b) Skizzieren Sie maßstäblich den Zeitverlauf der Werkstücktemperatur, wenn das Werkstück zum Zeitpunkt
t = 0 in den Ofenraum eingebracht wird. Zeichnen Sie die Verzögerungszeitkonstante ein.
c) Nach welcher Zeit kann davon ausgegangen werden, dass das Werkstück die Endtemperatur mit guter
Näherung (Fehler < 1% vom Endwert) erreicht hat
d) Wie groß ist die Werkstücktemperatur, wenn der Erwärmungsvorgang nach 120 min. unterbrochen wird
und das Werkstück aus dem Ofen entfernt wird
20.03.13 8

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 5: Ersatzparameter einer Heizungsregelstrecke
Bei einer Zentralheizungsanlage liegen im gesamten Heizkreis mehrere Energiespeicher hintereinander. Sie
sorgen mit ihren Zeitkonstanten dafür, dass sich eine Stellgrößenänderung, zum Beispiel das Einschalten des
Brenners, erst nach langer Zeit im Wohnraum bemerkbar macht. Als größte Zeitkonstanten treten hierbei die
Transportzeit des Wasser vom Kessel bis zum Heizkörper, sowie die Erwärmungszeitkonstante des Kessels,
der Rohrleitungen, des Heizkörpers und des Wohnraumes auf. Nach dem Einschalten des Brenners habe die
Sprungantwort der Raumtemperatur folgenden Verlauf:
Bestimmen Sie die Ersatzzeitkonstanten der Regelstrecke und beurteilen Sie die Regelbarkeit.
20.03.13 9

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 6: Füllstand in einem Vorratsbehälter
In einem Vorratsbehälter soll die Füllhöhe H auf einem gleichbleibenden Wert gehalten werden. Die zulaufende
Flüssigkeitsmenge ergibt sich aus dem Öffnungsgrad y des kontinuierlich verstellbaren Einlassventils
0 y 1. Die ablaufende Flüssigkeitsmenge ergibt sich aus der Fördermenge einer Pumpe, die kontinuierlich
zwischen Null und dem Maximalwert eingestellt werden kann. Die abfließende Menge sei unabhängig
von der Füllstandshöhe. Sie kann als Störgröße z mit 0 z 1 aufgefasst werden. Bei y = 1 bzw. z = 1 betragen
die maximalen Zu- und Abflussmengen V
3
0,628 m / s
max
. Der zylindrische Behälter hat einen
Durchmesser von D = 4m und eine maximale Füllhöhe H max = 5m.
Aufgabe:
a) Berechnen Sie die Zeit, die benötigt wird, um den leeren Behälter bei geschlossenem Ablauf vollständig
zu füllen.
b) Die Füllstandshöhe ergibt sich aus der Differenz der zufließenden und abfließenden Mengen, die Regelstrecke
besitzt integrales Verhalten. Die mathematische Gleichung für die Regelstrecke lautet
4
H
D
2
t
0
(V
V
1
2
) d
H
0
Normieren Sie die Gleichung auf Maximalwerte mit
x
H
H
max
V
y
V
1
max
V
z
V
2
max
und stellen Sie daraus ein Blockschaltbild für die Regelstrecke auf. Wie groß ist die Integrationszeitkonstante
T I der Regelstrecke
c) Für t < 0s sei der Behälter zu 50% gefüllt. Zeichnen Sie den Verlauf der Regelgröße x in das beiliegende
Diagramm ein, wenn zum Zeitpunkt t 0s folgende Fälle eintreten:
1. y = 1 und z = 0
20.03.13 10

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
2. y = 0,5 und z = 0,5
3. y = 0,2 und z = 0,7
Gehen Sie davon aus, dass die Füllhöhe durch entsprechende Einrichtungen immer auf den maximal möglichen
Wert begrenzt wird. Das Einlassventil und die Pumpe arbeiten ohne Zeitverzug.
20.03.13 11

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 7: Füllstandsregelung mit einem Zweipunktregler
Der Füllstand in dem Vorratsbehälter aus Übungsaufgabe „Füllstand in einem Vorratsbehälter“ wird mit
einem Zweipunktregler geregelt. Dazu muss das Einlassventil lediglich die Schaltzustände „Auf“ und „Zu“
einnehmen können. Die Toleranzbandbreite beträgt 2 = 0,2, der Öffnungsgrad des Ablaufs sei auf z = 0,3
eingestellt, der Behälterfüllstand habe den Wert x = 0,2. Zum Zeitpunkt t = 0 wird die Führungsgröße
sprungförmig auf w = 0,7 erhöht.
a) Zeichnen Sie maßstäblich den Verlauf der Führungsgröße, der Regelgröße und das Toleranzband in das
beiliegende Diagramm ein.
b) Berechnen Sie die Schaltfrequenz des Einlassventils.
20.03.13 12

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 8: Zweipunktregler an einer integralen Regelstrecke
Es ist der folgende Regelkreis mit einem Zweipunktregler und einer Regelstrecke mit Integralverhalten (T I =
10 s) gegeben. Die Toleranzbandbreite des Reglers ist auf 2 = 0,2 eingestellt, der Regler schaltet die Stellgröße
zwischen y min = -0,5 und y max = +1. Für t 0 hat die Regelgröße den Wert x = 0.
T = 10s
I
Zeichnen Sie maßstäblich den Verlauf der Regelgröße x in das beiliegende Diagramm ein, wenn die Führungsgröße
w wie dargestellt geändert wird.
1,0
w,x
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
w
0,3
0,2
0,1
0,0 t in s
0 2 4 6 8 10 20 30 40
20.03.13 13

