Projektarbeit Technikerschule 2004 Steuerung einer Festo...

Projektarbeit Technikerschule 2004Steuerung einer Festo-Station über einen EMUF

Erstellt von Rolf Kuhn & Ralf Heyen Seite 1 von 122


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


3.2 Schaltplan Seite 25

3.3 Stückliste Seite 26

3.4 Platinenlayout Seite 27

4 Wandlerstufe Seite 29






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



5.3 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





7 Programm Seite 74


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


9 Testbox Seite 104


9.2 Zeichnung Seite 106


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





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





2 Festo-Station





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.





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





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.





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





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





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





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.





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





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.





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.





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.





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





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





2.9 Werkstücke





3 Netzteil





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





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





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.





3.2 Schaltplan


IC 1




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





3.4 Platinenlayout

Vorderseite





Platinenlayout

Rückseite





4 Wandlerstufen





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.





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.


1

680Ω

24KΩ

1KΩ

7404

BC108B

PC 849

Masse 5VMasse 24V

24VUBetrieb5V UBetrieb

5V Ausgang






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.


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.


1

100Ω680Ω

7404

PC 849

Masse 24VMasse 5V

5V UBetrieb24V UBetrieb

5V Eingang






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.


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.


1

100Ω1KΩ

7404

PC 849

Masse 5VMasse 5V

5V UBetrieb5V UBetrieb

5V Eingang

5V Ausgang




4.2 Eingangsstufe





4.2.1 Schaltplan





4.2.2 Stückliste


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




4.2.3 Platinenlayout

Vorderseite





Platinenlayout

Rückseite





Platinenlayout

Bestückungsplan





4.3 Ausgangsstufe





4.3.1 Schaltplan





4.3.2 Stückliste


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




4.3.3 Platinenlayout

Vorderseite





Platinenlayout

Rückseite





Platinenlayout

Bestückungsplan




A

D

1

-1


4.4 AD-Wandler





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.





4.4.2 TCA965A

Blockschaltbild des Bausteins TCA 965

Abb.26 Blockschaltbild TCA 965B

Die Ausgänge A, B, C und D sind open-collector





Datenwerte des TCA 965 B





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)


TCA 965 B




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,





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.





5 EMUF





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





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.





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.






Gesamtschaltplan




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





5.3 Platinenlayout





6 Verkabelung/Steckerbelegung





6.1 PIO-Belegung


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





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




6.2 Gesamtplan





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





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





6.5 Schnittstelle Vorstufe


Pin Bezeichnung Pin Verbindung zum Stecker1 Betriebsspannung 5V 3 Eingangsstufe2 Masse 5V 1 Eingangsstufe3 Freigabe an Vorstufe 2 Eingangsstufe456789




6.6 Schnittstelle Folgestufe


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




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





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





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






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




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





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





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





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





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





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.





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





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





PIO-InitialisierungPort A auf EingangPort B auf Ausgang

Testprogramm

Daten in Akku lesen

Daten aus Akku ausgeben

start

7.4 Hauptprogramm





;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


out(bcon),a ;Port B

ld a,0ffh ;Steuerwort Port B

out(bcon),a ;alle Eingang


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





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





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





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


ld a,70h ;Steuerwort Auswerfer und Rutschensperre

out(porta),a ;auswerfen und Rutsche sperren


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





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


jp messsu ;Sprung nach messsu

falsch: ld a,0e8h ;Steuerwort Wagen runter

out(porta),a ;Wagen runterfahren


ld a,0f0h ;Steuerwort Auswerfer raus

out(porta),a ;Auswerfer fahren


jp start ;Sprung nach start

hoch: ld a,0f8h ;Steuerwort Messsensorhochfahren

out(porta),a ;Messsensor hochfahren


jp messsh ;Sprung nach messsh

metal: ld b,02h ;Register B mit Bit0 auf 1 setzen


rot: ld b,04h ;Register B mit Bit1 laden


;Zeitschleifen

delay: ld (ix+0),05h ;Register (ix+0) mit ca. 5 sec laden





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





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





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





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





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





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





Seite 7

Port C einlesen

Weitergabeabfrage ?Bit 3=1

nein

ja

abfrage

Register B nach Akku

Status überPort C ausgeben





Delay

Register(ix+0) mit 5 laden



L3

L2

L1

Register(ix+2) um 1 verringern

Register(ix+2)=0 ?

nein

ja

Seite 1






Register(ix+1)=0 ?

nein

ja

Seite 2


Register(ix+0)=0 ?

nein

ja

Hauptprogramm





Delay2




z3

z2

z1


Register(ix+2)=0 ?

nein

ja

Seite 1






Register(ix+1)=0 ?

nein

ja

Seite 2


Register(ix+0)=0 ?

nein

ja

Hauptprogramm





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





8 Gehäuse





8.1 Zeichnung

Abb.29 Zeichnung Gehäuse


36 cm

16 cm

26 cm



30mm

130mm100mm

70mm

150mm

130mm100mm

70mm

80mm

150mm

200mm180mm


Rückseite

Abb.30 Rückwand Gehäuse





Vorderseite


40mm

290mm

195mm

115mm

45mm

80mm

100mm




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





6 Haltewinkel für Platineneinbaurahmen1 Wippschalter 2polig mit Signallampe

19 Schrauben M319 Muttern M320 Scheiben M34 Füße

9 Testbox





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.





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





Abb.32 Gehäuse Testbox


9,7 cm

6 cm

16,2 cm



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


Abb.33 Frontplatte Testbox

9.3 Stückliste





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






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




10 Datenblätter





Der Transistor BC 109B

Der Transistor BC 109B ist ein NPN-Transistor in einem Metalgehäuse.





Abb.34 Bauform

IC 7404N

Das IC 7404 ist ein sechsfach Inverter in TTL Technik.





Abb.35 Pinbelegung

Spannungsregler 7805

Der Spannungsregler 7805 ist ein Festspannungsregler für eine Ausgangsspannung von 5V.





Abb.36 Bauform 7805

Der Optokoppler PC849





Der Optokoppler PC849 ist ein vierfach Optokoppler der Firma Sharp in einem 16 Pin DIP-Gehäuse.

Abb.37 Pinbelegung

11 Vorgehensweise während des Projektes


Typ UISO

[V AC]

CTR

[%]

IF

[mA]

UCEO

[V]

IC

[mA]PC 849 5 KV 50….400 5 35 50




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





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:





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





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





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


Projektarbeit Technikerschule 2004 Steuerung einer Festo...

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