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Projektarbeit Technikerschule 2004Steuerung einer Festo-Station über einen EMUF
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Projektarbeit Technikerschule 2004Steuerung einer Festo-Station über einen EMUF
Inhaltsverzeichnis:
1 Aufgabenstellung Seite 4
2 Festostation Seite 5
2.1 Allgemein Seite 6
2.2 Modul Erkennen Seite 9
2.2.1 Optoelektronischer Sensor Seite 10
2.2.2 Induktiver Sensor Seite 11
2.2.3 Kapazitiver Sensor Seite 12
2.3 Modul Messen Seite 13
2.4 Modul Heben Seite 15
2.5 Modul Rutsche Seite 16
2.6 Bediengerät Seite 17
2.7 E/A Kabel Seite 18
2.8 E/A Terminal Seite 19
2.9 Werkstücke Seite 20
3 Netzteil Seite 21
3.1 Allgemein Seite 22
3.2 Schaltplan Seite 25
3.3 Stückliste Seite 26
3.4 Platinenlayout Seite 27
4 Wandlerstufe Seite 29
4.1 Allgemein Seite 30
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4.2 Eingangsstufe Seite 34
4.2.1 Schaltplan Seite 35
4.2.2 Stückliste Seite 36
4.2.3 Platinenlayout Seite 37
4.3 Ausgangsstufe Seite 40
4.3.1 Schaltplan Seite 41
4.3.2 Stückliste Seite 42
4.3.3 Platinenlayout Seite 43
4.4 AD-Wandler Seite 46
4.4.1 Allgemein Seite 47
4.4.2 TCA965A Seite 48
4.4.3 Fensterdiskriminator Seite 51
5 EMUF Seite 53
5.1 Allgemein Seite 54
5.2 Stückliste Seite 59
5.3 Platinenlayout Seite 60
6 Verkabelung/Steckerbelegung Seite 61
6.1 PIO-Belegung Seite 62
6.2 Gesamtplan Seite 64
6.3 Schnittstelle Festostation Seite 65
6.4 Schnittstelle Bediengerät Seite 66
6.5 Schnittstelle Vorstufe Seite 67
6.6 Schnittstelle Folgestufe Seite 68
6.7 Stecker Ausgangsstufe Seite 69
6.8 Stecker Eingangsstufe Seite 70
6.9 Stecker EMUF 31polig Seite 71
6.10 Stecker EMUF 20polig Seite 72
6.11 Stecker Netzteil Seite 73
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7 Programm Seite 74
7.1 Allgemein Seite 75
7.2 Testprogramm Seite 78
7.3 Flussdiagramm Testprogramm Seite 79
7.4 Hauptprogramm Seite 80
7.5 Flussdiagramm Hauptprogramm Seite 87
8 Gehäuse Seite 99
8.1 Zeichnung Seite 100
8.2 Stückliste Seite 103
9 Testbox Seite 104
9.1 Allgemein Seite 105
9.2 Zeichnung Seite 106
9.3 Stückliste Seite 108
9.4 Verkabelung/Steckerbelegung Seite 109
10 Datenblätter Seite 111
11 Vorgehensweise während des Projektes Seite 116
12 Probleme während des Projektes Seite 117
13 Eigenständigkeitserklärung Seite 119
14 Quellenverzeichnis/Software Seite 120
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1 Aufgabenstellung
Steuerung einer FESTO-Station mit einem Z80-EMUF
Für die vorhandene elektro-pneumatische Festo-Station soll eine Steuerung gebaut
und entwickelt werden. Die notwendige 24V-Spannungsversorgung ist vorhanden.
Der Ablauf der Steuerung ergibt sich durch das ausgewählte Modell.
Die Programme sollen eine nachträgliche Einbindung in den Automatikbetrieb aller
vier Stationen ermöglichen (Informationsweitergabe).
Für die Steuerung ist ein EMUF mit eigener Spannungsversorgung und
Anschlussmöglichkeiten für die Festo-Station zu erstellen.
Die Ansteuerung des Modells ist über Optokoppler (galvanische Trennung) zu
realisieren.
Allgemeine Hinweise zur Dokumentation
- Beschreibung der benutzten Hard- und Softwarekomponenten
- Darstellung der Vorgehensweise während des Projektes
- Beschreibung der entstandenen Probleme und der daraus
resultierenden Problemlösungen
- Dokumentation der erstellten Hard- und Software
- Bedienungsanleitung
- Angabe benutzter Unterlagen
- Schriftliche Erklärung zur selbstständigen Arbeit
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2 Festo-Station
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2.1 Allgemeines
Die Firma Festo Didactic stellt mit Ihrem Lernsystem „Automatisierung und
Kommunikation“ ein System für die unterschiedlichsten Bildungsvoraussetzungen
und beruflichen Anforderungen zur Verfügung. Die Anlagen und Stationen des
modularen Produktionssystems ermöglichen eine an der Realität ausgerichtete Aus-
und Weiterbildung.
Durch das Aneinanderreihen und Verbinden einzelner Stationen, lassen sich
verschiedene Fertigungsanlagen aufbauen. Die Firma Festo Didactic stellt folgende
Stationen zur Verfügung: Verteilen, Prüfen, Bearbeiten, Pufferstrecken, Sortieren und
Handhaben mit Einlegegerät, Roboter oder Handhabungsgerät.
Wir beschäftigen uns hier mit der Station „Prüfen“. Wesentliche Bestandteile des
Prüfens sind Informationsaufnahme(Ist) und der Vergleich mit vorgegebenen
Eigenschaften(Soll) und daraus resultierend die Entscheidung „Werkstück
gut/schlecht“ bzw. „ja/nein“. Klassische Prüfungsmerkmale sind z.B.
Anwesenheitsprüfung, Identitätsprüfung, Formprüfung, Gewichtsprüfung oder
Orientierungsprüfung eines Werkstücks. Durch die Überprüfung können schlechte
Teile rechtzeitig aussortiert werden und führen so nicht zu Störungen im Produktions-
Ablauf.
Die Aufgabe der Station „Prüfen“ ist es:
- die Materialbeschaffenheit des Werkstücks festzustellen
- die richtige Färbung des Werkstücks festzustellen
- die richtige Werkstückgröße festzustellen
Die Station „Prüfen“ besteht aus den Modulen: Erkennen, Heben, Messen und
Rutsche.
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Abb.1 Seitenansicht der Station Prüfen
Position Beschreibung1 Schleppkette mit Kabelführung2 Modul Heben3 Modul Erkennen (kapazitiv, induktiv, optisch)4 Modul Messen, Wegtaster5 Modul Rutsche 1806 Modul Rutsche 100
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2.2 Das Modul Erkennen
Mit Hilfe von drei Näherungsschaltern mit digitalem Ausgang wird eine Material- bzw.
Farberkennung durchgeführt.
Abb.2 Modul Erkennen
Bei den Näherungsschaltern handelt es sich um einen induktiven, einen kapazitiven
und einen optischen Näherungsschalter:
- Der induktive Näherungsschalter erkennt das metallische Werkstück
- Der kapazitive Näherungsschalter erkennt das metallische und die
Kunststoffwerkstücke
- Der optische Näherungsschalter erkennt das rote und das metallische
Werkstück
Durch die logische Verknüpfung der Ausgangssignale werden
die jeweiligen Werkstücke erkannt.
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2.2.1 Optischer Sensor
Funktionsweise:
Der Reflex-Lichttaster eignet sich zum berührungslosen Erfassen von
Gegenständen. Dabei strahlt der Sender ein im unsichtbaren Spektrum liegendes
moduliertes Infrarotlicht (880nm) aus. Tritt ein abzutastendes Objekt in den
Strahleneingang ein, so wird das Licht an seiner Oberfläche reflektiert und trifft auf
den im Gehäuse eingebauten Empfänger. Dies bewirkt eine Änderung des
Schaltzustandes.
Je nach Reflexionsgrad der Oberfläche ist, durch Anrechnung des Korrekturfaktors,
der Nennschaltabstand reduziert.
Abb.3 Optoelektronischer Sensor
Technische Daten:
Zulässige Betriebsspannung 10...30 V GleichspannungRestwelligkeit 10%Maximaler Schaltstrom 200 mAMaximale Schaltfrequenz 250 HzSchaltleistung max. 6WAnsprechzeit min. 1,5ms optische BeeinflussungAbfallzeit min. 2,5ms optische BeeinflussungNennschaltabstand (Sn) 150mmHysterese (bei axialer Annäherung) 2…20 %Reproduzierbare Schaltgenauigkeit 10% von SnSchutzart IP 65Gewicht 0,162 kg
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2.2.2 Induktiver Sensor
Funktionsweise:
Nähert sich ein metallisches Objekt der aktiven blauen Fläche des Sensors, dann
wird innerhalb des Schaltabstandes ein elektrisches Signal ausgelöst.
Eine eingebaute Leuchtdiode (LED) leuchtet gelb auf, wenn der Sensor betätigt wird.