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 9: Sprungantworten von Übertragungsgliedern
Zeichnen Sie maßstäblich die Sprungantworten der unten aufgeführten Übertragungsglieder, wenn die Eingangsgröße
einen Sprung von x e1 = 0 auf x e2 = 0,8 und daran anschließend einen Sprung von x e1 = 0,8
auf x e2 = 0,3 durchführt. Im Fall c) kann angenommen werden, dass zwischen beiden Sprüngen genügend
Zeit liege, so dass die Sprungantwort den Endwert nach dem ersten Sprung erreicht hat.
a) Proportionalglied mit K PS = 0,9
b) Totzeitglied mit T t = 5s und K PS = 1
c) Verzögerungsglied 1. Ordnung mit K PS = 1 und T = 10s
d) Integralglied mit T I = 10s (Begrenzung der Ausgangsgröße auf 1)
e) Addition der Übertragungsglieder aus a) und b)
f) Reihenschaltung der Übertragungsglieder aus a) mit K PS = 0,5 und d) mit T I = 5s
g) Addition der Übertragungsglieder aus a) mit K PS = 0,5 und d) mit T I = 5s und Begrenzung auf 1
zur eigenen Übung: Variieren Sie die Parameter und die Verschaltung der Übertragungsglieder
20.03.13 14

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 10:
Kenngrößen von Übertragungsgliedern
In den folgenden Bildern sind die Sprungantworten einiger Übertragungsglieder auf einen Eingangssprung
der Höhe 1 aufgezeichnet. Geben Sie jeweils die Charakteristik der Übertragungsglieder an und ermitteln Sie
die zugehörigen Parameter.
20.03.13 15

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 11:
Sprungantwort eines PI - Reglers
Zeichnen Sie den Verlauf der Stellgröße eines PI-Reglers bei der dargestellten Änderung der Regelabweichung
für folgende Reglereinstellungen. Die Stellgröße habe den Anfangswert y 0 = 0.
a. Reglereinstellung: K PR = 3 und T N = 30s
b. Reglereinstellung: K PR = 1,5 und T N = 30s
c. Reglereinstellung: K PR = 1,5 und T N = 60s
x d
0,4
0,2
0
y
1,0
0 50 100 150 200
t in s
0,8
0,6
0,4
0,2
0
y
1,0
0 50 100 150 200
t in s
0,8
0,6
0,4
0,2
0
y
1,0
0 50 100 150 200
t in s
0,8
0,6
0,4
0,2
0
20.03.13 16
t in s

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 12:
Statische Kennlinie eines P-Reglers
Eine Erwärmungsregelstrecke mit Verzögerungen 3. Ordnung soll mit einem P-Regler geregelt werden. Der
Stellbereich beträgt Y h = 1 mit 0 y 1, die Proportionalverstärkung sei K PR = 5,4. Mit dem Regler soll die
Regelgröße fest auf den Wert w = 0,5 geregelt werden.
Aufgabe:
Zeichnen Sie die statischen Reglerkennlinien
a) y = f(x d )
b) y = f(x)
mit Angabe des Proportionalbereiches in die beiliegenden Leerdiagramme.
zur eigenen Übung: Zeichnen Sie die Kennlinien bei verschiedenen Werten für K PR und w
20.03.13 17

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 13:
Statische Kennlinie eines P-Reglers als Heizungsregler
Ein P-Regler wird als Heizungsregler in einem elektrisch beheizten Wasserbad eingesetzt. Das Wasserbad
soll konstant auf 60C geregelt werden. Dabei soll der Regler so eingestellt werden, dass er den maximalen
Heizstrom von 2,0 A bei einer Regelabweichung von 40C einstellt. Zeichnen Sie die statischen Kennlinien
I = f( d ) wobei d die Regelabweichung ist
I = f( soll - ist )
I
A
I
A
2,0 2,0
1,5 1,5
1,0 1,0
0,5 0,5
d
10 30 70 90 10 30
70 90
ist
20.03.13 18

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 14:
Statische Kennlinie eines elektrisch beheizten Wasserbades
Die Temperatur eines elektrisch beheizten Wasserbades soll mittels eines Reglers auf N = 60C konstant
geregelt werden. Dies soll bei Umgebungstemperaturen zwischen 0C U 40C der Fall sein. Für die
Regelstrecke wurde die dargestellte statische Kennlinie mit der Temperatur als Regelgröße und dem Heizstrom
I als Stellgröße bei U = 20C messtechnisch ermittelt. Die Kennlinien bei anderen Umgebungstemperaturen
können gewonnen werden, wenn die dargestellte Kennlinie auf den entsprechenden Wert der Umgebungstemperatur
vertikal verschoben wird.
Aufgabe:
a) Ermitteln Sie den Maximal- und den Minimalwert des Proportionalbeiwertes K PS der Regelstrecke,
wenn das Wasserbad im oben genannten Arbeitsbereich betrieben wird
Statische Kennlinie des elektrisch beheizten Wasserbades
b) Ermitteln Sie die Gleichung der linearisierten Kennlinie für U = 20C.
20.03.13 19

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 15:
P-Regler für ein elektrisch beheiztes Wasserbad
Die Temperatur eines elektrisch beheizten Wasserbades soll mittels eines P-Reglers auf N = 60C konstant
geregelt werden. Dies soll bei Umgebungstemperaturen zwischen 0C U 40C der Fall sein. Für die
Regelstrecke wurde die dargestellte statische Kennlinie mit der Temperatur als Regelgröße und dem Heizstrom
I als Stellgröße bei U = 20C messtechnisch ermittelt. Die Kennlinien bei anderen Umgebungstemperaturen
können gewonnen werden, wenn die dargestellte Kennlinie auf den entsprechenden Wert der Umgebungstemperatur
vertikal verschoben wird.
Aufgabe
Ermitteln Sie mit Hilfe der Kennlinien die bleibenden Regelabweichungen, die sich bei den Umgebungstemperaturen
U = 0C, 20C ,40C einstellen. Dabei soll der Parameter des Reglers so gewählt werden, dass er
bei einer Regelabweichung von 40C den maximalen Heizstrom I = 2,0 A vorgibt.
20.03.13 20

