Berufliche Schulen Technisches Gymnasium

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Heiko Baum
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1 Berufliche Schulen Technisches Gymnasium Umsetzung der Lehrpläne im Profil Umwelttechnik Profilfach Umwelttechnik Eingangsklasse Landesinstitut für Schulentwicklung Qualitätsentwicklung und Evaluation LPE 2: Umwelttechnische Systeme steuern Schulentwicklung und empirische Bildungsforschung Stuttgart 2017 H-17.02b Bildungspläne

2 Redaktionelle Bearbeitung Redaktion: Autoren: Bildautor: Konrad Neufeld, LS Stuttgart Otto Bubbers, Gottlieb-Daimler-Schule 2 Sindelfingen Bernhard Broghammer, Berufliche Schulen Schramberg Joachim Stoll, Friedrich-August-Haselwander-Schule Offenburg Thomas Wolf, Werner-Siemens-Schule Stuttgart Otto Bubbers, Carl-Engler-Schule Karlsruhe Bildschirmkopien eigener Programme, erstellt mit der freien Demoversion von LOGO! Soft Comfort, V8, Siemens AG 2016 Erscheinungsjahr 1. Auflage 2014 Stand 2., überarbeitete und ergänzte Auflage Februar 2017 Impressum Herausgeber: Druck und Vertrieb: Urheberrecht: Landesinstitut für Schulentwicklung (LS) Heilbronner Straße 172, Stuttgart Telefon: Telefax: poststelle@ls.kv.bwl.de Landesinstitut für Schulentwicklung (LS) Heilbronner Straße 172, Stuttgart Telefon: Inhalte dieses Heftes dürfen für unterrichtliche Zwecke in den Schulen und Hochschulen des Landes Baden-Württemberg vervielfältigt werden. Jede darüber hinausgehende fotomechanische oder anderweitig technisch mögliche Reproduktion ist nur mit Genehmigung des Herausgebers möglich. Soweit die vorliegende Publikation Nachdrucke enthält, wurden dafür nach bestem Wissen und Gewissen Lizenzen eingeholt. Die Urheberrechte der Copyrightinhaber werden ausdrücklich anerkannt. Sollten dennoch in einzelnen Fällen Urheberrechte nicht berücksichtigt worden sein, wenden Sie sich bitte an den Herausgeber. Bei weiteren Vervielfältigungen müssen die Rechte der Urheber beachtet bzw. deren Genehmigung eingeholt werden. Landesinstitut für Schulentwicklung, Stuttgart 2017

3 Landesinstitut für Schulentwicklung Inhaltsverzeichnis 1 Vorwort Stoffverteilung Einbettung dieser Lehrplaneinheit in den Gesamtzusammenhang Vorschlag für einen Stoffverteilungsplan für LPE Hinweise zur Arbeitsweise Grundbegriffe Was bedeutet steuern? Analog, Digital, Binär Signale in einer Steuerung Dezimal- und Dualzahlen Steuerungen mit binären Signalen Digitale Grundverknüpfungen Handling der Schaltungseingabe und Regeln zur Veranschaulichung Schaltung nach Funktionsgleichung (Beispiel 1) Schaltung nach Funktionsgleichung (Beispiel 2) Entwurf einer Schaltung aus Grundelementen: Wechselschaltung Disjunktive Normalform: eine systematische Lösungsmöglichkeit Prüf- und Sicherheitsschaltung (Übung) Majoritätsschaltung: 2-aus-3-Schaltung (Übung) Wechselschaltung mit 3 Ein-Aus-Schaltern (Übung) Wechselschaltung mit 4 Ein-Aus-Schaltern (Übung) Leuchtpunktanzeige (Übung) Leuchtbandanzeige, Thermometer-Code (Übung) Teichbefüllungssteuerung (Übung) Aufgabe Wasseraufbereitungsanlage Windrichtungsanzeige für Windkraftanlage (Übung) Sturmsicherung für eine Windkraftanlage (Übung) Schwellwertschalter, Schmitt-Trigger Komparator (Schwellwertschalter) ohne Hysterese Komparator (Schwellwertschalter) mit Hysterese (Schmitt-Trigger)...25

4 LPE 2: Umwelttechnische Systeme steuern 5.3 Analoger Schwellwertschalter (Komparator) in LOGO! Analoger Schadstoffmelder (Übung) Schadstoffkonzentrationsanzeige mit 3 Stufen (Übung) Pumpensteuerung für thermische Solaranlage (Übung) Jalousiesteuerung (Übung) Speichern von Informationen Erklärung des Begriffs Speichern am Beispiel Fahrstuhlanforderung RS-Speicher (RS-Flipflop) RS-Speicher aus Grundgattern Funktionsbaustein RS-Speicher Regenwassernutzung Zeitfunktionen Einschaltverzögerung LOGO!-Ausschaltverzögerung Anwendung Treppenhauslicht mit 3 Tastern Prinzip von Ablaufsteuerungen Funktion einer Schrittkette Grafische Ablaufdarstellung einer einfachen Befüllung Zugehöriges Zeitablaufdiagramm: einfache Befüllung Schaltungsaufbau mit LOGO! Alternativer Schaltungsaufbau in LOGO! mit speichernden Ausgängen Beispiele von Ablaufsteuerungen Ablaufsteuerung einer Waschstraße Einfache Ampelsteuerung Fußgängerampel (Übung) Fußgänger-Bedarfsampel (Übung) Schaltwerk für eine Waschmaschine Schwimmbecken mit Sonnenkollektorheizung Mischanlage...61

5 Landesinstitut für Schulentwicklung 1 Vorwort Diese Handreichung kann als Unterrichtsskript dienen. Es wird davon ausgegangen, dass den Schülerinnen und Schülern kein Buch zur Verfügung steht. Theorie und Praxis sind untrennbar miteinander verbunden. Daher sollte diese Lehrplaneinheit durchgängig von einer Lehrkraft unterrichtet werden. Durch den hohen Laboranteil sind Doppelstunden sinnvoll, um die Summe der Rüstzeiten klein zu halten. Im Labor kann die Theorie jederzeit durch kleine Schülerversuche im wahrsten Sinne des Wortes begriffen werden. Die Klassenteilung bietet darüber hinaus die Möglichkeit der individuellen Förderung, die gerade in der Eingangsklasse einen hohen Stellenwert einnehmen muss, um den unterschiedlichen Vorkenntnissen der Schülerinnen und Schüler gerecht zu werden. Nach Möglichkeit wird Computertechnik von der gleichen Lehrkraft unterrichtet, wie die Lehrplaneinheiten 1 und 2. Dadurch wird eine enge Verzahnung zwischen Profilfach und Computertechnik möglich. 1

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