HEY Technische automatisering lessen

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Technische automatisering

TA.1 Automatische systemen

Leerdoelen

Je begrijpt hoe metingen geautomatiseerd kunnen worden.

Je kan uitleggen welke soorten automatische systemen bestaan en wat de functies van de onderdelen van zo'n systeem zijn.

Je kan het blokschema van een automatisch systeem opstellen

Wat meet buienradar?
Wat doet het met de gegevens?
Wat zie je?

Automatische systemen

Sensor meet een bepaalde grootheid.

Proces is de keten van gebeurtenissen.

Systeem alle onderdelen die samen ervoor zorgen dat het proces goed verloopt.

Blokschema's

Sensor: een grootheid die je kunt meten?Actuator: apparaat die iets uitvoert 

Systeem: van sensor, proces naar uitvoering 

Invoerblok: binnenhalen van gegevens d.m.v. sensor

Verwerkingsblok: vergelijkt waarden die binnenkomen

Uitvoerblok: voert de gewenste actie uit 

Actuator: apparaat die iets uitvoert 

Inbraakalarm
Wat is hier de invoer, de verwerking ?en de uitvoer?

Verschillende soorten systemen

Een meetsysteem geeft alleen een waarde aan.

Bijvoorbeeld: een digitale thermometer.

Invoer

Temperatuur registreren en omzetten naar spanning

Verwerking

Spanning digitaliseren

Uitvoer

Waarde weergeven op het display

Verschillende soorten systemen

Een stuursysteem geeft een signaal door.

Bijvoorbeeld: een brandstofmeter.

Invoer

#brandstof registreren en omzetten naar spanning

Verwerking

Spanning digitaliseren, waarde vergelijken

Uitvoer

Waarschu-wingslampje wel/niet laten branden

Verschillende soorten systemen

Een regelsysteem kan zelf automatisch actie nemen.

Bijvoorbeeld: oven voorverwarmen.

Invoer

Temperatuur registreren en omzetten naar spanning

Verwerking

Spanning digitaliseren, waarde vergelijken

Uitvoer

Verwarmings-element aan/uitzetten

• Een meetsysteem meet alleen
  
• een stuursysteem heeft ook een actie
  
• een regelsysteem heeft ook terugkoppeling (thermostaat)

Aan de slag!

TA.1 Automatische systemen

Lezen: 4 t/m 6

Maken: 1 t/m 6

Samenvatten: TA.1

TA.2 Invoer

Huiswerkcheck

TA.1 Automatische systemen

Lezen: 4 t/m 6

Maken: 1 t/m 6

Samenvatten: TA.1

Leerdoelen

Je kan een meting geschikt maken, zodat een automatisch systeem het kan verwerken.

Sensoren ijken

Een automatisch systeem kan alleen werken met elektrische signalen. Als we naar het voorbeeld van de thermostaat kijken, is er een component aanwezig in de thermostaat, die de grootheid Temperatuur kan meten. Zo'n component heet een sensor.

In het geval van de thermostaat, is de sensor een temperatuursensor. Die zet de gemeten grootheid Temperatuur om in een elektrische sensorspanning.

Sensor ijken

Om een sensor te kunnen gebruiken, moet die eerst geijkt worden. Dit betekent dat de sensorspanning ten opzichte van de gemeten eenheid moet worden bepaald.

In het geval van een temperatuursensor, wordt de sensor in een volume heet water gezet en daarbij een thermometer geplaatst. De sensorspanning wordt nu gemeten met een voltmeter, tegelijkertijd met de temperatuur.

Sensorkarakteristiek = diagram van invoervariabele tegen uitvoervariabele

IJkkromme = lijn in de sensorkarakteristiek

Eigenschappen van sensoren

3 eigenschappen van sensoren:

• Gevoeligheid (steilheid ijkkromme)
• Nauwkeurigheid (maximale afwijking) 
• Bereik (laagste tot hoogste waarde)

beweging wordt gedetecteerd 

er ontstaan een sensorspanning 

 

een sensor is een schakeling met een ohmse weerstand en een component die gevoelig is voor een bepaalde natuurkundige grootheid

beweging = spanning

ja / nee - signaal

3 sensoren
- windsensor
- temperatuursensor

- neerslagsensor 

bij elke natuurkundige waarde, hoort een bepaalde spanning

Invoer

Verwerking

Uitvoer

Temperatuur-sensor

Omzetten sensorspanning in getal

Cijfers weergeven op display

IR-sensor

Vergelijk sensorspanning met normale waarde

Alarmbel gaat rinkelen

Neerslagsensor

Vergelijk sensorspanning met ingestelde waarde

Ketel slaat aan of niet

Aan de slag!

