Mechatronik_Interfaces - Podręcznik

Mechatronika
Modu 12: Interfejsy
rozwizania
(pomys)
dr Gabriele Neugebauer
mgr in. Matthias Römer
Neugebauer und Partner OHG
Niemcy
Europejski Projekt transferu innowacji dla dodatkowej kwalifikacji
Mechatronika dla specjalistów w zglobalizowanej produkcji
przemysowej.
UE-Projekt Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110
"MINOS + +", okres od 2008 do 2010 r.
Ten projekt zosta zrealizowany przy
wsparciu finansowym Komisji Europejskiej.
Projekt lub publikacja odzwierciedlaj
jedynie stanowisko ich autora i Komisja
Europejska nie ponosi odpowiedzialnoci za
umieszczon w nich
zawarto
www.minos-mechatronic.eu
Partners for the creation, evaluation and dissemination of the MINOS and the MINOS**
project.
- Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production
Processes, Germany
- np – neugebauer und partner OhG, Germany
- Henschke Consulting, Germany
- Corvinus University of Budapest, Hungary
- Wroclaw University of Technology, Poland
- IMH, Machine Tool Institute, Spain
- Brno University of Technology, Czech Republic
- CICmargune, Spain
- University of Naples Federico II, Italy
- Unis a.s. company, Czech Republic
- Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic
- Tower Automotive Sud S.r.l., Italy
- Bildungs-Werkstatt Chemnitz gGmbH, Germany
- Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany
- Euroregionala IHK, Poland
- Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen
- Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland
- Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary
- Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary
- Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary
- Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany
- Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden
Zawartość Szkolenia
Minos:
moduły 1 – 8 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla):
Podstawy/ Kompetencje międzykulturowe, zarządzenie projektem/ Fluidyka / Napędy
Elektryczne i Sterowanie / Elementy Mechatroniki/ Systemy i Funkcje Mechatroniki/
Logistyka, Teleserwis, Bezpieczeństwo/ Zdalne Zarządzanie, Diagnostyka
Minos **:
moduły 9 – 12 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla):
Szybkie Prototypowanie / Robotyka/ Migracja/ Interfejsy
Wszystkie moduły dostępne są w następujących językach:
Polski, Angielski, Hiszpański, Włoski, Czeski, Węgierski i Niemiecki
W celu uzyskania dodatkowych informacji proszę się skontaktować z
Chemnitz University of Technology
Dr.-Ing. Andreas Hirsch
Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz
phone: + 49(0)371 531-23500
fax: + 49(0)371 531-23509
e-mail: [email protected]
www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch or www.minos-mechatronic.eu
Partners for the creation, evaluation and dissemination of the
MINOS and the MINOS** project.
-
Technical University of Chemnitz, Institut for machine
tool Germany
Neugebauer und Partner OhG, Germany
Henschke Consulting, Germany
Corvinus Univerity, Hungary
Wroclaw University of Technology, Poland
IMH, Spain
VUT Brno, Czech Republik
CICmargune, Spain
University of Naples, Italy
Unis, Czech Republik
Blumenbecker, Czech Republik
Tower Automotive, Italy
Bildungswerkstatt gGmbH, Germany
VEMAS, Germany
Euroregionala IHM, Poland
Zawartość Szkolenia
Minos : moduły 1 – 8 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do
ćwiczeń dla): Podstawy/ Kompetencje międzykulturowe, zarządzenie
projektem/ Fluidyka / Napędy Elektryczne i Sterowanie / Elementy
Mechatroniki/ Systemy i Funkcje Mechatroniki/ Logistyka,
Teleserwis, Bezpieczeństwo/ Zdalne Zarządzanie, Diagnostyka
Minos **: moduły 9 – 12 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do
ćwiczeń dla): Szybkie Prototypowanie / Robotyka/ Migracja/
Interfejsy
Wszystkie moduły dostępne są w następujących językach:
Polski, Angielski, Hiszpański, Włoski, Czeski, Węgierski i Niemiecki
W celu uzyskania dodatkowych informacji proszę się skontaktować z
Technical University Chemnitz
Dr. Ing. Andreas Hirsch
Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz
Tel.: + 49(0)0371 531-23500
Fax.: + 49(0)0371 531-23509
Email: [email protected]
Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch
2
1.
Zasilanie elektryczne
Ćwiczenie 1
Co zapobiega niezamierzonemu wyciągnięciu wtyczki euro z
gniazda?
Kołki stykowe są lekko nachylone. Powoduje to, że wtyczka euro
mocno zaciska się w gnieździe.
Jakie maksymalne wartości prądu są dopuszczalne dla wtyczek
euro? Jakie jest odpowiednie zużycie energii przy napięciu 230 V,
kiedy odbiornik jest bezwzględnym oporem czynnym?
