Mechatronika Modul 12: Interfészek Oktatói segédlet (Koncepció) Dr. Gabriele Neugebauer Dipl.-Ing. Matthias Römer Neugebauer und Partner OHG, Németország Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvev szakemberek mechatronika témakörben történ továbbképzésérl EU-project no. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 MINOS++, idtartama 2008-2010 Az Európai Bizottság támogatást nyújtott ennek a projektnek a költségeihez. Ez a kiadvány (közlemény) a szerz nézeteit tükrözi, és az Európai Bizottság nem tehet felelssé az abban foglaltak bárminem felhasználásért. www.minos-mechatronic.eu
A szakmai anyag elkészítésében és kipróbálásában az alábbi magáncégek és intézmények vettek részt Chemnitz-i Mszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete, Németország Projektvezetés Corvinus Egyetem, Informatikai Intézet, Magyarország Stockholm-i Egyetem, Szociológiai Intézet, Svédország Wroclaw-i Mszaki Egyetem, Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézet, Lengyelország Henschke Consulting Drezda, Németország Christian Stöhr Unternehmensberatung, Németország Neugebauer und Partner OHG Drezda, Németország Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Lengyelország Euroregionális Ipari és Kereskedelmi Kamara Jelenia Gora, Lengyelország Dunaferr Dunaújváros, Magyarország Knorr-Bremse Kft. Kecskemét, Magyarország Nemzeti Szakképzési Intézet Budapest, Magyarország Tartalom: Jegyzet, munkafüzet és oktatói segédlet az alábbi témakörökhöz Modul 1: Alapismeretek Modul 2: Interkulturális kompetencia, Projektmenedzsment Modul 3: Folyadékok Modul 4: Elektromos meghajtók és vezérlések Modul 5: Mechatronikus komponensek Modul 6: Mechatronikus rendszerek és funkciók Modul 7: Üzembehelyezés, biztonság, teleservice Modul 8: Távkarbantartás és távdiagnosztika Modul 9: Gyors prototípusgyártás Modul 10: Robotika Modul 11: Európai migráció Modul 12: Interfészek További információ: Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse (Chemnitz-i Mszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete) Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Reimund Neugebauer Prof. Dr.-Ing. Dieter Weidlich Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz, Deutschland Tel.: +49(0)0371 531-23500 Fax: +49(0)0371 531-23509 Email: wzm@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch 8
1 Elektromos hálózati ellátás 1. Gyakorlat: Mi óvja meg az euró csatlakozót az aljazatról való nem kívánt leválasztástól? Az érintkez lábak elhelyezkedése enyhén ferde. Ezáltal az euró csatlakozó szilárdan kapaszkodik az aljazatba. Mekkora az euró csatlakozók számára engedélyezett legnagyobb áramersség értéke? Mi a megfelel energiafogyasztási érték 230V-nál, amikor a fogyasztó egy abszolút ohmos ellenállás? Az euró csatlakozók maximum 2,5 A áramersséggel használhatók. Ez 575 W-nak felel meg 230 V-nál abszolút ohmos ellenállásnál. Mi a különbség a kontúrdugaszok és az érintésbiztos csatlakozók között? A kontúrdugaszoktól eltéren az érintésbiztos csatlakozó rendelkezik egy további biztonsági érintkezvel. Az euró csatlakozókkal szemben az érintésbiztos csatlakozók lábának egy részét nem szigeteli manyag. Miért? Az érintésbiztos csatlakozóknál a maximum áramersség 16 A. Ehhez szükséges az érintkez teljes keresztmetszeti területe. Egy manyag szigetelés csökkentené a keresztmetszeti területet. Miért van szükség az érintésbiztos csatlakozókba beépített lyukra? A francia érintésbiztos rendszerben a biztonsági érintkez az aljzatból áll ki. Nincs oldalsó érintkez a biztonsági vezet számára. Mi a haszna a francia rendszerben létez biztonsági érintkez pozíciójának más érintésbiztos csatlakozókkal összehasonlítva? A biztonsági érintkezknek a foglalatban való elrendezése miatt a csatlakozó csak egy bizonyos pozícióban illeszthet be. Ez garantálja a védelmet a polaritás megfordítása ellen. 3 Oktatási tippek:: Ráadásképpen megtárgyalhatják a biztonsági szigetelés témakörét, a biztonsági vezetkkel való összehasonlítás során felmerül különbségek említésével. A csatlakozók és csatlakozó dugók egy további aspektusa az önálló telepítés lehetsége.