TA.2 Invoer

Lezen: 8 t/m 9

Maken: 7 t/m 9

Samenvatten: TA.2

TA3. Verwerking 

Les 1

Huiswerk

TA.2 Invoer

Lezen: 8 t/m 9

Maken: 7 t/m 9

Samenvatten: TA.2

Leerdoelen

Je leert werken met een systeembord;

Je leert hoe je de verschillende onderdelen van het systeembord kunt gebruiken om zelf een automatisch systeem te maken.

Systeembord

Systeembord

Op het systeembord zijn de bekende onderdelen aanwezig; invoer, verwerking en uitvoer.

Systeembord wordt aangesloten op 230 V (stopcontact) en zet dit om naar 5,0 V.

Verwerking geeft laag signaal (<1,0 V) of hoog signaal (>3,0 V). Laag wordt aangegeven met 0, hoog met 1. Dit is een binair (tweewaardig) signaal.

De signaallampjes in het uitvoerdeel gaan branden wanneer zij een hoog signaal toegevoerd krijgen.

Welke signalen zijn er?

- Hoog en Laag (ook wel aan of uit), nog korter:  1 of 0 

- Continu en discreet.

- Continu kan alle mogelijke waarden aannemen.

- Discreet  aan of uit (2 waarden dus, kunnen er ook meer zijn).

- Bij discreet komt het binair tellen om de hoek kijken 

- Binair: is dus dus een 0 of een 1   (Bi = twee)

Systeembord

Op het systeembord zijn de bekende onderdelen aanwezig; invoer, verwerking en uitvoer.

Comparator

Bij het onderdeel verwerking staat een transistor die wij niet gebruiken en de werking niet van hoeven te weten.

Daarnaast een comparator. Op de ingang van de comparator wordt de spanning van een sensor of een variable spanning gezet. De comparator vergelijkt die spanning met een ingestelde waarde (aan de draaiknop, tussen 0-5 Volt). 

Als binnengekomen spanning lager dan de ingestelde waarde is, geeft de uitgang van de comparator een LAAG signaal (0 Volt, binair 0).  

Als binnengekomen spanning hoger dan de ingestelde waarde is, geeft de uitgang van de comparator een HOOG signaal (5 Volt, binair 1). 

LET OP: na een sensor of variable spanning komt ALTIJD een comparator.

Systeembord

Op het systeembord zijn de bekende onderdelen aanwezig; invoer, verwerking en uitvoer.

Invertor

Een invertor zet een HOOG signaal aan de ingang om in een LAAG signaal bij de uitgang en andersom.

Zie de waarheidstabel in BINAS T17C.

Systeembord

Op het systeembord zijn de bekende onderdelen aanwezig; invoer, verwerking en uitvoer.

Verwerkingselementen

Een EN-poort heeft twee ingangen en een uitgang. Alleen wanneer beide ingangen HOOG zijn, is de uitgang HOOG. In alle andere combinaties is de uitgang LAAG. 

Zie voor de waarheidstabel BINAS tabel 17C.

Een OF-poort heeft twee ingangen en een uitgang. Alleen wanneer beide ingangen LAAG zijn, is de uitgang LAAG. In alle andere combinaties is de uitgang HOOG. Zie voor de waarheidstabel BINAS tabel 17C.

Een geheugencel heeft twee ingangen, "set" en "reset".

Wanneer er een kort HOOG signaal op de "set" komt, geeft de uitgang een continu HOOG signaal, ook als de "set" niet meer ingedrukt wordt. Wanneer er kort op de  "reset" gedrukt wordt, wordt ook het continue HOGE signaal gestopt.

Waarheidstabel

A

B

output

Van een EN-poort

Wat als je twee signalen/sensoren wilt hebben voor 1 uitvoering?

Sleep dit naar de juiste plek

Wat als je wilt dat het lampje brandt bij 0 i.p.v. 1 (bijvoorbeeld bij lage temperatuur)

Sleep dit naar de juiste plek

Wat als je wilt dat een lampje blijft branden, ook al is het signaal weer 0 geworden?

Sleep dit naar de juiste plek

Opdrachten

Lezen TA 3

Maken opdr. 10, 11, 12, 13

TA3. Verwerking 

Les 2

Huiswerkcheck

Lezen TA 3

Maken opdr. 10, 11, 12, 13

Leerdoelen

Je leert werken met een systeembord;

Je leert hoe je de verschillende onderdelen van het systeembord kunt gebruiken om zelf een automatisch systeem te maken.