Abb.4 Induktiver Sensor
Technische Daten:
Zulässige Betriebsspannung 10...30 V GleichspannungRestwelligkeit 10%Maximaler Schaltstrom 400 mAMaximale Schaltfrequenz 500 HzNennschaltabstand (Sn) 8mmRealschaltabstand(Sr) 7,2 bis 8,8mmArbeitsschaltabstand(Sa) 6,5mm max.Schalthysterese 1 bis 15% SrReproduzierbare Schaltgenauigkeit 0,01mmSchaltzeit 2msSchutzart IP 67Temperaturbereich -25 °C...+70 °CGewicht 0,180 kg
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2.2.3 Kapazitiver Näherungsschalter
Funktionsweise:
Das Funktionsprinzip eines kapazitiven Näherungsschalters beruht auf der
Auswertung der Kapazitätsänderung eines Kondensators in einem RC-
Schwingkreis. Wird ein Material an den Näherungsschalter angenähert, erhöht sich
die Kapazität des Kondensators. Dies führt zu einer auswertbaren Änderung des
Schwingverhaltens des RC-Kreises. Die Kapazitätsänderung hängt im wesentlichen
vom Abstand, von den Abmessungen und von der Dielektrizitätskonstanten des
jeweiligen Materials ab.
Der Näherungsschalter hat einen PNP-Ausgang, d.h. die Signalleitung wird im
geschalteten Zustand auf positives Potential geschaltet. Der Schalter ist als
Schließer ausgelegt. Der Anschluss der Last erfolgt zwischen Näherungsschalter-
Signalausgang und Masse.
Abb.5 Kapazitiver Schalter
Technische Daten:
Zulässige Betriebsspannung 10...55 V GleichspannungSchaltausgang PNP, SchließerMaximaler Schaltstrom 200 mAMaximale Schaltfrequenz 300 HzStromaufnahme im Leerlauf (bei 55V) 7 mAZulässige Betriebs-Umgebungstemperatur 20 °C...+70 °CNennschaltabstand (einstellbar) 2…8 mmHysterese (bezgl. Nennschaltabstand) 3…15 %Schutzart IP 65Verpolungsschutz, Kurzschlussfestigkeit Ja
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2.3 Das Modul Messen
Das Modul Messen besteht aus einem analogen Sensor zur Dickenmessung der
Werkstücke. Das Funktionsprinzip beruht auf einem Linearpotentiometer mit einem
Spannungsteilerabgriff.
Abb.6 Modul Messen
Der analoge Messwert muss normalerweise über eine SPS mit analogen Eingängen
oder einem AD-Wandler Weiterverarbeitet werden. Bei unserem Projekt geschieht
die Umwandlung der analogen Messspannung in ein digitales Signal mit Hilfe eines
Fensterdiskriminators aus der Eingangsstufe.
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Wegtaster
Funktionsweise:
Der Taster dient als Höhenmesser innerhalb der Prüfstation. Es werden Höhenmaße
von 0…25mm in einen Spannungswert von 0…100% gewandelt. Der Absolutbetrag
der Spannung ist von der Speisung des im Taster eingebauten Potentiometers
abhängig.
Abb.7 Wegtaster
Technische Daten:
Elektrische Nutzlänge 25mmAnschlusswiderstand 1KΩ ±20%Linearität ±0,2%Temperaturkoeffizient <2 PPM/°max. Schaltstrom 1µAGegenstrecker EEM 33-71 BinderBelastbarkeit bei 40° 0,6 WBetätigungskraft =< 4 NTemperaturbereich -30° …+100°Gewicht 50g
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2.4 Das Modul Heben
Durch das Modul Heben werden die Werkstücke vom Modul
Erkennen zum Modul Messen angehoben.
Abb.8 Modul Heben
Als Aktoren werden Hebezylinder und ein Ausschiebezylinder verwendet. Die
Endlagenabfrage der Zylinder erfolgt durch magnetische bzw. induktive
Näherungsschalter.
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2.5 Das Modul Rutsche
Abb.9 Modul Rutsche
Das Modul Rutsche dient zum Transport der Werkstücke. Der Neigungswinkel der
Rutsche kann stufenlos eingestellt werden.
Das Werkstück wird durch einen Auswerfer vom Modul Heben auf die Rutsche
befördert.
Abb.10 Modul Rutsche mit Stopper
An der oberen Rutsche ist ein pneumatischer Stopper angebaut. Die Werkstücke
werden mit diesem Stopper vor der Übergabe an die Folgestation angehalten. Die
Freigabe des Werkstücks erfolgt durch ein Signal der Folgestation.
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2.6 Bediengerät
Abb.11 Bediengerät
Zur Befehlseingabe steht ein Bedienpult zur Verfügung, welches 5 Tasten, 2
Wahlschalter und einen Not-Aus Schlagschalter enthält. Für die Projektrealisierung
wurden allerdings nur der Ein- und Aus-Taster verwendet. Der Ein-Taster arbeitet als
Schließer und der Aus-Taster als Öffner.
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2.7 E/A Kabel
Abb.12 E/A Kabel
Das E/A Kabel ist ein 21-poliges Kabel mit einem Adernquerschnitt von 0,34 mm². An
beiden Seiten sind 24-polige Steckverbinder angebracht. Das Kabel verbindet das
E/A Terminal mit dem EMUF.
Abb.13 Stecker und Pinbelegung
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2.8 E/A Terminal
Abb.14 E/A Terminal
Das E/A Terminal stellt 8 Eingänge und 8 Ausgänge zur Verfügung. Zur
Zustandsanzeige sind 24 LED´s vorhanden, die den Schaltzustand der E/A´s
anzeigen. Zusätzlich sind Verteilerklemmen für 0V und 24V zur Versorgung von den
Sensoren und Aktoren vorhanden.
Abb.15 Pinbelegung
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2.9 Werkstücke
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3 Netzteil
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3.1 Allgemein
Abb.17 Netzteilschaltplan
Die Netzspannung von 230V/50Hz wird über den eingebauten Kaltgerätestecker und
über einen zweipoligen Wipp-Ausschalter an den Trafo M1 gelegt. Primärseitig ist der
Netztransformator durch eine in einem vollisolierten Sicherungselement eingesetzte
Feinsicherung F1 abgesichert. Der Transformator besitzt sekundärseitig einen
Ausgang von 9V.
Vom Sekundärausgang wird über die Sicherung F2 der Brückengleichrichter V3 mit
der 9V Wechselspannung ut versorgt.
Abb.18 Eingangsspannung ut
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Zur Einschaltkontrolle wird über den Widerstand R1 die Leuchtdiode V1 angesteuert.
Die Diode V2 dient zur Begrenzung unzulässig hoher Sperrspannungen an der
Leuchtdiode V1.
Der Brückengleichrichter V3 Schaltet die untere Halbwelle der 9V Wechselspannung
nach oben und erzeugt so ub.
Abb.19 Spannung ub
Die Kondensatoren C1 und C2 arbeiteten als Lade- bzw. Glättungskondensatoren.
Die Kapazitätswerte sind so gewählt, dass die Brummspannung in vertretbaren
Grenzen bleibt.
Somit wird die Spannung ug dem Spannungsregler zur Verfügung gestellt.
Abb.20 Spannung ug
Der Spannungsregler IC1 belastet den Kondensator, wodurch durch die Spannung
ug verändert wird und so die Spannung uy
entsteht.
Abb.21 Spannung uy
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Der Festspannungsregler IC1 ist kurzschlussfest und zeichnet sich durch seine hohe
Brummspannungsunterdrückung aus.
Seine Aufgabe ist es eine Ausgangsspannung von 5V mit Spitzenströmen von 1,5A
konstant zu halten. So entsteht die Ausgangsspannung ur.
Abb.22 Spannung ur
Die Kondensatoren C2/C3 dienen der Unterdrückung der Schwingneigung der
Reglerschaltung.
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3.2 Schaltplan
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IC 1
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3.3 Stückliste
Stückzahl Bezeichnung Bauteilbeschreibung1 F1 Sicherung 0,25A Träge (extern)1 F2 Sicherung 1,5A Träge1 M1 Transformator 1*9V/1,5A in Flachbauweise1 V1 LED grün1 V2 Diode 1N41481 V3 Gleichrichter B40C1500 1 IC1 L78S05 Spannungsregler 1 R1 Widerstand 270Ω/0,33W1 C1 Elko 2200µF/25V Vertikal1 C2 Kondensator 0,1µF/50V1 C3 Kondensator 0,1µF/50V1 Fingerkühlkörper 45*451 Schalter 2 pol. (extern)1 Lochrasterplatine1 31pol. Steckerleiste1 Sicherungshalter (extern)2 Sicherungshälftenhalter4 Schrauben M24 Muttern M26 Unterlegscheiben M2
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3.4 Platinenlayout
Vorderseite
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Platinenlayout
Rückseite
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4 Wandlerstufen
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4.1 Allgemein
Ein Problem bei der Realisierung des Projektes waren die unterschiedlichen
Betriebsspannungen der Festo-Station und des EMUF´s. Diese arbeiteten mit
unterschiedlichen Spannungspegeln, die Festo-Station mit 24V und der EMUF mit
5V. Ein Weiterer Punkt der Aufgabenstellung war die galvanische Trennung der
Spannungen. Diese Trennung könnte durch Spulen oder Optokoppler realisiert
werden. Wir entschieden uns für den Optokopplerbaustein PC 849.
