Automatisierungstechnik

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1 Automatisierungstechnik MecLab Technik für allgemeinbildende Schulen Arbeitsbuch Mit CD-ROM Festo Didactic de

2 Bestell-Nr.: Stand: 12/2015 Autor: Gerhard Eisele Redaktion: Frank Ebel Grafik: Doris Schwarzenberger Layout: 02/2016, Frank Ebel Festo Didactic SE, Rechbergstraße 3, Denkendorf, Deutschland, 2016 Alle Rechte vorbehalten Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt. Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer und Studenten des Standortes für den Unterricht. Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen. Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen, unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic. Hinweis Soweit in diesem Arbeitsbuch nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem besseren Verständnis der Formulierungen.

3 Inhalt 1 Grundlagen Lernmaterial, Lernziele und Lernmethoden Grundbegriffe und Gedanken zum Thema Technik Komponenten automatisierter Systeme 6 2 FluidSIM Aufbau und Funktion Layout von Schaltkreisen Einfache Stromkreise Schaltkreise mit Relais Multipolverteiler Selbsthaltung 32 3 Station Transportband Aufbau und Funktion Manuell gesteuerter Betrieb des Transportbandes Sensorgesteuerter Betrieb des Transportbandes 42 4 Station Stapelmagazin Aufbau und Funktion Pneumatik Manueller Betrieb des Stapelmagazins Sensorgesteuerter Betrieb des Stapelmagazins 56 5 Speicherprogrammierbare Steuerungen Logische Bausteine Stapelmagazin steuern mit SPS Transportband steuern mit SPS 76 Festo Didactic III

4 Inhalt 6 Station Handling Aufbau und Funktion Manueller Betrieb Sensorgesteuerter Betrieb 84 7 Programmieren mit Schrittketten Verknüpfungssteuerung und Ablaufsteuerung Schrittkette und zyklischer Prozess am Handling Initialisierung und sicherer Ablauf am Stapelmagazin Kettenverzweigung und Zähler am Transportband 103 IV Festo Didactic

5 1 Grundlagen 1.1 Lernmaterial, Lernziele und Lernmethoden Was wir haben die Komponenten des Lehr- und Lernsystems: Hardware Mechatronisches Lernsystem MecLab mit den Lernstationen Speichermedien Transportband Stapelmagazin Handling USB-Stick Server der Schule Software Simulations- und Steuerprogramm FluidSIM für MecLab Teachware Arbeitsbuch zu MecLab Lehrmaterial zu FluidSIM Handbuch zu FluidSIM Dieses Dokument In FluidSIM enthalten Downloadbar Tab. 1-1: Arbeitsmittel für das Modul Automatisierungstechnik Wo wir hinwollen die Ziele, die wir anstreben: Grundbegriffe der Automatisierungstechnik kennen Bausteine und Funktionsprinzip automatisierter Systeme kennen Verständnis für technische Problemstellungen entwickeln Bedeutung von automatisierten Systemen erkennen und erfassen können Zusammenwirken der Bausteine von Steuerungen verstehen und erklären können Elektrische und pneumatische Schaltungen verstehen und entwickeln können Sensoren zur Steuerung von automatisierten Systemen verwenden können Den Computer als Werkzeug zum Programmieren, Simulieren und Steuern von Hardware nutzen können Verbindungsprogrammierte Steuerungen entwickeln, testen und optimieren können Speicherprogrammierbare Steuerungen entwickeln, testen und optimieren können Steuerungen mit der Schrittkettenmethode entwickeln, testen und optimieren können. Womit wir arbeiten das Material, das wir brauchen: Die Hardware steht in den Schränken oder wird vom Lehrer bereitgestellt. Rechner und MecLab Stationen soll man nach Anweisung herausnehmen, ans Netz anschließen und hochfahren. Den USB-Stick für das Speichern deiner Arbeit hast du immer dabei. Die Software FluidSIM für MecLab ist auf den Rechnern installiert. Du darfst sie für die Arbeit zu Hause auch auf deinem Rechner installieren. Sie enthält zusätzliches Lehrmaterial. Das Arbeitsbuch erhältst du leihweise für die Dauer des Moduls. Das Handbuch für die Profi-Version von FluidSIM gibt es im Download. Festo Didactic