Wtyczki euro mogą być używane z prądami do 2,5 A. Odpowiada to
575 W przy napięciu 230 V dla bezwzględnego odbiornika
oporowego.
Jaka jest różnica między wtyczkami kształtowymi a wtyczkami
przeciwwstrząsowymi?
W odróżnieniu od wtyczek kształtowych, wtyczka przeciwwstrząsowa
ma dodatkowy styk ochronny.
Wtyczki przeciwwstrząsowe nie mają części kołków stykowych
izolowanych plastykową tulejką, jak wtyczki euro. Dlaczego?
Wtyczki przeciwwstrząsowe mogą przewodzić prąd do 16 A.
Potrzebna jest do tego odpowiednia powierzchnia styku. Tulejka
plastykowa zmniejszyłaby powierzchnię styku.
Do czego potrzebny jest otwór stykowy we wtyczkach
przeciwwstrząsowych?
We francuskim systemie przeciwwstrząsowym kołek ochronny
wystaje z gniazda. Nie ma tam bocznego styku dla przewodu
ochronnego.
Co daje położenie styku ochronnego w systemie francuskim w
porównaniu z innymi wtyczkami przeciwwstrząsowymi?
Dzięki usytuowaniu kołka ochronnego w gnieździe, można wkładać
wtyczkę tylko w pewnym położeniu. Zabezpiecza to przed
odwróceniem biegunowości.
Wskazówki dydaktyczne
Można dodatkowo przedyskutować koncepcję izolacji ochronnej,
wymieniając różnicę w stosunku do przewodów ochronnych.
Dodatkowym aspektem wtyczek i gniazd kablowych jest możliwość
samodzielnej instalacji.
3
Ćwiczenie 2
Dlaczego wtyczki w Wielkiej Brytanii są zawsze wyposażone w styki
ochronne?
W Wielkiej Brytanii przewody gniazd są zabezpieczone
bezpiecznikami na stosunkowo duże prądy. W przypadku awarii
wartości te mogą być zbyt wysokie dla niektórych urządzeń. Ochrona
wtyczki umożliwia niższe wartości prądu, co zabezpiecza urządzenie
przed uszkodzeniem.
Jakie wartości mają bezpieczniki topikowe w Wielkiej Brytanii?
Zwykłe wartości zabezpieczeń to 3 A, 5 A i 13 A.
Dlaczego w Szwajcarii możliwe jest używanie wtyczek euro, ale nie
wtyczek kształtowych?
Średnica kołków stykowych we wtyczkach kształtowych wynosi
4,8 mm, a we wtyczkach euro tylko 4 mm. W systemie szwajcarskim
można używać tylko styków o średnicy 4 mm.
Jak są zabezpieczone przed odwróceniem biegunowości wtyczki
dwukołkowe w USA?
We wtyczkach dwukołkowych jeden ze styków, a mianowicie kołek
przewodu zerowego, jest trochę grubszy niż drugi kołek.
Dlaczego oba płaskie styki wtyczek trzykołkowych w USA mają tę
samą grubość, inaczej niż wtyczki dwukołkowe?
Wtyczki trzykołkowe są już zabezpieczone przed odwróceniem
biegunowości przez trzeci styk ochronny.
Adaptery umożliwiają użycie wtyczek z gniazdami innych systemów.
Czego nie można osiągnąć za pomocą prostych adapterów?
Proste adaptery nie mogą transformować napięcia podanego do
gniazda.
Wskazówki dydaktyczne
Można dodatkowo omówić normę IEC 60906-1 oraz zalety i wady
systemów w różnych krajach. Należy zademonstrować działanie
nakładek ochronnych, które zapobiegają dotknięciu styków.
4
Ćwiczenie 3
Do jakiej temperatury można używać wtyczek niegrzejnych?
Wtyczek niegrzejnych można używać w temperaturach do 70 °C na
kołkach stykowych.
Jakie
środki
zapobiegają
podłączeniu
gniazd
kablowych
przeznaczonych dla urządzeń niegrzejnych z wtyczkami do średnich i
wysokich temperatur?
Wtyczki do średniego zakresu temperatur mogą być łączone z
gniazdami kablowymi mającymi kształt półokrągły po dolnej stronie.
Do wtyczek wysokotemperaturowych potrzebne są gniazda kablowe
z dwoma dodatkowymi konturami po stronie górnej.
Dlaczego ochrona wtyczek niegrzejnych przed odwróceniem
biegunowości jest bez znaczenia?
Ochrona przed odwróceniem biegunowości traci znaczenie, jeśli
druga strona kabla łączącego nie ma wtyczki zabezpieczonej przed
odwróceniem biegunowości, takim jak wtyczka przeciwwstrząsowa.
Jaki jest maksymalny dopuszczalny prąd dla wtyczek małych
urządzeń?