Die Pegelwandlung für die Ansteuerungen haben wir in drei verschiedenen Stufen
realisiert. Eine Stufe zur Umwandlung der Sensorspannung der Festo-Station von
24V auf 5V zur Weiterverarbeitung durch den EMUF, eine Stufe zur Umwandlung der
Steuerspannung des EMUF von 5V auf 24V zur Ansteuerung der Aktoren auf der
Festo-Station und eine Stufe wo zwei 5V Spannungen nur galvanisch getrennt
werden zur Datenkommunikation zwischen verschieden EMUF´s.
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Wandlerstufe 24V auf 5V
Abb.23 Wandlerstufe 24V auf 5V
Mit dem 24KΩ Widerstand wird der Basisstrom des Transistors BC108B auf 1mA
begrenzt. Der Transistor ist als Schalter angesteuert. Er schaltet durch und legt die
Leuchtdiode im Optokoppler PC849 an Masse. Der Forwardstrom der Diode wird
durch den 680Ω Widerstand auf 35mA begrenzt. Wenn der Eingang mit 24V
angesteuert wird leuchtet die LED im Optokoppler.
Der Fototransistor auf der anderen Seite des Optokopplers wird leitend und verbindet
den Eingang des Inverters 7404 mit Masse, wodurch ein High-Pegel am Ausgang
des Inverters entsteht. Wenn der Fototransistor nicht durchgesteuert ist wird der
Eingang des Inverters über den Pullupwiderstand 1KΩ auf High-Pegel gelegt was
einen Low-Pegel am Ausgang bewirkt.
Wenn die Wandlerstufe am Eingang mit einem 24V Signal von der Festostation
angesteuert wird, dann liegt am Ausgang der Wandlerstufe ein High-Pegel zur
Weiterverarbeitung durch den EMUF an.
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1
680Ω
24KΩ
1KΩ
7404
BC108B
PC 849
Masse 5VMasse 24V
24VUBetrieb5V UBetrieb
5V Ausgang
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Wandlerstufe 5V auf 24V
Abb.24 Wandlerstufe 24V auf 5V
Das 5V Eingangssignal wird durch den Inverter 7404 umgedreht, wodurch bei
Ansteuerung der Stufe die Leuchtdiode im Optokoppler PC 849 an Low-Pegel und
somit Masse gelegt wird. Der 100 Ω Widerstand begrenzt den Forwardstrom der LED
auf 50 mA. Wenn der Eingang mit 5V angesteuert wird leuchtet die LED im
Optokoppler.
Der Fototransistor auf der anderen Seite des Optokopplers wird leitend und verbindet
den 24V Ausgang mit Masse. Wenn der Fototransistor nicht durchgesteuert ist wird
der Ausgang über den Pullupwiderstand 680 Ω auf High-Pegel gelegt auf High-Pegel
gelegt. Der Widerstand 680 Ω begrenzt den Strom auf 36 mA und zwar den
Kollektorstrom des Fototransistors im durchgesteuerten Zustand und den
Steuerstrom für die Aktoren in gesperrten Zustand.
Wenn die Wandlerstufe am Eingang mit einem 5V Signal vom EMUF angesteuert
wird, dann liegt am Ausgang der Wandlerstufe ein Low-Pegel zur Ansteuerung der
Aktoren der Festo-Station an.
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1
100Ω680Ω
7404
PC 849
Masse 24VMasse 5V
5V UBetrieb24V UBetrieb
5V Eingang
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Wandlerstufe 5V auf 5V
Abb.25 Wandlerstufe 5V auf 5V
Das 5V Eingangssignal wird durch den Inverter 7404 umgedreht, wodurch bei
Ansteuerung der Stufe die Leuchtdiode im Optokoppler PC 849 an Low-Pegel und
somit Masse gelegt wird. Der 100 Ω Widerstand begrenzt den Forwardstrom der LED
auf 50 mA. Wenn der Eingang mit 5V angesteuert wird leuchtet die LED im
Optokoppler.
Der Fototransistor auf der anderen Seite des Optokopplers wird leitend und verbindet
den Eingang des Inverters 7404 mit Masse, wodurch ein High-Pegel am Ausgang
des Inverters entsteht. Wenn der Fototransistor nicht durchgesteuert ist wird der
Eingang des Inverters über den Pullupwiderstand 1KΩ auf High-Pegel gelegt was
einen Low-Pegel am Ausgang bewirkt.
Wenn die Wandlerstufe am Eingang mit einem 5V Signal von einem EMUF
angesteuert wird, dann liegt am Ausgang der Wandlerstufe ein High-Pegel zur
Weiterverarbeitung durch den anderen EMUF an.
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1
100Ω1KΩ
7404
PC 849
Masse 5VMasse 5V
5V UBetrieb5V UBetrieb
5V Eingang
5V Ausgang
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4.2 Eingangsstufe
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4.2.1 Schaltplan
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4.2.2 Stückliste
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0,1µFC1 - 22
47µFC31
10KΩP 1 - 22
8,2KΩR 321
2,7KΩR 331
Transistoren BC 109 BV1 - 99/4
TCA 965 BIC 71
Unterlegscheiben M32
Muttern M32
Schrauben M32
Platine1
Steckerleiste 31 polig1
1KΩR 19 -3113
680Ω/1WattR 10 - 189
24KΩR 1 - 99
PC 849IC 4 - 63
7404NIC1 - 33
BauteilbezeichnungBezeichnungStück
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4.2.3 Platinenlayout
Vorderseite
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Platinenlayout
Rückseite
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Platinenlayout
Bestückungsplan
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4.3 Ausgangsstufe
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4.3.1 Schaltplan
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4.3.2 Stückliste
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Unterlegscheiben M32
Muttern M32
Schrauben M32
Platine1
Steckerleiste 31 polig1
1KΩR 14 -163
560Ω/2WattR 9 - 135
100ΩR 1 - 88
PC 849IC 4 - 52
7404NIC1 - 33
BauteilbezeichnungBezeichnungStück
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4.3.3 Platinenlayout
Vorderseite
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Platinenlayout
Rückseite
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Platinenlayout
Bestückungsplan
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A
D
1
-1
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4.4 AD-Wandler
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4.4.1 Allgemein
Problemstellung:
Der Analogsensor der Festostation liefert über ein Linearpotentiometer eine analoge
Spannung zwischen 0V und 10V. Diese Spannung muss bei der richtigen
Werkstückgröße in ein digital zu verarbeitendes 5 V Signal für den EMUF gewandelt
werden.
Diese Umwandlung wird durch eine Kombination von einem Fensterdiskriminator und
der Pegelwandlerstufe realisiert.
Als Fensterdiskriminator haben wir den Baustein TCA 965 B
ausgewählt.
Allgemeine Funktionsbeschreibung des Bausteins
Das IC vergleicht die auf den Eingang Pin 8 gegebene, zu überwachende Spannung
mit zwei an den Pins 6 und 7 angelegten Vergleichsspannungen (Schwellenwerten),
wobei die an Pin 6 gelegte Spannung (oberer Schwellenwert) größer sein muss als
die an Pin 7 gelegte Spannung (unterer Schwellenwert). Überschreitet die zu
überwachende Spannung am Eingang Pin 8 den an Pin 6 vorgegebenen oberen
Schwellenwert, so schaltet Ausgang Pin 14 nach GND. Unterschreitet die Spannung
an Pin 8 den unteren Schwellenwert an Pin 7, so schaltet Ausgang 2 nach GND.
Liegt die Spannung an Pin 8 zwischen den beiden an den Pins 6 und 7
vorgegebenen Schwellwerten (d.h. innerhalb des zwischen den Pins 6 und 7
liegenden Spannungsfensters), so schaltet Ausgang 13 nach GND.
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4.4.2 TCA965A
Blockschaltbild des Bausteins TCA 965
Abb.26 Blockschaltbild TCA 965B
Die Ausgänge A, B, C und D sind open-collector
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Datenwerte des TCA 965 B
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Pinbelegung TCA-965 B
Abb. 27 Pinbelegung
Pin 1 = Masse
Pin 2 = Ausgang A (Spannung unterhalb des Fensters)
Pin 3 = Ausgang D (Spannung außerhalb des Fensters)
Pin 4 = Inhibit A (Pin 4 an Minus sperrt Ausgang A)
Pin 5 = Referenzspannung 3V (intern aus Pin 10)
Pin 6 = Eingangsspannung oberer Fensterwert
Pin 7 = Eingangsspannung unterer Fensterwert
Pin 8 = Eingangssignal
Pin 9 = Halbe Fensterbreite
Pin 10 = intern stabilisierte Referenzspannung 6V
Pin 11 = Betriebsspannung (+4,5 – 30 V)
Pin 12 = Inhibit B (Pin 12 an Minus sperrt Ausgang B)
Pin 13 = Ausgang C (Spannung innerhalb des Fensters)
Pin 14 = Ausgang B (Spannung außerhalb des Fensters)
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TCA 965 B
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4.4.3 Fensterdiskriminator
Signalwandlerschaltung
Abb. 28 Signalwandlerschaltung
Erläuterungen zum vorstehend gezeigten Schaltbeispiel
An der vorstehend gezeigten Schaltung, die zur Überwachung einer
Kontrollspannung (+ 8,34 Volt) dient, sei die Funktionsweise des ICs nochmals näher
erläutert. Die Betriebsspannung der Schaltung beträgt 24 V und ist die Selbe wie die
Betriebsspannung der Festo-Station.
