Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk 8 - Technische automatisering 122

8 Technische automatisering8.1 lnleiding

Voorkennis

1 Automaten

a A Verwarmingsthermostaat:- Taak: in/uitschakelen verwarming- Je moet de thermostaat zelf instellen op de gewenste temperatuur.- De verwarmingsthermostaat gaat na in hoeverre de heersende kamertemperatuur

in overeenstemming is met de gewenste waarde: is de kameftemperatuur lager dan gewenst,dan schakelt de thermostaat de verwarming in.

B Wc-stoftbak- Taak: Een hoeveelheid water in de stortbak opslaan zodal deze direct voor een spoelbeurt gereed is.

- De automaat is over het algemeen door de Íabriek ingesteld door midddel van een vlotter-instelling.- Nadat er op de spoelknop is geduwd en de voorraad water is weggespoeld, wordt de stodbak

opnieuw gevuld tot een bepaalde waarde. Zo gauw deze waarde bereikt is, wordt de kraanweer automatisch aÍgesloten.

b Thuis: magnetron, aÍstandsbediening tv, programmering video, enz.Schoo/; schoolbel, snoepautomaat, schuiÍdeuren, enz.Verkeer: verkeerslichten, mistsignalering, snelheidscontrole, enz.Winkel: bel, diefstalcontrole, streepiescode, enz.Fabriek: flessenvuller, robot bij autofabriek, diktecontrole plaatmateriaal, enz.

c Maak zelÍ een keuze en overleg hierover met een klasgenoot.

2 Technische automatisering

a Bespreek de antwoorden met je klasgenoten.

b Bespreek de antwoorden met je klasgenoten.

3 Elektrischeschakelingen

ATemperatuur NTC = hoe hoger de temperatuur is, des te lager is de weerstand.

B Lichtsterkte; LDR + hoe groter de lichtsterkte is, des te lager is de weerstand.

C GeluidssterkÍe; microfoon = hoe groter de geluidssterkte is, des te groter is de spanningdie de microÍoon aÍgeeÍt.

8.2 AutomatenKennisvragen

6 Alnvoerbtok: temperatuursensor. B lnvoerblok: lichtsensor. C lnvoerblok; geluidsensor.tJitvoerbtok: verwarminqselement. Uitvoerblok: lamp. Uitvoerblok: motor van de

garagedeur.7 A lnvoerblok: beweging..lnror. nguura

tJitvoerblok: motor van de schuiÍdeuren. i llyo"qlf!- verwerqqqgrol iu"""rybiVerwerkingblok; schakeling die er voor zorgtdat de deurmotor geactiveerd wordt zodra er + bewesinss-sensor + :l*l-"j'::111, -r> motor van deuren 4'beweging wordt waargenomen (zie figuur A). scnaKerrns(en)

B I nvoe rblok: lichtsensor.uitvoerblok: motor van het zonnescherm. Íisuur B

Verwerkíngblok; schakeling die het toenemen . , inv,o€Íblgk ' veÍw.êrkingblok tjiwgerb]ok

van de hoeveelheid zonlicht omzet inhet raten dichtgaan van een zonnescherm + richtsensor + 3:'r:lo"ïf3ë".l + lïtruJ.1+'' '+(zie figuur B).

C I nvoerbl ok: lichtsensor.tJitvoerbtok: lamp. ÍisuuÍ c

Yerwerkingbtok: schakeling die ervoor zorgtdat een lamp aangaat als de hoeveelheidbuitenticht afneemt (zie Íiguur c). '+ richtsensor + 3iï:lïffi"ï) + ramp +

Vervolg op de volgende bladzijde

Hoofdstuk 8 - Technische automatiseri

Vervolg opgave 7.

D I nvoerblok: (water)hoogtesensor.Uitvoerblok: PomP.Verwerkingblok; schakeling die een pomp

aanzet als het waterniveau te hoog is

of die een overloopschuif opentrektzodat het water weer tot de gewenste

hoogte kan zakken (zie Íiguur D)'

9 a Meetsysteem:iiktabel

vewerkinablok uitvoerblok

+ hooste-sensor + 3i"#Hïf!i"ïl -> 3ïSl"3l-""n",' +

Íiguur D

inuoJ,tnr

Figuren van boven naar onder:

AContinu,omdatal|emoge|ijkewaardeninhetgegevenbereikmoge|ijkzijn.

B Binair, omdat slechts twee waarden mogelijk zijn, namelijk hoog en laag'

C Continu, omdat tussen de twee uiterste grenzen alle waarden mogelijk zijn'

iruoerblok I

vererkinOblox

+ senso.ís) f ::#ffii""", ;

drem pelwaarde(n)

I verertingook uNoerblokt. ----!>+ elehlrol,scre + actuaro4s) +.S schakenng(en) S^

Stuursysteem:

- rg';!!lta-+ senso(s)

drempelwaaroe(nl

b Overeenkomsten: elk systeem bestaat uit

een invoer-, verwerkings- en uitvoerblok'

Elk invoerblok bevat één oÍ meer sensors'

c Verschilten Íussen stuur- en meetsysteem:

l>

Bij stuursysteem wordt in verwerkingsblokmbt drempelwaarden gewerkt; bij meetsysteem met iikgegevens (ijktabel)'

áiy stuursysteem bevai het uitvoerblok een actuator en bij een meetsysteem een (beeld)scherm'

Verschíllen fussen stuur- en regelsysteem:BiJ een stuursysteem wordt in verwerkingsblok met drempelwaarden gewerkt;

bij een regelsysteem wordt ook met drempelwaarden gewerkt maar deze hebben meer de betekenis

ván gewenste waarden waaraan het Systeem moet proberen te voldoen.