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 16:
Statische Kennlinie einer Temperaturregelstrecke
Bei einer Temperaturregelstrecke wird die Temperatur durch die Spannung U einer Heizwendel eingestellt.
Für verschiedene Spannungswerte wurden im stationären Zustand folgende Temperaturen messtechnisch
ermittelt:
U
[V]
[C]
U
[V]
[C]
0 20 14 82
2 22 16 97
4 26 18 112
6 34 20 128
8 44 22 145
10 55 24 160
12 68
a) Zeichnen Sie die statische Kennlinie in das beiliegende Diagramm 1 und ermitteln Sie im Temperaturbereich
30 160 den minimalen und den maximalen Proportionalbeiwert K PS .
b) Die Auslegung der Reglerparameter hängt vom Proportionalbeiwert K PS der Regelstrecke ab. Welches
K PS ist bei der Reglerauslegung zugrunde zu legen, wenn die Temperatur im geschlossenen Regelkreis
fest auf Soll = 100 geregelt werden soll.
c) Die Regelstrecke wird mit einem P-Regler bei Soll = 100C betrieben. Sein Proportionalbeiwert K PR
wird so gewählt, dass bei einer Regelabweichung = 40C die maximale Spannung vorgegeben
werden soll. Wie groß ist K PR und der Proportionalbereich X P Zeichnen Sie die statische Reglerkennlinie
in das beiliegende Diagramm 2 ein.
d) Übertragen Sie die statische Reglerkennlinie in das Diagramm 1 und ermitteln Sie die bleibende Regelabweichung
b im gewünschten Arbeitspunkt
e) Wie groß muss K PR gewählt werden, damit eine bleibende Regelabweichung von b = 10C auftritt
Geben Sie die Werte für K PR aus c) und d) in normierter Form (auf Maximalwerte normiert) an.
20.03.13 21

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
C Diagramm 1
160
140
120
100
80
60
40
20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
U
V
U
V
Diagramm 2
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
20 40 60 80 100 120 140 160
C
20.03.13 22

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 17:
Kennzahlen für die Regelgüte
Die folgenden Bilder zeigen den Führungsgrößensprung und den Verlauf der Regelgröße x einiger Regelkreise,
die mit einem Zweipunktregler oder mit einem PI-Regler geregelt werden. Ermitteln Sie die Kennzahlen
der Regelgüte für ein Toleranzband von x = 0,05.
a)
b)
20.03.13 23

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
c)
d)
20.03.13 24

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
e)
20.03.13 25

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 18:
Schaltalgebra
Bestimmen Sie die Ergebnisse der folgenden Schaltfunktionen:
a) a 0
b) a 1
c) a 0
d) a 1
e) a a
f) a a
g) a a
h) a a
i) a (a b)
j) a (a b)
k) a (a b)
l) a (a b)
m) (a b) (a b)
n) (a b) (a b) a
Lösungsbeispiel für die Schaltfunktion n)
Unter Zuhilfenahme der Wertetabelle werden die Ergebnisse der Schaltfunktion bestimmt.
a b b a b a b (a b) (a b)
0 0 1 0 1 0
0 1 0 1 0 0
1 0 1 1 1 1
1 1 0 1 1 1
Der Vergleich der einzelnen Schaltzustände mit den Eingangsvariablen a und b liefert das Ergebnis
(a b) (a b) a
20.03.13 26

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 19:
Normalformen
a) Ermitteln Sie aus der folgenden Wertetabelle die Schaltfunktion für die Variable y mit Hilfe der ODERund
der UND-Normalform. Vereinfachen Sie anschließend die Schaltfunktionen durch geschicktes Ausklammern
von Variablen und unter Zuhilfenahme der Reduktion (a b) (a b) a für die ODER-
Normalform bzw. (a b) (a b) a für die UND-Normalform.
a b c y
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
b) Ermitteln Sie aus der folgenden Wertetabelle die Schaltfunktion für die Variable y mit Hilfe der ODER-
Normalform. Vereinfachen Sie anschließend die Schaltfunktion.
a 1 b 1 a 0 b 0 y
0 0 0 0 1
0 0 0 1 0
0 0 1 0 0
0 0 1 1 1
0 1 0 0 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 0
0 1 1 1 0
1 0 0 0 0
1 0 0 1 0
1 0 1 0 0
1 0 1 1 0
1 1 0 0 1
1 1 0 1 0
1 1 1 0 0
1 1 1 1 1
20.03.13 27

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 20:
Schaltnetzsynthese
a) Geben Sie für die Variable y aus der folgenden Wertetabelle die minimierte Schaltfunktion an. Verwenden
Sie dazu die Methode mit einem KV-Diagramm.
a b c d y
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0
0 0 1 0 1
0 0 1 1 1
0 1 0 0 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 0
0 1 1 1 0
1 0 0 0 1
1 0 0 1 1
1 0 1 0 1
1 0 1 1 1
1 1 0 0 0
1 1 0 1 0
1 1 1 0 0
1 1 1 1 0
b) Überprüfen Sie das Ergebnis aus a), in dem Sie aus der Wertetabelle die ODER-Normalform aufstellen
und den Ausdruck mit Hilfe der Rechenregeln der Schaltalgebra soweit reduzieren, bis das gleiche
Ergebnis entsteht.
20.03.13 28

