Geautomatiseerde stuursystemen

12.2 Automaten
Bij een kauwgomballenautomaat moet je een muntje
inwerpen, zodat je de draaiknop kunt draaien.
Bron is vervallen.
Waardoor kun je na een inworp van een munt de
knop wel draaien?
A Het gewicht van het muntje bepaalt het aantal
kauwgomballen.
B Met het muntje zet je de draaiknop los.
C Eigenlijk is het muntje helemaal niet nodig, als je
maar hard genoeg draait.
D Het muntje is nodig om de ballen te tellen.
Handig, al die apparaten die automatisch werken!
Dat maakt je leven heel wat gemakkelijker.
Maar je moet wel zelf eerst een programma instellen of
een knop indrukken, want zelf denken is er nog niet bij!
Waar kom je automaten tegen?
Bron is vervallen.
Een automaat is een apparaat dat zelfstandig werk voor
je verricht. Je komt ze op allerlei plaatsen tegen. Soms
op plaatsen waar je ze niet verwacht. Vaak ben je je niet
eens bewust dat iets een automaat is.
Denk maar eens aan de vaatwasser, de wasmachine, de
thermostaatkraan van de cv, de wasmachine, de
frisdrankautomaat op school, de pinautomaat of de
kaartjesautomaat op het station.
Automaten voeren vanzelf een aantal taken uit.
Een frisdrankautomaat kan bijvoorbeeld:
• nagaan of je genoeg geld in de gleuf hebt gestopt
• munten teruggeven
• een bekertje onder de vulopening zetten
• de juiste soort frisdrank in je bekertje doen
• precies genoeg frisdrank in het bekertje doen
Automaten werken alleen als ze in werking worden
gezet. De kauwgomballenautomaat en de
frisdrankautomaat gaan aan het werk als je er geld
inwerpt. De vaatwasser gaat aan het werk nadat je het
juiste programma hebt ingesteld en op de startknop
hebt gedrukt.
De vaatwasser bepaalt zelf hoeveel water er nodig is.
Het ingestelde programma regelt bij welke temperatuur
de afwas wordt gedaan en hoelang er moet worden
gespoeld en gedroogd.
78172-12-P-02
© Noordhoff Uitgevers bv
12.2 Automaten Wat zijn voordelen van automaten?
• Automaten maken je leven gemakkelijker. Zo regelt
•
•
•
•
een klokthermostaat (bron 6) dat het huis al lekker
warm is als je ’s morgens opstaat. Als het warm
genoeg is in huis, schakelt de thermostaat de
verwarming ook automatisch uit.
Automaten zijn goedkoper dan mensen. Een
automaat heeft geen salaris nodig en wordt nooit
ziek. Een automaat moet wel worden aangeschaft en
vergt onderhoud, maar op de lange termijn is dat
goedkoper.
Automaten werken nauwkeuriger dan de mens. Een
lakspuitautomaat in een autofabriek spuit
gelijkmatig. Iedere auto wordt op dezelfde manier
gespoten. De kwaliteit van de laklaag is bij iedere
auto hetzelfde.
Automaten kunnen gevaarlijk werk uitvoeren. Een
automaat heeft geen last van giftige lakdampen.
Automaten kunnen 24 uur per dag doorwerken en
hebben geen pauzes nodig.
Wat doet een automaat?
Een automaat kan zelf niet denken. Toch schakelt de
klokthermostaat op het juiste moment de verwarming
aan en uit. De thermostaat is een automatisch systeem.
Een systeem bestaat uit verschillende onderdelen en
kan zelfstandig een opdracht uitvoeren. Een
automatisch systeem werkt altijd met drie stappen
(bron 4 en bron 5).
1 Input (invoer)
Het apparaat meet of neemt waar wat erin komt. Het
‘waarnemen’ of meten gebeurt door een sensor.
In de kamerthermostaat van bron 6 meet een
temperatuursensor de temperatuur; de gemeten
temperatuur is de invoer. In het blokschema in bron 4
zie je dat in het eerste blok. In een blokschema staan
de stappen van een proces.
2 Proces (verwerking)
De sensor stuurt de informatie naar een processor
(verwerker). Deze is ingesteld op een bepaalde
waarde. In een thermostaat vergelijkt de processor
de gemeten temperatuur met de ingestelde waarde.
Dat zie je in het tweede blok in bron 4.