Bij een stuursysteem ls er geen sprat<ó van terugkoppeling; bij een regelsysteem wel

d.w.z. de gebiuikte actuato"r beïnvloedt de grootheid die de sensor van het invoerblok waarneemt'

10 A Digitaal.

F Digitaal.

B Analoog. C Digitaal' D Digitaal' E Analoog.

N.B. Mogelilk ook analoog indien dit gebeurt aan de hand van ronddraaiende wieltjes

met maatstrepen en getallen op de buitenkant'

stuursysteem: er volgt alleen een actie op het overschrijden van een drempelwaarde'

Stuursysteem: er volgt alleen een actie op het overschrijden van een drempelwaarde' namelijk teveel

gewicht in de liÍt. Zolangde mensen in de lift geen initiatieÍ nemen om eruit te stappen' gebeun er niets

Ëas ats het gewicht onder de ingestelde drempelwaarde zakt, gaan de liÍtdeuren dicht'

Tankpistoot:stuursysteem. De sensor op het uiteinde neemt waar of de tank voldoende gevuld is'

Zodra aan deze waarde voldaan wordt, wordt de benzinekraan afgesloten'

Wasautomaatj stuursysteem. Het programma van de wasmachine werkt een voorgeprogrammeerde

volgorde van handelingen aÍ.

Digitale weegschaal: meetsysteem. Met behulp van het sensorsignaal en de ijkgegevens

zoïgt net veríerkingsblok eivoor dat de gemeten waarden op het display worden weergegeven'

Het verwerkingsblok is (gemakkelijker) programmeerbaar, is kleiner (qua omvang) en (vaak) sneller'

11

12

13

14

HooÍdstuk 8 - Technische automatisering

18

Oefenopgaven

17 Voetgangerslicht

a lnvoerblok: drukschakelaar.lJitvoerblok: lampen en geluidsbron.Verwerkingblok: als er op de drukschakelaar is gedrukt, moet de elektronische schakeling er

voor zorgen dat na enige tijd het licht van rood op groen springt. Bovendien moet het geluidssignaal

van karakter veranderen. Na verloop van een ingestelde tijd moet de groene lamp een paar keer

knipperen om vervolgens weer uit te gaan, terwijl de rode lamp op hetzelfde moment weer aangaat.

De elektronische schakeling moet ook een tijdklok hebben om op de juiste manier

met de gewenste tijdsinstellingen te kunnen omgaan.

b Hier is sprake van een stuursysteem: een druk op de knop zorgt ervoor dat het verwerkingsdeel

de lampen en geluidsbron op een vooraÍ geprogrammeerde manier aanstuurt.

c Bespreek met elkaar mogelijke oplossingen.

WaSdrOger * l*oerntot verwe*ingbtok. --nvóe]ry|troInm elmotor

a lnvoerblok: temperatuuÍsensor en klok. + temperatuursensor + ?ll,i9i'::i.-, * ""*3i#l:ï: +tJitvoerblok: motor van de trommel, klok scnaKerrng(en)

het verwarmingselement en de ventilator. ventilator

Verwerkingbtok; de elektronische schakeling moet nagaan oÍ er voldaan wordt aan de temperatuur-

voorwaarde (niet te hoog) en de tijdvoorwaarde (klok geeÍt hoog signaal).

Wordt aan beide voorwaarden voldaan, dan moet de elektronische schakeling er voor zorgen dat

de trommelmotor draait, het verwarmingselement aan is en de ventilator draait.

b Het is een stuursysteem. De temperatuur wordt weliswaar gemeten, maar het verwerkingsdeel

moer eÍ voor zorgen dat de wasdroger wordt uitgeschakeld als de temperatuur te hoog wordt.

De temperatuur wordt niet als meetresultaat op bijvoorbeeld een scherm oÍ display weergegeven'

c Bespreek met elkaar mogelijke oplossingen.

Verwarmingsthermostaat

a De verwarmingsthermostaat bestaat uit een bimetaal en een kwikschakelaar. Het bimetaal dient als sensor

én verwerker van het sensorsignaal omdat het bij temperatuurverandering verandert van stand.

