Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

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Bestellnummer 44502 Stefan Manemann, Jochen Rengstorf Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik Projekte für den Lernfeldunterricht Lernfelder 1 bis 6 Lösungen 2. Auflage Neuauflage! Jetzt mit sechs Projekten Aktualisierung aller Projekte Integrierte Methoden Leitfäden für Siemens STEP 7 und Simulation mit SIMIT SCE Umfangreiches Material auf DVD

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Bestellnummer 44502

Stefan Manemann, Jochen Rengstorf

Automatisierungstechnik,Betriebstechnik, Mechatronik

Projekte für den Lernfeldunterricht

Lernfelder 1 bis 6

Lösungen

2. Auflage Neuauflage! Jetzt mit sechs Projekten Aktualisierung aller Projekte Integrierte Methoden Leitfäden für Siemens STEP 7

und Simulation mit SIMIT SCE Umfangreiches Material auf DVD

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www.bildungsverlag1.de

Bildungsverlag EINS GmbHSieglarer Straße 2, 53842 Troisdorf

ISBN 978-3-427-44502-9

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Dem Arbeitsbuch (44501) liegt eine Demo DVD der Siemens AG bei.

„STEP 7 Professional, Edition 2006 SR5, Trial License“ umfasst: SIMATIC STEP 7 V5.4 SP4, S7-GRAPH V5.3 SP6, S7-SCL V5.3 SP5, S7-PLCSIM V5.4 SP2 und ist 14 Tage zu Testzwecken nutzbar.

Die Software ist nur unter Microsoft Windows XP Professional Edition SP3 oder Microsoft Windows Vista 32 Bit Business SP1/SP2 oder Microsoft Windows Vista 32 Bit Ultimate SP1/SP2 ablauffähig.

Weitere Informationen erhalten Sie im Internet unter

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»http://www.siemens.de/sce/tp«

Hinweis: Zugunsten der besseren Lesbarkeit wurde an einigen Stellen im Projektbuch die männliche Formverwendet. Gemeint sind natürlich auch immer Mitarbeiterinnen, Lehrerinnen, Kolleginnen usw.

Quellenverzeichnis

Den nachfolgend aufgeführten Firmen danken wir für die Überlassung von Informationsmaterial, Fotos,

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BEHA-AMPROBE GmbH, Glottertal

EPLAN Software & Service GmbH & Co. KG, Monheim

Festo AG, Esslingen

Fluke Deutschland GmbH, Kassel

Fujitsu Technology Solutions GmbH, München

Gossen-Metrawatt GmbH, Nürnberg

ifm electronic GmbH, Essen

IGE + XAO Software Vertriebs GmbH, Mönchengladbach

Lenze AG, Aerzen

Megatech Software GmbH, Berlin

Moeller GmbH, Bonn

Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg

Rittal GmbH & Co. KG, Herborn

SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG, Bruchsaal

SICK AG, Waldkirch

Siemens AG, München

U.I. Lapp GmbH, Stuttgart

Volkswagen Coaching GmbH, Wolfsburg

Vattenfall Europe AG, Berlin

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Projekt 1: Elektrotechnische Systeme analysieren und Funktionen prüfen . . . . . . .9

Auftrag 1.1 Projektstart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

Auftrag 1.2 Technische Systeme analysieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12Aufgabe 1.2.1 Hauptfunktionen des Systems „Sortieranlage“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15Aufgabe 1.2.2 Geschwindigkeitsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16Aufgabe 1.2.3 Zeitberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16Aufgabe 1.2.4 Leistung – Verlustleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17Aufgabe 1.2.5 Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

Auftrag 1.3 Elektrische Stromkreise analysieren und Gesetzmäßigkeiten feststellen 20Aufgabe 1.3.1 Elektrischer Stromkreis – Widerstandsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21Aufgabe 1.3.2 Laborversuch zum ohmschen Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22Aufgabe 1.3.3 Laborversuch zum ohmschen Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23Aufgabe 1.3.4 Analoge und digitale Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25Aufgabe 1.3.5 Symbole von Messgeräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25Aufgabe 1.3.6 Messfehler (analoges Messgerät) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26Aufgabe 1.3.7 Messfehler (digitales Messgerät) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Auftrag 1.4 Schaltungen von Verbrauchern analysieren und dimensionieren . . . . .29Aufgabe 1.4.1 Reihenschaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30Aufgabe 1.4.2 Laborversuch Reihenschaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31Aufgabe 1.4.3 Parallelschaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32Aufgabe 1.4.4 Laborversuch Parallelschaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33Aufgabe 1.4.5 Elektrische Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34Aufgabe 1.4.6 Elektrische Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35Aufgabe 1.4.7 Parallelschaltung von Lampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35Aufgabe 1.4.8 Reihenschaltung von Verbrauchern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36Aufgabe 1.4.9 Reihenschaltung von Verbrauchern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36Aufgabe 1.4.10 Reihenschaltung von Verbrauchern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37Aufgabe 1.4.11 Reihenschaltung von Verbrauchern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37Aufgabe 1.4.12 Reihenschaltung – Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38Aufgabe 1.4.13 Parallelschaltung von Verbrauchern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39Aufgabe 1.4.14 Parallelschaltung von Verbrauchern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39Aufgabe 1.4.15 Parallelschaltung von Verbrauchern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40Aufgabe 1.4.16 Parallelschaltung von Verbrauchern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40Aufgabe 1.4.17 Fehlerbeseitigung und Erweiterungsauftrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Aufgabe 1.4.18 Gemischte Schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

Auftrag 1.5 Betriebsmittel dimensionieren und auswählen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43Aufgabe 1.5.1 Leuchtdiode – Betriebsmittelauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45Aufgabe 1.5.2 Kostenkalkulation LED – Glühlampe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46Aufgabe 1.5.3 Innenwiderstand von Netzteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50Aufgabe 1.5.4 Leistungsbedarf Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51Aufgabe 1.5.5 Netzteilauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

Auftrag 1.6 Dokumentationen erstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

Auftrag 1.7 Projektabschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

3

Inhaltsverzeichnis

Page 4: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

4

Inhaltsverzeichnis

Projekt 2: Elektrische Installationen planen und ausführen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

Auftrag 2.1 Projektstart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

Auftrag 2.2 Auftragsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

Aufgabe 2.2.1 Erstes Kundengespräch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

Aufgabe 2.2.2 Analyse des Hausanschlussraums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

Aufgabe 2.2.3 Analyse der Stromverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

Aufgabe 2.2.4 Analyse der Verteilungspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

Aufgabe 2.2.5 Anforderungsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

Auftrag 2.3 Auftragsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

Aufgabe 2.3.1 Auftragsplanung Besprechungsraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

Aufgabe 2.3.2 Auftragsplanung Pausenraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

Aufgabe 2.3.3 Auftragsplanung Beleuchtung Parkplatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

Aufgabe 2.3.4 Auftragsplanung Unterverteiler Produktionsmaschine . . . . . . . . . . . . . . . .79

Aufgabe 2.3.5 Erstellen der Stückliste und des Angebots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82

Auftrag 2.4 Auftragsdurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86

Aufgabe 2.4.1 Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

Auftrag 2.5 Auftragskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

Aufgabe 2.5.1 Abnahme der elektrischen Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

Auftrag 2.6 Projektabschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94

Projekt 3: Steuerungen analysieren und anpassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95

Auftrag 3.1 Projektstart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

Auftrag 3.2 Projektauftrag analysieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98

Auftrag 3.2.1 Betriebsmittel auswählen und Schaltpläne erstellen . . . . . . . . . . . . . . .99

Aufgabe 3.2.1.1 Schützschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99

Aufgabe 3.2.1.2 Öffnungswege von Schützkontakten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

Aufgabe 3.2.1.3 Systemkomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

Aufgabe 3.2.1.4 Betriebsmittelauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109

Aufgabe 3.2.1.5 Motorschutzschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110

Aufgabe 3.2.1.6 Funktionsanalyse Schützschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

Aufgabe 3.2.1.7 Schaltungserweiterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112

Auftrag 3.2.2 Schaltungen optimieren und Kosten kalkulieren . . . . . . . . . . . . . . . . .115

Aufgabe 3.2.2.1 Polumschaltbare Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116

Aufgabe 3.2.2.2 Polumschaltbare Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117

Aufgabe 3.2.2.3 Schaltungsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118

Aufgabe 3.2.2.4 Drehrichtungsumkehr Gleichstrommotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119

Aufgabe 3.2.2.5 Kostenkalkulation Schaltschrank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120

Auftrag 3.3 Projektauftrag analysieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123

Auftrag 3.3.1 Grundlagen der Automatisierungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124

Page 5: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

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Inhaltsverzeichnis

Aufgabe 3.3.1.1 Gerätefamilie Siemens-Automatisierungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . .128

Aufgabe 3.3.1.2 Komponenten von Automatisierungssystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129