3 Output (uitvoer)
Als de gemeten temperatuur in de kamer lager is dan
de ingestelde waarde, zet de processor de cv-ketel
aan het werk: de brander gaat aan. In bron 4 zie je
dat. De cv-ketel is dus de uitvoerder.
Bron is vervallen.
temperatuur
te laag
brander aan
temperatuur
hoog genoeg
brander uit
sensor
verwerker
cv-ketel
input
proces
output
temperatuur
BRON 4 Blokschema
van de temperatuurregeling thuis
inworp
te laag
draaiknop
blijft vast
inworp
voldoende
draaiknop
wordt los gezet
geldsensor
verwerker
draaiknop
input
proces
output
muntstuk
BRON 5 Het
blokschema van een kauwgomballenautomaat.
Als de draaiknop door een munt is losgezet, kun je de knop
draaien en valt de kauwgombal in het bakje.
78172-12-P-02
12 Alles automatisch
© Noordhoff Uitgevers bv
Hoe regel je de temperatuur?
In bron 6 zie je hoe de klokthermostaat werkt.
• Je stelt op de thermostaat de gewenste temperatuur
in. De thermostaat ‘weet’ dan wanneer de branders
in de cv-ketel aan en uit moeten.
• De thermostaat heeft een elektrische sensor,
waarvan de weerstand afhangt van de temperatuur.
Deze weerstand bepaalt de stroomsterkte in de
stroomkring. De temperatuursensor heeft steeds
dezelfde temperatuur als de kamer. Hij laat bij elke
temperatuur een bepaalde hoeveelheid stroom door
naar de PLC (Programmable Logic Controller). De PLC
is een minicomputer die de stroomsterkte door de
sensor vergelijkt met de stroomsterkte die hoort bij
de ingestelde temperatuur.
Er zijn twee mogelijkheden.
1De temperatuur is te laag (blauw in bron 6): de
thermostaat stuurt een stroom naar de cv-ketel,
waardoor de branders aangaan of aanblijven.
2De temperatuur is te hoog (rood in bron 6): de
thermostaat stuurt geen stroom naar de cv-ketel,
waardoor de branders uitgaan of uitblijven.
temperatuur
< 20˚C
thermostaat
stuurt stroom
naar ketel
temperatuur
daalt
verwarming
aan
verwarming
uit
temperatuur
stijgt
thermostaat
stuurt geen
stroom naar ketel
temperatuur
> 20˚C
BRON 6 Temperatuurregeling
In een thermostaat zit een mechanische
temperatuursensor in de vorm van een bimetaal. Een
mechanische sensor heeft geen elektriciteit nodig om te
werken. Een bimetaal bestaat uit twee stripjes van
verschillende metalen die op elkaar zijn geperst, zie
bron 7. Onverwarmd maakt het bimetaal contact.
Hierdoor ontstaat er een gesloten stroomkring en wordt
de verwarming ingeschakeld. Als het warmer wordt, zet
het bimetaal uit. Het ene metaal zet meer uit dan het
andere en het stripje bimetaal trekt krom. Het contact
wordt verbroken en de verwarming wordt
uitgeschakeld.
Een temperatuursensor die vaak wordt gebruikt, is een
NTC-weerstand. Een NTC-weerstand (Negatieve
Temperatuur Coëfficiënt) reageert op de temperatuur.
Als de temperatuur stijgt, wordt de weerstand kleiner
en laat de NTC-weerstand meer stroom door. Als een
NTC wordt verbonden met een stroommeter, kun je de
temperatuur meten. Dat zie je bijvoorbeeld bij
koortsthermometers.
Bij een hogere temperatuur gaat er meer stroom door
de NTC. De stroomsterkte wordt door de processor
verwerkt tot een getal dat de temperatuur aangeeft in
ºC. Je ziet het getal op een scherm. Het scherm is de
uitvoerder van het automatische systeem
‘koortsthermometer’.
in de woonkamer
Bron is vervallen.
schroef
strip bimetaal
draad
draad
houder
BRON 7 Het
contact
bimetaal trekt krom als het warm wordt.
Bron is vervallen.
78172-12-P-02
© Noordhoff Uitgevers bv
12.2 Automaten Automaten
• Een automaat voert zelfstandig een aantal
handelingen uit.
• Een automaat is goedkoop, werkt 24 uur per dag,
krijgt geen salaris, werkt nauwkeurig en kan
gevaarlijk werk doen.