Door een bepaalde instelling kun je bereiken dat de kwikschakelaar bij een bepaalde (= gewenste)

temperatuur een stroomkring kan verbreken of maken. Bij een gesloten stroomkring wordt een

elektromagneet geactiveerd die de gasklep open houdt. Als de temperatuur stijgt, buigt het bimetaal

waardoor àe kwikschakelaar kantelt. Bij de ingestelde temperatuur moet de kwikdruppel wegrollen,

zodat de stroomkring verbroken wordt en de gasklep dicht gaat'

Zo kan de thermostaat er voor zorgen dat de cv aangaat als de temperatuur in de kamer lager is dan

de gewenste waarde. Zodra de gewenste temperatuur bereikt is, wordt de cv weer uitgezet.

b lnvoerblok: temperatuursensor in de vorm _ i$rc.ótoa yqrw-*lnonq!_. ',*oeqg{1.van een bimetaal.Uitvoerblok: elektromagneet. +temperatuursensor '-> ::"|jl?ïiïi"ï) "> elektromasneet +Ve rwe rki ng blok: kwikdruppel met bijbehorendeschakeling. Bij de gewenste temperatuur moetde kwikdruppel net wegrollen en de stroomkring verbreken.

c Hier is sprake van een regelsysteem: de verwarmingsthermostaat moet er voor zoÍgen dat de temperatuur

in de kamer op een bepaalde waarde wordt gehouden.

20 Waakvlambeveiliging

a De waakvlambeveiliging moet controleren of de waakvlam brandt. Als de waakvlam brandt, zorgt

het thermokoppel voor een stroom die op ziin beurt de elektromagneet bekrachtigt. Hierdoor wordt

de gasklep open gehouden, waardoor het gas naar de waakvlam kan en waardoor eventueel ook gas

naar de brander kan als de verwarmingsthermostaat deze activeert.Als de waakvlam uitgaat, werkt de elektromagneet niet meer en duwt het veertje de gasklep dicht.

Zo wordt voorkomen dat er ongewenst gas naar de brander kan stromen zonder dat deze tot ontbranding

over gaal.

b lnvoerblok: thermokoPPel.U itvoe rblok: elektromagneet.

__ tyq"lorqk , ;;lqïlls,brok Jvoqq$-rood licht

+ drukschakelaar -.> crc^trur.lrsuÍrE. + qroen licht +scnaKeltng{ en)

óeluidsbron

' invo"turql G**ingutoi - uitvoeintot -* thermokoppel + ??? + elektromagneet

19

Verwerkingblok; in Íeite is de combinatievan thermokoppel en vlam ook een soortvan verwerkingsblok. Als de temperatuur van de vlam niet hoog genoeg is, zal het thermokoppel

te weinig spanning leveren om de elektromagneet voldoende te bekrachtigen.

c Hier is sprake van een stuursysteem. Als er geen waakvlam is, wordt de gastoevoer aÍgesloten.

NewÍon vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatisering 125

8.3 SysteembouwstenenKennisvraqen

22 De grafiek is lineair tussen v = 4 mls en v = 12 mls'.

Gevoeliqheid - 4'0 - 1'0 = 0.375 Vs/m- 12- 4

23 a Gevoetiqheid: 4'5-2'0

=0.0833 V/"C" 40-10

b Grafiek loop twee keer zo steil,want de gevoeligheid is nu 0,16 V/'C.Het bereik loopt van 10 'C tot ca. 28 'C.N.B. dit laatste punt is op twee verschillendemanieren te bepalen:

1e manier: Teken de nieuwe karakteristiek enlees aÍ bij S = 5,0 V

2e manier: Het sensorsignaal moet toenemenvan 2,0 V tot 5,0 V: AS = 3,0 V;met G = 0,166 V/'C vind je Af = 18'C.De maximale temoeratuur isdan 10 + 18 = 28'C

Afgerond: Gevoeligheid = 0,38 Vs/m

AÍgerond: Gevoeligheid = 8,3 10-2 V/'C

Meetbereik: tussen 10 oC en 40'C

1sI

S4(v)

3

2

'I

0

ts

(v)

t'S,

(v)

3

24

25

Gegeven: bij T = 12'C = S = 2,60 V;gevoeligheid = 10 mV/"C = 0,010 V/"C.

Het ijkdiagram is lineair dus als je twee puntenin het (S,I)-diagram vastlegt, kun je het ijkdiagramal tekenen:- bij f= 10'C + S= 2,60 - 2 0,010= 2,58V;- bij r= 15'C > S = 2,60 + 3 0,010 = 2,63 V.

Verder: zie de figuur hiernaast.

a Zie de Íiguur hiernaast.

b Bereik: van 0 dB tot 134 dB.

Gevoetiqheid - 3'20 -1'20 = 0.0333 V/dB- 80-20

Afgerond: Gevoetigheid = 3,3.10'2 V/dB

A Comparator. B EN-pooft.C OF-poort. D Invertor.

Srer = 2,4 V

28 Zie de Íiguur hiernaast

De pulsgenerator geeÍt nu 2 pulsen per sec = elke halve seconde verspringt het displayHet getal op het display stelt het aantal halve seconden voor.

De kamertemperatuur zal nooit boven de 50 'C komen, maar wel onder de 25 .C.Dus sensor C en D vallen aÍ.De keuze tussen sensor A en B is ook duidelijk: sensor B heeft de grootste gevoeligheid.Dus deze is het meest geschikt voor de kamerthermostaat.Conclusie: Sensor B is het meest oeschikt.