Aufgabe 3.3.1.3 Funktion der SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132

Aufgabe 3.3.1.4 Beispielprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134

Aufgabe 3.3.1.5 SPS-Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135

Auftrag 3.3.2 SPS-Programme entwickeln und simulieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136

Aufgabe 3.3.2.1 Betriebsmittel der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137

Aufgabe 3.3.2.2 Programm 1 Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139

Aufgabe 3.3.2.3 Programm 2 Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143

Aufgabe 3.3.2.4 Programm 3 Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144

Aufgabe 3.3.2.5 Zeiten in der SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151

Aufgabe 3.3.2.6 Programm 4 Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154

Aufgabe 3.3.2.7 Programm 5 Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155

Aufgabe 3.3.2.8 Programm 6 Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156

Auftrag 3.3.3 Sortieranlage in Betrieb nehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158

Aufgabe 3.3.3.1 Inbetriebnahmeprotokoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159

Aufgabe 3.3.3.2 Gesamtdokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160

Auftrag 3.4 Projektabschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160

Aufgabe 3.4.1 Einweisung und Übergabe der Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160

Projekt 4: Informationstechnische Systeme bereitstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161

Auftrag 4.1 Projektstart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163

Auftrag 4.2 Auftragsanalyse (Informieren und Planen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164

Aufgabe 4.2.1 Analyse des Lastenheftes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165

Aufgabe 4.2.2 Planen der weiteren Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167

Aufgabe 4.2.3 Interne Fortbildung durchführen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169

Aufgabe 4.2.4 Ist-Aufnahme IT-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172

Aufgabe 4.2.5 Angebot für ein neues IT-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173

Auftrag 4.3 Angebotsübergabe (Entscheidungsphase) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175

Aufgabe 4.3.1 Erstellen des Pflichtenheftes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177

Auftrag 4.4 Installation und Konfiguration (Ausführen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178

Aufgabe 4.4.1 Konfiguration des Betriebssystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178

Aufgabe 4.4.2 Installation der Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180

Aufgabe 4.4.3 Einbau und Konfiguration der Server-Netzwerkkarte . . . . . . . . . . . . . . . .181

Aufgabe 4.4.4 Einbau des Erweiterungsspeichers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182

Aufgabe 4.4.5 Konfiguration des Servers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184

Aufgabe 4.4.6 Aufbau und Inbetriebnahme des IT-Systems planen . . . . . . . . . . . . . . . .188

Aufgabe 4.4.7 Inbetriebnahme des Netzwerks durchführen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189

Aufgabe 4.4.8 WLAN-Access-Point einrichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190

Aufgabe 4.4.9 Ergonomie und Nutzereinweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191

Auftrag 4.5 Übergabeprotokoll erstellen (Kontrollieren) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192

Aufgabe 4.5.1 Image erstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193

Auftrag 4.6 Projektabschluss (Auswerten) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195

Page 6: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

6

Inhaltsverzeichnis

Projekt 5: Die Energieversorgung und Sicherheit einer Produktionshalle gewährleisten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197

Auftrag 5.1 Projektstart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198

Auftrag 5.2 Energieressourcen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199

Aufgabe 5.2.1 Betrachtung der Rahmenbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200

Aufgabe 5.2.2 Energiefluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201

Aufgabe 5.2.3 Energiererzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202

Auftrag 5.3 Energietransport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

Aufgabe 5.3.1 Netzaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

Aufgabe 5.3.2 Spannungsebenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .206

Aufgabe 5.3.3 Energiefluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207

Auftrag 5.4 Energieversorgung der Produktionshalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208

Aufgabe 5.4.1 Leistungsbedarf der Produktionshalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208

Aufgabe 5.4.2 Scheinleistungsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209

Aufgabe 5.4.3 Mittelspannungsanbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209

Aufgabe 5.4.4 Schaltplan Mittelspannungsstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211

Aufgabe 5.4.5 Transformatoraufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212

Aufgabe 5.4.6 Leistungsschild Transformator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213

Aufgabe 5.4.7 Transformatorauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215

Aufgabe 5.4.8 Elektrische Daten Transformator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216

Aufgabe 5.4.9 Analyse des Stromlaufplans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218

Aufgabe 5.4.10 Auslegung der Mittelspannungsanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219

Aufgabe 5.4.11 Netzsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220

Aufgabe 5.4.12 Dimensionierung der Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221

Aufgabe 5.4.13 Schleifenimpedanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222

Aufgabe 5.4.14 Dimensionierung der Kompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223

Aufgabe 5.4.15 Planung der Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225

Auftrag 5.5 Projektabschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226

Projekt 6: Die Sortieranlage analysieren und deren Sicherheit prüfen . . . . . . . . .227

Auftrag 6.1 Projektstart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229

Auftrag 6.2 Allgemeine Analyse der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229

Aufgabe 6.2.1 Funktionseinheiten der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230

Aufgabe 6.2.2 Blockschaltbild der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232

Aufgabe 6.2.3 Schnittstellentabelle der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .233

Aufgabe 6.2.4 Technologieschema der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234

Aufgabe 6.2.5 Erste Funktionsbeschreibung der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .236

Aufgabe 6.2.6 Signalverarbeitung in der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .237

Aufgabe 6.2.7 Technische Daten der Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239

Aufgabe 6.2.8 Wahl eines Austauschtypen für einen ausgefallenen Sensor . . . . . . . . . .242

Aufgabe 6.2.9 Physikalische Größen in der Sortieranlage messen . . . . . . . . . . . . . . . . .243

Aufgabe 6.2.10 Messungen mit Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245

Aufgabe 6.2.11 Strommessung am Auswerfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .250

Aufgabe 6.2.12 Bestimmung der Übertragungsfunktion der Förderstrecke . . . . . . . . . . . .254

Page 7: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

7

Inhaltsverzeichnis

Auftrag 6.3 Programmanalyse durchführen und Programm erweitern . . . . . . . . .259

Aufgabe 6.3.1 Kommentierung des Steuerungsprogramms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .260

Aufgabe 6.3.2 Untersuchung der Betriebsarten der Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .264

Aufgabe 6.3.3 Untersuchung der Verriegelungen im Steuerungsprogramm . . . . . . . . . .265

Aufgabe 6.3.4 Erweiterung der Sortieranlage um einen Rückwärtslauf . . . . . . . . . . . . . .266

Aufgabe 6.3.5 Erweiterte Funktionsbeschreibung mit Betriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . .272

Aufgabe 6.3.6 Übergabe der Anlage mit Rückwärtslauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274

Auftrag 6.4 Erweiterung der Sortieranlage um eine pneumatische Vereinzelung 275

Aufgabe 6.4.1 Analyse der vorliegenden pneumatischen Komponenten . . . . . . . . . . . . .276

Aufgabe 6.4.2 Pneumatischer Schaltplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .278

Aufgabe 6.4.3 Simulation der Pneumatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .283

Aufgabe 6.4.4 Weg-Schritt-Diagramm (Funktionsdiagramm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .286

Aufgabe 6.4.5 Programmierung der Ansteuerung der Pneumatik . . . . . . . . . . . . . . . . . .288

Auftrag 6.5 Überprüfung der Sicherheit der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290

Aufgabe 6.5.1 Risikobeurteilung der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293

Aufgabe 6.5.2 Festlegung des erforderlichen Sicherheitsniveaus . . . . . . . . . . . . . . . . . .303

Aufgabe 6.5.3 Auswahl der Schutzeinrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .306

Aufgabe 6.5.4 Stopp-Kategorien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .309

Aufgabe 6.5.5 Verifikation des erreichten Sicherheitsniveaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .310

Aufgabe 6.5.6 Erhöhen der Sicherheit der Abschaltung des Antriebs . . . . . . . . . . . . . . .311

Aufgabe 6.5.7 Einfluss des Sicherheitsrelais auf weitere Teile der Schaltung . . . . . . . . .312

Aufgabe 6.5.8 Durchführung einer Unterweisung in die Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . .313

Aufgabe 6.5.9 Technische Unterweisung in die Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315

Auftrag 6.6 Projektabschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316

Anlage A CAD-Schaltplan der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317

Anlage D DVD Projektbuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .329

Anlage S Siemens SIMIT SCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .339

Anlage S Siemens STEP 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .347

Anlage Y Symboltabelle der Sortieranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .357

Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359

Beilagen – DVD der Firma Siemens: STEP7 Professional

– DVD mit Vorlagen, weiterführenden Informationen (siehe Anlage D)

Page 8: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

10 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Arbeitsergebnis/Anmerkung

• Vorstellung des Projekts

• Stoff, Energie, Information

• Geschwindigkeit

• Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad

• Analyse der Sortieranlage

• Grundgrößen im elektrischen Stromkreis

• Spannung, Strom, Widerstand

• Messtechnik

• Messfehler

• Laborübungen

• Verbraucher in Reihen- und Parallelschaltung

• Laborübungen

• Berechnungen

• Arbeit, Leistung

• Arbeitsplanung

• Leuchtdioden

• Kostenrechnung

• Netzteile

• Innenwiderstand von Netzteilen

• Kennlinien

• Leistungsberechnung

• Netzteilauswahl

• Abschlussdokumentation mit allen erstellten

Unterlagen

• Reflexion

• Unterrichtsevaluation

Projektablaufplan

1.1 Projektstart

1.2 Technische Systeme analysieren

1.3 Elektrische Stromkreise analysieren und Gesetzmäßigkeiten feststellen

1.4 Schaltungen von Verbrauchern analysieren und dimensionieren

1.5 Betriebsmittel dimensionieren und auswählen

1.6 Dokumentationen erstellen

1.7 Projektabschluss

Projektablaufplanzu jedem Projekt

Page 9: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

30 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Elektronische Systeme analysieren und Funktionen prüfenProjekt 1

In der Reihenschaltung zweier Lampen sind die Teilspannungen, der Strom und der Gesamt-widerstand zu bestimmen.