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 21:
Grundverknüpfungen
Geben Sie für folgende Aufgabenstellungen die Schaltnetze in Funktionsplandarstellung an.
a. Eine Presse soll einen Arbeitshub ausführen, wenn der Starttaster (S1) betätigt wird und das Schutzgitter
geschlossen ist (S2).
b. Die Mitschreibbeleuchtung (H) in einem Vortragsraum darf nur leuchten, wenn das Hauptlicht (S1)
ausgeschaltet, der Raum verdunkelt (S2) und der Schalter für die Mitschreibbeleuchtung (S3) eingeschaltet
ist.
c. Die Funktion einer Schleusentür wird aus Sicherheitsgründen durch zwei separate Sensoren (Endlagenschalter)
erfasst. Im geschlossenen Zustand wird ein Öffner (S1 = 0) und ein Schließer (S2 = 1)
durch die Tür betätigt. Nur wenn beide Endlagenschalter unterschiedliche Signalzustände haben, ist
die Funktionssicherheit gewährleistet. Verknüpfen Sie die o.g. Variablen zu einer neuen Variablen
„Funktionskontrolle“ (FK), die im geöffneten und geschlossenen Zustand die Funktionssicherheit
anzeigt.
d. Ein Motor soll über ein Schütz (K1) wahlweise von vier Schaltstellen (Rastschalter S1, S2, S3, S4)
aus eingeschaltet werden können.
e. Bei einem Reaktionsbehälter muss ein Sicherheitsventil (Y1) geöffnet werden, wenn der Druck zu
groß (S1) oder die Temperatur zu hoch (S2) oder eine bestimmte chemische Konzentration erreicht
(S3) ist. Wenn das Sicherheitsventil geöffnet werden soll, ist dies durch eine Meldeleuchte (H1) anzuzeigen.
f. Die Alarmleuchte einer Turbine soll leuchten, wenn eine bestimmte Drehzahl n überschritten (S1 =
0) oder die Lagertemperatur zu hoch (S2 = 0) oder der Kühlkreislauf K ausgefallen (S3 = 1) ist.
Hinweis:
- Ordnen Sie den Ein- und Ausgangsvariablen symbolische Namen zu. Wenn keine besonderen Angaben zu
den obigen Variablen gemacht sind, gehen Sie von positiver Logik aus, d.h. der Binärwert 1 gibt das Eintreten
eines Zustandes an.
- Ermitteln Sie anschließend die Signalverknüpfungen und stellen Sie diese in Funktionsbausteinsprache
(FBS bzw. FUP) unter Verwendung der symbolischen Namen dar
20.03.13 29

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 22:
Feinpositionierung eines Regalfahrzeugs
In einem Hochregallager werden die Lasten von einem Regalfahrzeug in die Regalfächer eingelagert. Dazu
wird das Hubwerk und die Langfahrt zunächst grob vor dem Regalfach positioniert. Anschließend erfolgt
eine Feinpositionierung.
Zur Feinpositionierung sind vier Reflexionslichtschranken am Hubwerk montiert. An jedem Regalfach ist
eine Reflektorfolie aufgeklebt, die durch die Lichtschranken abgetastet wird. Die Grobpositionierung ist
dann abgeschlossen, wenn mindestens eine der Lichtschranken von der Folie überdeckt ist. Danach beginnt
die Feinpositionierung, die nach dem Signal FS = „Feinpositionierung Start“ solange Fahr- und Hubsignale
ausgibt, bis alle Lichtschranken bedeckt sind. Dann soll ein Signal FE = „Feinpositionierung Ende“ ausgegeben
werden. Die Lichtschranken L1-L4 liefern 1-Signal, wenn sie ein Reflexsignal erhalten.
Heben
F
L1
L2
Links
Rechts
L3
Senken
L4
L1 - L4: Lichtschrankenträger mit Reflexlichtschranken
F : Feststehende Reflektorfolie
a) Erstellen Sie für die Feinpositionierung die Schaltfunktionen zur Ausgabe der Fahr- und Hubbefehle, sowie
des Signals Feinpositionierung Ende. Stellen Sie dazu die entsprechende Wertetabelle auf und ermitteln
sie die Schaltfunktionen mit Hilfe einer Normalform.
b) Vereinfachen Sie die Schaltfunktionen aus a) durch geschicktes Ausklammern von Variablen und unter
Zuhilfenahme der Reduktion a a 1
Achtung: Bei der Aufstellung der Wertetabelle kann davon ausgegangen werden, dass einige Zustände der
Lichtschranken, u.a.
nur die diagonalen Lichtschranken melden 1-Signal
nur drei Lichtschranken melden 1-Signal
unplausibel sind und somit keine regulären Zustände darstellen. Das Regalfahrzeug soll dann stillgesetzt
werden. Besonders der zweite Fall könnte allerdings in der Praxis durchaus auftreten, da aufgrund der immer
möglichen Toleranzen nicht absolut sichergestellt werden kann, dass alle Lichtschranken zum gleichen Zeitpunkt
schalten.
20.03.13 30

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 23:
Ein/Ausschalten eines Elektromotors
a) Ein/Ausschalten eines Elektromotors
Ein Elektromotor soll über ein Schütz K1 ein- und ausgeschaltet werden. Entwerfen Sie die Verknüpfungssteuerung
in Funktionsbausteinsprache (FBS bzw. FUP) unter Verwendung der symbolischen Namen, wenn
als Befehlsgeber zum Einschalten entweder
I. ein Rastschalter S1 mit Ein/Ausstellung
Ein
S1
Aus
II. ein Ein- (S2) und ein Aus-Taster (S3)
zur Verfügung steht.
S2
S3
b) Ein/Ausschalten eines Elektromotors mit Verriegelung
Erweitern Sie anschließend beide Schaltungen so, dass der Motor nur anläuft, wenn ein Schutzgitter um den
Motor herum geschlossen ist (Meldung mit S4 „Schutzgitter geschlossen“).
c) Ein/Ausschalten eines Elektromotors mit Rechts-/Linkslauf
Ein Elektromotor mit zwei Drehrichtungen soll ein- und ausgeschaltet werden. Dazu muss entweder das
Schütz K1 für Rechtslauf oder K2 für Linkslauf aktiviert werden. Es muss sichergestellt sein, dass niemals
beide Drehrichtungen gleichzeitig eingeschaltet werden. Entwerfen Sie die Verknüpfungssteuerung in Funktionsbausteinsprache
(FBS bzw. FUP) unter Verwendung der symbolischen Namen, wenn als Befehlsgeber
zum Einschalten entweder
I. ein Rastschalter S1 mit 3 Schaltstellungen Rechts / Aus / Links
Rechts
S1
Aus
Links
II. jeweils ein Taster Rechts (S2) , Aus (S3), Links (S4)
S2
S3
S4
zur Verfügung steht.
Verwenden Sie zur Lösung die symbolischen Namen der umseitigen Symboltabelle.
20.03.13 31