Die zu überwachende Spannung, die Ausgangsspannung des Analogsensors, wird
mit dem Spannungsteiler R1, R2 heruntergeteilt und auf den Eingang Pin 8 gelegt.
Pin 10 liefert eine interne, feste Referenzspannung von 6 V (plus/minus 0,5 V), die
über den Spannungsteiler R3, P1, R4 an Pin 7 und über den Spannungsteiler R5,
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P2, R6 an Pin 6 gelegt wird. Bei Mittenstellung von P1 und P2 liegen so an den Pins
6 und 7 ebenfalls ca. 3 V.
Justierung der Signalwandlerschaltung:
Die Einstellung erfolgt nun so: Der Schleifer von Trimmer P1 wird zunächst deutlich
nach unten (in Richtung auf R4), der Schleifer von Trimmer P2 deutlich nach oben (in
Richtung auf R5) gedreht. Anstelle der Sensorspannung wird eine variable
Spannungsquelle (Labornetzgerät) verwendet und auf 8,34 V eingestellt. Es sollte
nun Ausgang Pin 13 durchgeschaltet sein.
Nun wird die Spannung des Labornetzgerätes auf den als zulässig angenommenen
unteren Wert (z.B. 8 V) gesenkt und dann P1 soweit hochgedreht (Schleifer in
Richtung R3), bis Ausgang Pin 2 durchschaltet, und Pin 13 hochohmig wird.
Nun wird die Spannung des Labornetzgerätes auf den oberen Grenzwert (z.B. 8,5 V)
eingestellt, dabei sollte zunächst Ausgang Pin 13 wieder durchschalten. P2 wird jetzt
soweit heruntergedreht (Schleifer in Richtung R6), bis Ausgang Pin 14 durchschaltet
und Pin 13 wieder hochohmig wird. Damit ist die Einstellung durchgeführt.
Wenn die Spannung am Eingang nun 8,34 V beträgt so schaltet der Ausgang C an
Pin 13 auf Masse und steuert die Leuchtdiode im angeschlossenen Optokoppler
durch und wird auf der anderen Seite des Optokopplers durch ein Invertergatter am
Ausgang des Fototransistors in ein High-Signal gewandelt. Dieses High-Signal
kommt wenn das Werkstück die richtige Bauteilgröße hat.
Mit den Trimmern P1 und P2 kann man die Normbauteilgröße bei einer Änderung der
Fertigung entsprechend anpassen.
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5 EMUF
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5.1 Allgemein
Montage- und Testhinweise Bestückung der EMUF - Platine Vorbereitung
Leiterbahn Pin 24 (IC5) auftrennen und über einen Pullup Widerstand von 1 kΩ an
Ucc (+5V) legen. Pin 25 (IC5) wieder mit Ucc verbinden.
Pin 24 ist der CPU-Eingang WAIT. Für spätere Erweiterungen ist es sinnvoll diese
Funktion der Z80-CPU zur Synchronisation nutzen zu können. Deshalb muss es
möglich sein diesen Eingang auf "L-Pegel" zu ziehen. Diese Änderung muss vor dem
Einlöten der Sockel durchgeführt werden, da die Trennstelle sonst vom IC-Sockel
verdeckt wird. Pin 25 ist der CPU-Eingang BUSRQ. Er wird nur benötigt, wenn die
CPU mit anderen Mikrocontrollern oder CPU's auf demselben Bussystem arbeiten
soll.
Für die vorgesehene Anwendung kann dieser Eingang an Ucc verbleiben. Sollte er
später doch benötigt werden, ist auch eine nachträgliche Änderung möglich.
Sockel und Stecker:
Zunächst nur die IC-Sockel und Stift/Steckerleisten (keine weiteren Bauteile)
einlöten. (Auf sparsame Verwendung von Lötzinn ist zu achten)
Bei der Verwendung von preiswerten IC-Sockeln (die meist direkt auf der Platine
aufliegen) ist besondere Vorsicht beim Löten geboten. Die Praxis hat gezeigt, dass
es durch Kapillarwirkungen der durchkontaktierten Bohrungen zu Lötbrücken unter
den Sockeln kommen kann. Generell wird der Einsatz von Einzelkontakten
empfohlen (Streifenmaterial).
Dieses hat den Vorteil, dass auch nach dem Bestücken die Platinenoberseite an
allen Stellen visuell überprüfbar bleibt, da die Leiterbahnen nicht durch das
Trägermaterial der IC-Sockel verdeckt werden. Beim Einlöten von Streifenmaterial
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muss ein Verkanten ausgeschlossen werden, um das Rastermaß der IC's
sicherzustellen.
Kurzschlusstest:
Prüfung am Busstecker (44 pol) >jeder gegen jeden<Prüfung am Stecker 1 (31 pol) >jeder gegen jeden<Prüfung am Stecker 2 (20 pol) >jeder gegen jeden<
Prüfung an IC6 / IC7 / IC8 >jeder gegen jeden<
Sollte beim Einlöten der Stecker und Sockel eine unzulässige Lötbrücke entstanden
sein, so wird sie bei dieser Prüfung festgestellt. Diese Prüfung ist mit besonderer
Aufmerksamkeit durchzuführen, da z.B. Schlüsse zwischen den Daten- oder
Adressleitungen später schwer zu lokalisieren sind.
Die Prüfung an den IC-Sockeln wird zweckmäßigerweise von der Platinenunterseite
durchgeführt, um nicht mit der Messspitze auf die Kontaktfedern der Sockel drücken
zu müssen, was sehr leicht zu Beschädigungen der Kontaktfedern führen könnte.
Restbestückung:
Die restlichen passiven Bauteile, außer Widerstand R4, sind laut Bestückungsplan
einzulöten (auf die Polung der Elkos achten!).
Funktionstest der EMUF-Platine Test des Taktgenerators
IC8 einsetzen und die Schaltung mit 5V versorgen. Mit Oszilloskop und
Frequenzzähler an Pin 20 (44 pol Stecker) Taktsignal auf Frequenz und Pegel
überprüfen.
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Funktionsbeschreibung TL7705:
Der TL 7705 hält im Einschaltmoment die RESET-Eingänge der Z-80 Bausteine
solange auf TTL-"L-Pegel", bis die Versorgungsspannung sicher ihren Sollwert
erreicht hat (siehe Firmenunterlagen).
Bei kurzzeitigen Spannungseinbrüchen, die zu Programmstörungen führen könnten,
erzeugt das IC ebenfalls einen RESET-Impuls für das System.
Neben diesen Möglichkeiten lässt der Baustein auch eine manuelle RESET-
Auslösung über Pin 2 zu.
Test der Resetlogik:
Der Resetbaustein IC6 ist einzusetzen und eine variable Spannungsversorgung
anzuschließen.
Die maximal anzulegende Spannung darf 5V nicht überschreiten.
Die Spannung auf 5V einstellen. Das Messgerät am Ausgang (Pin 5) muss TTL-"H-
Pegel" anzeigen.
Die Spannung langsam verringern. Bei ca. 4,5V muß der Ausgang auf TTL"L-Pegel"
umkippen.
Die Spannung wieder auf 5V einstellen. Der Ausgang liefert wieder TT. "H-Signal".
Am Stecker 1 (31 pol) Pin 14 mit Masse antippen. Der Ausgang muss jetzt ein
TTL-"L-Signal" liefern.