Notizen:

Ergebnis:

Geg.: U = 24 V, RP1 = 20,6 Ω, RP2 = 12 ΩGes.: UP1, UP2, I, Rges

Lös.:

Rges = RP1 + RP2 = 20,6 Ω + 12 Ω = 32,6 Ω

UP1 = I · RP1= 0,673 A · 20,6 Ω = 15,2 V

UP2 = I · RP2= 0,673 A · 12,0 Ω = 8,8 V

UP1 = 15,2 V

UP2 = 8,8 V

I = 0,763 A

Rges = 32,6 Ω

I = = = 0,736 AU

Rges

24 V32,6 Ω

Reihenschaltung von Verbrauchern

Bei einer Reihenschaltung liegen mehrere

Betriebsmittel aufgereiht in einem einzigen unver-

zweigten Stromkreis.

Ein Beispiel ist die Anreihung von Glühlampen in

einer Lichterkette (siehe Zeichnung).

Eine Unterbrechung des Stromkreises an einer

Stelle (z. B. Durchbrennen einer Lampe) bringt

die gesamte Kette zum Ausfall.

Reihenschaltung von zwei Widerständen

Für die an den einzelnen Komponenten abfallenden Spannungen gilt

die kirchhoffsche Maschenregel, nach der die Summe der Teilspannungen

gleich der Gesamtspannung ist. Die Abbildung oben zeigt dies am Beispiel U = U1 + U2

von zwei Widerständen.

Bei der Reihenschaltung fließt durch alle Widerstände der gleiche Strom I. U1 = I · R1

Daraus ergibt sich nach dem ohmschen Gesetz für die Spannungen: U2 = I · R2

Der Gesamtwiderstand der Reihenschaltung

ist die Summe aller Einzelwiderstände:R = = = + = (R1 + R2)

UI

U1 + U2

IU1

IU2

I

Aufgabe 1.2.1 Reihenschaltung von WiderständenAufgabe 1.4.1

MathematischeAufgabenstellungen

mit Lösungen

Kurze Darstellungvon Grundlagen

Page 10: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 59

Elektrische Installationen planen und ausführenProjekt 2

Sie finden den Grundriss im Projektverzeichnis auf der DVD als PDF- und Visiodatei: Projektdateien > Projekt 2.

ED

V-

Rau

m

Büro

2

ro1

Lager/

Besp

rech

ungsr

aum

Empfang

Pau

senra

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Ve

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R.

RE

V.

11

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1:1

00

BL

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T1

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Pu

tz-

raum

E1

0.1

0

E1

0.1

9

E1

0.1

E1

0.2

4

E1

0.1

8

E1

0.9

1,70m 2,50m 1,90m 4,15m 1,95m 2,00m 4,50m

7,2

0m

5,4

0m

3,8

0m

5,7

0m

8,40m4,10m6,20m

5,2

0m

17

,00

m

Q1

.1X

1.1

X1.2

E1

.1

E1

.2E

1.3

E1

.4

X1

.3

X1.4

ETH

TP

X1.5 X1.6

ETH

TP

Q2

.1X

2.1

X2.2

X2.4

X2

.5

X2.3

X2.6

E2.2 E2.1

E2.4

E2.3

E2.6 E2.5

Q3

.1

Q3

.2 X3.2

X3

.1

Q5

.2X

5.2

Q6

.1X

6.1

X6.2

X6

.4ETH

TP

X6.3

E5

.1

E6

.1

Q4

.1X

4.2

X4.1

Q4

.2X

4.4

X4.3

Q4

.3X

4.6

X4.5

Q4

.4X

4.8

X4.7

Q4

.5X

4.1

0

X4.9

E4

.1

E4.2

E4

.3E

4.4

E4

.5

E4.6

E4.7

E4.8

E4

.9

X7.1

X4.11

ET

H

TP

X7.3X7.4

X7.3X7.4 X7.7

X7.8E7.1

Q7

.1X

7.2

X8.1Q8.1X8.2

E3

.1E

3.2

E3.3

E3.4

E8

.1E

8.2

E8.3

E8.4

X9.1Q9.1X9.2

X9

.3

X9.4

ETH

TP

X1

0.1

Q1

0.1

X1

0.2

Q1

0.2

Q1

0.3

X1

0.3

Q1

0.4

X1

0.4

X1

0.5

3/N

/PE

HA

K

A1

A3

A2

6

X10.74X

10

.64

ETH

TP

E4

.10

E4

.11

E4

.12

E4

.13

E4

.14

E4

.15

Q4

.6

ET

H

X1

1.1

Q1

1.1

X1

1.2

E1

1.1

X1

1.3

Zeichnungen aufDVD im

Originalformat undals PDF

Page 11: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

72 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Elektrische Installationen planen und ausführenProjekt 2

Verbraucher im Dreh- und Wechselstromkreis

Die Verbraucher, die im Gebäude der Firma D-e-Sign GmbH eingesetzt werden, haben sowohlkapazitive wie auch induktive Anteile. Dies ist bei der Dimensionierung der Leitung zu berück-sichtigen.

Kapazitive wie induktive Verbraucherbewirken, dass nicht nur Wirkleis-tung, sondern auch Blindleistung ent-steht. Blindleistung wird dadurch ver-ursacht, dass induktive und kapa-zitive Verbraucher Energie aufneh-men und wieder abgeben.

Weiterhin bewirken induktive undkapazitive Verbraucher eine Phasen-verschiebung zwischen Strom- undSpannung.

Eine reine Induktivität hätte einen Strom, der der Spannung um 90° verschoben folgen (nacheilen)würde, siehe Abbildung oben.

Betrachten wir einen Stromkreis mit einem Motor, so verursacht die Wicklung des Motors eineninduktiven Anteil. Vereinfacht kann das Ersatzschaltbild des einphasigen Motors wie folgt dargestelltwerden:

u

i

90° 180°

270°

360°

u Ui

90°

L

it

ULXL

R UR

U

UR

UL

UI

I R

XL

Z

P

QL

S

Wichtig bei der Dimensionierung der Leitung ist der Leistungsfaktor cos ϕ, der das Verhältnis vonWirk- zu Scheinleistung beschreibt. Die Scheinleistung setzt sich aus Wirk- und Blindleistungzusammen. Die Blindleistung wird durch den induktiven Anteil verursacht.

Zur Berechung der Stromaufnahme eines Betriebsmittels und dem Spannungsfall auf der Leitungsind folgende Formeln wichtig:

Leistung Spannungsfall

Gleichstrom: P = U · I ΔU =

Wechselstrom: P = U · I · cos ϕ ΔU =

Drehstrom: P = √ 3 · U · I · cos ϕ ΔU =

Prozentualer Spannungsfall: Δu =

P Wirkleistung; U Spannung; I Leiterstrom; cos ϕ Leistungsfaktor; ΔU Spannungsfall in V;

Δu relativer Spannungsfall in %; l Leitungslänge; γ bzw. χ elektr. Leitfähigkeit; A Leiterquerschnitt

2 · l · Iγ · Α

2 · l · I · cos ϕγ · Α

√ 3 · l · I · cos ϕγ · Α

ΔU · 100 %

U

Stromstärke und Spannung

cos ϕ =

UR = Spannung Widerstand

UL = Spannung Spule

U = Gesamtspannung

Widerstand

cos ϕ =

R = Widerstand

XL = Blindwiderstand

Z = Scheinwiderstand

Leistung

cos ϕ =

P = Wirkleistung

Q = Blindleistung

S = Scheinleistung

UR

URZ

RZ

Zusammenfassungwichtiger Formeln

Page 12: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 75

Elektrische Installationen planen und ausführenProjekt 2

Auswahl des Leitungsschutzes

Im Unterverteiler A1 muss die Leitung zur Versorgung desHerds mit Drehstrom angeschlossen werden.

Die Leitung muss vor Überstrom geschützt werden.