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Symbolischer Name Operand Kommentar
für 22.1
Zu a)
K1 Motor Ein A
Rastschalter
E
Eintaster
E
Austaster
E
Merker Ein
M
zusätzlich Zusätzlich für zu 22.2 b) Schutzgitter geschlossen E
für 22.3 Zu c) Rastschalter Rechtslauf E
Rastschalter Linkslauf E
Taster Rechtslauf
E
Taster Aus
E
Taster Linkslauf
E
K1 Rechtslauf
A
K2 Linkslauf
A
Merker Rechtslauf
M
Merker Linkslauf
M
Hilfestellung für den Programmentwurf
- Aufgabenstellung lesen und verstehen
- es muss klar sein, welche Signale Eingangs- und Ausgangssignale sind
- für jedes Ausgangssignal jeweils ein Netzwerk vorsehen
- muss das Ausgangssignal mit oder ohne Signalspeicherung gebildet werden
- bei Verwendung von FF´s die Setz- und Rücksetzbedingungen aus der Aufgabenstellung bilden
- sonst die Verknüpfungen des Schaltnetzes bilden
Regeln für die Programmierung in FBS/FUP
- immer in Netzwerken (NW) programmieren, diese durchnummerieren
- zwischen NW gibt es keine grafischen Verbindungen, lediglich indem Variable verwendet werden
- symbolischen Namen verwenden; und nur die vorgegebenen Namen und diese nicht verändern
- nur die angegebenen Ein- oder Ausgangsvariablen verwenden, keine neuen „erfinden“
- Merker können zusätzlich definiert werden, Eintrag in die Symboltabelle nicht vergessen
- Ausgangsvariable nur an einer einzigen Stelle im Programm zuweisen, nie mehrmals
- das gleiche gilt für Merkervariable
- in einem NW nur eine Ausgangsvariable zuweisen, Ausnahme sind weitere Ausgänge mit gleichem
Informationsgehalt wie z.B. Leuchten
- Flip-Flop´s müssen immer einen Operanden besitzen, entweder einen Merker oder einen Ausgang
20.03.13 32

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 24:
Zuschaltverriegelung von Motoren
Mit drei Wahlschaltern „Motor 1 Ein“, „Motor 2 Ein“, „Motor 3 Ein“ können drei Schütze K1, K2, K3 für
drei Motoren einzeln eingeschaltet werden. Die Wahlschalter besitzen eine Raststellung, d.h. sie bleiben
nach der Betätigung in dieser Position und liefern dauerhaft ein 1-Signal. Um das Netz nicht zu überlasten
dürfen immer nur zwei Motoren gleichzeitig eingeschaltet sein. Entwerfen Sie ein Schaltnetz in Funktionsbausteinsprache
(FBS bzw. FUP), das diese Verriegelung sicherstellt.
20.03.13 33

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 25:
Zustandsübergangsdiagramm einer Aufzugssteuerung
Ein Lastenaufzug verkehrt zwischen zwei Etagen eines Gebäudes. Um den Aufzug in die Etage zu rufen, wo
er gerade benötigt wird, befindet sich außen in jeder Etage ein Ruftaster. Deren Betätigung wird in den Merkervariablen
„Anforderung E1“ für Etage 1 oder „ Anforderung E2“ für Etage 2 gespeichert. Nachdem die
richtige Etage erreicht ist, wird die gespeicherte Anforderung zurückgesetzt. Das Speichern und Rücksetzen
der Variablen muss in dem anzufertigenden Zustandsübergangsdiagramm nicht berücksichtigt werden.
Nach dem Betreten der Aufzugskabine kann der Fahrauftrag mit dem Taster „Anforderung Kabine“ ausgelöst
werden.
Vor Beginn der Fahrt soll die Aufzugstür automatisch geschlossen, am Ende der Fahrt soll sie automatisch
geöffnet werden. Die Tür bleibt immer so lange geöffnet, bis ein neuer Fahrauftrag angestoßen wird. Dann
wird zuerst die Tür geschlossen und anschließend der Fahrauftrag ausgeführt. Wenn der Aufzug bei einer
Anforderung bereits in der richtigen Etage steht, soll die Tür einfach geöffnet bleiben. Die geöffnete Tür
wird durch den Sensor „Tür geöffnet“, die geschlossene Tür durch den Sensor „Tür geschlossen“ erfasst .
Hat der Aufzug die Zieletage erreicht, wird dies durch die Sensoren „Aufzug in E1“ oder „Aufzug in E2“
signalisiert.
Damit die Steuerung die Motoren für die Hubbewegung und die Aufzugstür ansteuern kann, müssen folgende
Ausgangsvariablen gebildet werden:
Hubmotor Rechtslauf
Hubmotor Linkslauf
Türmotor Rechtslauf
Türmotor Linkslauf
zum Heben des Aufzugs
zum Senken des Aufzugs
zum Öffnen der Tür
zum Schließen der Tür
Aufgabe
Entwerfen Sie ein Zustandsübergangsdiagramm für die Aufzugssteuerung. Verwenden Sie die symbolischen
Namen aus folgender Tabelle:
Symbolischer Name
Operandentyp
Kommentar
Anforderung E1 M Anforderung von Etage 1, im Merker gespeichert
Anforderung E2 M Anforderung von Etage 2, im Merker gespeichert
Anforderung Kabine E Anforderungstaster in der Aufzugskabine
Tür geschlossen E Sensor meldet Tür ist geschlossen
Tür geöffnet E Sensor meldet Tür ist geöffnet
Aufzug in E1 E Aufzug steht in Etage 1 (unten)
Aufzug in E2 E Aufzug steht in Etage 2 (oben)
Heben A Aufzug fährt nach E2
Senken A Aufzug fährt nach E1
Tür auf A Tür wird geöffnet
Tür zu A Tür wird geschlossen
Der Wartezustand wird verlassen, wenn ein Fahrauftrag angestoßen wird. Dies kann sein
20.03.13 34