20 25 30 35 40r(C) +

100 120 140t (dB) +

26

27

29

2" sensoi t/ -.v' I,- 1" sensor

/

//

30

Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk I - Technische automa

31 ljkdiagram: zie de figuur hiernaast.

Gevoeliqheid- 3'5-0 5

= 0,0500 Vfz." 100-40Afgerond: Gevoeligheid = 5,0 1O'2 VP/o

.E

I

S'+(v)

J

2

,1

0

32 Zie de Íiguur hiernaast.

Om na te gaan of deze schakeling klopt,kun je een waarheidstabel van de schakelingmaken (zie schema hieronder).

33 a Zie de f iguur hiernaast.

b Elke volgende uitgang heefteen Íreouentie die 2x zo klein is

als de vooraÍgaande omdat de tijdsduur2x zo groot wordt.

Bilvoorbeeld: f3 =

34 a De pulsgenerator moet elke minuut

één puls geven: f = lnz = 0,Q17 NzOU

b Uitgang 4, want na 4 Pulsen zal dezeuitgang van laag veranderen in hoog.

0000 1101 = O'27+0 26+0 25+O'2o+1

0011 1101 = O'27+0 26+1'2s+1'24+1

23+1.22+O 21+1.20= 8+4+0+1 = 13

23+1.22+0.21+1 20

=32+ 16+8+4+0+1= 61

60 70 80 90 100

luchtvochtigheid (%) +

s1

v2

s3

't"z

35

36 Decodemetdehoogstewaardeis 1111 1111 "> 255 (zieookopg.79!)

37 Bij het onderbreken van de lichtbundel wordt het sensorsignaal tijdelilk lager dan het referentiesignaal S'"r

van de comparator. De uitgang wordt daardoor even laag, terwijl de inveftor er tijdelijk weer een hoog

signaal van maakt. Door dit hoge signaal wordt de geheugencel geset. De uitgang van de geheugencel

olrlt rroog totdat er ook een hoog signaal op de reset R wordt aangeboden.

38 a Op het moment dat de 5e puls wordt aangebodenwordt zowel de uitgang 1 als 4 hoog.De EN-poort kriigt dus 2 hoge signalen aangeboden en

geeft op zijn uitgang als gevolg daarvan ook een hoog signaal'Door dit hoge signaal wordt de teller gereset via R,

b Sluit de uitgang 2 direkt aan op de reset R van de teller.Zie verder de figuur hiernaast.

./a_

íz

SsSr Sz Sa Ss

00010001011000110101'l111

000'l

0001

00000001

Nevtrton vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatiserinq 127

Oefenopgaven

76 Poststukken

F,^a,= tÍt.g = 20,0 9,81 = 196,2 NSensorsoort C heeÍt niet voldoende meetbereik.Sensorsootl A heeÍt een groter meetbereik dan gewenst en een kleinere gevoeligheid dan sensorsoort B.

Sensorsoort B (met het bereik van 0 - 200 N) voldoet dus het beste.

77 Microfoon

De gevoeligheid bepaal je de helling van de graÍieklijk te bepalen bij 100 dB.Daarvoor trek je in het ijkdiagram eerst zo goed mogelijk de raaklijn aan de graÍieklijn bij 100 dBen vervolgens bepaal je de helling van deze raaklijn:

Gevoetigheid= ,lu , -5'7-o =e,211- Ageluidssterkte 1 10 - 83

78 XOF-pooÉ

a Zie tabel hiernaast.

b Een OF-poort geeft ook een 1

als Sr en Sz beide 1 (d.w.z. hoog)zijn.

AÍgerond: Gevoeligheid = 0,21 V/dB

79 Decimaal - binair

14 = 1.23+1.22+1.21+O 20

171 = 1.27 +O 26+1.25 +0.2a +1.23+0.22+1.21 +1.20255 = 1.27 +1.26+1 25+1.2a +1.23+1.22+1.21 +1.20

V/dB

stuursysteem

= 10101011:> 11111111

80 Windturbine

a Het ijkdiagram laat zien dat de graf ieklijn lineair verloopt tussen de snelheden y = 5,0 m/s en y = 15 m/s.

Afgerond: gevoeligheid = 0,43 Vs/m

b OrientatieTaak: Een stuursysteem dat de windturbine stillegt als de windsnelheid kleiner is dan 3,0 m/s en

groter is dan 15,0 m/s.Het bijbehorende blokschemazou er als volgt uit kunnen zien:

Drempelwaarden:-bij v=3,0m/s +55=0,30Ven +- bij v = 15,0 m/s = S. - 5,30 V.

Planningln het verwerkingsblok zitten in ieder geval de 2 comparatoren waarmee de drempelwaardenzijn vast te leggen.

DeelsystemenGebruiken we comparator 1 voor de lage snelheid, dan moet er een inveftor achter worden geschakeldomdat bij een snelheid lager dan 3,0 m/s (en dus S" < 0,30 V) de comparator een laag signaal geeft,terwijl de OF-poort een hoog signaal aangeboden moet krijgen.

De comparator 2 wordl gebruikt voor de hoge snelheid. Deze krijgt een hoog signaal op de uitgangals de snelheid boven de 15,0 m/s (en dus S. > 5,30 V) komt.