Zur Dimensionierung des Leitungsschutzes gilt die Norm DINVDE 0100-430.

Folgende Bedingungen müssen zum Schutz vor Überlastgegeben sein:

Ib ≤ In ≤ IZ und I2 ≤ 1,45 · IZDas Diagramm rechts stellt das Verhältnis der Strömezueinander dar. Die einzelnen Ströme werden hier kurz erklärt.

Ib = Betriebsstrom des Stromkreises (z. B. Stromaufnahme desHerds)

In = Bemessungsstrom (Nennstrom) der Schutzeinrichtung(Auf diesen Strom ist die Schutzeinrichtung ausgelegt.)

IZ = Strombelastbarkeit der Leitung

I2 = Großer Prüfstrom (Bei diesem Stromwert schaltet derLeitungsschutzschalter spätestens zu der maximal fest-gelegten Zeit ab.)

I1 = Kleiner Prüfstrom (Liegt der Strom bei diesem Wert, sodarf der Leitungsschutzschalter frühestens zu der minimalfestgelegten Zeit auslösen.)

Der Aufbau eines Leitungsschutzschalters wird in der Präsen-tation „Schutzeinrichtungen.ppt“ detailiert dargestellt. Die Dateifinden Sie in dem Verzeichnis Projektdateien > Projekt 2.

Dimensionieren Sie den Leitungsschutz für einen Betriebsstrom von Ib = 16 A mithilfe desDatenblatts der Firma Hager auf der nächsten Seite.

1. Welche Auslösecharakteristik wählen Sie?

2. Was ist der Unterschied zwischen dem thermischen und dem elektromagnetischen Aus-löser?

3. Bei welchem absoluten Strom löst ein elektromagnetischer Auslöser der Charakteristik Cmit einem Nennstrom von In = 16 A aus?

4. Innerhalb welcher Zeit muss der thermische Auslöser beim großen Prüfstrom lt. Datenblattauslösen?

5. Was bedeuten die technischen Daten 6000/3 auf dem Leitungsschutzschalter, sieheAbbildung?

Aufgabe

Notizen:

Abb.: Querschnitt Leitungsschutzschalter(Firma Hager)

ÜbersichtlicheAbbildungen elektrischer Komponenten

Page 13: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 83

Elektrische Installationen planen und ausführenProjekt 2

Durchführung der Kalkulation

Zum Einstieg in die Angebotserstellung sollen Sie eine vereinfachte Kalkulationdurchführen.

Im Handwerk gibt es zur Unterstützung bei der Angebotskalkulation die"Kalkulationshilfe für die elektro- und informationstechnischen Handwerke" (KfE)vom Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Hand-werke (ZVEH): http://www.zveh.de.

Für Auszubildende wird eine im Preis und Umfang reduzierte Variante der KfEangeboten.

Aus der Ausgabe 2009 der Kalkulationshilfe sollen einige Preise für die nachfolgende Kalkulationentnommen werden, die Sie auf der folgenden Seite finden. Fehlen in der Tabelle Positionen, soschätzen Sie diese bitte ab. Die Tabelle Materialliste.xls ist im Projektverzeichnis abgelegt.

1. Führen Sie die Kalkulation für den Pausenraum aus.

2. Tragen Sie die Kalkulation in die hier dargestellte Tabelle oder in die Excel-Datei auf derDVD ein (Pfad: Projektdateien > Projekt 2 > Kostenkalkulation.xls).

Nutzen Sie ggf. Programme wie MS Excel zur Kalkulation des Angebots.

Gegebenenfalls bietet es sich an, die einzelnen Räume durch unterschiedliche Teamskalkulieren zu lassen.

Hinweis: Benötigte Maße können Sie dem Grundriss auf der Seite 59 entnehmen.

Aufgabe

Kostenkalkulation

Projekt: Datum:

Stundensatz inkl. Gemeinkosten: 35,0 € pro Minute: 0,583 € Bearbeiter:

Materialgemeinkosten (MGK): 15%

1 2 3 5 6 7 8 9 10

Anzahl/

Meter (m/Stk.) inkl. MGK

Titel 0 (Beispiel): Leitung in Büro 5 einziehen0 4,4 101320 PVC-Mantelleitung verlegen NYM-J 3X1,5 0,21 € 1,06 1,5 6,6 3,85 € 4,91 €

Titel 1:

1

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

Summe Angebot ohne Mehrwertsteuer - €

Mehrwertsteuer 19% - €

Angebotssumme - €

Spalte 1: In der Spalte "Pos." werden die einzelnen Teile der Rechnung fortlaufend nummeriert.

Spalte 2: In der Spalte "Anzahl/Meter" wird die Länge der Leitung oder die Anzahl der verwendeten Komponenten/Leistungen eingesetzt.

Spalte 3: In der Spalte "Art. Nr." wird die die Artikelnummer eingetragen. Im Beispiel ist es die Artikelnummer aus der Kalkulationshilfe.

Spalte 4: In der Spalte "Beschreibung" wird die gelieferte Komponente/Leistung beschrieben.

Spalte 5: In die Spalte "Materialkosten (m/Stk.) wird der Preis für die Leistung/Komponente pro Stück bzw. Meter übernommen.

Spalte 6: In der Spalte "Materialkosten inkl. MGK" wird berechnet, wie viel die Anzahl/Meter der Komponte kostet, dies berechnet sich

Spalte 7: In der Spalte "Zeit (Minuten)" wird festgelegt, wie lange die Tätigkeit zur Erbringung der Leistung benötigt, z.B. pro Meter 1,5 Min.

Spalte 8: In der Spalte "Gesamtzeit" wird berechnet, wie lange es dauert, die Anzahl von Elementen bzw. Länge des Kabels zu installieren.Spalte 9: Die "Lohnkosten" ergeben sich aus der Multiplikation von Gesamtzeit Stundensatz pro Minute.

Spalte 10: In der Spalte "Gesamt" werden die Materialkosten und die Lohnkosten addiert.

durch die Formel: Gesamtmaterialkosten = Anzahl Materialkosten (1 + Materialgemeinkosten) z. B.: = 4,4 0,21 € (1 + 0,15).

4

Zeit

(Minuten)Gesamt-

zeit (Min.)Lohn-

kosten

Gesamt

(Mat.+ Lohn)Pos BeschreibungArt. Nr.

Materialkosten

Integration vonKostenkalkulationund Arbeitszeiten

Page 14: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Motorschutzschalter

Motorschutzschalter sind Schalter zum Schalten, Schützen und Trennen von Stromkreisen mit meist

motorischen Verbrauchern.

Gleichzeitig schützen sie diese Motoren gegen Zerstörung durch blockierten Anlauf, Überlast, Kurz-

schluss und Ausfall eines Außenleiters in Drehstromnetzen.

Motorschutzschalter bestehen aus einer thermischen Auslösung zum Schutz der Motorwicklung

(Überlastschutz) und meist einer elektromagnetischen Auslösung (Kurzschlussschutz).

Motorschutzschalter mit elektromagnetischem Auslöser, die den an der Kurzschlussstelle auf-

tretenden Kurzschlussstrom sicher beherrschen, d. h. die auch im Kurzschlussfall sicher ein- und

ausschalten können, dürfen ohne Vorsicherung am Netz betrieben werden. In jedem Strompfad des

Motorschutzschalters liegt ein Bimetallauslöser und ein elektromagnetischer Auslöser in Reihe.

Übersteigt der auftretende Kurzschlussstrom das Schaltvermögen des Motorschutzschalters, muss

eine vorgeschaltete Schutzeinrichtung (Schmelzsicherung oder Leitungsschutzschalter) den Kurz-

schlussschutz übernehmen. In sicherungslosen Motorstromkreisen werden dafür in der Regel Leis-

tungsschalter eingesetzt. Diese haben meist ein Schaltvermögen von über 50 kA und schützen einen

oder eine Gruppe von Motorstromkreisen gegen die Folgen von Kurzschlüssen.

Den unten dargestellten Aufbau des Motorschutzschalters finden Sie auch auf der DVD in dem Ver-

zeichnis Projektdateien > Projekt 2 > Schutzeinrichtungen.ppt.

Handbetätigter Motorstarter

Projekt 3 Steuerungen analysieren und anpassen

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..106

Drehknopf zum Einstellen desMotorbemessungsstroms Hilfskontakt

Aus /Einschalter

Bimetall zurthermischen Auslösung Öffnung für

ein Schloss

ausgebauter

hl kl

ausgebauterAuslöse

mechanismus

Spule zur elektromagnetischen Auslösung

Anschlussklemmen

DetaillierteAbbildungen

(auch als Bilddateiauf der DVD)

Page 15: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

114 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Steuerungen analysieren und anpassenProjekt 3

Betriebsmittelkennzeichnung

Die Betriebsmittelkennzeichnung ermöglicht es, die in den Schaltplänen eingezeichneten Kom-ponenten in der Anlage bestimmen zu können. Ohne die Betriebsmittelkennzeichnung wärenWartungsarbeiten oder die Fehlersuche sehr schwer oder gar nicht möglich.