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 26:
Zustandsübergangsdiagramm einer Baustellenampel
Funktionsbeschreibung:
- Mit dem Schalter S3 kann die Ampelanlage zu- und abgeschaltet werden. Im abgeschalteten Zustand sind
alle Leuchten dunkel (die Steuerung läuft aber weiter). Nach dem Zuschalten der Ampelanlage sollen zunächst
beide Ampeln Rotlicht zeigen.
- Rotphasen dauern immer mindestens 10s
- Grünphasen werden geschaltet, wenn eine Anforderung durch die Induktionsschleifen S1 oder S2 erfasst
wird
- Grünphasen werden beendet, wenn 20s abgelaufen sind und wenn eine Anforderung der Gegenseite besteht
- Das Abschalten soll nur im Anschluss an die Grünphase einer Fahrspur möglich sein
20.03.13 35

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 27:
Steuerung eines Wärmebehälters
Y11
Y12
S1
K2
K1
S2
S3
S4
Solltemperatur
Y2
In einer verfahrenstechnischen Anlage wird eine Flüssigkeit in einem Behälter auf eine Mindesttemperatur
erwärmt und über das Auslassventil Y2 an einen Folgeprozess weitergeleitet. Der Zulauf erfolgt über ein
Zweistromventil mit den Stellungen halb offen (nur Y11) oder ganz offen (Y11 und Y12). Der Füllstandspegel
wird über die binären Sensoren S1 (voll), S2 (halb voll), S3 (leer) erfasst. Die Behälterheizung kann in
zwei Stufen geschaltet werden. (1.Stufe nur K1, 2.Stufe K1 und K2). Wenn die Solltemperatur der Flüssigkeit
erreicht ist, wird dies über den Temperaturschalter S4 gemeldet.
Wenn der Flüssigkeitsstand unterhalb des Voll-Pegels liegt, soll das Zulaufventil halb geöffnet werden. Ist
der Behälter weniger als zur Hälfte gefüllt, dann soll das Zulaufventil vollständig geöffnet werden.
Wenn die Solltemperatur unterschritten ist, muss die Heizung K1 eingeschaltet werden. Dies darf nur erfolgen,
wenn der Behälter nicht leer ist. Die zweite Heizstufe K2 soll dazugeschaltet werden, wenn der Behälter
mehr als zur Hälfte gefüllt ist.
Das Ablaufventil soll durch die Steuerung automatisch geöffnet werden, wenn der Behälter nicht leer ist und
die Flüssigkeit Solltemperatur hat.
Aufgabenstellung:
Entwerfen Sie für die Aufgabenstellung die Verknüpfungssteuerung in Funktionsbausteinsprache (FBS bzw.
FUP). Verwenden Sie zur Lösung die symbolischen Namen der folgenden Symboltabelle.
Symbolischer Name Operandentyp Kommentar
Behälter voll S1 E voll =1
Behälter halb voll S2 E halb voll =1
Behälter über Min S3 E leer =0, oder über Min = 1
Solltemp erreicht S4 E erreicht, wenn S4 =1
Auslaufventil öffnen Y2 A
Heizung Stufe 1 K1
A
Heizung Stufe 2 K2 A 2. Stufe, wenn K1 und K2
Zulauf Stufe 1 Y11
A
Zulauf Stufe 2 Y12 A ganz offen, wenn Y11 und Y12
20.03.13 36

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 28:
Werkstofferkennung mit zwei Sensoren
a) In einem Produktionssystem werden zylinderförmige Werkstücke aus verschiedenen Werkstoffen (Kunststoff
und Metall) verarbeitet. An einer Bearbeitungsstation soll der Werkstoff mit Hilfe von zwei angebauten
Sensoren erkannt werden. Nachdem das Werkstück von Hand in die Station eingelegt worden ist, wird der
Taster S1 betätigt und das Ergebnis wird durch zwei Leuchtmelder (H1 für Kunststoff und H2 für Metall)
solange zur Anzeige gebracht, wie S1 gedrückt ist. Der Leuchtmelder H3 soll anzeigen, wenn sich bei Betätigung
von S1 kein Werkstück in der Station befindet. S2 wird zunächst nicht benötigt.
Hinweise:
Der Sensor 1 ist ein kapazitiver Sensor, der viele verschiedene Werkstoffe erkennt, u.a. Kunststoffe und Metalle.
Der Sensor 2 ist ein induktiver Sensor, der nur metallische Objekte erkennen kann. Alle Signalgeber
liefern 1-Signal bei Betätigung
Aufgabenstellung:
Entwerfen Sie für die o.g. Steuerungsfunktionen die Verknüpfungssteuerung in Funktionsbausteinsprache
(FBS bzw. FUP) unter Verwendung der unten stehenden Symboltabelle..
b) Der obige Ablauf wird folgendermaßen geändert:
Nachdem das Werkstück von Hand eingelegt worden ist, wird durch Betätigung des Taster S1 die Erfassung
gestartet und das Ergebnis wird dauernd durch die Leuchtmelder (H1, H2, H3) zur Anzeige gebracht. Erst
mit Betätigung des Tasters S2 wird die Erfassung beendet und die Anzeigen werden gelöscht.
Aufgabenstellung:
Entwerfen Sie für die o.g. Steuerungsfunktionen die Verknüpfungssteuerung in Funktionsbausteinsprache
(FBS bzw. FUP) unter Verwendung der unten stehenden Symboltabelle.
Symbolischer Name Operand Kommentar
Sensor 2 ind E Induktiver Sensor
Sensor 1 kap E Kapazitiver Sensor
Messung Stop E Stoptaster S2
Messung Start E Starttaster S1
H3 Fehler A LeuchteH3
H2 Metall A Leuchte H2
H1 Kunststoff A Leuchte H1
Messung läuft M RS Flip Flop
20.03.13 37