2. Gyakorlat: Miért látják el Nagy-Britanniában a csatlakozókat mindig védelemmel? Nagy-Britanniában az aljzatok vezetit viszonylag nagy biztosítékok védik. Hiba esetén az áramersség értéke néhány eszköz számára túl magas lehet. A csatlakozó védelem lehetvé tesz alacsonyabb értékeket, amelyek védik az eszközt. Milyen értékekkel rendelkeznek a csatlakozó biztosítékok Nagy-Britanniában? Az általános értékek 3 A, 5 A és 13 A. Miért használhatók Svájcban euró csatlakozók, de nem kontúrdugaszok? A kontúrdugaszok lábainak átmérje 4,8mm, míg az euró csatlakozók esetében csak 4mm. A svájci rendszerben csak 4mm-es átmérj érintkezk használhatók. Hogyan védik a kétlábú csatlakozókat az USA-ban a polaritás megfordulása ellen? A kétlábú csatlakozókban az egyik érintkez, mégpedig a semleges vezet egy kicsit vastagabb, mint a másik. Miért egyforma vastagságú a háromlábú csatakozók mindkét lapos érintkez lába a kétlábú csatlakozóktól eltéren? A háromlábú csatlakozók a harmadik, biztonsági lábnak köszönheten már eleve védettek a polaritás megfordulása ellen. Az adapterek lehetvé teszik a csatlakozók használatát különböz rendszer aljzatokkal együtt. Mit nem lehet elérni egyszer adapterekkel? Az egyszer adapterek nem tudják átalakítani a feszültséget. Oktatási tippek: Az IEC 60906-1 szabvány és a különböz országok rendszereinek elnyei és hátrányai ráadásképpen megtárgyalhatók. Beszéljen az aljzatok védborításáról, amelyik meggátolja a vezetékkel való érintkezést. 4
3. Gyakorlat: Milyen hmérsékletig alkalmazhatóak nem-meleged csatlakozók? A nem meleged csatlakozók maximum 70 C-on alkalmazhatók. Mi gátolja meg a nem meleged eszközök csatlakozódugóinak a közepes és magas hmérséklet csatlakozókhoz való kapcsolódását? A közepes hmérséklet-tartománynak megfelel csatlakozók olyan csatlakozódugókhoz kapcsolhatók, amelyeknek az alsó fele félkör alakú. Magas hmérséklet csatlakozókhoz olyan csatlakozódugók szükségesek, amelyek fels részén két további alakbeli különbség figyelhet meg. Mi teszi értelmetlenné a nem-meleged csatlakozók polaritás megfordítás elleni védelmét? A polaritás megfordulás elleni védelem akkor válik értelmetlenné, ha a csatlakozókábel másik oldala nem rendelkezik polaritás megfordítás ellen védett csatlakozóval, mint például az érintésbiztos csatlakozó. Mi a legnagyobb megengedett áramersség kisméret berendezések csatlakozói esetén? Kisméret eszközök csatlakozói maximum 2,5A-t képesek továbbítani. Mi a jelzése a házi izzólámpák foglalatának? Az otthonokban használt izzólámpák foglalatának jelzete E27. A kisebb E14-es foglalatot is gyakran használják. Mi a jelzése a reflektoros kivitel magasfeszültség halogénlámpák fejelésének? A reflektoros kivitel magasfeszültség halogén lámpák fejelésének jelzete GU10. Milyen jelents elnnyel bírnak a lítium elemek? A lítium elemek önkisülése alacsony, ami hosszú élettartamot eredményez. Oktatási tippek: További megtárgyalható téma a speciális használatra tervezett aljzatok (pl. a túlfeszültség elleni védelemmel ellátott vagy az EDP eszközök ellátásához való aljzatok) és jelölésük. Az ilyen eszközök megóvhatók az áramkimaradástól egy szünetmentes tápegységgel (UPS - uninterruptible power supply) 5
2 Számítógép interfészek 4. Gyakorlat: Mi a különbség a baud és a bit/s egységek között? A baud egy adott idegység alatt közvetített jelek egysége. Egy jel több bitet tartalmazhat. Az egy bit/szekundum alatti közvetítési arány magasabb, mint a baud aránya. Hány bájt van egy kilobájtban és egy kibibájtban? Egy kilobájt 1000 bájtot tartalmaz. A kilo eltag a decimális rendszerre utal. A másik oldalon egy kibibájt 1024 bájtot tartalmaz. Ebben az esetben a bináris számozási rendszert használjuk. Mi a különbség a fél-duplex és full-duplex adatátvitel között? Mindkét