• Een automaat werkt altijd met drie stappen:
input à proces à output
Proces
• Je geeft een proces weer in een blokschema.
• De verwerker neemt in een proces de beslissingen.
• Een PLC is een programmeerbare verwerker.
• Sensoren geven input aan de verwerker.
• Er zijn mechanische en elektrische sensoren.
• Een bimetaal is een mechanische temperatuursensor.
• Een NTC is een elektrische temperatuursensor.
Flessenautomaat
Toch knap dat een flessenautomaat
in de supermarkt precies weet wat
voor flessen jij inlevert. De
automaat bespaart personeels
kosten en de klant hoeft niet te
wachten tot er iemand komt om de
flessen in te nemen.
Kun je zo’n automaat ook foppen?
Hoe werkt de flessenautomaat?
De winkelier wil niet dat een klant
een volle fles inlevert, of een fles
met een restje frisdrank erin.
Immers, een klant zou een fles uit
het schap kunnen nemen, er een
beetje uitdrinken en er ook nog
statiegeld voor krijgen. Daarom
maakt de automaat van iedere
ingeleverde fles afbeeldingen.
Bron is vervallen.
Het systeem kan meer dan één fles
per seconde herkennen en
registreren. De automaat vergelijkt
de afbeelding met afbeeldingen in
het geheugen van het systeem. Dat
zijn er meer dan 1000! Als de fles is
herkend, wordt de fles ingenomen.
Volle, of gedeeltelijk gevulde flessen
worden teruggegeven, evenals
flessen die niet worden herkend.
Het sorteersysteem werkt helemaal
zelfstandig. De automaat zet de
flessen rechtop, sorteert ze, zet ze in
de juiste kratten en voert volle
kratten af naar een opslagruimte.
Sommige automaten geven het
juiste statiegeldbedrag direct aan
de klant. Andere automaten printen
een bon waarmee de klant bij de
kassa kan afrekenen. Als de waarde
van een lege fles verandert, wordt
het statiegeldbedrag aangepast.
Alleen als er een elektriciteitsstoring
is, werkt de automaat niet. Verder is
de automaat niet te flessen.
78172-12-P-02
12 Alles automatisch
© Noordhoff Uitgevers bv
12.3 Een
programma
Om een automaat te programmeren werk je met
een stroomdiagram.
ja
controle
verpakkingsmateriaal
Is er genoeg
verpakkingsmateriaal?
nee
Einde
Aanvulling
verpakkingsmateriaal
U kunt het apparaat
uitzetten.
Ik wens u een prettige
avond/weekend
Aantal ijsjes: –0
IJsbereiding
nee
Is het aantal
gevormde ijsjes
<1000?
Op dag XXX heeft deze
ijsmachine YYY ijsjes
gemaakt
ja
Is er op de
stopknop
gedrukt?
In een stroomdiagram kun je zien:
A welke stappen een automaat neemt
B hoe het water in een wasautomaat loopt
C hoe de elektrische stroom loopt
D hoe de monteur een automaat moet
demonteren en monteren
ja
Er is een doos
met ijsjes klaar
Indrukken
stopknop
Je doet de vuile was in de wasmachine en haalt die er
een paar uur later schoon weer uit. In die paar uur
doorloopt de wasmachine een heel programma.
In de fabriek is dat programma in de processor
geprogrammeerd.
START
vullen
met water
Hoe verloopt een wasprogramma?
De moderne wasmachine is een behoorlijk ingewikkelde
automaat, omdat je verschillende programma’s kunt
kiezen. Een programma is een reeks opeenvolgende
handelingen die een apparaat uitvoert. Voor de
wasmachine zijn er programma’s voor de witte was, de
gekleurde was, de sportwas, de wolwas, enzovoort.
Je kunt de wasmachine ook instellen op delen van een
wasprogramma. Je kunt dus apart spoelen of apart
centrifugeren.
In bron 1 zie je het blokschema van een wasprogramma.
• De was gaat in de machine. Je sluit de deur en kiest
het programma. Je zet de machine aan. Dat is de
start van het wasprogramma.
• Nu stroomt er water in de machine.
• De trommel gaat draaien.
• Vervolgens wordt het water verwarmd.
• Daarna gaat het programma verder met andere
bewerkingen tot aan STOP. Nu is de was klaar.
het water
verwarmen
wassen
spoelen
centrifugeren
leegpompen
Het wasprogramma dat je hebt gekozen, bepaalt welke
bewerkingen worden uitgevoerd.