Er is sprake van een OF-situatie namelijk de windsnelheid lager dan 3,0 m/s óÍ hoger dan 15,0 m/s.Dat betekent het gebruik van een OF-poott. Achter de OF-poori moet nog een inveftor geplaatstworden omdat de windturbine volgens de opgave stilstaat als het uitgangssignaal in B laag is.

Gevoetisheid =:': ]9=0,440 vs/m- 15-5,0

drempelwaarden urt !kdragram

itroe$lok

windsnelheids-sensor

vêruerkingblot

+ elektronisch" *sA scnaKellng(en)

sB

_" ylroqblg! jactuator Bdie turbine uit- en +in- kan schakelen

Sr Sz Sg

000101011110

Vervolg op volgende bladzijde.

Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk 8 - Technische automatisering 128

Vervolg van opgave 80.

UitvoeringWe bouwen de schakelingvolgens de Íiguur hiernaast:

ControleGa na eens na of de schakelinggeheel volgens wens reageert.

81 Badkamerventilator

a Zie Íiguur hiernaast.

Uit het gegeven diagram blijktdat bij 7A% relatieve vochtigheidde sensorspanning U" = 3,1 V,Dus de reÍerentiespanning Urer

moet op 3,1 V worden ingesteld.

comparatoÍvochtigheidssensor

drukschakelaar

Op het moment dat de persoon opstaat, wordt de reset van de teller laag.De uitgang van de geheugencel (die hoog was) blijft hoog, dus ook de aan/uit van de teller blijft hoog.De teller gaat dus tellen.

c De ventilator slaat af als de geheugencel gereset wordt. Dat gebeurt nadat er 128 pulsen geteld zijn.

Tijdsduur van één puls: aÍpu.s = ^: = 2,50 s .

0.40

De ventilator slaat dus na AÍ =128 2,50 = 9,2 rc2 s (= 5,3 min) af . Afgerond: Lt = 3,2 102 s

82 Binnenverlichting

a Op het moment dat de deur dichtgaat, wordt het signaal bij S1 laag en wordt de teller niet meer gereset

Omdat de uitgang van de geheugencel hoog blijft en dus ook de aan/uit-ingang van de teller hoog blijft,begint de teller op dat moment te tellen.

b Als de teller op 10 staat, zijn zowel uitgang 2 als uitgang 8 hoog.De EN-poort ontvangt dan 2 hoge signalen en gaat ook een hoog op de uitgang zetten.Omdat de set van de geheugencel laag is en M wordt gereset, wordt A laag en gaat de verlichting uit.

r#

b De teller telt als de aanluit van de teller ï 5'0 v

Ihoog is en bovendien de reset laag is. =

c In 7,0 seconden telt de teller tot 10.

De frequentie f is dan ] = f,+S H, .

7,0Afgerond: f = 1,4H2

i g9l]9i-!-:,1":l I

llR c -" a* M t'^-À

d Zie figuur hiernaast:er moet een OF-poort worden gebruikt.

q

S"r = 0'3 V

comparalor 2

Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk 8 - Technische automatisering 129

83 Auto's tellen

a Zie diagrammen hiernaast.Toelichting: de comparator gaat van laag naar hoog op het momentdat het sensorsignaal S. de ingestelde referentiespanning S,er bereikt.

b Het reÍerentiesignaal moet op een hogere waarde ingesteld worden.Omdat een auto zwaarder is dan een Íietser, is het signaaldat de druksensor aÍgeeÍt hoger.Ligt Srer boven Sr"t.", maar onder Sarto dan zal de comparatoralleen een hoog signaal aÍgeven als de auto over de druksensor rijdt. t

S.oro t

Toelichting : ttltAls een auto over de druksensor rijdt, geeÍt de comparator twee keer een hoog signaal af(voor- en achterwielen!), terwijl één auto geteld moet worden.Door de uitgang 2 van teller A te verbinden met 'tel pulsen' van teller B wordt er telkenséén puls aan teller B toegevoerd nadat teller A 2 pulsen ontvangen heeft.

dDigitalecode: 11011110>1.27+1.26+0.25+1 2a+1 23+1 22+1 21 +O'2 ==128+ 64+16+8+4+2 = 222

e Teller C wordt met één verhoogd als teller B op 100 staat (want 64 + 32 + 4 = 100).Teller C geeÍt dus aan het aantal keer 'honderd auto's' dat er gepasseerd is.

Omdat teller B op nul staat, zijn er dus 222 . 1O0 = 22200 auto's gepasseerd.

Het wordt dus tijd dat de ringweg aangelegd wordt!

8.4 AutomatiseringVerwerken

85 a Naarmate de AD-omzetter meer bits op de uitgang heeft, zijn er meer binaire getallen beschikbaar.Het spanningsbereik wordt dan in kleinere spanningsgebieden opgedeeld. De resolutie is dan kleiner.

b Naarmate het ingangsbereik groter is, zal een AD-omzetter ook een grotere resolutie hebbenomdat nu een groter spanningsbereik in eenzelÍde aantal spanningsgebieden wordt opgedeeld.Dus elk spanningsgebied is dan groter.