rendszer lehetvé teszi az adatok mindkét irányba történ átvitelét, de csupán a full-duplex támogatja a szimultán kétirányú adatátvitelt. A fél-duplex rendszerek egyidejleg csak egy irányba teszi lehetvé az adatok továbbítását. Hogyan illeszthet a Centronics csatlakozó 36 érintkezje a D alakú csatlakozó 25 érintkezjéhez? Több földel vezeték van összekombinálva, ami csökkenti a kapcsolatok teljes számát. Mi a különbség egy számítógép párhuzamos interfészének nyomtató és szkenner portja között? Egy nyomtató esetében az adat csak egy irányba áramlik, a számítógéptl a nyomtató felé. A számítógép és a szkenner között viszont mindkét irányba közvetítdik az adat. Mi a hardverkulcs célja? A hardverkulcs garantálja, hogy csak megfelel licensszel rendelkez szoftvert használjunk. Oktatási tippek: Mutassa be a problémákat, amelyek egy párhuzamos adatátvitel esetén magas átviteli sebességnél elfordulhatnak, figyelembe véve a nyomtatott áramkör vezetékeinek pozícióját. A vezetékek hossza egyenl kell legyen. 6
5. Gyakorlat: Hány eszköz csatlakoztatható egyidejleg egy RS-232 porthoz? Egyidejleg csupán egy eszköz csatlakoztatható egy RS-232 porthoz. Több eszköz több portot igényel. Mit kell beállítani egy soros interfész mindkét, a kommunikációban részt vev felénél? Az átviteli sebesség mellett meg kell határozni a stop bitek számát, és azt, hogy paritás bitet kell-e alkalmazni. A start bit kötelez. Miért alacsonyabb a tényleges adatátviteli sebesség, mint az elméletileg lehetséges? A tényleges hasznos adaton kívül szükséges más biteket is közvetíteni, mint például start és stop biteket. Ez csökkenti az aktuális adatátviteli sebességet. Mi a jelentése a TxD és RxD jelöléseknek egy soros adatátvitel esetén? A TxD jelölés jelentése Transmit Data (adatátvitel) és az adatot küld portot jelöli. Ennek megfelelen az RxD jelentése Receive Data (adatfogadás), és azt a portot jelöli, amelyikhez az adat megérkezik. Mi a null modem kábel? Egy null modem kábelben a szálak a normál modem kábeltl eltéren keresztezdnek. Ez lehetvé teszi két számítógép közötti közvetlen kapcsolat létrejöttét az adatcsere érdekében. Az egér és a billentyzet PS/2 portjai nem cserélhetk fel. Miért? Az egér és a billentyzet adatátviteli protokolljai különbözek. Így lehetséges adatok küldése a billentyzetnek. 7 Oktatási tippek: A soros interfészek egyéb aspektusait is érdemes megtárgyalni. Például megemlíthet a jeléleket alkalmazó adatátvitel, mint például a Manchester kódban. Egy másik lehetséges téma az ASCII kód és a szimbólumok lehetséges készlete, amelyek hét vagy nyolc bites blokkokban közvetíthetk.
6. Gyakorlat: Miért rendelkezik egy USB kábel két különböz csatlakozóval? Mi a jelölése ezeknek a csatlakozóknak és hogyan kapcsolódnak? Az USB kábel csatlakozóinak jelzése A és B. Ez garantálja, hogy a kábelt mindig ugyanabban az irányban csatlakoztassuk a számítógép és a perifériás eszközök között, ami megvédi a kábelt a polaritás megfordulása ellen. Legfeljebb hány eszköz csatlakoztatható egy USB porthoz? Hogyan növelhet ez a szám? Egy porthoz csak egy perifériás eszköz csatlakoztatható. Több eszköz csatlakoztatásához hubra van szükség. Mi a legnagyobb megengedett hossza egy USB kábelnek két eszköz között? Két USB eszköz között az összeköt kábel lehetség szerint nem lehet hosszabb 5 méternél. További legfeljebb 30 méteres hosszabbítás lehetséges legfeljebb öt hub felhasználásával. Mekkora az USB port maximális áramfelvétele? Egy USB port maximális áramfelvétele 500 ma. Mit jelent a hot csatlakozó fogalma? Egy hot csatlakozó lehetvé teszi eszközök csatlakoztatását és leválasztását a számítógép lekapcsolása nélkül. Azok az eszközök, amelyek csak egy USB porthoz kapcsolódva fogyasztanak áramot nem felelnek meg az USB specifikációknak. Miért? Mivel