Wtyczki małych urządzeń mogą przewodzić prąd do 2,5 A.
Jakie jest oznaczenie gwintu domowych żarówek?
Żarówki używane w domach mają gwint E27. Często stosowany jest
też mniejszy gwint E14.
Jakie jest oznaczenie kołpaków używanych do wysokonapięciowych
żarówkach halogenowych w wersji reflektorowej?
Kołpaki używane do wysokonapięciowych żarówkach halogenowych
w wersji reflektorowej maja oznaczenie GU10.
Jakie ważne zalety mają baterie litowe?
Baterie litowe mają bardzo małe tempo samoczynnego rozładowania,
co daje długi dopuszczalny okres magazynowania.
Wskazówki dydaktyczne
Można dodatkowo omówić oznaczenie gniazd przeznaczonych do
specjalnych zastosowań, takich jak gniazda do zabezpieczenia
nadnapięciowego lub do zasilania urządzeń elektronicznego
przetwarzania danych (EDP). Takie urządzenia mogą być
zabezpieczone przed awariami zasilania za pomocą zasilaczy
awaryjnych (UPS).
5
2.
Interfejsy komputerowe
Ćwiczenie 4
Jaka jest różnica między jednostkami bod a bit/s?
Bod jest jednostką liczby znaków przesyłanych w jednostce czasu.
Jeden znak może zawierać kilka bitów. W tym przypadku szybkość
transmisji w bitach/s jest większa niż szybkość transmisji w bodach.
Ile bajtów ma kilobajt, a ile kibibajt?
Kilobajt ma 1000 bajtów. Przedrostek "kilo" wskazuje na układ
dziesiętny. Z drugiej strony, jeden kibibajt ma 1024 bajty. W tym
przypadku zastosowany jest układ dwójkowy.
Jaka jest różnica między transmisją danych półdupleksową a
dupleksową?
Oba systemy umożliwiają przesyłanie danych w dwóch kierunkach,
ale tylko pełny dupleks wspiera jednoczesne przesyłanie danych w
obu kierunkach. System półdupleksowy umożliwia transmisję danych
jednocześnie tylko w jednym kierunku.
W jaki sposób 36 styków wtyczki CENTRONICS kabla drukarki może
pasować do 25 styków wtyczki D-Sub?
Kilka linii uziemienia jest połączonych razem, co zmniejsza całkowitą
liczbę styków.
Jaka jest różnica między portem drukarki a portem skanera
równoległego interfejsu komputera?
W przypadku drukarki dane są przesyłane tylko w jednym kierunku,
od komputera do drukarki. W drugim przypadku dane są przesyłane
w obu kierunkach między komputerem a skanerem.
Do czego służy dongle?
"Dongle" to klucz sprzętowy, który zapewnia, że może być używane
tylko licencjonowane oprogramowanie.
Wskazówki dydaktyczne
Można także przedstawić problemy, jakie mogą się pojawić przy
równoległej transmisji danych z dużymi prędkościami, uwzględniając
położenie linii przewodowych na płytce obwodów drukowanych.
Długość przewodów musi być równa.
6
Ćwiczenie 5
Ile urządzeń może być podłączonych jednocześnie do portu RS-232?
Do portu RS-232 może być podłączone tylko jedno urządzenie.
Więcej urządzeń wymaga większej liczby portów.
Co powinno być ustawione u obu partnerów komunikacji w interfejsie
szeregowym?
Oprócz prędkości przesyłania trzeba określić liczbę bitów "stop" i to,
czy ma być użyty bit parzystości. Bit "start" jest obowiązkowy.
Dlaczego rzeczywista szybkość transmisji danych jest mniejsza niż
szybkość możliwa teoretycznie?
Oprócz rzeczywistych danych użytkowych trzeba przesyłać inne bity,
takie jak bity "start" i "stop". Zmniejsza to rzeczywistą szybkość
transmisji danych.
Jakie jest znaczenie oznaczeń TxD i RxD w szeregowej transmisji
danych?
TxD oznacza Transmit Data (Wyślij dane) i wskazuje port, który
wysyła dane. Odpowiednio, RxD oznacza Receive Data (Odbierz
dane) i wskazuje port, w którym dane są odbierane.
Czym jest zerowy kabel modemowy?
W zerowym kablu modemowym przewody są krzyżowane inaczej, niż
w normalnych kablach modemowych. Umożliwia to ustanowienie
bezpośredniego połączenia między dwoma komputerami w celu
wymiany danych.
Nie można mylić portów PS/2 dla myszy i klawiatury. Dlaczego?
Protokoły transmisji danych dla myszy i klawiatury są różne. W ten
sposób możliwe jest wysyłanie danych do klawiatury, np. aby
przełączyć diody LED.