86 De conversietijd is de tijdsduur die een AD-omzetter nodig heeft om een gemeten sensorspanningom te zetten in een binair getal. In die tijd kan de AD-omzetter niet een volgende meetwaarde verwerkenomdat er in de AD-omzetter dan 'getallen door elkaar gaan lopen'. Daarom moet de conversietijd kleinerzijn dan de bemonsteringstijd.

spanningsbereik

ts.

87 Resolutie =aantal beschikbare binaire oetallen

123+0.22+1.21 +O 20 = 8+0+2+0=10.V . De ingangspanning heeÍt een waarde tussen 1 0 0,31 25 = 3,125

=!q = 5'o =7.G310-5 V

216 65536

AÍgerond: resolutie = 7,6.10-5 V

88 Een 8-bits AD-omzetter heeft 28 = 256 binaire getallen ter beschikking.

Deresolutie = 5'0

=0.0195 u. Ingangspanning - 2'54 =130,048.256 Resolutie 0,0195

De ingangsspanning van2,54 V^ligt dan-in het 1.30e gebied (naar bened.en afgerond!).Binairecodel30: 1.2'+0.2o+0.2"+0.2" +0.2"+Q 2'+1 2'+0 2" = 1000 0010

89 Hetbinairegetal 1010 =6n

Deresolutie ===0,3125to

en 11 0,3125 =3,4375Y

90 r^=+= rm,maximaa =r-= =íJ =*jr==2,00 lea Hz'm 'm.mtnrnaal 'conversrê Jv r v

AÍgerond: 3,1 V Vt<3,4Y

AÍgerond: f.,.u' = 20 kHz

trld +

tel 1ZApursen 64

32

A/u t:

2

R1

tel. 8putsen

A/U2

Rr

tijd +

Newton vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatisering

Oefenopqaven

94 AantalbitsHet temperatuurgebied omvat een Àf = 45,0 - 30,0 = 15,0 'C.

De resolutie = 0,1 'C = er moeten minimaal 19 0 = 150 spanningsgebieden voor de AD-omzetter

0,1

beschikbaar zijn, Aangezien een 7-bits omzetter slechts 27 = 128 binaire getallen ter beschikking heeft,zal het dus minimaal een 8-bits AD-omzetter moeten zijn. Dus minimaal 8 binaire uitgangen.

95 AD-omzetting

? Iconversie Ir en Ir = 10-3 s => Íconversie 2,0 ms

130

'1 1

----1tWf Enn

b De 4-bits AD-omzetter heeft een resolutie =

Om de 2,0 ms wordt er een meting verricht:

5,0

to= 0,3125 V binaire

getallen

0'1 01

01000 0'l 't

r ;??ïSs,uinairg

1 1 g

Í= 2.0 ms = s= 1,, u - seTorsPqlning

= ^\?== =t,roResolutie 0,3125

= meting in 3" gebied - binair getal 0 0 1 1

f =4.0 ms - s= 1 .4V ->seryorspanning = ^\',!== =+,+aResolutie 0,3125

= meting in 4" gebied - binair getal 0 1 0 0

f = 6.0 ms - s = 1,6 V = Se-rcorspanning

= ^ 1',U^= = u,t,Resolutie 0,3125

= meting in 5" gebied - binair getal 0 1 0 1

t= 8,0 en 10 en 12 ms = S= 1,8 V

Sensorspannino 1,8-----hlh Resolutie 0,3125

= meting in 5e gebied > binair getal 0 1 0 1

Verder zie de figuur rechtsboven. In de figuur zijn met stippel-lijntjes de verschillende spanningsgebieden aangegevenwaarbinnen hetzelfde binaire getal wordt toegewezen.

c Zie nevenstaande Íiguur.

96 Resolutie van een meetsysteem

a Een 8-bits AD-omzetter heeft 28 = 256 binaire getallen

ter beschikking. De resoluti" = # = 0,0195 V

b Gevoetished =##=0,0325 v/'C

moet nu minimaal 7'63 10 5

= 0,002348 "C0,0325

0 4 8 12 16

' t (ms)'+Afgerond: Gevoeligheid = 3,3.1 0-' V/"C

812 1

f (ms;+

010101000011001000010000

c De resolutie van de AD-omzetter is 0,0195 V = de temperatuurverandering moet minimaal

9 9i?: = 0,G0'C zijn om het binaire getal met één te verhogen = Resolutie meetsysteem = 0,60 'c0.0325

d De resolutie van de AI- 5'0 5'0 =7 ^3

1n-5 v De temperatuurverande 'J-omzetter is dan ii =

65536 = /.63' 10 " v . De temperatuurverandering

zijn om het binaire getal met één te verhogen.