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 29:
Steuerung eines Lastenaufzugs mit 2 Etagen
Für den Lastenaufzug aus einer früheren Übungsaufgabe soll anhand des Zustandsübergangsdiagramms das
Steuerungsprogramm in Funktionsbausteinsprache (FBS bzw. FUP) entworfen werden.
Um den Aufzug in die Etage zu rufen, wo er gerade benötigt wird, befindet sich ein Ruftaster („Taster Anforderung
E1“ und „Taster Anforderung E2“) in jeder Etage. Deren Betätigung wird in den Merkervariablen
„Anforderung E1“ für Etage 1 und „ Anforderung E2“ für Etage 2 gespeichert. Nachdem die richtige Etage
erreicht ist, wird die gespeicherte Anforderung zurückgesetzt. Das Speichern und Rücksetzen der Variablen
muss in dem anzufertigenden Steuerungsprogramm berücksichtigt werden.
Symbolischer Name Operandentyp Kommentar
Taster Anforderung E1 E Anforderungstaster in Etage 1
Taster Anforderung E2 E Anforderungstaster in Etage 2
Anforderung Kabine E Anforderungstaster in der Aufzugskabine
Tür geschlossen E Sensor meldet Tür ist geschlossen
Tür geöffnet E Sensor meldet Tür ist geöffnet
Aufzug in E1 E Aufzug steht in Etage 1 (unten)
Aufzug in E2 E Aufzug steht in Etage 2 (oben)
Heben A Aufzug fährt nach E2
Senken A Aufzug fährt nach E1
Tür auf A Tür wird geöffnet
Tür zu A Tür wird geschlossen
Anforderung E1 M Anforderung von Etage 1, im Merker gespeichert
Anforderung E2 M Anforderung von Etage 2, im Merker gespeichert
20.03.13 38

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 30:
Steuerung einer Behälterbefüllung
Y
S1
H1
Bereit
Auto
Hand
H2
Zulauf
S2
H3
Automatik
Füllen
Hand
H4
Bedientafel
Ein Vorratsbehälter mit den Signalgebern S1 für die Vollmeldung und S2 für die Leermeldung kann mit
einem Handventil entleert werden. Bei der Leermeldung soll der Behälter automatisch über das Ventil Y
befüllt werden. Das Füllen wird mit der Vollmeldung beendet. Alle Signalgeber liefern 1-Signal bei Aktivierung.
Im oberen Teil der Bedientafel soll die Leuchte H1 leuchten, wenn die Steuerung gerade keinen Füllvorgang
ausführt, sich somit in Bereitschaft befindet. Die Leuchte H2 soll leuchten, wenn ein Füllvorgang
ausgeführt wird. Der untere Teil der Bedientafel wird erst weiter unten benötigt.
Symbolischer
Name
a) Entwerfen Sie für den oben beschriebenen Ablauf ein Steuerungsprogramm in Funktionsbausteinsprache
(FBS bzw. FUP). Verwenden Sie die symbolischen Namen aus der unten stehenden Symboltabelle.
Operandentyp
Kommentar
Füllstand = Max E 1-Signal wenn Behälter voll
Füllstand > Min E 1-Signal solange Behälter noch ausreichend voll
Zulaufventil Auf A Bei 1-Signal ist das Zulaufventil geöffnet
Leuchte bereit A H1 leuchtet, wenn Steuerung im Bereitzustand
Leuchte Zulauf A H2 leuchtet, wenn Zulauf geöffnet
20.03.13 39

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Es wird zusätzlich eine Automatik/Handbetriebsart (siehe Bedientafel) eingebaut. Die oben entworfenen
Steuerungsabläufe dürfen nur ablaufen, wenn die Betriebsart „Automatik“ mit dem Automatik-Taster gewählt
wurde. Die Betriebsart „Hand“ wird mit dem Hand-Taster aktiviert. Dann kann der Behälter durch den
Taster "Taster Füllen" per Handbedienung gefüllt werden. Das Zulaufventil ist dann nur geöffnet, solange
der Taster betätigt ist. Das Füllen darf im Handbetrieb bei jedem Füllstand erfolgen, muss aber abgeschaltet
werden, wenn der Behälter voll ist. Die gewählte Betriebsart soll durch die Leuchte H3 Automatikbetrieb
bzw. H4 Handbetrieb angezeigt werden. Wenn während des Füllvorgangs im Automatikbetrieb der Taster
für Handbetrieb gedrückt wird, soll der Füllvorgang abgebrochen werden.
b) Ergänzen Sie das Steuerungsprogramm um die beschriebenen Funktionen.
Symbolischer Name
Operandentyp
Kommentar
Füllstand = Max E 1-Signal wenn Behälter voll
Füllstand > Min E 1-Signal solange Behälter noch ausreichend voll
Taster Auto E Taster zur Anwahl Automatikbetrieb
Taster Hand E Taster zur Anwahl Handbetrieb
Taster Füllen E Taster zum Füllen im Handbetrieb
Zulaufventil Auf A Das Zulaufventil ist geöffnet
Leuchte Automatik A H3 Leuchtanzeige für Automatikbetrieb
Leuchte Hand A H4 Leuchtanzeige für Handbetrieb
Leuchte bereit A H1 leuchtet, wenn Steuerung im Bereitzustand
Leuchte Zulauf A H2 leuchtet, wenn Zulauf geöffnet
20.03.13 40