Wskazówki dydaktyczne
Interfejsy szeregowe mają dalsze aspekty do omówienia. Na
przykład, można wspomnieć o transmisji danych przy użyciu zbocza
sygnału, jak w kodzie Manchester. Innym możliwym tematem jest kod
ASCII i możliwy zestaw znaków, które mogą być przesyłane w
blokach po siedem lub osiem bitów.
7
Ćwiczenie 6
Dlaczego kabel USB ma dwie różne wtyczki? Jakie jest oznaczenie
tych wtyczek i jak są połączone?
Wtyczki kabla USB są oznaczone jako typ A i typ B. Zapewnia to, że
kabel jest zawsze podłączony w tym samym kierunku między
komputerem a urządzeniem peryferyjnym, co zabezpiecza kabel
przed odwróceniem biegunowości.
Jaka jest maksymalna liczba urządzeń, które mogą być podłączone
do portu USB? Jak można zwiększyć tę liczbę?
Do portu może być podłączone tylko jedno urządzenie peryferyjne. W
celu podłączenia większej liczby urządzeń należy użyć koncentratora.
Jaka jest maksymalna dopuszczalna długość połączenia USB między
dwoma urządzeniami?
Kabel łączący między dwoma urządzeniami USB nie powinien być
dłuższy niż. 5 m. Dalsze przedłużenie do 30 m jest możliwe przy
użyciu maksymalnie pięciu koncentratorów.
Jaka jest maksymalna wartość prądu dostarczanego przez port USB?
Port USB może dostarczać maksymalny prąd 500 mA.
Co znaczy pojęcie "hot-plug"?
Port "hot-plug" (gorąca wtyczka) umożliwia łączenie i rozłączanie
urządzeń bez wyłączania komputera.
Urządzenia, które zużywają energię tylko wtedy, gdy są podłączone
do portu USB nie odpowiadają danym technicznym USB. Dlaczego?
Ponieważ te urządzenia tylko zużywają energię, nie są zaznaczone w
gnieździe USB komputera.
Dlaczego dwa styki wtyczki USB są dłuższe od innych styków?
Te dwa styki stanowią zasilanie energią. Po włączeniu wtyczki
urządzenie jest najpierw zasilone energią, z następnie zostają
połączone styki danych.
Wskazówki dydaktyczne
Należy szczegółowo omówić gniazdo USB, ponieważ jest stosowane
na dużą skalę. Należy także omówić dalsze związane z tym
informacje. Na przykład to, że urządzenia pamięciowe powinny być
wylogowane z systemu operacyjnego przed odłączeniem mimo ich
zdolności hot-plug.
8
Ćwiczenie 7
Na czym polega różnicowa transmisja danych?
W transmisji różnicowej dane są przesyłane przez dwie linie w tym
samym czasie, ale z odwrotną biegunowością. Zakłócenia mogą
wpływać na obie linie, natomiast różnica między obydwoma
sygnałami pozostaje bez zmiany.
W odróżnieniu od USB, łącze FireWire nie wymaga koncentratorów.
Dlaczego?
W łączu FireWire każde urządzenie ma swój własny sterownik.
Jaka jest maksymalna dopuszczalna długość połączenia FireWire
między dwoma urządzeniami?
Długość połączenia FireWire między dwoma urządzeniami ni
powinna przekraczać 4,5 m. Dla FireWire 800 linie światłowodowe
wspierają połączenia o długości do 100 m.
Jaki jest maksymalny prądu dostarczany przez port FireWire?
Port FireWire może dostarczać prąd do 1,5 A.
Co znaczy określenie "bus-powered"?
Określenie "bus-powered" oznacza, że podłączone urządzenie jest
zasilane energią przez ten sam kabel, który służy do transmisji
danych. Na przykład twarde dyski 2,5“ używane z FireWire nie
wymagają dodatkowego zasilania energią.
Jakich styków nie ma we wtyczkach czterokołkowych w porównaniu z
wtyczkami sześciokołkowymi?
Wtyczki czterokołkowe mają styki dla obu skręconych par przewodów
użytych do transmisji danych. Nie ma w nich styków do zasilania
energią.
Dlaczego FireWire 800 wymaga nowych wtyczek?
Większa szybkość transmisji danych FireWire 800 wymaga kabli
dziewięciożyłowych zamiast kabli sześciożyłowych używanych w
FireWire 400. Zatem są tu użyte inne wtyczki.
Wskazówki dydaktyczne
Należy podkreślić ważną rolę interfejsu FireWire w dziedzinie wideo i
audio z powodu izochronicznej transmisji danych. Należy przedstawić
możliwość szeregowego podłączania kilku urządzeń do USB. Do tego
celu urządzenia FireWire mają zwykle dwa porty przyłączeniowe.
9