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Gesamtschaltplan
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5.2 Stückliste
Stück Bezeichnung Bauteilbezeichnung1 IC1 EPROM 27641 IC2 RAM 61641 IC3 PIO Z80A1 IC4 PIO Z80A1 IC5 CPU Z80A1 IC6 SVS TL77051 IC7 74LS1391 IC8 74041 Q1 Quarz 2,4576 MHz4 C1,C2,C5,C8 Kondensator Tantal 10µF5 C3,C4,C6,C7,C
9Kondensator Keramik 10nF
1 R1 Widerstand 22KΩ8 R2,R3,R5-R10 Widerstand 10KΩ1 R4 Widerstand 330Ω3 IC-Sockel 40pol2 IC-Sockel 28pol1 IC-Sockel 16pol1 IC-Sockel 14pol1 IC-Sockel 8pol1 2pol Stiftleisten mal 21 2pol Stiftleisten mal 61 2pol Stiftleisten mal 101 2pol Stiftleisten mal 223 Jumper schwarz1 Steckerleiste 31pol1 Platine Z80 EMUF2 Schrauben M32 Muttern M3
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5.3 Platinenlayout
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6 Verkabelung/Steckerbelegung
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6.1 PIO-Belegung
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RutschenfreigabeAusgangBit 7
Messsensor runterAusgangBit 6
Hebezylinder obenAusgangBit 5Port A
Hebezylinder untenAusgangBit 4
Auswerfzylinder vornAusgangBit 3
Analog SensorEingangBit 2PIO
StopEingangBit 1
StartEingangBit 0
frei Bit 7
Optischer SensorEingangBit 6
Kaperzitiver SensorEingangBit 5Port B
Induktiver SensorEingangBit 4
Hebezylinder obenEingangBit 3
Hebezylinder untenEingangBit 2PIO
Auswerfzylinder hintenEingangBit 1
Messsensor untenEingangBit 0
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frei Bit 7
frei Bit 6
frei Bit 5Port D
frei Bit 4
frei Bit 3
frei Bit 2PIO
frei Bit 1
frei Bit 0
frei Bit 7
frei Bit 6
frei Bit 5Port C
frei Bit 4
Weitergabeabfrage an FolgestufeEingangBit 3
Status Bit 1AusgangBit 2PIO
Status Bit 0AusgangBit 1
Teilanforderung an VorstufeAusgangBit 0
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6.2 Gesamtplan
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6.3 Schnittstelle Festostation
Pin Bezeichnung Pin Verbindung zum Stecker1 Wagen runterfahren 21 Ausgangsstufe2 Wagen hochfahren 22 Ausgangsstufe3 Auswerfer betätigen 20 Ausgangsstufe4 Analogsensor runterfahren 23 Ausgangsstufe5 Rutschenfreigabe 31 Ausgangsstufe6 frei 7 frei 8 frei 9 24V Betriebsspannung Fremdspannung
10 frei 11 Masse 24V Fremdspannung12 Masse 24V Fremdspannung13 Induktiver Sensor 17 Eingangsstufe14 Kapazitiver Sensor 16 Eingangsstufe15 Optischer Sensor 11 Eingangsstufe16 Wagensensor unten 19 Eingangsstufe17 Wagensensor oben 18 Eingangsstufe18 Auswerfer Sensor 24 Eingangsstufe19 Analogsensor unten 25 Eingangsstufe20 Analogsensor 10 Eingangsstufe21 24V Betriebsspannung Fremdspannung22 frei 23 Masse 24V Fremdspannung24 frei 25 frei
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6.4 Schnittstelle Bediengerät
Pin Bezeichnung Pin Verbindung zum Stecker1 frei 2 frei 3 frei 4 frei 5 frei 6 frei 7 Ein-Taster 24V Fremdspannung8 Ein-Taster 26 Eingangsstufe9 Aus-Taster Masse 24V Fremdspannung
10 frei 11 frei 12 frei 13 frei 14 frei 15 frei 16 frei 17 frei 18 Aus-Taster 29 Eingangsstufe19 frei 20 frei 21 frei 22 frei 23 frei 24 frei 25 frei
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6.5 Schnittstelle Vorstufe
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Pin Bezeichnung Pin Verbindung zum Stecker1 Betriebsspannung 5V 3 Eingangsstufe2 Masse 5V 1 Eingangsstufe3 Freigabe an Vorstufe 2 Eingangsstufe456789
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6.6 Schnittstelle Folgestufe
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Pin Bezeichnung Pin Verbindung zum Stecker1 Betriebsspannung 5V 4 Ausgangsstufe2 Masse 5V 5 Ausgangsstufe3 Anforderung der Folgestufe 3 Ausgangsstufe4 Bit 0 2 Ausgangsstufe5 Bit 1 1 Ausgangsstufe6789
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6.7 Stecker Ausgangsstufe
x
Pin Anschluss Pin Verbindung zum Stecker1 Bit 1 Ausgang 5V Folgestufe2 Bit 0 Ausgang 5V Folgestufe3 Weitergabe Eingang 5V Folgestufe4 5V Fremdspannung Folgestufe5 Masse 5V Fremdspannung Folgestufe6 frei 7 frei 8 frei 9 frei
10 frei 11 frei 12 frei 13 frei 14 frei 15 Masse 5V 1 Netzteil16 Weitergabe Ausgang 5V 11 EMUF 20 polig17 Bit 0 Eingang 5V 7 EMUF 20 polig18 Bit 1 Eingang 5V 9 EMUF 20 polig19 Rutsche Eingang 5V 9 EMUF 31 polig20 Auswerfer Ausgang 24V 3 Festo
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21 Wagen unten Ausgang 24V 1 Festo22 Wagen oben Ausgang 24V 2 Festo23 Messsensor runter Ausgang 24V 4 Festo24 Messsensor runter Eingang 5V 10 EMUF 31 polig25 Wagen oben Eingang 5V 11 EMUF 31 polig26 Masse 24V Fremdspannung27 Wagen unten Eingang 5V 12 EMUF 31 polig28 Auswerfer Eingang 5V 13 EMUF 31 polig29 24V Betriebsspannung Fremdspannung30 5V Betriebsspannung 31 Netzteil31 Rutsche Ausgang 24V 5 Festo
6.8 Stecker Eingangsstufe
Pin Anschluss Pin Verbindung zum Stecker1 Masse 5V Fremdspannung 2 Vorstufe2 Freigabe 5V 3 Vorstufe3 5V Fremdspannung 1 Vorstufe4 frei 5 frei 6 frei 7 Eingang 5V 5 EMUF 20 polig8 Optischer Sensor Ausgang 5V 23 EMUF 31 polig9 Analogsensor Ausgang 5V 8 EMUF 31 polig
10 Analogsensor Eingang 24V 20 Festo11 Optischer Sensor Eingang 24V 15 Festo12 Wagenpos. Unten Ausgang 5V 12 EMUF 31 polig13 Wagenpos. Oben Ausgang 5V 11 EMUF 31 polig14 Induktiver Sensor Ausgang 5V 25 EMUF 31 polig15 Kapazitiver Sensor Ausgang 5V 24 EMUF 31 polig16 Kapazitiver Sensor Eingang 24V 14 Festo17 Induktiver Sensor Eingang 24V 13 Festo18 Wagenpos. Oben Eingang 24V 17 Festo19 Wagenpos. Unten Eingang 24V 16 Festo20 Stop-Taster Ausgang 5V 7 EMUF 31 polig21 Start-Taster Ausgang 5V 6 EMUF 31 polig
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22 Messsensorpos. Ausgang 5V 15 EMUF 31 polig23 Auswerferpos. Ausgang 5V 17 EMUF 31 polig24 Auswerferpos. Eingang 24V 18 Festo25 Messsensorpos. Eingang 24V 19 Festo26 Start-Taster Eingang 24V 7 Bediengerät27 Masse 5V 1 Netzteil28 Masse 24V Fremdspannung29 Stop-Taster Eingang 24V 18 Bediengerät30 24V Betriebsspannung Fremdspannung31 5V Betriebsspannung 31 Netzteil
6.9 Stecker EMUF 31polig
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Pin Bezeichnung Pin Verbindung zum Stecker1 Masse 1 Netzteil2 Masse 1 Netzteil3 frei 4 frei 5 frei 6 Starttaster 11 Eingangsstufe7 Stop-Taster 12 Eingangsstufe8 Analogsensor 23 Eingangsstufe9 Rutschenfreigabe 19 Ausgangsstufe
10 Messsensor runter 24 Ausgangsstufe11 Hebezylinder oben 25 Ausgangsstufe12 Hebezylinder unten 27 Ausgangsstufe13 Auswerfzylinder vorn 28 Ausgangsstufe14 frei 15 Messsensorpos. untern 10 Eingangsstufe16 frei 17 Auswerfzylinderpos. Hinten 9 Eingangsstufe18 Wagenpos. Unten 20 Eingangsstufe19 Wagenpos. Oben 19 Eingangsstufe20 frei 21 frei 22 frei 23 Optischer Sensor 24 Eingangsstufe24 Kapazitiver Sensor 17 Eingangsstufe25 Induktiver Sensor 18 Eingangsstufe26 frei 27 5V Betriebsspannung 31 Netzteil28 frei 29 Masse 1 Netzteil30 Masse 1 Netzteil31 Masse 1 Netzteil
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6.10 Stecker EMUF 20polig
Pin Belegung Pin Verbindung zum Stecker1 frei 2 frei 3 frei 4 frei 5 Teilanforderung Vorstufe 7 Eingangsstufe6 frei 7 Statusbit 0 18 Ausgangsstufe8 frei 9 Statusbit 1 17 Ausgangsstufe
10 frei
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11 Weitergabe Abfrage 16 Ausgangsstufe12 frei 13 frei 14 frei 15 frei 16 frei 17 frei 18 frei 19 frei 20 frei
6.11 Stecker Netzteil
Pin Bezeichnung1 Masse 5V2 3 4 5 6 7 8 9
10 Netzspannung 220V11
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12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Netzspannung 220V23 24 25 26 27 28 29 30 31 5V Betriebsspannung
7 Programm
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7.1 Allgemein
Zur Überprüfung des EMUF wurde ein kleines Testprogramm geschrieben mit der die
Funktion des Quarzes, der CPU, der PIO und des ROM überprüft wird.
Die Aufgabe des Hauptprogramms besteht darin die Station in Grundstellung zu
fahren und auf die Betätigung des Start-Tasters zu warten. Wird dieser betätigt, so
überprüft die Station ob der Stopmerker gesetzt wurde. Ist das nicht der Fall so wird
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überprüft ob sich ein Werkstück auf dem Wagen befindet. Dies geschieht durch die
Abfrage des kapazitiven Sensors. Wenn der Wagen leer ist wird ein Signal an die
Vorstufe gegeben, dass ein neues Teil eingelegt werden kann. Das wird über die
grüne LED an der Testbox angezeigt.