AÍgerond: Resolutie meetsysteem = 2,3 10-3 oC

e Bij een 2x zo grote gevoeligheid zal de sensor een 2x zo grote verandering in spanning krijgen bij dezelÍde

temperatuurverandering. Dit betekent dat het meetsysteem bij een 2x zo kleine verandering in temperatuur

het binaire getal al met één verhoogd - 2'348- 10-3

=\174 10-3 "cz

AÍgerond: Resolutie meetsysteem = 1,2 10'3 "C

Newton vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatisering 131

97 Minispectrometer

a Gevraagd: ijkdiagram van de lichtsensor.Gegeven: 0V S. 5,0 V; S" = 0 V bii != 1,5Wlm'; gevoeligheid sensor: ÀS = 1,0 V bij

^/ = 2,2\Nlm';

ijkgrafiek is lineair. tuEerst moet de horizontale schaalverdeling s. 5worden bepaald. De sensor be^gint pas te metenbij een intensiteit van 1 ,5 w lmzl (v)

De bovenwaarde S" = 5,0 V: uit de gevoeligheid volgtdar ÀS = 5,0 V bij A/ = 5 .2,2 = 11,0 W/m' . ?

Dus S, = 5,0 V bij /= 1,5 + 11.0 = 12.5W1m2 .

Verder zie diagram hiernaast.

b SÍap 7;

Als de lichtintensiteit binnen een golÍlengtegebied 1

nauwkeuriger moet kunnen worden bepaald,moet men AD-omzetters gebruiken die zijn voorzien u

van meer dan 8 bits.Ook zou men gevoeliger sensoren kunnen gebruiken / (w/m'?; +waarbi.j de sensorspanning meer veranderd bij een bepaalde intensiteitsverandering.

Stap 2:Als de golÍlengtegebieden waarin de lichtintensiteit wordt bepaald smaller moeten zijn,moet men meer dan 20 smallere lichtsensoren qebruiken met evenzovele AD-omzetters.

98 Holland Acht

a De in te stellen grootheid is de kracht F die de roeier op de riem uitoefent ende te meten grootheid is de spanning Ss die de sensor afgeeft.

b De hoek cr wordt gemeten van - 80'tot + 80'en heeÍt dus een omvang van 160'.Uit figuur 60 is op te maken dat er steeds met stapjes van 2,5' wordt gemeten.

Biivoorbeeld tussen - 60' en - 40" zijnS stappen te onderscheio"n, 60

a 40

= 2,5' per stap.ó

Voor het volledige bereik zijn daarom I = UO intervallen nodig en dus 64 binaire getallen.z,c

Dat betekent dat is er minimaal een 6-bits AD-omzetter nodig is want deze heeft26 = 64 binaire getallen ter beschikking.

8.6 AfsluitingOefenopqaven

101 Startpistool

OriëntatieGevraagd: Schakeling voor een startsysteem.Gegeven: Lichtsensor geeft S, = 1,0 V indien de lichtbundel niet onderbroken is.

Een eventuele kofte onderbreking van de lichtbundel moet met een geheugencelworden vastgelegd, waardoor een lamp en een zoemer in werking worden gezet.

Planning

Deelsysteem í; door de lichtsensor met een comparator te verbinden kan de drempelwaardewaarop de lichtonderbreking het stafisysteem activeert, worden ingesteld, bijv. op Srer = 0,50 V.Het comparator-signaal moet vervolgens met een inveftor worden verbonden zodathet onderbreken van het lichtsignaal tot een kort hoog signaal leidt waardoor de geheugencelkan worden geset.

Deelsysteem 2; het alarm (lamp en zoemer) mogen pas in werking komen als het systeem geactiveerd isd.w.z. zolang er nog niet duidelijk aan een start gewerkt wordt moet het systeem niet aan staan.Met een drukschakelaar kun je een geheugencel activeren (S) waardoor het systeemop'stand by' wordt gezet.

Vervolg op volgende bladzijde.

,/

02468101214

Newton vwo deel 1 Uitwerkingen HooÍdstuk 8 - Technische automatiserlng 132

Vervolg opgave 101 .

Deelsysteem koppelen: het alarm mag pas aÍgaan als het systeem op stand-by staat én

iemand te vroeg start. Dit betekent dat deelsysteem 1 en deelsyteem 2 via een EN-pooft aanelkaar gekoppeld moeten worden. Aan de uitgang van de EN-poort wordt dan de lamp en zoemergekoppeld.Met een startschot moet het systeem uitgeschakeld worden omdat dan de atletiekwedstrijd is

begonnen. Dit wordt nog weergegeven met een drukschakelaar, die het startschot aÍ laat gaan en

waardoor tevens beide geheugencellen gereset worden.

Uitvoering

Deelsysteem 1:

Deelsysteem 2:stand-byschakelaar

De deel syste me n geko ppe I d :

ControleTer controle ga je nog eens naof het systeem aan alle eisenvoldoet en of er geen onnodigecomponenten gebruikt zijn.

102 Verkeerslicht

OrientatieGevraagd: In welke periode(n) branden het rode, het oranje en het groene licht na het moment

waarop een auto de sensor Passeert?Gegeven: Een regelschakeling voor de 3 verkeerslichten.

PlanningOm na te gaan op welke momenten de drie lichten geschakeld worden, moet je nagaanhoe de verschillende signalen door de schakeling worden doorgegeven.

Het beste kun je dat in 2 stappen nagaan:A vóór het moment van passeren van de reed-contactsensor.B vanaf het moment van passeren van de reed-contactsensor.