6 1.1 Lernmaterial, Lernziele und Lernmethoden 1 Grundlagen Wie wir arbeiten die Methode, auf die du dich einstellen sollst: Instruktion: Wenn es Neues zu lernen gibt, zeigt und erklärt der Lehrer, wie es geht; du machst es nach. Übung und Anwendung: Du erprobst und entwickelst deine Fähigkeiten, indem du Lösungen für die gestellten Aufgaben erarbeitest. Dazu gehört auch, dass du zu Hause übst. Präsentation: Du demonstrierst und erklärst der Gruppe deine Arbeitsergebnisse. Dokumentation: Du hältst die Ergebnisse deiner Arbeit als schriftliches Protokoll fest. Das ist auf jeden Fall deine FluidSIM -Datei als elektronisches Dokument. Immer wieder ist es auch eine Textaufgabe, die du handschriftlich oder mit einem Textprogramm ausarbeitest. Wie du deinen Lernerfolg kontrollierst: Die Arbeit mit MecLab und FluidSIM hat für dich den großen Vorteil, dass du in fast jeder Beziehung weitgehend selbstständig arbeiten kannst. Alle Lernschritte sind in diesem Arbeitsbuch beschrieben. Die Aufgaben am Ende jedes Kapitels dienen der Einübung der neuen Lerninhalte und der Lernzielkontrolle. Auch die Qualität deiner Aufgabenlösungen kannst du selbst prüfen. Der korrekte Ablauf der Simulation in FluidSIM ist eine erste Bestätigung. Die Aktion der MecLab Station zeigt dir, ob du sauber gearbeitet hast. Als Bestätigung für eine korrekte Lösung gilt ausschließlich der Bewegungsablauf der Station gemäß dem Text der gestellten Aufgabe. Eine korrekte Simulation alleine ohne Übertragbarkeit auf die Steuerung der Station ist immer ein Zeichen dafür, dass du deine Arbeit nicht vollständig und sauber zu Ende geführt hast. Das Gleiche gilt, wenn die Station sich anders verhält als im Aufgabentext gefordert. Was du beachten solltest: In jedem Kapitel lernen wir Neues hinzu. Das bedeutet nicht, dass du das Alte vergessen kannst sondern es bedeutet, dass du das Neue zu dem Alten hinzufügen musst. Damit steigen die Anforderungen an dich Schritt für Schritt. Das ist kein Problem, weil du ja auch Schritt für Schritt immer besser wirst allerdings nur dann, wenn du deine Arbeit ordentlich machst und sauber und ehrlich kontrollierst. Auch die Aufgaben am Ende jedes Kapitels sind fast immer in der Reihenfolge zunehmender Schwierigkeit angeordnet. Deshalb wäre es unklug, bei der Arbeit an den Aufgaben von dieser Reihenfolge abzuweichen. Manche Aufgaben sind recht einfach, einzelne aber ziemlich schwierig. Es wird nicht erwartet, dass du immer alle Aufgaben in einem Kapitel korrekt löst, um die Maximalzahl der möglichen Aufgabenpunkte zu erhalten. Welche Aufgaben Pflicht und welche freiwillig zu lösen sind, entscheidet der Lehrer. 2 Festo Didactic