Wenn ein Werkstück vorhanden ist wird eine Werkstückerkennung durchgeführt. Ist
diese Erkennung abgeschlossen, so wird der Wagen nach oben gefahren. Sobald
der Wagen oben ist, wird eine Höhenmessung durchgeführt. Dazu wird der
Messsensor runter gefahren und der Analogsensor ausgelesen. Der Analogwert wird
in der Wandlerstufe in ein digitales Signal gewandelt.
Wenn die Werkstückhöhe für gut befunden wird, wirft der Auswerfer, nachdem der
Messsensor hochgefahren ist das Werkstück auf die Rutsche. Der Stopper am Ende
der Rutsche stoppt das Werkstück und der Status des Werkstücks wird an die
Folgestufe ausgegeben. Die Folgestufe stellt anhand der Daten fest, dass ein
Werkstück zur Weiterbearbeitung bereit liegt. Wenn sich kein Werkstück in der
Folgestufe befindet gibt diese ein Freigabesignal an den EMUF, und der Stopper
wird zurückgefahren. Wenn das Werkstück übergeben wurde, fährt die Station in die
Grundstellung zurück und gibt eine Anforderung an die Vorstufe aus. Das
Freigabesignal wird über den Taster auf der Testbox simuliert.
Wenn die Werkstückhöhe für schlecht befunden wurde, so fahren der Messsensor
hoch und der Wagen mit dem Werkstück nach unten. Dort wird das Werkstück durch
den Auswerfer auf die Rutsche für Fehlteile befördert und die Station gibt eine
Anforderung an die Vorstufe aus.
Wurde während des Programms der Stop-Taster betätigt, so wird eine
Interruptroutine ausgelöst wobei ein Merker für den Stop-Taster gesetzt wird. Der
Vorgang startet dann nicht erneut von Vorne, sondern die Station wartet auf eine
erneute Betätigung des Starttasters.
Der Status für die Folgestation setzt sich wie folgt zusammen:
Bit 0 Bit 1 Status des Werkstücks
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0 0 Kein Werkstück vorhanden0 1 Werkstück rot1 0 Werkstück aus Metall1 1 Werkstück schwarz
Linken:
Das Programm wurde als Textdatei in einem MI-C Crossassembler geschrieben und
über die V24 Schnittstelle an einen EMES übertragen. Das Quellfile muss hierbei in
der Form <name>.asm vorliegen und assembliert werden. Das Programm muss mit
dem MI-C Linker so gelinkt werden, dass es im gepufferten RAM als Grundprogramm
für den EMUF dasteht. Dies geschieht mit den Optionen:
cl /c0000 /d8000 /s05 /o<name>.cmd name
cl dient zum Aufruf des Linkers, unter /c steht die Startadresse des Programms, unter
/d die Startadresse des RAM, /s05 sorgt dafür das eine Symboldatei erzeugt wird und
keine Fehlerdatei bei 0 Fehler und das nur das Codesegment in der Ausgabedatei
abgelegt wird, unter /o wird der Name des Programms als cmd-Datei angegeben und
dann folgen die zu linkenden Dateien.
Übertragen:
Nach dem Linken des Programms muss es über den EMES auf das gepufferte RAM
geschrieben werden, dies geschieht in dem man nach dem Linken das
Übertragungsprogramm für Serielle Datenübertragung (DTE) über COM 1 in
INTEL-HEX Format mit dem Befehl transmit aufruft. Dort ist als erstes die Auswahl
Automatic oder Manuell zu wählen, hier wählt man automatic. Danach hat man die
Auswahl zwischen Senden und Empfangen, hier wählt man Senden weil man das
Programm ja auf das RAM übertragen will. Dann folgt die Eingabe des Dateinamens
in der Form <name>.cmd. Als nächstes soll man dann die 4-stellige Startadresse
eingegeben werden. In unserem Fall 4000.
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Nun muss man den EMES für die Übertragung vorbereiten, als erstes einschalten
und warten bis die Anzeige GO?/CASS?/MEM?/REG?/IN-OUT? erscheint. Dort wählt
man CASS aus durch betätigen der Taste CAS am EMES, als nächsten Schritt wählt
man die V24-Interface Schnittstelle aus(Taste 3). Danach wählt man REC mit der
Taste 2 aus. Nun muss man sich noch für das Format entscheiden, in unserem Fall
INTHEX (Taste 1). Als nächsten Schritt wählt man die Einstellung AUTO(Taste A) bei
der Auswahl der Baudrate. Nun folgt die Eingabe des Speicherplatzes für das
Programm (4000) mit Bestätigung durch Store(ST). Jetzt kann die Übertragung
gestartet werden. Am PC muss man eine beliebige Taste betätigen und am EMES
die Taste GO. Nach einer sehr kurzen Zeit ist dies fertig. Am EMES erscheint die
Frage ob man noch eine Übertragung starten will. Dies verneint man mit der Taste 0
und schaltet das Gerät aus. Nun ist der Baustein fertig und kann verwendet werden.
7.2 Testprogramm
;Testprogramm
acon equ 12h
adat equ 10h
bcon equ 13h
bdat equ 11h
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cseg
pioinit: ld a,0cfh ;Bit Control
out(acon),a ;Port A
ld a,0ffh ;Bitsteuerwort
out(acon),a ;alle Eingang
ld a,0cfh ;Bit Control
out(bcon),a ;Port B
ld a,00h ;Steuerwort Port B
out(bcon),a ;alle Ausgang
start: in a,(porta) ;Port A einlesen
out(portb),a ;Daten über Port B ausgeben
jp start ;Sprung nach Start
jp test ;Sprung nach test
end
7.3 Flussdiagramm Testprogramm
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PIO-InitialisierungPort A auf EingangPort B auf Ausgang
Testprogramm
Daten in Akku lesen
Daten aus Akku ausgeben
start
7.4 Hauptprogramm
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;festo-steuerung
acon equ 02h
porta equ 00h
bcon equ 03h
portb equ 01h
ccon equ 12h
portc equ 10h
cseg
pioinit: ld a,0cfh ;Bit Control
out(acon),a ;Port A
ld a,07h ;Bitsteuerwort
out(acon),a ;0-2 Eingang 3-7 Ausgang
ld a,0cfh ;Bit Control
out(bcon),a ;Port B
ld a,0ffh ;Steuerwort Port B
out(bcon),a ;alle Eingang
ld a,0cfh ;Bit Control
out(ccon),a ;Port C
ld a,08h ;Steuerwort Port C
out(ccon),a ;0-2 Ausgang 3 Eingang 4-7 Ausgang
ld a,37h ;Interruptsteuerwort
out(acon),a ;Disable,or,low,Maske
ld a,0fdh ;Maske
out(acon),a ;Port A
ld a,low(Vektab) ;Low-Byte der Vektoradresse
out(acon),a ;Low-Byte an PIO Port A
cpuinit: di ;Disable Interrupt
ld a,high(Vektab) ;High-Byte der Vektoradresse
ld i,a
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im 2 ;Interruptbetriebsart 2
ei ;Enable Interrupt
ld a,83h ;PIO Interrupt Freischaltung
out(acon),a ;PIO Port A freischalten
out(bcon),a ;PIO Port B freischalten
ld a,0f8h ;Steuerwort alle Aktoren aus
out(porta),a ;Aktoren aus
ld ix,hireg ;Zeiger auf Zeitregister
;Bediengerät
bedien: in a,(porta) ;Port A einlesen
bit 1,a ;Bit 1 auslesen
jp nz,bedien ;Sprung Start wenn aus betätigt
bit 0,a ;Bit 0 auslesen
jp z,bedien ;Sprung Start wenn nicht ein
ld c,01h ;Register C mit 01h laden
;Hauptprogramm
start: ld a,00h ;Steuerwort Statusanzeige löschen
out(portc),a ;Statusanzeige löschen
ld a,0e8h ;Steuerwort alles in Grundposition
out(porta),a ;Steuerwort ausgeben Wagen unten
call delay ;Zeitschleife aufrufen 5 sec runterfahren
ld a,c ;Register C in Akku
bit 0,a ;Interrupt gesetzt
jp z,bedien ;Sprung nach bedien wenn Interrupt gesetzt
;Auswertung
auswert: ld b,01h ;Teileanforderung setzen
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ld a,b ;Register B nach Akku
out(portc),a ;LED Teileanforderung leuchtet
in a,(portb) ;Port B einlesen
bit 5,a ;Bit 5 auswerten, kapazitiver Sensor ob
Werkstück vorhanden
jp z,auswert ;Wenn kein Teil vorhanden Sprung nach erkannt
ld b,00h ;Register B löschen
ld a,b ;Register B in Akku
out(portc),a ;LED Teileanforderung löschen
call delay2 ;Zeitschleife 1sec aufrufen
in a,(portb) ;Port B einlesen
bit 4,a ;Bit 4 auslesen, induktiver Sensor ob Werkstück
metallisch
jp nz,metal ;Sprung nach metal wenn Bit4 gesetzt
bit 6,a ;Bit 6 auslesen, optischer Sensor ob Werkstück rot
jp nz,rot ;Sprung nach rot wenn Bit6 gesetzt
ld b,06h ;Register B mit Status für schwarz laden