STOP
BRON 1 Een
blokschema van het wasprogramma
78172-12-P-03
© Noordhoff Uitgevers bv
12.3 Een programma Hoe wordt het programma
gecontroleerd?
De controle van het wasproces gebeurt door de
sensoren en de processor. De sensoren verzorgen steeds
de invoer voor de processor. In bron 2 zie je welke
sensoren in een wasmachine zitten.
• De deurschakelaar  in het slot geeft aan de
processor door dat deur dicht is. De processor stuurt
een signaal naar de magnetische vergrendeling, die
de deur tijdens het wassen dicht houdt. Dan geeft de
processor een signaal dat het programma kan
starten.
• De bovenste niveausensor  regelt de invoer voor de
processor die de waterklep sluit. De sensor meet de
hoogte van de waterstand. Is die hoog genoeg, dan
geeft de processor het signaal dat de waterklep moet
sluiten. De waterklep verzorgt de output.
• De temperatuursensor  meet de temperatuur van
het water. Als het water te koud is, gaat een
verwarmingselement aan. Het verwarmingselement
verzorgt ook de output. Als het water warm genoeg
is, gaat de machine wassen en gaat de verwarming
uit.
• Na het wassen wordt het vuile water uit de machine
gepompt. Als de wasmachine leeg is, geeft de
onderste niveausensor  een signaal aan de
processor die de pomp aanstuurt. De pomp krijgt
geen stroom meer en stopt met pompen.
Een elektrische klok bepaalt de duur van elk onderdeel
van het programma. Na de juiste wastijd geeft de klok
een signaal aan de processor.
Wat doet de processor?
De processor zorgt ervoor dat het ingestelde
programma nauwkeurig wordt afgewerkt. In bron 3
staat een schema van de eerste stappen van een
wasprogramma. Zo’n schema van de verschillende
stappen in een proces heet stroomdiagram. Volg de
stappen in bron 3. Eerst wordt de machine gevuld met
water. De processor geeft dan aan de waterklep als
output ‘open’. De bovenste niveausensor meet eerst nog
niets. De processor geeft op de vraag ‘Is er voldoende
water?’ dan ook het antwoord ‘nee’. In het
stroomdiagram staat deze vraag in een beslissingsruit,
zie bron 3. De processor blijft als output ‘open’ geven, tot
de bovenste niveausensor het signaal ‘voldoende water’
geeft. Het steeds volgen van het signaal van de sensor
heet feedback of terugkoppeling. In een stroomdiagram
herken je een terugkoppeling aan een lus met een pijl
erin (bron 3).
aanvoer
afvoer
2
1
3
4
wasmachine
BRON 2 Doorsnede van een wasmachine:
1 deursensor
2 niveausensor (hoog niveau)
3 temperatuursensor 4 niveausensor (laag niveau)
START
vullen
met water
Is er
voldoende
water
nee
symbool
ja
betekenis
volgende stap
terugkoppeling
start – einde
proces
beslissing
BRON 3 In een stroomdiagram geef je de opeenvolgende
acties van de wasmachine overzichtelijk weer.
De betekenis van de symbolen staat eronder.
78172-12-P-03
12 Alles automatisch
© Noordhoff Uitgevers bv
In bron 4 zie je het volledige stroomdiagram van een
wasprogramma. Je ziet dat de processor steeds
beslissingen neemt.
1 Bij het vullen met water.
Zolang de bovenste niveausensor het signaal geeft dat
er niet voldoende water is, gaat het vullen door. Het
wasmiddel wordt door het water in de trommel
gespoeld en de trommel gaat draaien om het
wasmiddel goed te laten oplossen. Als er voldoende
water is, geeft de processor twee outputs:
•de output ‘dicht’ aan de waterklep (uitvoerder)
•de output ‘verwarm het water’ aan het
verwarmingselement (uitvoerder)
2 Bij het verwarmen van het water.
Zolang de temperatuursensor het signaal geeft dat
het water nog niet warm genoeg is, gaat het
verwarmen door. Ook hier is weer sprake van feedback.
Als het water op temperatuur is, geeft de processor
weer twee outputs:
•de output ‘stop’ aan het verwarmingselement
•de output ‘langzaam draaien’ aan de motor. De
motor laat de trommel linksom of rechtsom
draaien. De processor geeft steeds na een
ingestelde tijd het signaal dat de motor de andere
kant op moet draaien.