Uitvoering

Ad Á. Stel dat de geheugencel, die met de reedcontact-sensor verbonden is, een laag signaal geeft.

De daaraan gekoppelde invertor geeft dan een hoog signaal aan de reset van de teller. Deze staat

dus op 0. Bovendien maakt het lage signaal van de geheugencel op de fuU dat de teller niet telt.

Alle uitgangen van de teller zijn laag. De invertor naar het rode licht heeft een laag ingangsignaal en

dus een hoog uitgangsignaal = het rode licht brandt.Het oranje en het groene licht branden niet omdat deze een laag signaal aangeboden krijgen.

Ád 8. Als de reedcontact-sensor een kort hoog signaal afgeeÍt bij het passeren van de auto,

wordt de geheugencel geset. Deze heeÍt nu een hoog uitgangsignaal > via de invertor stopthet resetten van de teller en de teller krijgt op fuU een hoog signaal en gaat dus tellen.De pulsgenerator geeÍt 1 puls per seconde. Na 1 seconde krijgt de OF-poort naar het groene licht

een hoog signaal: het groene licht gaat branden en tegelijkeftijd gaat het rode licht uit omdat de OF-poortnaar het rode licht ook hoog wordt terwijl de daaraan gekoppelde invertor er een laag signaal van maakt.

Dit blijÍt ook zo in de 2" en 3" seconde.

Na de 4" seconde gaat het groene licht weer uit en gaat het oranje licht branden. De OF-pooft naar

het groene licht wordt dan weer laag op de uitgang omdat beide ingangsignalen ook laag worden.

Ook het rode licht kan niet gaan branden omdat de OF-poort naar het rode licht ook nu weer

een hoog signaal aangeboden krijgt.

Vervolg op volgende bladzijde.

Sa=0,5V

stand-byschakelaar

start-schotschakelaar startpistool

Newton vwo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 - Technische automatlserlng _- 134

104 Geluidmeting

OrientatieGevraagd Waarschuwingsschakeling voor geluidmeting.Gegeván: Er moet een waarschuwingssignaal gegeven worden als de geluidssterkte boven de 90 dB

uitkomt. Dit waarschuwings-signaal moet nog 3 seconden blijven doorgaannadat de geluidssterkte weer onder de 90 dB is gekomen.

PlanningHet systeem moet op 2 punten aangevuld worden:

A Zo gauw de comparator een hoog signaal geeÍt, moet D ook hoog zijn en bovendien blijven

ook als het comparator signaal laag is geworden = dit vraagt om aansluiting op een geheugencel.

B Het signaal in D moet 3 seconden hoog blijven nadat het comparator-signaal laag geworden is.

Na 3 seconden zijn zowel de uitgang 1 als 2 van de teller hoog. Door deze op een EN-pootl

aan te sluiten, kun je het hoge signaal dat deze na 3 seconden geeft, gebruiken om de geheugencel

weer te Íesetten. Hierdoor wordt het signaal in D weer laag.

UitvoeringZie nevenstaande schakeling.

ControleTer controle ga je nog eens na

of het systeem aan alle eisenvoldoet en of er geen onnodigecomponenten gebruikt zijn.

'& i'':..s.--.---]* \ ''lr-"__&_'

:-."- "i : ." i

1..-....-.,...s Srri i

--.&'

1 05 Automatische deuren

OrientatieGevraagd: een volledige schakeling van een geautomatiseerd systeem voor ziekenhuisdeuren.

Gegeven: een deel van de schakeling. De gestelde eisen zijn:

deur gaat open als iemand de lichtstraal onderbreekt en na 6 seconden weer dicht.

- als eàn 2" persoon vervolgens binnen de 6 seconden de lichtstraal onderbreekt,

moet de deur nog eens 6 seconden open blijven.

PlanningHet systeem moet op een aantal punten aangevuld worden:

A Bij het passeren van een persoon wordt de uitgang van de comparator tildelijk laag. Om een tijdelijk

hoog signaal te krijgen wordt de uitgang van de compartor eerst verbonden met een invertor.

Oe uitgàng van de inveÍtor wordt verbonden met de 'set' van een geheugencel die daardoor

het reláis van een hoog signaal kan voorzien met het gevolg dat de deur open gaat.

B Na 6 seconden zijn zowel de uitgang '2' als de uitgang '4' van de teller hoog. Deze worden verbonden

met de ingang van een EN-poort. De uitgang van de EN-poort wordt verbonden met de 'reset' van

de geheugencel zodat deze na 6 seconden 'laag'wordt en de deur gaat sluiten.

C Een 2" persoon veroorzaakt op de uitgang van de invertor ook een kort 'hoog' signaal' Dit signaal kan

- naast het 'setten' van de geheugencel - ook de teller resetten waardoor deze op '0' wordt gezet en

het tellen weer van voren aÍ aan begint. Bovendien heeft dit het voordeel dat elke persoon die binnenkomt

zonder meer de teller oP '0' zet.

UitvoeringZie nevenstaande schakeling.

ControleTer controle ga je nog eens na

oÍ het systeem aan alle eisenvoldoet en oÍ er geen onnodigecomponenten gebruikt zijn.