Daher ist es sehr wichtig, bei der Betriebsmittelkennzeichnung an den Komponenten und im Schalt-plan sehr genau vorzugehen.

Viele Anlagen sind noch nach der Norm DIN 40719 Teil 2 beschriftet. Ab dem 01.06.2003 mussjedoch die neue Norm EN 61346 verwendet werden.

Kennbuch-stabe

A

B

C

E

F

G

K

M

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Zweck oder Aufgabe

mehrere Aufgaben

Umwandeln einer physikalischen Größe in ein Signal

Speichern von Energie, Material oder Information

Thermische Energie oder Strahlung

Schutz von Personen, Anlagen

Energieerzeugung

Verarbeiten von Signalen oder Information

Bereitstellen mechanischer Energie zu Antriebs-zwecken

Darstellen von Information

Schalten eines Energie-, Material- oder Signal-flusses

Begrenzen oder Stabilisieren von Energie-,Material- oder Informationsfluss

Umwandlung einer manuellen Betätigung in einSignal

Anpassung einer Größe unter Beibehaltung ihrerArt

Halten von Objekten in einer bestimmten Lage

Verarbeiten von Material oder Produkten

Leiten oder Führen von Energie, Material oderSignalen

Verbinden von Objekten

Beispiele

Schaltschrank, SPS, Baugruppe

Messwiderstand, Näherungsschalter, Bewegungs-melder, Sensor, …

Kondensator, Batterie, Festplatte, Speicher, …

Heizung, Boiler, Laser, Mikrowelle, …

Sicherung, Leitungsschutzschalter, Sicherheits-relais, …

Batterie, Generator, Solarzelle, …

SPS, Verknüpfungselemente, Regler, Hilfsschütze, …

Motor, Stellantrieb

Leuchtmelder, Messinstrumente, Lautsprecher, …

Leistungsschütz, Hauptstromschalter, Schütz, …

Widerstand, Drosselventil, Diode, ...

Taster, Schalter, Tastatur, …

Transformator, Frequenzumrichter, Verstärker, …

Kabelkanal, Tragschiene, …

Kabel, Leitungen, Buskabel, …

Klemmen, Stecker, …

Neue Norm EN 61346

Einige Unterschiede zwischen der alten DIN 40719 und der aktuell gültigen EN 61346 zeigt die Tabelle:

Die Unterschiede können in Schaltplänen und Anlagen auftreten. Häufig wird auch heute noch diealte DIN-Norm angewendet.

Die Kennzeichnung der Betriebsmittel kann zudem unter drei Aspekten erfolgen: Produkt, Funktionund Ort:

• Produktaspekt: Aus welchen Komponenten ist die Anlage zusammengesetzt?

• Funktionsaspekt: Wozu dient die Komponente/das System?

• Ortsaspekt: Wo befindet sich die Komponente?

Über das Vorzeichen der Betriebsmittelkennzeichnung wird festgelegt, welcher Aspekt beschriebenwird:

„–“ = Produktaspekt, „=“ = Funktionsaspekt, „+“ = Ortsaspekt.

Häufig findet sich nur eine Kennzeichnung nach dem Produktaspekt.

Weitere Informationen zur Ortskennzeichnung siehe Anlage A auf der Seite 328.

Betriebsmittel/Objekt

Motorschutzschalter

Leistungsschütz

Meldeleuchte

Positionsendschalter

(neu) DIN EN 61346

-F

-Q

-P

-B

(alt) DIN 6779/DIN 40719

-Q

-K

-H

-S

Verweise auf ein-zuhaltende Normen

Page 16: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

168 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Informationstechnische Systeme bereitstellenProjekt 4

Brainwriting

Methode Brainwriting Variante 6-3-5

Die Methode Brainwriting funktioniert ähnlich wie die Methode Brainstorming. Auch bei dieserMethode werden Ideen von unterschiedlichen Personen zu einem Thema zusammengetragen.

In der Brainwriting Variante 6-3-5 arbeiten 6 Personen in einem Team. Jede dieser sechs Per-sonen hat ein Blatt mit einer Tabelle, in die jede Person 3 Ideen einträgt.

Nachdem jede Person die erste Zeile ausgefüllt hat, wird das Blatt an den rechten Nachbarnweitergegeben. Der Nachbar liest sich die gefundenen Ideen durch und entwickelt drei weitereIdeen, die er in die nächste freie Zeile einträgt.

Jedes Blatt wird 5-mal weitergegeben, sodass am Ende alle Zeilen in der Tabelle ausgefüllt sind.

Anschließend folgt die Analyse und Strukturierung der gefundenen Ideen. Dies kann zum Bei-spiel an einer Metaplanwand erfolgen.

Brainwriting Tabelle

Thema: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Teammitglieder:

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Aufgabenstellung: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

2

3

4

5

6

Idee 1 Idee 2 Idee 3

Dieses Arbeitsblatt ist auf der DVD im Ordner Anlagen > Methoden abgelegt.

M

Arbeitsmaterialiengedruckt und digital

auf derbeiliegenden DVD

Page 17: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

170 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Informationstechnische Systeme bereitstellenProjekt 4

Anforderungen und Bewertungskriterien für Präsentationen

Notizen:

InformationstechnischeInformationstechnischeInformationstechnische Informationstechnische Systeme bereitstellenSysteme bereitstellen

PräsentationenPräsentationen

Anforderungen PräsentationenAnforderungen PräsentationenggEinheitliches Layout

Aufbau der Präsentation:Titelfolie (1 Folie)Inhalte (1 Folie)Inhalte (1 Folie)Allgemeines/Einleitung (1 Folie)Freie Inhalte (ca. 6 Folien) Zusammenfassung (1 Folie)Quellenangabe (letzte Folie)

Die Inhalte müssen für alle Kollegen nach oll iehbar seinDie Inhalte müssen für alle Kollegen nachvollziehbar sein.

Themengebiete mit Überschneidungen müssen abgestimmt werden.

Di Z it fü di I f ti h d d E t ll dDie Zeit für die Informationssuche und das Erstellen der Präsentationen beträgt ca. 4 Stunden.

Die Präsentationen werden allen zur Verfügung gestellt.

2

g g g

Bewertungskriterien PräsentationenBewertungskriterien Präsentationengg

InhaltSind die Grundlagen/Fachbegriffe des Themas enthalten?Sind die Inhalte verständlich dargestellt?

StrukturIst die Präsentation gut strukturiert und mit passenden Überschriften aufgebaut?Passen die Inhalte zu den Überschriften in der Präsentation?

BeispieleWerden Beispiele zur Verdeutlichung der Inhalte gebracht?Wie gut dienen die Beispiele dem Verständnis der Inhalte?

GrafikenWerden Grafiken zur Auflockerung/Veranschaulichung eingesetzt?Sind die Folien nicht mit zu vielen Grafiken überfrachtet?

3

Sind die Folien nicht mit zu vielen Grafiken überfrachtet?Sind die Grafiken für die Einbindung in die Präsentation optimiert?

Bewertungskriterien PräsentationenBewertungskriterien Präsentationengg

SchriftSind die Schriftgrößen größer 16 Point (Arial), > 18 Pt. (Times)?Ist der Text übersichtlich angeordnet (Absätze, Ausrichtung … )?

LesbarkeitSind einzelne Abätze nicht größer als maximal 3 Zeilen?Sind die Seiten übersichtlich und einheitlich aufgebaut?Sind die Seiten übersichtlich und einheitlich aufgebaut?

FarbenSind Farben sparsam eingesetzt worden?Sind Farben sparsam eingesetzt worden?

Dateigrößeöß äIst die Dateigröße der Präsentation angemessen?

Animationen

4

Werden Animationen in angemessenem Umfang eingesetzt?

Bewertungskriterien PräsentationenBewertungskriterien Präsentationengg

AuftretenBlickkontaktGestik/MimikKörperhaltungp gSprache

freies SprechenTempoTempoModulation (anregend) Verständlichkeitkurz/prägnant

Ist der Anfang/Schluss originell und erregt die Aufmerksamkeit?g g g

Wie war die Teamarbeit zur Erstellung der Präsentation?

5

Themen PräsentationenThemen Präsentationen

01. Mikroprozessoren, CPUs

02. PC-Hauptplatine, PC-Komponenten

03. PC-Netzteile, Computergehäuse

04. Schnittstellen

05. Speichermodule

06. Festplatten

07. Magnetische und optische Speicher

08. Monitor

09. Netzwerke, IP-Adresse

10. Modem, ISDN, DSL, UMTS, GPRS

11. Datenausgabegeräte

612. Dateneingabegeräte

Vorgaben für zuerstellende

Präsentationen

Page 18: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 199

Die Energieversorgung und Sicherheit einer Produktionshalle gewährleistenProjekt 5

Erdöl

Erdgas

Hartkohle

41

60

135

Statistische Reserven in Jahren

0 50 100 150

Uran

Erdöl

Erdgas

Hartkohle

70

41

60

135

Statistische Reserven in Jahren

• Energieressourcen

• Energieerzeugung

Energie • Energietransport

• Spannungsebenen

Projektauftrag 5.2

5.2 Analyse

Abb.: Statistische Reserven nicht erneuerbarer

Energieträger (Quelle: BMWI 09)

Abb.: Strompreis in € ohne Steuer mit Trendlinie

(Quelle: eurostat 09)

Im ersten Teil des Projektes 5 haben Sie den Auftrag, verschiedene Möglichkeiten der Elektro-

energieversorgung zu analysieren.

Da viele Energieressourcen nur begrenzt verfügbar sind und der Verbrauch von Energie einen

Einfluss auf unsere Umwelt und somit auf die Zukunft nachfolgender Generationen hat, besitzt

dieses Thema eine immer größer werdende Bedeutung.

Die Bundesministerien, viele Organisationen und Einzelpersonen haben Publikationen erstellt,

die als Informationsquelle zum Thema „Energie“ dienen können.

So kann von der Seite des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) die

Broschüre „Energie in Deutschland“ geladen werden, die z. B. Aufschluss darüber gibt, woher

in Deutschland die Energie bezogen wird, wie sich die Preise entwickeln oder welche Ener-

giequellen wir aktuell in welchem Umfang nutzen.

Zwei Grafiken sollen Sie sich ansehen, die aus den Daten der Broschüre des BMWI und den

Daten des statistischen Bundesamtes erstellt wurden.

Die statistischen Reserven geben Auskunft

darüber, in welchem Maß der dargestellte

Energieträger mit dem aktuellen Stand der

Technik wirtschaftlich gewonnen werden

kann. Darüber hinaus stehen die Ressourcen

zur Verfügung, die aufgrund technischer

Möglichkeiten noch nicht gewinnbar sind,

sich nicht wirtschaftlich fördern lassen oder

noch nicht entdeckt worden sind.

Betrachtet man die Kosten für Energieträger

wie Kohle, Öl oder Erdgas über einen

längeren Zeitraum, so ist bei diesen ein

stetiger Preisanstieg zu verzeichnen.

Die Kosten für Energieträger hängen von

unterschiedlichen Einflussfaktoren wie wirt-

schaftliche Lage, Verfügbarkeit, politische

Entwicklungen und Rahmenbedingungen,

dem Energiebedarf in einzelnen Ländern

und vielem mehr ab.

0,05

0,06

0,06

0,07

0,07

0,08

0,08

0,09

0,09

0,10

0,10

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Strompreisin

Strompreis in € ohne Steuer

Auseinandersetzungmit wichtigen

Themen wie derEnergieeinsparung

Page 19: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

202 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Die Energieversorgung und Sicherheit einer Produktionshalle gewährleistenProjekt 5

Energieerzeugung

Sie haben sich mit den Energieressourcen und dem Energiefluss auseinandergesetzt und

sollen sich als Nächstes die Möglichkeiten der Energieerzeugung ansehen.

Sicherlich kennen Sie schon viele Möglichkeiten der Energieerzeugung wie Kohlekraftwerke,

Windkrafträder, Fotovoltaikanlagen oder Atomkraftwerke. Diese und andere Möglichkeiten

sollen Sie jedoch Ihren Kolleginnen und Kollegen vorstellen, um einen noch besseren Über-

blick zu bekommen.

Die einzelnen Themen sollen mit der Methode „Wirbelgruppe“ (Gruppenpuzzle, Jigsaw-

Methode) präsentiert werden. Diese Methode wird Ihnen nachfolgend vorgestellt.

Es sind folgende Themen zur Energieerzeugung zu vergeben:

q Geothermie

q Kernkraftwerk

q Kohlekraftwerk

q Solarenergie

q Wasserkraftwerk

q Windkraftanlage

Diese Themen müssen auf einzelne Gruppen aufgeteilt werden. Jede Gruppe bereitet eines

dieser Themen auf.

Jedes Thema muss mindestens folgende Inhalte behandeln:

q Aufbau der Anlage (mit Abbildung)

q Funktionsweise der Anlage

q Vor- und Nachteile

q Anteil an der aktuellen Energieerzeugung

Die Ausarbeitung soll auf einer Flipchartseite dargestellt werden.

Erarbeiten Sie die unterschiedlichen Themen anhand der nachfolgend dargestellten Wirbel-

gruppenmethode.

Aufgabe 1.2.1 EnergieerzeugungAufgabe 5.2.3

Wirbelgruppenmethode (Gruppenpuzzle, Jigsaw-Methode)

Sind verschiedene Sachthemen auszuarbeiten, so bietet sich die Wirbelgruppenmethode an.

Bei der Wirbelgruppenmethode werden die zu bearbeitenden Sachthemen von einzelnen

Teams (Expertengruppen) ausgearbeitet.

Die Vorgehensweise lässt sich in drei wesentliche Phasen einteilen:

Themenaufteilung, Themenausarbeitung und Präsentation

Dazu wird die Klasse zuerst in Basisgruppen eingeteilt. In den Basisgruppen werden die

Themen auf einzelne Schüler aufgeteilt. Anschließend treffen sich alle Schüler mit dem

gleichen Thema in den sogenannten Expertengruppen. In den Expertengruppen werden jetzt

die Themen ausgearbeitet.

M

Integration vonMethoden zur

Arbeit in Teams

Page 20: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

212 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Die Energieversorgung und Sicherheit einer Produktionshalle gewährleistenProjekt 5

Für die Mittelspannungsstation muss ein geeigneter Transformator ausgewählt werden. Bevor

Sie mit der Auswahl eines Transformators beginnen, sollen Sie sich mit der Funktionsweise

und dem Aufbau eines Transformators auseinandersetzen.

Der Aufbau eines Transformators ist in der obigen Abbildung dargestellt. Die Beschriftung ist in

englischer Sprache ausgeführt. Übersetzen Sie die Beschriftung in die deutsche Sprache, um

den Aufbau des Transformators zu verstehen. Hinweis: tapping links = Anschlussklemmen

Aufgabe 1.2.1 TransformatoraufbauAufgabe 5.3.5

Notizen:

Arbeitsaufträge mitenglischsprachigen

Fachbegriffen und Texten

Page 21: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 241

Die Sortieranlage analysieren und deren Sicherheit prüfenProjekt 6

Näherungsschalter, induktiv SIEN-M8NB-PS-S-L

Merkmal Werte

Aufträge auf Basis realer

Datenblätter

Page 22: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

266 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Die Sortieranlage analysieren und deren Sicherheit prüfenProjekt 6

Da es notwendig ist, das Förderband der Sortier-anlage auch rückwärts zu betreiben, muss die Sortier-anlage um diese Funktion erweitert werden.

Der Rückwärtslauf muss zum Beispiel dann einge-setzt werden, wenn sich Material verkantet hat oderein Werkstück bei der Materialerkennung nicht richtigerkannt wurde und manuell aussortiert werden muss.

Der Rückwärtslauf muss sowohl in der Hardware(Schaltschrank) als auch im Programm umgesetztwerden. Daher unterteilt sich diese Aufgabe in zweiTeile:

Aufgabe 1: Erweiterung des Schaltplans um denRückwärtslauf

Aufgabe 2: Programmierung des Rückwärtslaufs

Für den Auftragsteil 1 stehen Ihnen die Schaltplan-unterlagen des bisherigen Revisionsstandes derSortieranlage zur Verfügung, siehe Anlage Schaltplan-unterlagen und DVD.

Für den Rückwärtslauf gelten folgendeAnforderungen:

q Der Rückwärtslauf ist über den Taster S7„M1 zurück/M1 back“ zu steuern.

q Der Taster S7 soll auf den SPS-EingangE0.5 aufgelegt werden.

q Das Schütz Q1 muss gegen das SchützQ2 hardwaremäßig verriegelt werden.

q „M1 zurück/M1 back“ soll über die Signal-lampe P5 angezeigt werden.

q Die Ansteuerung des Leuchtmelders P5 soll über den Ausgang A4.4 der SPS erfolgen.

Bevor Sie jedoch mit der Aufgabe 1 und Aufgabe 2 beginnen, sollen Sie für das gesamte Projekteine grobe Abschätzung über die anfallenden Tätigkeiten und Kosten durchführen.

Füllen Sie dazu zuerst den Zeitplan auf der nächsten Seite aus. Orientieren Sie sich an den vierPhasen eines Projektes, siehe unten.

Aufgabe Erweiterung der Sortieranlage um einen RückwärtslaufAufgabe 6.3.4

Auftragerteilt!

InformationAuftragsanalyse Planung

1. Phase 2. Phase

Durchführung

3. Phase

Kontrolle

4. Phase

Notizen:

Arbeitsaufträgeauf Basis

betrieblicher Abläufe

Page 23: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 283

Die Sortieranlage analysieren und deren Sicherheit prüfenProjekt 6

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Auf der DVD befindet sich das SimulationsprogrammFluidSIM 4 von Festo Didactic in der Demoversion.

Mit FluidSIM haben Sie die Möglichkeit, die Ansteuerungdes doppelt wirkenden Zylinders mit dem 5/2-Wegeventilzu simulieren und zu verstehen, bevor es in der Sortier-anlage umgesetzt wird.

Den pneumatischen Schaltkreis zur Ansteuerung desdoppelt wirkenden Zylinders haben Sie bereits auf derSeite 278 gesehen.

Ihre Aufgabe ist es, diesen Schaltkreis mit FluidSIM nachzubilden, die Funktionsweise zutesten und zu beschreiben.

In FluidSIM sind bereits einige Schaltkreise vorhanden, mit denen Sie experimentieren unddas Programm ausprobieren können. Sie können aber auch direkt mit der Erstellung des elek-tropneumatischen Schaltkreises zur Ansteuerung des doppelt wirkenden Zylinders beginnen.

Die in FluidSIM schon vorhandenen Schaltkreise sehen Sie am besten in der Schaltkreisüber-sicht. Die Schaltkreisübersicht öffnen Sie entweder über das Menü > Datei > Schaltkreisüber-sicht oder über das abgebildete Icon in der Menüleiste.

Zum Arbeiten mit FluidSIM sollen nur wenige Hinweise gegeben werden, da FluidSIM in vielenPunkten intuitiv zu bedienen ist und in diesem Kapitel nur einige Funktionen von FluidSIMgenutzt werden sollen. Wenn darüber hinaus Informationen zur Arbeit mit FluidSIM benötigtwerden, so sollte auf das FluidSIM-Handbuch im Programmverzeichnis bzw. auf der DVDzurückgegriffen oder die Online-Hilfe verwendet werden.

Beim Starten öffnet FluidSIM in der Arbeitsoberfläche in einem Fenster die Kom-ponentenbibliothek. Diese enthält alle zur Verfügung stehen pneumatischen und elektrischenKomponenten.

Aufgabe Simulation der PneumatikAufgabe 6.4.3

In dem Fenster auf der rechten Seite sehen Sie ein Ventil, welches aus der Kom-ponentenbibliothek mithilfe der Maus in der Zeichenfläche angeordnet wurde.

Mit einem Doppelklick auf das Ventil öffnet sich das Eigenschaftsfenster des Ventils und eskann konfiguriert werden.

Programm undDaten zur

Simulation vonPneumatik auf DVD

Page 24: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

290 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Die Sortieranlage analysieren und deren Sicherheit prüfenProjekt 6

Im letzten Schritt haben Sie den Auftrag, sorgfältig die Sicherheit der Sortieranlage zu prüfen.

Das Thema der „Anlagensicherheit“ kann in diesem Projekt jedoch nur in Ansätzen behandeltwerden, da der Umfang der zu beachtenden Vorschriften, Normen und Gefahren relativ großist und viel Fachwissen und Erfahrung benötigt wird, um dieses Thema ausreichendbearbeiten zu können.

Sie beginnen bei der Prüfung der Sicherheit der Anlage mit der Risikobeurteilung.

Um das NOT-HALT-Relais in der Anlage richtig auszulegen, müssen Sie das erforderlicheSicherheitsniveau festlegen und den Schaltkreis für die NOT-HALT-Abschaltung entwerfen.

Zum Schluss sollen Sie für die Kolleginnen und Kollegen, die an der Anlage arbeiten, einUnterweisungskonzept erarbeiten und eine Unterweisung durchführen.

Bevor Sie jedoch mit der Risikobeurteilung beginnen, soll ein kurzer Überblick über dasUmfeld der Normen zur sicheren Gestaltung von Maschinen und Anlagen gegeben undbetrachtet werden, wodurch Gefahren in Maschinen und Anlagen entstehen können.

Richtlinien, Gesetze und Normen zur sicheren Gestaltung von Maschinen und Anlagen

Richtlinien zur sicheren Gestaltung von Maschinen und Anlagen werden u. a. auf europäischerEbene festgelegt, um zu erreichen, dass in allen Ländern des europäischen Wirtschaftsraumsdie gleichen Sicherheitsstandards gelten und ein freier Warenverkehr stattfinden kann.

Wichtige Richtlinien für Maschinen und Anlagen sind z. B. die Maschinenrichtlinie 2006/42/EGund die Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG, die im Internet heruntergeladen werden können.

Für die Länder der EU heißt dies, dass die Länder die europäischen Richtlinien in nationaleGesetze umsetzen müssen, wie z. B. das Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (GPSG).

Um diese Gesetze und Richtlinien einzuhalten, den Stand der Technik zu beschreiben undVerfahren zu standardisieren, werden Normen entwickelt. Normen sind ein Hilfsmittel,gesetzliche Vorgaben einzuhalten. Es wird unterschieden zwischen Grund-, Gruppen- undProduktnormen:

Arbeitsergebnis/Anmerkung

• Risikobeurteilung nach EN ISO 14121-1: 2007

• Sicherheitsniveau und Stopp-Kategorie • Schaltkreis mit Sicherheitsrelais

• Unterweisungskonzept für die Sortieranlage

Projektablaufplan

6.5 Prüfung der Sicherheit der Sortieranlage

Risikobeurteilung der Sortieranlage durchlaufen

Sicherheitsniveau festlegen und NOT-HALT-Abschaltung umsetzen

Durchführung der Unterweisung in die Sortieranlage

Typ A-Normen

Sicherheitsgrundnormen

Typ B-Normen

Sicherheitsgruppennormen

Typ C-Normen

Sicherheitsproduktnormen

EN ISO 12100: Sicherheit von Maschinen -

allgem. Gestaltungsleitsätze

EN ISO 14121: Risikobeurteilung

EN ISO 13857: Sicherheitsabstände

EN ISO 13849-1: Sicherheitsbezogene

Teile von Steuerungen

EN 201: Spritzgießmaschinen

EN 692: Mechanische Pressen

Projektauftrag 6.5

• Risikobeurteilung durchlaufen

• Sicherheitsniveau festlegen

• Unterweisung durchführen

6.5 Programm-analyse derSortieranlage

Bearbeitung desThemas

„Maschinen- undAnlagensicherheit“

Page 25: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

306 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

Die Sortieranlage analysieren und deren Sicherheit prüfenProjekt 6

Aufgrund der vorliegenden Gefährdungen des Benutzers an einerAnlage müssen passende Schutzeinrichtungen gewählt werden.

Es gibt eine Vielzahl von Schutzeinrichtungen, die fürunterschiedlichste Gefährdungen ausgewählt werden können:

• Lichtvorhänge vor Stanzen

• Sicherheitslaserscanner in Roboterzellen

• Sicherheitsschalter bei trennenden Schutzeinrichtungen

Im Fall der Sortieranlage soll der Antrieb über einen NOT-HALT-Taster abgeschaltet werden können.

Die Struktur des Sicherheitskonzeptes setzt sich im Wesentlichen aus drei Komponentenzusammen: Dem Eingang (Input, Sensor), der verarbeitenden Logik (Logic, Steuerung) unddem Ausgang (Output, Schütz).

Aufgabe: Vervollständigen Sie den Schaltplan auf der nächsten Seite um eine 1-kanaligeNOT-HALT-Abschaltung des Antriebs über einen NOT-HALT-Taster.

Beschreiben Sie anschließend, wie das Sicherheitskonzept einer NOT-HALT-Abschaltungfunktioniert. Nutzen Sie dazu das Datenblatt des NOT-HALT-Gerätes auf der darauffolgendenSeite.

Aufgabe Auswahl der SchutzeinrichtungAufgabe 6.5.3

Notizen:

Arbeit mit Schaltplänen imBuch oder am PC

Page 26: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 313

Die Sortieranlage analysieren und deren Sicherheit prüfenProjekt 6

Unabdingbar für den sicheren Betrieb der Sortieranlage ist eine geplante Unterweisung.

Sie haben den Arbeitsauftrag, im 4er-Team ein Unterweisungskonzept für die Sortieranlage zu

erstellen. Das Konzept wird vor der Klasse vorgestellt.

Das Unterweisungskonzept sollte enthalten, wie die Unterweisung geplant wird und welche

Inhalte (Gefahren, Bedienung …) in der Unterweisung enthalten sein sollen.

Als Leitfaden finden Sie unten auf der Seite ein Unterweisungsformular der VMBG (Ver-

einigung der Metall-Berufsgenossenschaften).

Weiterhin ist auf der DVD das Video „Die richtige Unterweisung“, welches von der Nord-

deutschen Metall-Berufsgenossenschaft für die DVD „Top-Info“ erstellt wurde. Sehen Sie sich

das Video zur ersten Orientierung an.

Da Sie einen Kollegen haben, der noch nicht lange in Deutschland ist, soll das Konzept

ebenfalls in englischer Sprache verfügbar sein. Führen Sie zum Schluss eine Unterweisung in

englischer Sprache vor Ihrem Kollegium durch.

Aufgabe Durchführung einer Unterweisung in die SortieranlageAufgabe 6.5.8

Integration vonVideos zur

Verdeutlichung aufder DVD

Page 27: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 315

Die Sortieranlage analysieren und deren Sicherheit prüfenProjekt 6

Bei der allgemeinen Unterweisung in die Sortieranlage ist aufgefallen, dass es noch Defizite

bei dem Wissen über unterschiedliche Komponenten im Schaltschrank gibt.

Sie haben daher den Auftrag bekommen, für die unten gekennzeichneten Elemente folgende

Informationen zu beschaffen: Betriebsmittelkennzeichnung laut Schaltplan sowie Name und

Funktion des Gerätes.

Nehmen Sie die geforderten Informationen in eine Tabelle, z. B. über MS Excel, auf.

Nutzen Sie als Informationsquelle den Schaltplan, die Stückliste, Datenblätter, Fachbücher

und ggf. das Internet. Der Schaltplan und die Stückliste sind auf der DVD abgelegt.

Aufgabe Technische Unterweisung in die SortieranlageAufgabe 6.5.9

2 3 4 57 9 10 11

1 6

12

13

1415

8

Orientierung amAufbau realer

Anlagen

Page 28: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 317

Anlage A CAD-Schaltplan der Sortieranlage

Schu

llize

nz

Schu

llize

nz

Hinweise:

Der hier abgedruckte Schaltplan ist mit CADdy++ erstellt worden. Auf der DVD finden Sie eine weitere Ver-sion des Schaltplans, welche mit ePLAN P8 Education erstellt wurde. Zum Aufbau eines Schaltschrankswird diese Version empfohlen.

Die ePLAN-Version des Schaltplans der Sortieranlage ist mit Ortskennzeichnung ausgeführt. NähereInformationen zur Ortkennzeichnung finden Sie auf der Seite 328.

Gedruckter und digitalerSchaltplan für

Caddy++/SEE Electricalund ePLAN P8 Education

Page 29: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 321

CAD-Schaltplan SortieranlageAnlage A

Schu

llize

nz

Schu

llize

nz

Schu

llize

nz

Schu

llize

nz

A

Schaltplanaufbauähnlich zur

IHK-Prüfung (EAT)

Page 30: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum ………………………………………………………….. 329

DVD ProjektbuchAnlage D

Anlage D DVD Projektbuch

DVD mit sehr vielenInhalten zur Arbeit

mit dem Projektbuch

Page 31: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

330 Name ……………………………………………………………………………………………………………………………… Klasse …………………………………………… Datum …………………………………………………………..

DVD ProjektbuchAnlage D

Übersicht

Die DVD enthält viele Dateien, die für die Bearbeitung der einzelnen Projekte notwendig sind, unter-

stützend angeboten werden oder zusätzliche Informationen enthalten.

Die Inhalte auf der DVD lassen sich in die folgenden Kategorien aufteilen:

• Arbeitsdateien,

• Bilder,

• Software,

• Dokumentation und

• Videos.

Arbeitsdateien

Die Arbeitsdateien sind den einzelnen Projekten direkt zugeordnet.

In den Projektordnern sind unter anderem diese Dateien abgelegt:

• SPS-Programme,

• CAD-Unterlagen der Sortieranlage,

• Stückliste Sortieranlage,

• Excel-Vorlagen zur Angebotskalkulation,

• Installationspläne,

• Inbetriebnahmeprotokollvorlagen,

• Übergabeprotokollvorlagen,

• PowerPoint Präsentationsvorlagen,

• Vorlage Pflichtenheft,

• Simulationsvorlagen Pneumatik (FluidSIM®),

• Simulationsvorlagen Anlagensimulation,

• …

Bilder

Viele Bilder, die Sie auf den verschiedenen Seiten finden, sind auf der DVD abgelegt. Sie können

diese Bilder verwenden, um diese in Hausaufgaben einzubinden, Präsentationen zu erstellen oder

sich z. B. die Details eines Produkts oder einer Zeichnung anzusehen.

D

Page 32: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

339

Anlage S Siemens SIMIT SCE

SIMIT SCE Demomodelle zur Umsetzung der Projekte

Auf der DVD befinden sich drei zeitlich unbegrenzt ausführbare SIMIT SCE Demomodelle:

1. Die Sortieranlage in der Grundversion für den Projektband 1.

2. Die Sortieranlage mit Handlingsautomat, Handbedienfeld und analogen Ein-/Ausgängen für den Projektband 2.

3. Das Modell einer einfachen Presse für den Projektband 2.

Nachfolgend sind einige Eigenschaften der drei Modelle aufgelistet.

1. Grundversion der Sortieranlage

q Nahezu ein 1:1-Abbild der realen Sortieranlage

q Materialerkennung Metall, Kunststoff und Farbe

(hell/dunkel)

q Simulation eines 5/2-Wegeventils mit doppelt wirkendem

Zylinder (M6)

q Möglichkeit der Drehzahlerfassung über den Sensor B6

q Bedienfeld mit Leuchttastern, Leuchtmeldern und Rück-

meldekontakt des NOT-HALTS

Das Demomodell der Grundversion der Sortieranlage wird fürdiesen Projektband im Projekt 3 und 6 benötigt.

SIMIT SCESimulationsmodellmit umfangreicherSensorik/Aktorik

Page 33: Automatisierungstechnik, Betriebstechnik, Mechatronik

341

Siemens SIMIT SCEAnlage S

S

Leitfaden zur Arbeit mit der Sortieranlage in SIMIT SCE Version 5

Nachfolgend wird beschrieben, wie Sie mit dem virtuellen Demomodell der Sortieranlage und der Simulations-software Siemens SIMIT SCE Version 5 arbeiten können.

Es ist möglich, das virtuelle Anlagenmodell in der Grundversion sowohl über eine reale SPS und die MPI-Schnitt-stelle zu steuern, als auch über eine simulierte SPS mithilfe von S7-PLCSIM.

Nachfolgend wird die Vorgehensweise für die Ansteuerung mit der virtuellen SPS S7-PLCSIM beschrieben, dadies der häufigste Anwendungsfall ist. Sie können mit dieser Variante Ihre Programme wie mit einer realen Anlagetesten, ohne eine SPS oder das reale Bandmodell einzusetzen.

Das dreiminütige Video „Sortieranlage.wmv“ in dem Ordner Projektdateien > SIMIT zeigt die prinzipielle Vor-gehensweise zur Arbeit mit SIMIT SCE.

Schritt 1: Upload des zu testenden Programms

Bevor Sie die Anlage mit SIMIT SCEsimulieren können, muss das STEP 7 SPS-Programm zu der Sortieranlage auf dersimulierten SPS (S7-PLCSIM) laufen.

Um Ihr Projekt in die simulierte SPS (S7-PLCSIM) laden zu können, muss als erstesdie Simulation der SPS gestartet werden.

Dazu muss unter STEP 7 der Button

„Simulation ein/aus“ betätigt werden.

Dann markieren Sie das Objekt SIMATIC 300(1).

Anschließend den Button „Laden“ drückenund schon ist das Programm in dersimulierten SPS (S7-PLCSIM).

Schritt 2: Betriebsarten der simulierten SPS (S7-PLCSIM)

Durch das Betätigen des Buttons„Simulation ein/aus“ öffnet sich das Pro-gramm S7-PLCSIM.

Damit Ihr Programm auf der simulierten SPSläuft, setzen Sie bitte die SPS in denBetriebsmodus „RUN-P“.

Im Modus „RUN-P“ ist im Gegensatz zu demModus „RUN“ der Upload von Programmenwährend der Bearbeitung des Programmsmöglich. Dies ist in einer realen Anlagegegebenenfalls nicht erwünscht, da dadurchunvorhersehbare Anlagenzustände eintretenkönnen!

Ein Upload des STEP 7-Programms ist nurin den Betriebsarten „RUN-P“ und „STOP“möglich!

Schritt 3: Starten von SIMIT

Wie zuvor beschrieben, ist es wichtig, dassSie vor dem Starten der SIMIT Simulationbereits S7-PLCSIM gestartet haben, daansonsten SIMIT die Schnittstelle zur SPSnicht findet.

Anschließend wählen Sie das ProjektSortieranlage_PLCSIM, um die Sortier-anlage über S7-PLCSIM zu steuern.

2. Button „Laden“ 1. Button „Simulation ein/aus“

Leitfäden zum schnellen Einstieg in die

Software