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