3 Bij het leegpompen van de machine.
De processor beslist of het leegpompen moet
doorgaan of stoppen. Geeft de onderste niveausensor
het signaal dat er geen water meer is, dan geeft de
processor één output: het signaal ‘stop’ aan de
waterpomp (uitvoerder). Hiermee stopt ook het gehele
wasprogramma: de was is klaar.
Je kunt het stroomdiagram uitbreiden met nog meer
processen, zoals spoelen en centrifugeren.
START
vullen
met water
Is er
voldoende
water?
nee
ja
verwarm
het water
Is het
water heet
genoeg?
nee
ja
wassen
Lang
genoeg
gewassen?
nee
ja
leegpompen
Wie doen het werk in de
wasmachine?
De uitvoerders doen het echte werk in een wasmachine.
Ze worden aangestuurd door de processor. Je hebt vijf
soorten uitvoerders in een wasmachine.
1De elektrische vergrendeling houdt de deur dicht.
2Waterkleppen zorgen voor de toevoer van water in de
trommel van de wasmachine en voor de toevoer van
het wasmiddel.
3Het elektrische verwarmingselement zorgt voor het
verwarmen van het water.
4De elektromotor zorgt voor het bewegen van de
trommel bij het wassen en centrifugeren.
5De elektrische pomp pompt het water weg.
Is het
water
weg?
nee
ja
STOP
BRON 4 Een
stroomdiagram van het wasproces
78172-12-P-03
© Noordhoff Uitgevers bv
12.3 Een programma Het wasprogramma
• Een programma is een reeks opeenvolgende
handelingen die een apparaat uitvoert.
• Voor de wasmachine heb je voor elke soort was een
ander programma.
Controle van het programma
• De controle gebeurt door sensoren en de processor.
• Sensoren meten bijvoorbeeld de waterstand in de
machine, de processor regelt de uitvoer naar de
uitvoerder, in dit geval de waterklep.
Processor en uitvoerders
• Een processor zorgt ervoor dat het ingestelde
programma goed wordt afgewerkt.
• De verschillende stappen in een programma geef je
weer in een stroomdiagram.
• Bij feedback of terugkoppeling vergelijkt de processor
de gemeten waarde steeds met de ingestelde waarde
van het programma.
• Uitvoerders doen het eigenlijke werk van de machine.
Bij de wasmachine is dat bijvoorbeeld de
elektromotor die zorgt voor de wasbewegingen.
Sensoren onderweg
Vrachtautochauffeurs zitten lang
achter het stuur. De concentratie
kan dan tijdens het rijden afnemen.
Soms worden ze ook afgeleid omdat
ze bellen.
Of omdat ze onderweg even een
pakbon moeten zoeken.
Chauffeurs die even niet opletten,
kunnen te veel rechts rijden.
Zij rijden dan over de doorgetrokken
witte streep. Ze komen op de
vluchtstrook terecht.
Ingenieurs van de TU Delft hebben
hier iets op bedacht.
Bumpers van vrachtauto’s zijn
behoorlijk groot. Ze steken zelfs
voor de wielen uit. De ingenieurs
monteren rechts onder de bumper
een lampje. Het licht schijnt recht
naar beneden. Het teruggekaatste
licht wordt gemeten door een LDR.
Een LDR is een lichtsensor. Op zwart
asfalt wordt weinig licht
weerkaatst, maar de witte streep
reflecteert het licht heel goed.
Bron is vervallen.
Rijdt de vrachtauto boven het
zwarte wegdek, dan gebeurt er
niets. Maar komt de rand van de
bumper boven de witte streep, dan
laat de lichtsensor een grotere
stroom door. De processor krijgt dan
een signaal.
De processor zorgt ervoor dat de
uitvoerder in actie komt.
Er zijn twee soorten uitvoerders.
Het eerste type laat alleen maar een
hard geluid in de cabine horen. De
chauffeur moet de truck weer op
het juiste spoor brengen.
Het andere type uitvoerder werkt
met een PLC. De PLC stuurt de truck
weer terug. De truck gaat dan
evenwijdig aan de lijn rijden.
De PLC neemt de besturing van de
vrachtwagen over. De chauffeur
krijgt de controle over de
vrachtwagen terug als hij met een
druk op een knopje aan de PLC laat
weten: ‘Ik kan nu zelf weer sturen.’
78172-12-P-03
12 Alles automatisch
© Noordhoff Uitgevers bv

Download Report