ezek az eszközök csak fogyasztják az energiát. Miért hosszabb az USB csatlakozó két érintkezje más érintkezknél? Ez a két érintkez képviseli az energia ellátást. Csatlakoztatáskor elször ellátják árammal az eszközt, utána jönnek létre az adatátviteli kapcsolatok. Oktatási tippek: Széles skálájú felhasználási lehetségei miatt érdemes részleteiben tárgyalni az USB-t. Ezen kívül további, ehhez kapcsolódó témák is bemutathatók. Például az, hogy a tárolóeszközöket a hot csatlakozó ellenére ki kell jelentkeztetni az operációs rendszerbl a kapcsolat megszakítása eltt. 8
7. Gyakorlat: Mi a differenciális adatátvitel? Differenciális adatátvitel esetén az adatot két szálon át közvetítik egyidejleg, de ellentétes polaritással. A zavarok mindkét vonalra hatással vannak. A FireWire-nek az USB-tl eltéren nincs szüksége hubokra. Miért? A FireWire-ben minden eszköznek saját vezérlje van. Mi a legnagyobb megengedett kapcsolódási hossz két eszköz között a FireWire-ben? Két FireWire eszköz között a kapcsolódási távolság nem haladhatja meg a 4,5 métert. Optikai kábelekkel ez a távolság 100 méterre növelhet a FireWire 800 esetén. Mekkora a FireWire port maximális áramfelvétele? Egy FireWire port maximális áramfelvétele 1,5A. Mi a jelentése a busztápnak? A busztáp elve azt jelenti, hogy a csatlakoztatott eszközt az adatátvitelre is használt kábel látja el árammal. Például a FireWire-rel használt 2,5 merevlemezek nem igényelnek további áramellátást. A hat-lábas csatlakozókhoz képest melyik érintkezk nincsenek jelen a négy-lábas csatlakozókban? A négy érintkezs csatlakozóknak az adatátvitelre használt mindkét csavart érpárhoz van érintkezjük. Áramellátáshoz szükséges érintkezk nincsenek. Miért igényel a FireWire 800 új csatlakozókat? A FireWire 800 magasabb adatátviteli sebessége kilencvezetékes kábelt igényel a FireWire 400-ban használt hat helyett. Így itt más csatlakozókat használnak. Oktatási tippek: Emelje ki a FireWire interfész fontos szerepét a videó és audió területén, amelyet az izokrón adatátvitelnek köszönheten tölt be. Mutassa be több eszköz soros kapcsolásának lehetségét összehasonlítva az USB-vel. Ebbl a célból a FireWire eszközöknek általában két csatlakozó portjuk van. 9
8. Gyakorlat: Milyen színeket közvetít egy VGA interfész? Egy VGA interfész a piros, zöld és kék színeket közvetíti. Milyen jelek közvetítdnek a színek mellett? A függleges és vízszintes szinkronizáció jelei közvetítdnek a színinformáció mellett. Mi a DDC és milyen információt továbbít? A DDC a Data Display Channel rövidítése. Elssorban a lehetséges felbontási értékekkel kapcsolatos információk közvetítésére használják. Azonban más információkat is közvetíthet. Mit jelent a Dual-Link? Egy DVI interfész Dual-Linkkel lehetvé teszi két monitor csatlakoztatását. 1920x1200-nél nagyobb felbontású monitorokhoz is szükség van egy DVI interfészre Dual-Linkkel. További adatok hat további érintkezn át közvetítdnek. Hogyan alkalmazható egy DVI interfész analóg jelek továbbítására? Amikor analóg képinformációkat kell közvetíteni a digitális adatok mellett, négy további érintkezre és azok egymással való összekapcsolódására van szükség. Milyen további információ közvetíthet a HDMI interfészen keresztül? A HDMI interfészek a képinformációk mellett audió jeleket is átadnak. Ezen kívül rendelkeznek egy integrált másolásvédelemmel (HDCP) is. Mi az elnyük a DisplayPort csatlakozóknak a HDMI csatlakozókkal összehasonlítva? A DisplayPort csatlakozók bereteszeldnek az aljzatukba, ami meggátolja a nem szándékos lekapcsolódást. Oktatási tippek: Vitassák meg a digitális portok jobb képminségét összehasonlítva az analóg portokkal. Emelje ki a HDMI fontos szerepét a TV készülékek terén a másolásvédelmi funkció kérdésének kiegészítéseként. 10