Als er geluid is, gaat een lampje branden.
Je hebt dan nodig:

1. geluidssensor, lampje, comperator
2. geluidssensor, lampje, comperator, invertor
4. geluidssensor, lampje, geheugencel

Een geheugencel onthoudt.
De cel onthoudt dat:

1. er ooit op de reset een HOOG (binair=1) signaal is geweest
2. er een LAAG (binair=0) signaal op de set staat
3. er ooit op de set een HOOG (binair=1) signaal is geweest
4. er een HOOG (binair=1) signaal op de set staat

Kies de juiste formulering:

1. een comperator maakt van een continu signaal een binair signaal
2. een comperator maakt van een binair signaal een continu signaal
3. een comperator maakt van een continu signaal een octaal signaal
4. een comperator maakt van een octaal signaal een continu signaal

Systeembord

- Comparator

- EN-poort

- OF-poort

- Invertor

Binnen het systeembord zijn de onderdelen invoer, verwerking en uitvoer aanwezig. Binnen de onderdelen van verwerking wordt met een 0 en 1 gecommuniceerd. Dit vertaalt zich naar 0 V en 5 V of naar een LAAG en HOOG signaal.

Kijk goed naar de symbolen, deze gebruik je ook in je tekeningen

Klassikale opgave

Opgave 1

Je hebt de beschikking over een systeembord waarop je alle onderstaande poorten kunt vinden en waarmee je alle onderstaande scheklingen kunt maken. Stel (daar waar mogelijk) een waarheidstabel op voor onderstaande poorten en schakelingen (in1 en in2 zijn ingangen, en uit is de uitgang).

Opgave 1 (vervolg)

Aan de slag!

TA.3 Verwerking

Lezen: 11 t/m 14

Maken: 14 & 15

Samenvatten: TA.3

TA.4 Uitvoer

Les 1

Huiswerkcheck

TA.3 Verwerking

Lezen: 11 t/m 14

Maken: 14 & 15

Samenvatten: TA.3

Leerdoelen

Je kan de uitvoer op een systeembord gebruiken

Je kan binaire getallen omzetten naar decimale getallen en omgekeerd.

Binair tellen

•  Computers werken binair (met 1 en 0). Dit is een manier om te kunnen tellen.
• Binair telt met de machten van twee:

met binair kun je met weinig cijfers tot zeer hoge getallen tellen! 

Systeembord kan alleen 0 en 1 als signaal geven: binair

Hoe kun je dan tellen?

Decimaal getal

Binair getal

De teller

De uitgangen 8, 4, 2 ,1  

Machten van 2

Stel, teller staat op 5 

binaire code bij 5 = 0 1 0 1       
er komt dan een signaal bij uitgang 4 en 1
Als je elke uitgang op een led aansluit, zullen alleen de ledjes van 4 en 1 branden

Pulsenteller resetten

Ook wordt het aantal pulsen wat geteld 

wordt, aangegeven via een display, van 

0 t/m 9 pulsen, zie figuur hiernaast.

De "reset" kan gebruikt worden om het aantal

pulsen te herstarten. Stel dat je maar 4 pulsen wilt

tellen, dan sluit je de 4 van de uitgang (zie figuur

hieronder) aan op de "reset". 

Je zal dan in het display continu 4 pulsen geteld zien

worden, beginnend bij 0;

0 - 1 - 2 - 3 - 0 - 1 - 2 - 3 - 0 - 1 - 2 - 3 - etc...

Pulsgenerator

De pulsgenerator is een invoerelement wat een

discreet signaal als uitgang geeft, met HOGE ( 1 )

pulsen en LAGE ( 0 ) pulsen, zie afbeelding hieronder. 

Met de frequentie in Hz geef je aan hoeveel pulsen in

een seconde er gegenereerd worden. Dus met 1 Hz

krijg je 1 (HOGE en LAGE) puls per seconde, met

10 Hz, 10 (HOGE en LAGE) pulsen per seconde. 

Het relais

Met een relais kun je als een schakelaar gebruiken om een apparaat AAN en UIT te zetten.

• Buitenlampen


• Startmotor
• Alarmen

Wanneer een relais?

Een relais gebruik je als de actuator een hoge stroom/spanning nodig heeft

Opdrachten

TA.4 Uitvoer

Lezen: 16 t/m 18

Maken: 16 t/m 20

Samenvatten: TA.4

TA.4 Uitvoer

Les 2

Leerdoelen

Je kan de uitvoer op een systeembord gebruiken

Je kan binaire getallen omzetten naar decimale getallen en omgekeerd.

Bespreken

TA.4 Uitvoer

Lezen: 16 t/m 18

Maken: 16 t/m 20

Samenvatten: TA.4

Aan de slag!

TA.4 Uitvoer

Lezen: 16 t/m 18

Maken: 21 t/m 22

Samenvatten: TA.4