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 31:
Steuerung einer Behälterfüllanlage mit drei Behältern
Drei Vorratsbehälter mit den Signalgebern S1, S2, S3 für die Vollmeldung und S4, S5, S6 für die Leermeldung
können per Handventil in beliebiger Reihenfolge entleert werden. Nach der Leermeldung eines Behälters
soll dieser automatisch über die Ventile Y1, Y2, Y3 befüllt werden. Die Steuerung soll sicherstellen,
dass stets nur ein Behälter befüllt wird. Das Füllen wird mit der entsprechenden Vollmeldung beendet Alle
Signalgeber liefern 1-Signal bei Aktivierung, d.h. die Füllstandssensoren liefern eine 1, wenn Füllgut detektiert
wird.
Es soll eine Automatik- und eine Handbetriebsart vorgesehen werden. Die oben beschriebenen Steuerungsabläufe
dürfen nur ablaufen, wenn die Betriebsart „Automatik“ mit dem Automatik-Taster aktiviert wurde.
Die eingestellte Betriebsart wird mit den Leuchten H1 für Automatik und H2 für Hand signalisiert.
In der Betriebsart „Hand“, die mit dem Hand-Taster aktiviert werden kann, können die drei Behälter durch
drei separate Taster "Behälter x füllen" per Handbefehl gefüllt werden. Das Zulaufventil ist dann nur geöffnet,
solange der zugehörige Taster betätigt ist. Das Füllen darf im Handbetrieb bei jedem Füllstand erfolgen,
muss aber abgeschaltet werden, wenn der Behälter voll ist. Auch im Handbetrieb darf immer nur ein Behälter
gefüllt werden.
Legen sie alle Ein- und Ausgangssignale symbolische Namen fest. Entwerfen Sie für den oben beschriebenen
Ablauf ein Steuerungsprogramm in Funktionsbausteinsprache (FBS bzw. FUP). Verwenden Sie bei der
Lösung die symbolischen Namen aus der unten stehenden Symboltabelle.
Y1
Y2
Y3
S1
S2
S3
S4
S5
S6
20.03.13 41

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Symbolischer Name Operandentyp Kommentar
Zulaufventil B1 A Y1
Zulaufventil B2 A Y2
Zulaufventil B3 A Y3
Leuchte Automatik A H1
Leuchte Hand A H2
Füllstand B1=MAX E S1
Füllstand B2=MAX E S2
Füllstand B3=MAX E S3
Füllstand B1>MIN E S4
Füllstand B2>MIN E S5
Füllstand B3>MIN E S6
Taster Auto
E
Taster Hand
E
B1 füllen
E
B2 füllen
E
B3 füllen
E
20.03.13 42

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Aufgabe 32:
Lauftorsteuerung
S7 Schaltleiste
S6
K1 Auf
K2 Zu
M
S8
Auto
Tipp
Tor
offen
Tor
zu
Hindernis
Funktion:
Ein Lauftor wird mit einem Elektromotor auf und zu gefahren.
Aktoren:
Der Elektromotor wird über zwei Schütze (K1 Tor auffahren, K2 Tor zufahren) für Rechts-/Linkslauf eingeschaltet.
Bedienelemente:
Betriebsartenwahlschalter S1 „Automatikbetrieb“ / „Tippbetrieb“
Befehlstaster
S3 "Tor Auf"
S4 "Tor Zu"
Halt-Taster
S5 "Tor Halt"
Sensoren:
Endschalter:
Bedientafel
S6 "Tor offen"
S7 Sicherheitsschaltleiste "Hindernis"
S8 "Tor geschlossen"
Meldeleuchten:
H1 "Tor geschlossen"
H2 "Tor geöffnet"
H3 "Hindernis"
Funktionsbeschreibung:
Im Automatikbetrieb wird das Tor automatisch bis in die Endlagen (S6 "Tor offen", S8 "Tor geschlossen")
gefahren, sobald die Taster S3 "Tor Auf" bzw. S4 "Tor Zu" betätigt wurden. Während der Bewegung kann
das Tor nur durch den Taster S5 "Tor Halt" angehalten werden.
Trifft das Tor beim Zufahren auf ein Hindernis, wird die Sicherheitsschaltleiste S7 "Hindernis" betätigt und
das Tor muss unverzüglich stillgesetzt werden. Beim Auffahren ist die Sicherheitsschaltleiste ohne Funktion.
Im Tippbetrieb wird das Tor durch S3 "Tor Auf" bzw. S4 "Tor Zu" nur verfahren, solange diese Taster betätigt
sind. Die Endschalter S6 "Tor geöffnet", S8 "Tor geschlossen" behalten ihre Funktion.
20.03.13 43

Übung Automatisierungstechnik
Prof. Dr. T.Skrotzki
Es muss programmtechnisch sichergestellt sein, dass die Schütze K1 und K2 niemals gleichzeitig angezogen
sein können. Die Meldeleuchten sind so zu steuern, dass sie den Schaltzustand der Sensoren S6, S7, S8 anzeigen.
Symbolischer Name Operand Kommentar
Tor geschlossen E =1 geschlossen
Hindernis E =1 wenn betätigt
Tor geoeffnet E =1 wenn geöffnet
Halt E Taster
Tor Zu E Taster
Tor Auf E Taster
Automatik/Tippbetrieb E = 1 Automatik / = 0 Tippbetrieb
Tor zufahren A K2
Tor auffahren A K1
Leuchte H1 A Tor geschlossen
Leuchte H2 A Tor geöffnet
Leuchte H3 A Hindernis
20.03.13 44