7 1 Grundlagen 1.1 Lernmaterial, Lernziele und Lernmethoden Wenn dein Schaltungsentwurf für Simulation oder Steuerung funktionieren soll, musst du absolut fehlerfrei arbeiten. Die MecLab Station arbeitet strikt nach den Anweisungen des Programms und das stammt von dir. Auch kleine Nachlässigkeiten machen sich unerbittlich negativ bemerkbar. Wenn du nicht weiterkommst oder eigene Fehler auch nach intensiver Bemühung nicht findest, diskutiere deine Probleme mit deinen Mitschülern. Natürlich kannst immer auch den Lehrer um Unterstützung bitten. In allen Fällen bedeutet das, dass du fähig sein musst, dich klar auszudrücken und über dein Problem in der Fachsprache zu kommunizieren. Was du nicht tun solltest: Es ist sehr einfach, eigene Anstrengung zu vermeiden und sich die Lösung einer Aufgabe in Form einer Datei von einem Experten-Mitschüler zu kopieren. Abgesehen davon, dass dieses Verhalten als Betrug zu werten ist: Das Ergebnis dieser Taktik wird sein, dass du nur wenig dabei lernst und deine Probleme ständig wachsen. Wenn du aufgefordert wirst, deine Lösung zu präsentieren und der Klasse oder Lerngruppe deine Gedanken zu erläutern, wird jeder sofort merken, ob du die Materie beherrscht. Solltest du dich hartnäckig als Trittbrettfahrer präsentieren, musst du damit rechnen, dass man dir die Unterstützung verweigert. Festo Didactic

8 1.2 Grundbegriffe und Gedanken zum Thema Technik 1 Grundlagen 1.2 Grundbegriffe und Gedanken zum Thema Technik Brauchbare Erläuterungen und nützliche Links zu Stichworten und Themen findest du z. B. bei Wikipedia. Beachte, dass du nie eine Garantie für Richtigkeit und Qualität der Inhalte hast. Erfahrungsgemäß ist aber vieles davon für uns gut geeignet. Stichwörter: Wissenschaft, Technik, Ingenieur, Industrie, Automat, Automatisierung, Automatisierungstechnik, Sensoren, Aufgaben A1 Automatisierungstechnik ist ein Teilgebiet der Ingenieurwissenschaften. In diesem Satz stecken vier Begriffe (vgl. A2 bis A5), die wir alle benutzen, aber vielleicht nicht wirklich kennen. Recherchiere deshalb und stelle in eigenen Worten das Wichtigste geordnet zusammen. A2 Wissenschaft: Was tun (wie arbeiten) Wissenschaftler? In welche Gebiete/Felder teilt man Wissenschaft ein (mit Beispielen)? Suche nach Bildern, die du mit dem Begriff Wissenschaft verbindest und füge sie ein. A3 Technik: Was versteht man darunter? Was tun (wie arbeiten) Techniker? In welche Gebiete/Felder teilt man Technik ein (mit Beispielen)? Suche auch nach Bildern, die du mit dem Begriff Technik verbindest und füge sie ein. A4 Ingenieur: Was hat das früher bedeutet, was bedeutet es heute? Was machen eigentlich Ingenieure? Suche dir einen Ingenieurberuf aus, der dich interessiert. Beschreibe seine Qualifikation (was kann er?), sein Arbeitsgebiet (was macht er?) und den Nutzen seiner Tätigkeit (was leistet er für mich?). Bilder dazu wären gut! A5 Automat: Was verbindest du mit diesem Wort? Nenne Beispiele! Recherchiere: Was bedeutet das Wort? Sammle Beispiele für Objekte, die man als Automaten bezeichnet. Beschreibe an diesen Beispielen, was daran für dich automatisch ist. Stelle dann die typischen Merkmale eines Automaten zusammen. A6 Typisch für die Arbeits- und Denkweise von Ingenieuren ist die Black-Box-Denkweise. Was versteht man darunter? Warum denken Ingenieure so? 4 Festo Didactic

9 1 Grundlagen 1.2 Grundbegriffe und Gedanken zum Thema Technik A7 Stelle dir vor, du müsstest deinen Alltag ohne Technikprodukte gestalten. Wie würde er wohl aussehen? Erzähle eine kleine Geschichte, vielleicht in der Art: Ein Tag ohne Technik. Wenn du sie mit Bildern ausstattest, wird sie sicher noch besser! A8 Viele Menschen haben eine zwiespältige (ambivalente) Einstellung zur Technik. Einerseits finden sie Technik gut und wollen nicht darauf verzichten, andererseits lehnen sie Technik oft ab. