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Königin-Katharina-Stift, Stuttgart Stand: 19/ Apr/ 2010 Anleitung allg. zu Ernst-Abbe-Gymnasium, Oberkochen Transportband, Stapelmagazin, FluidSim Ein Unterrichtsversuch zu Messen, Steuern, Regeln Festo MecLab, FluidSim FestoF 1 Sensoren im Alltag Messen, Steuern, Regeln Ein Unterrichtsversuch zu Festo MecLab Anleitung, Arbeitsblätter, Erfahrungen Stand: April 10 LINK: Lehrer, Ingenieure, Naturwissenschaftler Kooperieren Ein Projekt der Robert-Bosch-Stiftung, 2003-2009 www.l-i-n-k.de

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Sensoren im Alltag

Messen, Steuern, Regeln

Ein Unterrichtsversuch zu Festo MecLab Anleitung, Arbeitsblätter, Erfahrungen

Stand: April 10

LINK: Lehrer, Ingenieure, Naturwissenschaftler Kooperieren Ein Projekt der Robert-Bosch-Stiftung, 2003-2009

www.l-i-n-k.de

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1. Inhaltsverzeichnis 1. Inhaltsverzeichnis.........................................................................................................................2 2. FESTO-MecLab – Vorgehensweise im Unterricht .....................................................................3 3. TRANSPORTBAND/FluidSim ...................................................................................................4

3.1. Prinzipskizze .........................................................................................................................4 3.2. Steuerungssoftware FluidSIM...............................................................................................6

4. Stapelmagazin ............................................................................................................................12 5. Grundlagen der Pneumatik.........................................................................................................12

5.1 Ventile ..................................................................................................................................13 5.2 Aufgabenstellung .................................................................................................................14 5.3 Programmierung des Versuchsablaufs mit FluidSIM ..........................................................14

5.3.1 Erstellung des elektrischen Schaltplans ........................................................................14 5.3.2 Erstellen des Pneumatischen Schaltplans......................................................................18 5.3.3 Simulation des Versuchaufbaus ....................................................................................25

6. Handling-Modul .........................................................................................................................27 7. Aufgaben zu Transportband und Stapelmagazin .......................................................................28

7.1. Transportband 1...................................................................................................................28 7.2. Transportband 2...................................................................................................................28 7.3. Transportband 3...................................................................................................................28 7.4. Aufgaben Stapelmagazin ....................................................................................................29

8. Mögliche Lösungen....................................................................................................................32 8.1 Transportband: .....................................................................................................................32 8.2 Stapelmagazin: .....................................................................................................................33 8.3 Handling-Modul ...................................................................................................................34

2. FESTO-MecLab – Vorgehensweise im Unterricht

Vorstellung der Module, kurzer Überblick Im Lehrervortrag mit Beamer Übersicht über FluidSim anhand des Transportbandes,

Notwendige Elemente, wo sind sie zu finden, wie werden sie verkabelt, Starten den Simulation

Aufteilung der Schüler auf die einzelnen Module (Differenzierung: sehr gute Schüler können auch gleich mit dem Handling-Modul anfangen, Voraussetzung: eigenständiges Lesen der Anleitung zu Transportband und Stapelmagazin und eigenständiges Übertragen auf das Handling-Modul, für gute Schüler kein Problem)

Erste Aufgabe: Steuerung des Transportbandes/Stapelmagazins/Handling-Moduls per Maus über einzelne Schalter in FluidSim

Anschließend: Automatisierung mit dem Digital-Modul o schwache Schüler haben hierbei mehrere Probleme: es wäre notwendig die

Anleitung zu lesen, diese zu verstehen und das gelesene auch umzusetzen, ohne Lehrerhilfe eigentlich nicht möglich

o gute Schüler benutzen die Anleitung, stellen die eine oder andere Frage, bekommen vom Lehrer gezielt einzelne Hinweise am Anfang, anschließend können sie auch an den anderen Modulen eigenständig arbeiten

o sehr gute Schüler arbeiten weitgehend selbständig, benötigen vielleicht zwischendurch den einen oder anderen grundsätzlichen Tipp (Hinweis auf RS-Glied als Selbsthalte-Element, Hinweis auf Verwendung des AND-Moduls, das im Gegensatz zur mathematischen Logik in FluidSim drei Eingänge hat (analog OR))

Allgemeines o zwei Schüler pro Modul sind ideal, drei pro Modul geht auch noch, aber mehr als

drei sind nicht vertretbar o Da für jedes Modul ein Computer benötigt wird, wird es im Klassenzimmer sehr

schnell eng und etwas unübersichtlich, für Klassen über 20 Schüler also auch aus Sicherheitsaspekten nicht zumutbar

o Getestet wurden die Module am KKST in den Klassen 9 (22 Schüler), 10 (10 Schüler), 13 (6 Schüler) Sensorik-AG (5 Schüler, aus den Klassen 9, 10, 11) in der Zeit zwischen den Faschingsferien und den Osterferien. Insgesamt waren von den beteiligten Schülern 12 Jungen, der Rest waren Mädchen. Zwischen Pfingsten und den Sommerferien wurden die Module noch im Informatik-Kurs, Klasse 12, 8 Jungen, an drei Nachmittagen (je eine Doppelstunde) eingesetzt.

o Im Juni/Juli 2008 wurden die Module eingesetzt im NWT-Unterricht Klasse 8, im naturwissenschaftlichen Praktikum Klasse 10, im Praktikum Klasse 12 im vierstündigen Kurs und im Informatikkurs Klasse 12

3. TRANSPORTBAND/FluidSim

3.1. Prinzipskizze

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D Standards der W g

3.2. Steuerungssoftware FluidSIM ie Verarbeitung der von den Sensoren abgegebenen Signale sowie die Ansteuerung der Aktorenolgt beim Transportband mithilfe der Software FluidSIM, das im folgenden Abschnitt

orgestellt wird.

3.2.1 Softwarestruktur er Aufbau der Steuerungssoftware ist benutzerfreundlich gestaltet und orientiert sich an den

indows- Benutzeroberfläche. Durch Doppelklicken des FluidSIM- Symbolselangt man zunächst auf die Startseite des Programms:

DSD-----F jedoch aus. Unterbereiche und zu den entsprechenden BauteileE

urch Klicken auf Datei → Neu öffnet sich die eigentliche Arbeitsfläche. Sämtliche für die imulation benötigten Bauteile befinden sich in der sog. Komponentenbibliothek. iese ist gegliedert in die Bereiche:

Pneumatik Elektrik Digitaltechnik EasyPort/OPC/DDE Verschiedenes ür die Ansteuerung des Transportbandes reichen die Bereiche Elektrik und Digitaltechnik

Durch Anklicken des gewünschten Bereiches gelangt man in die jeweiligenn. Im folgenden Beispiel ist der Hauptbereich

lektrik und der Unterbereich Relais geöffnet:

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Durch Anklicken und Halten der linken Maustaste kann man das gewählte Bauteil in die Arbeitsfläche ziehen. Sollen zwei Bauteile miteinander verbunden werden, klickt man das Ende der Leitung des einen Bauteils an, hält die linke Maustaste gedrückt und führt sie zum gewünschten Anschluss des anderen Bauteils:

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So können sämtliche für die Simulation benötigten Bauteile auf die Arbeitsfläche gezogen und der gewünschten Funktion entsprechend miteinander verbunden werden. Über der Arbeitsfläche befindet sich eine Leiste mit Zusatzfunktionen die neben den herkömmlichen Funktionen noch solche wie „Zoomen“ oder „Ausschnitt zeigen“ beinhaltet. Ebenfalls in dieser Leiste befinden sich die für die Simulation notwendigen Steuerungstasten (Play, Pause…). 3.2.2 Für das Transportband benötigte Komponenten Wie bereits erwähnt, befinden sich alle Komponenten, die für eine Ansteuerung des Transportbandes benötigt werden, in den Bereichen Elektrik und Digitaltechnik und werden im Folgenden aufgeführt:

3.2.3 Ansteuerung des Transportbandes Die oben vorgestellten Bauteile müssen in der Arbeitsfläche miteinander verknüpft werden. Zentrales Bauteil ist hierbei das Digitalmodul. Der Übersicht wegen sollten die Sensoren (also die Eingabe der Signale) immer oberhalb und die Relais (zur Ansteuerung der Aktoren) immer

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unterhalb des Digitalmoduls angebracht werden. Der Multipolverteiler sollte auf der linken Seite fixiert werden.

Die Relaisschalter sind im Unterpunkt Schalter → Allgemeine Schalter zu finden. Als nächster Schritt folgen die Verbindung der Bauteile entsprechend ihrer Funktion sowie der Anschluss an die Spannungsquelle:

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Die Belegung der Ein- und Ausgänge des Digitalmoduls (also I1, I2 bzw. Q1, Q2) hängt davon ab, welche Auswirkung die Sensoren auf das jeweilige Relais haben sollen. Bei den Sensoren selbst ist darauf zu achten, dass der jeweils untere Anschluss mit der Masse verbunden ist. Als nächster Schritt folgt die sog. Benennung der Relais, Relaisschalter sowie der Sensoren entsprechend der Anschlüsse am Multipolverteiler. Wenn zum Beispiel der induktive Sensor an S0 angeschlossen ist, muss dieser in FluidSIM entsprechend benannt werden. Dies geschieht durch Doppelklicken auf das Bauteil. Entsprechend ihrer Funktion müssen auch die Relais sowie die Relaisschalter entsprechend benannt werden:

Als letzter und wichtigster Schritt folgt die Logik-Verknüpfung innerhalb des Digitalmoduls. Hier wird bestimmt, welche Auswirkungen die von den Sensoren eingehenden Signale auf die dafür vorgesehenen Aktoren haben. Durch Doppelklicken des Digitalmoduls wird dieses geöffnet:

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Je nach dem, welche Befehle die Aktoren erhalten sollen, werden die entsprechend benötigten Logik-Bausteine integriert. Das Selbsthalterelais hat, bezogen auf den induktiven Sensor, zum Beispiel die Aufgabe ein eingehendes Signal zu speichern, um zu gewährleisten, dass das Transportband weiterläuft, wenn kein Signal mehr vorhanden ist.

Mit dem Schließen des Digitalmodul-Fensters und dem Klick auf Play kann nun die Simulation gestartet werden.

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4. Stapelmagazin

5. Grundlagen der Pneumatik Unter der Pneumatik (von Griechisch „pneuma“ = Wind oder Atem) versteht man den Einsatz von Druckluft oder druckluftbetriebenen Systemen in der Technik. Bereits am Anfang des 20. Jahrhunderts kam die Pneumatik im Bauwesen zum Einsatz. Hier wurde sie genutzt um Bohrer oder Hämmer anzutreiben. Dies brachte bereits damals eine erhebliche Arbeitserleichterung. Im Prinzip besteht eine pneumatische Anlage mindestens aus drei unterschiedlichen Teilsystemen zur: (1) Erzeugung und Bereitstellung der Druckluft → Kompressor (2) Verteilung der Druckluft → im Wegeventile, Pneumatikschläuche, Kupplungsstücke (3) Steuerung der Druckluft → mittels Fluid Sim Als Arbeitsorgane (Aktoren) kommen Druckluftzylinder zur Anwendung. Konkret sind einfach- und doppeltwirkende Zylinder verbaut. Zur direkten Ansteuerung der einzelnen Pneumatikzylinder werden im System Pneumatikventile verwendet. Im hier beschriebenen „Stapelmagazin“ handelt es sich um ein 4/2 Wege-Magnet-Impulsventil und um ein 4/2 Wege-Magnetventil. Diese Ventile werden mittels des

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Multipolverteilers und des Easy Ports über die Steuersoftware Fluid Sim angesteuert. Die Bezeichnung „Wegeventil“ leitet sich von der Druckluft, die im Ventil den gewünschten Weg nimmt, ab. Ein Wegeventil verfügt grundsätzlich über drei Grundfunktionen: (1) Sperren, der Luftstrom wird unterbrochen (2) Belüften, der entsprechende Teil (Weg)innerhalb des Ventils wird mit Druckluft befüllt (3) Entlüften, der entsprechende Teil (Weg)des Ventils wird drucklos.

5.1 Ventile Wegeventile werden u.a. nach der Anzahl der Schaltstellungen und der Anzahl der Anschlüsse benannt. So bedeutet 4/2 Wege-Ventil, dass das Ventil über vier Anschlüsse und zwei Schaltstellungen verfügt. Die Durchflussrichtung in den Schaltstellungen wird mittels Pfeilen im Schaltbild angedeutet. Die im verwendeten Wegeventile werden über einen Elektromagneten geschaltet und heißen daher Magnetventil. Im Stapelmodul kommen zwei Varianten des 4/2 Wegeventils zum Einsatz. Es handelt sich in diesem Fall um ein 4/2 Wege-Magnetventil (4/2 Wege-Magnetventil) und um ein 4/2 Weg- Magnet-Impulsventil (4/2 Wege-Magnetventil). Beide verwendeten Ventile besitzen zusätzlich eine so genannte Handbetätigung. Durch Drücken dieser Handbetätigung können die Zylinder ohne eine zuvor erstellte Programmierung unabhängig von Fluid Sim betätigt werden.

Abb.: Handbetätigungen an den beiden Ventilen (z.B. mit dem kleinen gelben Schraubendreher).

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5.2 Aufgabenstellung

Ziel der Aufgabe soll es sein, dass der doppeltwirkende Zylinder auf Tastendruck ein Bauteil aus dem Stapelmagazin auswirft und anschließend durch das Drücken einer zweiten Taste wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt. Hierzu sollen entsprechende Schaltpläne angefertigt werden.

5.3 Programmierung des Versuchsablaufs mit FluidSIM Zur Programmierung der Steuerung wird die beiliegende Software „FluidSim“ genutzt. Dies ermöglicht es die Schaltung zunächst auf dem Rechner zu simulieren. Sollte sich in der Simulation kein Fehler ergeben, kann das Stapelmagazin direkt angesteuert und betrieben werden. Da der Versuchsaufbau aus elektrischen und pneumatischen Bauteilen besteht, ist für beide Systemkomponenten im Programm Fluid Sim ein Schaltplan zu erstellen. Es empfiehlt sich zunächst den elektrischen und im Anschluss daran den pneumatischen Schaltplan zu entwickeln. 5.3.1 Erstellung des elektrischen Schaltplans Schritt 1: Auswahl der benötigten Elemente Als Vorbereitung zum Erstellen des Schaltplanes ist es zunächst notwendig eine neue Seite zu erstellen, um eine aktive Arbeitsfläche zu erhalten. Dies geschieht durch Drücken auf das Symbol am linken Ende der Symbolleiste. Die zum Erstellen des elektrischen Schaltkreises notwendigen Bauteile befinden sich in der Symbolleiste auf der linken Bildschirmseite. Sie werden in den Schaltplan eingefügt, indem man das entsprechende Symbol anklickt, die linke Maustaste gedrückt hält und das Symbol an die gewünschte Stelle des Schaltplanes zieht und dort die Maustaste loslässt.

Zunächst müssen die Symbole für die Spannungsversorgung eingefügt werden. Hierzu wählt man in der linken Spalte in der Unterkategorie Elektrik die beiden Symbole für 0 Volt und 24 Volt aus. Diese werden dann mit der linken Maustaste in das Bearbeitungsfenster im rechten Teil des Programmfensters gezogen.

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Auf die gleiche Weise wie unter Schritt 2 beschrieben, werden zwei Taster (Schließer) aus der Auswahlleiste in das Bearbeitungsfeld gezogen. Es werden zwei Taster benötigt, da ein doppeltwirkender Pneumatikzylinder angesteuert werden soll, der im Vor- und Rückhub durch Druckluft bewegt wird.

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Schritt 4 Im Anschluss erfolgt das Einfügen der zwei Ventilmagneten (da der Zylinder doppelwirkend ist, d.h. Druckluftzufuhr und Entlüftung besitzt, benötigt man zwei) und Verbinden der Einzelbauteile zu einem Schaltkreis: Dazu klickt man einen der Verbindungspunkte der Bauteile an, hält die Taste gedrückt, fährt zum nächsten gewünschten Verbindungspunkt und lässt die Maustaste los, sobald durch das Fadenkreuzsymbol die Verbindung bestätigt wird. Weiterhin sind die Ventilmagneten zu benennen. Dies geschieht durch einen Rechtsklick auf das Symbol und die Wahl der Funktion Eigenschaften. Hier können die Markernamen manuell vergeben werden.

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Zu Schritt 4: Vergabe der Markerbezeichnungen Den einzelnen Anschlussbuchsen des Multipolverteilers müssen die korrespondierenden Ventile zugeordnet werden. Dies geschieht durch die Vergabe von Marken als Bennennung im Programm. Hierbei ist zu beachten, dass den Anschlüssen M0 bis M5 in Fluid Sim auf dem Multipolverteiler des die Reihe der ungeraden Zahlen entspricht, die Anschlüsse mit der Bezeichnung S0 bis S5 die Reihe der geraden.

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Durch Drücken der rechten Maustaste öffnet sich das oben dargestellte Menü. Im Unterpunkt Eigenschaften kann dem Ventilmagnet die dem Multipolverteiler entsprechende Markerbezeichnung zugeordnet werden. Dies ist bei allen Ventilmagneten zu wiederholen, um auch dort die Zuordnung zum Multipolverteiler herzustellen.

5.3.2 Erstellen des Pneumatischen Schaltplans Benötigte Elemente zur Umsetzung dieses Schrittes:

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Allgemein: Die zum Erstellen des pneumatischen Schaltkreises notwendigen Bauteile befinden sich in der Symbolleiste auf der linken Bildschirmseite in der Unterkategorie Pneumatik. Sie werden in den Schaltplan eingefügt, indem man das entsprechende Symbol anklickt, die linke Maustaste gedrückt hält und das Symbol an die gewünschte Stelle des Schaltplanes zieht und dort die Maustaste loslässt. Schritt 1 Einfügen des Aktors, hier: doppelwirkender Zylinder

Schritt 2 Einfügen des elektr./pneumatischen 4/2 Wege-Magnetventils im Programm bezeichnet als 4/2 Wege-Magnet-Impulsventil

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Das benötigte Magnetventil liegt in der erforderlichen Spezifikation im Programm so nicht vor. Um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten, muss das markierte Ventil gewählt werden und in die Bearbeitungsfläche gezogen werden.

Hierfür muss an der gekennzeichneten Stelle ein Schalldämpfer generiert werden. Dazu mit dem Mauszeiger auf die gekennzeichnete Stelle gehen, bis das Fadenkreuzsymbol erscheint. Durch Drücken der rechten Maustaste erscheint das Bearbeitungsmenü. Anschließend muss der Unterpunkt „Eigenschaften“ gewählt werden.

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Nach Wahl des Menüpunktes „Eigenschaften“ erscheint ein neues Bearbeitungsfeld, das als „Anschluss (pneumatisch)“ gekennzeichnet ist. In diesem Feld muss unter dem Punkt „Verbindungsanschluss“ das Symbol für den Schalldämpfer, das sich ganz am Ende der Anschlussliste befindet, gewählt werden. Der Konfigurationsvorgang wir durch das Bestätigen mit der OK – Taste abgeschlossen.

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Schritt 3 Die Druckluftquelle wird im Kontextmenü „Versorgungselemente“ in der Unterkategorie „Pneumatik“ angewählt und in den rechten Bildschirmbereich gezogen.

Schritt 4 Das Verbinden der Bauteile geschieht analog zum elektrischen Schaltkreis.

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Schritt 5 Das Symbol für den Multipolverteiler muss eingefügt werden, damit das Programm die Stapeleinheit erkennt und mit ihr „kommunizieren“ kann.

Analog zum elektrischen Schaltkreis müssen den Anschlüssen des Ventils die entsprechenden Marker zugeordnet werden, damit das Programm diese einbinden kann. Die Vergabe der Markerbezeichnung erfolgt genau auf dieselbe Art wie im elektrischen

Schaltkreis. Markiert werden müssen dazu die beiden Knotenpunkte des Ventils links und rechts.

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5.3.3 Simulation des Versuchaufbaus Schritt 1 Anschließend kann durch Betätigen der „Play-Taste“ die Simulation im Fluid Sim gestartet werden. Diese ermöglicht es, die Funktionen des elektrischen und des pneumatischen Schaltkreises einfach und für die Bauteile gefahrlos zu testen.

Schritt 2 Um die einzelnen Programmschritte abzuarbeiten, müssen die Taster im Simulationsmodus per Mausklick betätigt werden. Durch Drücken des dargestellten Tasters fährt der Pneumatikzylinder aus.

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Durch Betätigung des zweiten Tasters fährt der Kolben des Zylinders erneut in die Ausgangsposition zurück.

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6. Handling-Modul

Das Handling stellt in einer Fertigungsstraße oft die Verbindung zwischen zwei Arbeitsstationen dar (siehe Abbildung 19). Es kann den Transport von Werkstücken zwischen zwei Stationen übernehmen. Um dieser Aufgabe gerecht zu werden, muss das Handling in einer Endlosschleife die beiden Übernahmepositionen ansteuern. Es soll eine mit Hilfe von FluidSim eine Steuerung erstellt werden, die ein permanentes Anfahren der Werkstückaufnahme- bzw. Ablageposition gewährleistet. Das Aufnehmen und Ablegen konkreter Werkstücke soll erst zu einem späteren Zeitpunkt berücksichtigt werden.

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7. Aufgaben zu Transportband und Stapelmagazin

7.1. Transportband 1 Stelle das Transportband auf, schließe den Easy-Port und den Computer mit allen notwendigen Kabeln an. 7.1.1 Aufgabenstellung

1. Der Motor des Transportbandes soll mit einem Taster gestartet und mit einem weiteren Taster gestoppt werden. Skizziere die Schaltung, damit diese Funktion erfüllt wird

2. Eine Kontrolllampe soll anzeigen, wenn das Transportband fünfmal gestoppt wurde. Skizziere die notwendige Logikschaltung.

7.2. Transportband 2 Stelle das Transportband auf, schließe den Easy-Port und den Computer mit allen notwendigen Kabeln an. 7.2.1 Aufgabenstellung

1. Der Motor des Transportbandes darf aus Sicherheitsgründen erst dann anlaufen, wenn zwei Start-Schalter der Anlage betätigt wurden. Skizziere die notwendige Logikschaltung.

2. Die Sicherheit wird zusätzlich durch das verzögerte Einschalten des Motors erhöht. Erweitere die Schaltung so, dass das Transportband er 1 Sekunde nachdem beide Schalter betätigt wurden, anläuft. Skizziere die notwendige Logikschaltung

3. Werden beide Schalter wieder in ihre Ausgangsposition gestellt, soll das Transportband noch eine Sekunde weiterlaufen. Skizziere die notw. Schaltung.

7.3. Transportband 3 Stelle das Transportband auf, schließe den Easy-Port und den Computer mit allen notwendigen Kabeln an. 7.3.1 Aufgabenstellung

1. Sorge dafür, dass das Transportband anfängt die Gegenstände nach rechts zu transportieren. Das Transportband soll starten, sobald du einen Taster gedrückt hast.

2. Verändere nun die Schaltung so, dass das Transportband erst nach einer Sicherheitswartezeit von 2 Sekunden nach Drücken des Tasters zu Laufen beginnt.

3. Erweitere die Schaltung so, dass das metallische Werkstück aussortiert wird und die aus Plastik ungehindert nach rechts transportiert werden. Benutze dazu den induktiven Sensor. (Materialtrennung-1)

4. Baue die Schaltung so um, dass nur die metallischen Werkstücke nach rechts durchtransportiert werden und die anderen aussortiert werden. (Materialtrennung-2)

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5. Falls der Farblichtsensor vorhanden ist, ändere deine Schaltung so um, dass die Werkstücke nach Farbe sortiert werden können.

7.3.2 Auswertung

1. Überprüfe, unter welchen Bedingungen die Sortierung funktioniert, bzw. nicht funktioniert

2. Skizziere zu jeder Aufgabe jeweils die Schaltung sowie die Schaltung im Logikmodul.

7.4. Aufgaben Stapelmagazin 7.4.1 Stapelmagazin 1 Erstelle mit Hilfe der Software „Fluid Sim“ einen pneumatischen Schaltkreis für den einfach wirkenden Zylinder und einen elektrischen Schaltkreis für das 4/2 Wegeventil (monostabil), das den Zylinder ansteuert. Halte deine Ideen in einer Schaltskizze fest. Teste anschließend dein Programm am Stapelmagazin. Beachte: Du musst zur Lösung dieser Aufgabe einen elektrischen und einen pneumatischen Schaltkreis erstellen! Schaltskizze:

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Die Bauteile selbst sollen nun in einem weiteren Schritt automatisch in den Arbeitsbereich des Stempelzylinders geschoben werden, damit der Arbeiter dort weniger körperlicher Belastung ausgesetzt ist. Genutzt wird dazu ein doppelt wirkender Zylinder, an dem ein Reed Kontakt als Sensor (ein sog. Endlagensensor) angebracht wurde, um zu prüfen, ob der Zylinder gerade ein oder ausgefahren ist. 7.4.2 Stapelmagazin 2 Erstelle in FluidSim ein Programm, das dafür sorgt, dass die Bauteile automatisch von dem doppelt wirkenden Zylinder in den Wirkungsbereich des Stempels geschoben werden. Bedenke, dass du dafür wieder sowohl einen elektrischen, als auch einen pneumatischen Schaltkreis benötigst! Erweitere hierfür den bereits erstellen Schaltplan aus Aufgabe 4.1. Schaltskizze:

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7.4.3 Stapelmagazin 3 Bewerte die erreichte Lösung hinsichtlich ihres Automatisierungsgrades. Was könnte weiter optimiert werden und wie müsste die Steuerung dazu verändert werden? 7.4.4 Stapelmagazin 4 Untersuchungen zum Einsatz und zum funktionalen Aufbau des Stapelmagazins Das Stapelmagazin stellt innerhalb einer automatisierten Anlage ein wichtiges System dar. Seine Aufgabe besteht darin ausreichende Mengen eines Bauteils zu speichern und bei Bedarf dem laufenden Arbeitsprozess zuzuführen. Es besteht aus pneumatischen, elektrischen und mechanischen Bauteilen. a) Notiere mindestens drei Einsatzgebiete eines solchen Magazins in deinem Umfeld bzw. in der industriellen Praxis. b) Notiere dir alle Bauteile des Stapelmagazins, nutze dafür auch Fluid Sim! Dort findest du eine genaue Beschreibung der einzelnen Bauteile. Ordne anschließend die Bauteile ihren entsprechenden Kategorien zu.

Pneumatik Elektrik Mechanik

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8. Mögliche Lösungen

8.1 Transportband:

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8.2 Stapelmagazin:

Hier wurde aus der alten Fluid-Sim-Version das allgemeinere Eingabe-Modul benutzt anstelle der sonst üblichen Sensoren

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8.3 Handling-Modul

Diese Lösung basiert lediglich auf logischen Verknüpfungen, was die Lösbarkeit für durchschnittliche Mittelstufenschüler nahezu unmöglich macht. Mit einer Schrittkette lässt sich das Handling-Modul aber auch für gute und ausdauernde Mittelstufenschüler in angemessener Zeit (max. 3-4 Doppelstunden) lösen. (Siehe nächste Seite). Diese Lösung stammt von einer Schülerin aus Klasse 9. Sie hat dafür ca. 2,5 Stunden zu Hause benötigt für die Überlegung und dann noch etwa 15 Minuten, um die Schaltung am Computer zu erstellen.

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Lösung mit Schrittkette (Quelle : Festo AG):

Dies wäre jetzt die Lösung des Handling-Moduls mit einer Schrittkette. Die äußere Beschaltung erfolgte auch hier wieder über die (nur in der alten FluidSim-Version vorhandenen) Ein- und Ausgabemodule. Allerdings ist hier der Verdrahtungsaufwand deutlich höher. Wenn die Schüler nicht zu exaktem Arbeiten mit guter Dokumentation gezwungen werden, ist das Nach- vollziehen der Schaltung oder die Fehlersuche unmöglich. Schüler Kl.8 benötigen dafür etwa 3-4 Doppelstunden.

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Eine weitere mögliche Lösung (gelöst von zwei Physiklehrern):

Diese Lösung ist allerdings nicht optimal, da sie Zeitglieder enthält, so dass der zeitgenaue Ablauf von Greifen, hoch- und runterfahren nach einigen Durchläufen bzw. nach Reduzierung der Ventilöffnungen nicht mehr gewährleistet ist.

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Lösungsmöglichkeit 3 (gelöst von einem Schüler Klasse 10):

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Lösungsmöglichkeit 4 (gelöst von einem Schüler aus Klasse 13):

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(so allerdings

ik-Kurs): Lösungsmöglichkeit für die Kombination von Stapelmagazin und Handlingnur mit der alten FluidSim-Version möglich!, Schüler aus Klasse 12 und 13, Informat

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