4. 8. Die Steuerung des Tastenfeldes an der Messkabine

 

Das Tastenfeld an der Messkabine besteht aus insgesamt neun Tasten und einem Netzschalter. Die Belegung der Tasten kann man der folgenden Zeichnung entnehmen. Ihre Funktionen werden in den Schaltungsunterlagen des Messplatzes SIREGNOST näher beschrieben.

 

 

Bild 20:   Tastenfeld an der Messkabine

 

Die beiden Tasten zwischen dem Netzschalter und dem Schalter für das Vergleichsgefäßventil sind nicht belegt und konnten anderweitig verwendet werden.

 

Um den Messplatz weiter zu automatisieren, soll eine Schaltung entwickelt werden, die es ermöglicht, die Schaltfunktionen vom Rechner aus zu steuern.

Außerdem sollen das Kammerdruckventil und Vergleichsgefäß-Ventil geöffnet sein, bevor die Tür sich öffnet. Dieses hat folgenden Grund:

Wird die Kammertür bei geschlossenem Vergleichsgefäß und Kammerventil geöffnet, ergeben sich starke Druckänderungen, die das Kammerdruckmano­meter gefährden.

 

Folgende Forderungen werden an die Schaltung gestellt:

-          Alle Funktionen der Tasten im Tastenfeld sollen auch vom Rechner aus steuerbar sein.

-          Es soll wahlweise eine manuelle- und rechnergestützte Steuerung ermöglicht werden

-          Bei Ausfall der Hardware muss automatisch auf die manuelle Steuerung umgeschaltet werden.

-          Tür, Kammerventil und Vergleichsgefäß müssen gegenseitig verriegelt sein. Soll die Tür geöffnet werden, muss sich erst das Vergleichsgefäß und dann das Kammerventil öffnen.

 

Um diese Forderungen zu erfüllen, müssen die Funktionen der Taster von Relais übernommen werden. Diese Relais kann man über eine ODER- Verknüpfung wahlweise vom Rechner aus ansteuern oder über die frei­gewordenen Schalter.

Eine "Enable-Schaltung" muss gewährleisten, dass nur eine dieser beiden Möglichkeiten die Relais steuern kann.

 

Das folgende Blockschaltbild soll die Realisierung dieses Konzeptes ver­deutlichen.

 

 

Bild 21:   Konzept der Tastersteuerung. Die Relais können wahlweise vom Rechner bzw. über das Tastenfeld geschaltet werden.

 

Die Zerstörungsgefahr des Kammerdruckmanometers wird durch die Ver­riegelung der Relais und die Zeitverzögerungsschaltung vermieden.

Das Relais2 lässt sich nur nach der Betätigung von Relais1 und Relais3 nur nach Betätigung von Relais2 schalten. Die Zeitverzögerungsglieder gewährleisten einen Abfall der Relais in der Reihenfolge 3, 2 und 1.

Das folgende Zustandsdiagramm soll die Funktionsweise verdeutlichen.

 

 

Bild 22:   Zustandsdiagramm der Zeitglieder

 

Das "t" an den rücklaufenden Zeigern symbolisiert, dass man von dem höheren Zustand nach einer Verzögerungszeit von t in den tiefern Zustand gelangt. In der folgenden Zeichnung ist die komplette Schaltung zur Tasten­feldsteuerung dargestellt.

 

 

Bild 23:   Schaltung zur Steuerung der Tastenfunktionen in Abhängigkeit des H/L-Einganges

 

Die TTL-Gatter werden dafür benötigt, um zwischen manueller- und computer- gesteuerten Betätigung der Relais umschalten zu können. Die Funktionsweise dieser Schaltung soll an einem Schaltungsausschnitt erläutert werden.

 

 

Bild 24:   Mit dieser Schaltung lässt sich mit E2 auswählen, ob das Relais durch den Computer oder mit einer Taste geschaltet wird.

 

Mit E2 = 0 wird die Information von E1 zum Ausgang A durchgeschaltet; mit E2 = 1 wird die Information von E0 zum Ausgang A durchgeschaltet. Dadurch kann man mit E2 die Eingänge auswählen.