;Wagen hochfahren
oben: in a,(portb) ;Port B einlesen
bit 3,a ;Bit 3 auslesen, Wagen oben
jp z,wagen ;Sprung nach wagen wenn Wagen unten
;Analogsensor auswerten
messsu: in a,(portb) ;Port B einlesen
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bit 0,a ;Bit 0 auslesen, Messsensorposition unten
jp z,fahren ;Sprung nach fahren wenn Messsensor oben
in a,(porta) ;Port A einlesen
bit 2,a ;Bit 2 auslesen, Analogsensor
jp z,falsch ;Sprung nach falsch wenn Bit 2 null
messsh: in a,(portb) ;Port B einlesen
bit 0,a ;Bit 0 auslesen, Messsensorposition unten
jp nz,hoch ;Sprung nach hoch
call delay2 ;Zeitschleife 1sec aufrufen
ld a,70h ;Steuerwort Auswerfer und Rutschensperre
out(porta),a ;auswerfen und Rutsche sperren
call delay2 ;Zeitschleife 1sec aufrufen
ld a,78h ;Steuerwort Auswerfer zurueck und Rutsche
gesperrt lassen
out(porta),a ;Steuerwort ausgeben
ld a,b ;Register B in Akku laden
out (portc),a ;Werkstoff über Port C ausgeben
abfrage: in a,(portc) ;Weitergabe einlesen
bit 3,a ;Schalter abfragen
jp nz,abfrage ;Sprung nach abfrage wenn keine Freigabe
jp start ;Sprung zum Programmbeginn
;Unterprogramme
wagen: ld a,0d8h ;Steuerwort Wagen hochfahren
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out(porta),a ;Wagen hochfahren
call delay ;Zeitschleife 5sec aufrufen
jp oben ;Sprung nach oben
fahren: ld a,0b8h ;Steuerwort Messsensor runterfahren
out(porta),a ;Messsensor runterfahren
call delay ;Zeitschleife 5sec aufrufen
jp messsu ;Sprung nach messsu
falsch: ld a,0e8h ;Steuerwort Wagen runter
out(porta),a ;Wagen runterfahren
call delay ;Zeitschleife 5sec aufrufen
ld a,0f0h ;Steuerwort Auswerfer raus
out(porta),a ;Auswerfer fahren
call delay2 ;Zeitschleife 1sec aufrufen
jp start ;Sprung nach start
hoch: ld a,0f8h ;Steuerwort Messsensorhochfahren
out(porta),a ;Messsensor hochfahren
call delay2 ;Zeitschleife 1sec aufrufen
jp messsh ;Sprung nach messsh
metal: ld b,02h ;Register B mit Bit0 auf 1 setzen
jp oben ;Sprung nach oben
rot: ld b,04h ;Register B mit Bit1 laden
jp oben ;Sprung nach oben
;Zeitschleifen
delay: ld (ix+0),05h ;Register (ix+0) mit ca. 5 sec laden
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l3: ld (ix+1),0ffh ;Register (ix+1) mit ff=256 laden
l2: ld (ix+2),0ffh ;Register (ix+2) mit ff=256 laden
l1: dec (ix+2) ;Zeitschleife durch 256*256*5 Zeitzyklen
jp nz,l1
dec (ix +1)
jp nz,l2
dec (ix+0)
jp nz,l3
ret ;Zurück ins Programm
delay2: ld (ix+0),01h ;Register (ix+0) mit ca. 1 sec laden
z3: ld (ix+1),0ffh ;Register (ix+1) mit ff=256 laden
z2: ld (ix+2),0ffh ;Register (ix+2) mit ff=256 laden
z1: dec (ix+2) ;Zeitschleife durch 256*256*1 Zeitzyklen
jp nz,z1
dec (ix +1)
jp nz,z2
dec (ix+0)
jp nz,z3
ret ;Zurück ins Programm
;Interrupt
irout: push af ;Register A und F sichern
in a,(porta) ;Port A einlesen
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bit 1,a ;Bit 1 auswerten
jp z,nostop ;Sprung nach nostop wenn Stop nicht betätigt
ld c,00h ;Register C mit 0 laden
nostop: pop af ;Register A und F Wiederherstellen
ei ;Interuptfreigabe
reti ;Return vom Interrupt
isegm segment code privat para
Vektab: dw irout
dseg
hireg: ds 4 ;reserviere 4 Speicherstellen
global hireg
end
7.5 Flussdiagramm Hauptprogramm
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Festo
Initialisierung PIO´sund CPU
Stop-Taster ?Bit 1=1
ja
Port A einlesen
Start-Taster ?Bit 0=0
nein
ja
Register C mit 01 laden
nein
Statusanzeige löschen
start
bedien
Aktoren ausschalten
Port C ausgeben
Seite 1
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Seite 2
Grundeinstellung laden
Port A ausgeben
Delay
Register C nach Akku
Stop betätigtBit 0=0
ja
nein
auswert
Steuerwort fürTeilanforderung laden
Port C ausgeben
Port B einlesen
auswert
Seite 2
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Seite 4
Register BMit 06h laden
oben
Port B einlesen
Wagen oben ?Bit 3=1
nein
ja
Steuerwort Wagenhochfahren
Port A ausgeben
wagen
Port B einlesen
Messsensorunten ?Bit 0=0
ja Steuerwort Messsensorrunterfahren
Port A ausgeben
messsu Delay
fahren
nein
Port A einlesen
Seite 4
Delay
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Port B einlesen
Seite 6
Messsensorunten ?Bit 0=1
nein
ja Steuerwort Messsensorhochfahren
Port A ausgeben
hoch
Delay2messsh
Delay2
Steuerwort für Auswerfer vorn
und Rutschensperreladen
Port A ausgeben
Delay2
Steuerwort für Auswerfer hinten
und Rutschensperreladen
Port A ausgeben
Seite 6
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Seite 7
Port C einlesen
Weitergabeabfrage ?Bit 3=1
nein
ja
abfrage
Register B nach Akku
Status überPort C ausgeben
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Delay
Register(ix+0) mit 5 laden
Register(ix+1) mit 256 laden
Register(ix+2) mit 256 laden
L3
L2
L1
Register(ix+2) um 1 verringern
Register(ix+2)=0 ?
nein
ja
Seite 1
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Register(ix+1) um 1 verringern
Register(ix+1)=0 ?
nein
ja
Seite 2
Register(ix+0) um 1 verringern
Register(ix+0)=0 ?
nein
ja
Hauptprogramm
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Delay2
Register(ix+0) mit 1 laden
Register(ix+1) mit 256 laden
Register(ix+2) mit 256 laden
z3
z2
z1
Register(ix+2) um 1 verringern
Register(ix+2)=0 ?
nein
ja
Seite 1
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Register(ix+1) um 1 verringern
Register(ix+1)=0 ?
nein
ja
Seite 2
Register(ix+0) um 1 verringern
Register(ix+0)=0 ?
nein
ja
Hauptprogramm
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Irout
Register A und F sichern
Port A einlesen
Ausschalterbetätigt ?Bit 1=0
nein
ja
Register C mit 01h laden
nostop
Register A und F wiederherstellen und denInterrupt freigeben
Hauptprogramm
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8 Gehäuse
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8.1 Zeichnung
Abb.29 Zeichnung Gehäuse
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36 cm
16 cm
26 cm
Projektarbeit Technikerschule 2004Steuerung einer Festo-Station über einen EMUF
Erstellt von Rolf Kuhn & Ralf Heyen Seite 100 von 121
30mm
130mm100mm
70mm
150mm
130mm100mm
70mm
80mm
150mm
200mm180mm
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Rückseite
Abb.30 Rückwand Gehäuse
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Vorderseite
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40mm
290mm
195mm
115mm
45mm
80mm
100mm
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Abb.31 Frontplatte Gehäuse
8.2 Stückliste
Stück Beschreibung2 Aluminiumbleche 26cm*36cm 2mm stark2 Aluminiumbleche 16cm*36cm 2mm stark2 Aluminiumbleche 16cm*26cm 2mm stark4 Profilleisten 16cm*1cm8 Blechschrauben 2,9*25mm1 Kaltgerätebuchse1 Bananen Buchse 4mm rot1 Bananen Buchse 4mm blau1 Sicherungshalter für Plattenmontage2 SubD Buchse 25polig mit Lötkelch2 SubD Buchse 9polig mit Lötkelch4 SubD Befestigungssatz4 Federleisten 31polig4 Befestigungssätze für Federleisten4 Platineneinbaurahmen
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6 Haltewinkel für Platineneinbaurahmen1 Wippschalter 2polig mit Signallampe
19 Schrauben M319 Muttern M320 Scheiben M34 Füße
9 Testbox
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9.1 Allgemein
Eine Vorgabe für das Projekt war die Möglichkeit der Verbindung aller vier
Festostationen über verschiedene EMUF´s. Um einen reibungslosen Ablauf dieser
Kette zu ermöglichen müssen Informationen zwischen den Stationen ausgetauscht
werden. Dieser Informationsaustausch wird durch die Testbox sichtbar gemacht und
simuliert.
Die Testbox wird über zwei neunpolige SubD-Kabel mit dem Steuergerät verbunden.
Die Box simuliert die Vorstufe und die Folgestufe der Festostation Prüfen.
An die Vorstufe wird die Anforderung für ein neues Werkstück geschickt, sobald das
geprüfte Werkstück die Station Planen verlassen hat und der Hubtisch sich in der
Position unten befindet, wird ein Signal an die Vorstufe gesandt, dass ein neues
Werkstück kommen kann. Dann wird die gelbe LED an der Testbox angesteuert.
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An die Folgestufe wird die Information der Beschaffenheit des
Werkstücks übermittelt. Dies geschieht über zwei Bits die übermittelt werden,
wodurch vier Werkstückzustände übergeben werden können. Die LED´s Bit0 und
Bit1 werden an der Testbox angesteuert, je nach Werkstückbeschaffenheit.
Die Station Prüfen benötigt nun die Information ob das Werkstück weitergeleitet
werden darf. Der Taster auf der Testbox übernimmt diese Funktion und sendet ein
Low-Signal an den EMUF, damit die Rutschenfreigabe erfolgen kann.
9.2 Zeichnung
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Abb.32 Gehäuse Testbox
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9,7 cm
6 cm
16,2 cm
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Fro
nt T
estb
ox
25m
m
55m
m
100m
m
130m
m 156
mm
15mm
30mm
26mm
45mm
60mm
92mm
30m
m50m
m
120m
m
Fro
nt T
estb
ox
25m
m
55m
m
100m
m
130m
m 156
mm
15mm
30mm
26mm
45mm
60mm
92mm
30m
m50m
m
120m
m
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Abb.33 Frontplatte Testbox
9.3 Stückliste
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Stück Beschreibung1 Kunststoffgehäuse 16cm 9,5cm 6cm1 Aluminiumbleche 15,6cm 9,2cm 2mm stark2 Leuchtdioden 5mm rot1 Leuchtdiode 5mm grün3 Montageringe für LED 5mm1 Taster Schließer1 Bananen Buchse 4mm rot1 Bananen Buchse 4mm blau2 SubD Befestigungssatz2 SubD Buchse 9polig mit Lötkelch
9.4 Verkabelung/Steckerbelegung
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Vorstufe 9polig
Pin Bezeichnung1 Betriebsspannung 5V2 Masse 5V3 Freigabe an Vorstufe4 5 6 7 8 9
Folgestufe 9polig
Pin Bezeichnung1 Betriebsspannung 5V2 Masse 5V3 Anforderung der Folgestufe4 Bit 05 Bit 16 7 8 9
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10 Datenblätter
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Der Transistor BC 109B
Der Transistor BC 109B ist ein NPN-Transistor in einem Metalgehäuse.
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Abb.34 Bauform
IC 7404N
Das IC 7404 ist ein sechsfach Inverter in TTL Technik.
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Abb.35 Pinbelegung
Spannungsregler 7805
Der Spannungsregler 7805 ist ein Festspannungsregler für eine Ausgangsspannung von 5V.
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Abb.36 Bauform 7805
Der Optokoppler PC849
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Der Optokoppler PC849 ist ein vierfach Optokoppler der Firma Sharp in einem 16 Pin DIP-Gehäuse.
Abb.37 Pinbelegung
11 Vorgehensweise während des Projektes
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Typ UISO
[V AC]
CTR
[%]
IF
[mA]
UCEO
[V]
IC
[mA]PC 849 5 KV 50….400 5 35 50
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1. Woche: Erfassung des Umfangs der Projektaufgabe. Schaltplan für das Netzteil
erstellt und Bauteile für Netzteil und EMUF aufgelistet und beschafft.
Netzteilplatine Layout erstellt und Platine bestückt.
2. Woche: Netzteil in Betrieb genommen und EMUF-Platine bestückt. Testprogramm
für EMUF in ein gepuffertes RAM geschrieben und Fehlersuche
betrieben.
3. Woche: Die galvanisch getrennten Anpassungen entwickelt, berechnet und zu
Testzwecken aufgebaut.
4. Woche: Komplettschaltpläne der Eingangs- und Ausgangsstufe mit EAGLE
erstellt. Umwandlung des Analogsignals vom Wegtaster entwickelt und
getestet.
5. Woche: Platinenlayout für die Eingangs- und Ausgangsstufe mit EAGLE erstellt.
Platinen durch das Marinearsenal Wilhelmshaven ätzen lassen.
6. Woche: Ein- und Ausgangstufe bestückt und verlötet. Das Gehäuse aus
Aluminiumblech hergestellt.
7. Woche: Eingangs- und Ausgangsstufe auf Funktion getestet. Testbox zur
Kommunikation zwischen den Stationen entworfen und gebaut.
8. Woche: Verkabelung der Stufen und der Station geplant und hergestellt.
Dokumentation für die Verkabelung und die Platinen erstellt.
9. Woche: Flussdiagramm für das Hauptprogramm angefertigt und das Programm
Geschrieben. Die begleitende Dokumentation geschrieben.
10.Woche: Komplette Anlage in Betrieb genommen und Fehlersuche betrieben. Die
begleitende Dokumentation geschrieben.
12 Probleme während des Projektes
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Projektarbeit Technikerschule 2004Steuerung einer Festo-Station über einen EMUF
Problem:
Bei der Herstellung der Platinen bestand das Problem, das in der Schule die Platinen
nur einseitig geätzt werden konnten.
Lösung:
Die Platinen ließen wir im Marinearsenal Wilhelmshaven beidseitig ätzen
Problem:
Beim Bestücken der Platinen stellten wir fest das die Stiftleistenraster des
Programms Eagle mit den Stiftleistenabmessungen nicht übereinstimmten.
Lösung:
Wir haben die Pins der Stiftleiste nach hinten gebogen und eine Verbindung zur
Platine mit Silberdraht hergestellt.
Problem:
Bei der Kontrolle der Spannungsversorgungen der Wandlerstufen stellten wir fest,
dass nicht alle IC´s korrekt versorgt wurden.
Lösung:
Wir unterbrachen die Leiterbahnen der fehlerhaften Spannungsversorgungen und
stellten die korrekte Versorgung durch Drahtbrücken her.
Problem:
Bei der Überprüfung des Bediengerätes stellten wir fest das der Not-Aus-Schalter
und der Aus-Taster über die selbe Leitung gingen und so die galvanische Trennung
der Spannungen nicht möglich war.
Lösung:
Wir benutzten nur den Aus-Taster und ließen die Not-Aus-Funktion weg. Man könnte
sie durch einen weiteren Not-Aus-Schlagschalter, der ins Gehäuse eingebaut werden
müsste, realisieren.
Problem:
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Bei Inbetriebnahme der kompletten Schaltung stellten wir fest, dass das Netzteil
unter Belastung zusammenbrach. Die Stromaufnahme der Ausgangsstufe war zu
hoch.
Lösung:
Wir stellten für die Ausgangsstufe eine externe Spannungsversorgung her.
Problem:
Bei ausprobieren des Programms stellten wir fest, dass beim Herunterfahren des
Wagens keine korrekte Abfrage des unteren Endlagenschalters durchgeführt werden
konnte. Der induktive Endlagenschalter schaltete zu früh und der Wagen fuhr sofort
wieder hoch, da der Induktive Sensor beim passieren des Wagens ein Werkstück
meldete.
Lösung:
Wir Übergangen den Endlagenschalter durch ein Delay, wodurch der Wagen eine
bestimmte Zeit heruntergefahren wurde, und die Werkstückabfrage erst stattfand
wenn der Wagen unten war.
13 Eigenständigkeitserklärung
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Projektarbeit Technikerschule 2004Steuerung einer Festo-Station über einen EMUF
Hiermit erklären wir, Herr Ralf Heyen und Herr Rolf Kuhn, dass wir die Projektarbeit
´Steuerung einer Festostation über einen EMUF´ selbstständig erarbeitet haben.
Wilhelmshaven, den 10.05.2004
_______________ _______________
Ralf Heyen Rolf Kuhn
14 Quellenverzeichnis/Software
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Literatur:
- Technische Dokumentation Station Prüfen von Festo Didactic
- Datenbuch Transistoren von der Firma Simens
- Halbleiter Anschluss-Tabelle von Alfred Härtl, Härtl Verlag
- Elektronik IV D Digitale Steuerungstechnik vom Heinz-Piest-Institut, Pflaum
Verlag München
- Elektrotechnik Tabellen Kommunikationselektronik, Westermann Verlag
Braunschweig
Software:
- Eagle Layout Editor -4.11 Demoversion von Cadsoft
- Electina für Windows Demoversion von Designsoft
- Lochmaster Version 2.0 von ABACOM
- Microsoft Word 2003
- Microsoft Excel 2003
- Microsoft Powerpoint 2003
- MI-C Crossassambler
- MI-C Linker
Internetadressen:
- www.festo.com
- www.ferromel.de
- www.atx-netzteil.de
- www.reichelt.de
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