 

Bei der manuellen Steuerung werden die Relais 1, 6 und 7 hardwaremäßig verriegelt (=> Zustandsdiagramm oben Bild 21). Deshalb benötigen die UND- Glieder für das Kammerventil und für das Vergleichsgefäßventil drei Eingänge (=> Schaltbild oben).

Bei der Computersteuerung werden die Relais softwaremäßig verriegelt.

Um über eine Steuerleitung die Eingänge auswählen zu können, wurden folgende Schaltung entworfen:

 

 

Bild 25:   "Enable-Schaltung" zur Eingangsauswahl

 

Diese Schaltung ersetzt den Eingang E2 aus dem Bild 24. In Abhängigkeit von der Schalterstellung S werden die Ausgänge E2 bzw. E2 invertiert. (siehe Zustandstabelle)

 

Der Schalter S steht stellvertretend für die Möglichkeit der Unterbrechung dieser Leitung durch einen Taster, sowie das Herausziehen einer der Europa­karten. In dem Tastenfeld an der Messkabine übernimmt der rote Schalter diese Funktion.

Der Ausgang E0 (Ready-Signal) wird zum Rechner geführt, um zu signali­sieren ob auf manuelle- oder rechnergestützte Steuerung geschaltet ist.

 

Die Eingangsströme der verwendeten TTL-Gatter liegen alle bei 20 mA für H-Pegel und somit errechnet sich mit den gewählten Pull-Up-Widerständen von R = 15 kΩ ein Spannungsabfall an R:

 

UR = Iin * R = 20 mA * 15 kΩ = 300 mV = Uein = 4,7 V

 

Mit Ue = 5V liegt die an den Gattern anliegende Spannung noch im TTL- Bereich. Die Zeitverzögerungsglieder sollen übersichtshalber einzeln darge­stellt werden. Es handelt sich dabei um nachtriggerbare Univibratoren, aufgebaut mit dem Timerbaustein "NE 555".

 

 

Bild 26:   Schaltung eines nachtriggerbaren Univibrators  /23/

 

Im Ruhezustand dieser Schaltung ist der Kondensator C aufgeladen und am Ausgang der Schaltung liegt L-Potential. Durch eine positive Spannung Ue am Eingang von T, wird der Kondensator entladen. Dabei wird durch den Komparator K1 das Flip-Flop gesetzt und die Ausgangsspannung geht in den H-Zustand. Sobald Ue in den L-Zustand übergeht, kann sich der Kondensator aufladen und mit der Zeit

 

t = R1 * C * ln 3

 

wird die Ausgangsspannung vom H-Zustand in den L-Zustand gesetzt.

 

 

Bild 27:   Spannungsverlauf des Univibrators

 

Der Transistor arbeitet als Schalter und ist vom Typ BC 237 mit einem maximalen Basisstrom von 5 mA. Wählt man einen Basisstrom von 2 mA, so wird der Transistor in der Sättigung betrieben. Bei Ue = 5 V muss an dem Basiswiderstand 4,35 V abfallen, damit Ube = 0,65 V ist. Somit berechnet sich R:

 

R = ( Ue - Ube ) / Ib = 4,35 V / 2 mA = 2175 W

 

Es wurde für R = 2200 Ω gewählt. Um die Relais nacheinander abfallen lassen zu können, wurde für die Kondensatoren eine Kapazität von 47 μF und für die Widerstände 10 kΩ, 20 kΩ und 30 kΩ gewählt. Das ergibt mit die Verzögerungszeiten:

 

R53 = 10 kΩ    => t1 = 30 kΩ * 47 μF * ln 3 = 1,55 s ( Tür )

R51 = 20 kΩ    => t2 = 20 kΩ * 47 μF * ln 3 = 1,03 s ( Kammer. )

R49 = 30 kΩ    => t3 = 10 kΩ * 47 μF * ln 3 = 0,52 s ( Vergleichs.)

 

für die Tür-, Kammerventil- und Vergleichsgefäßöffnung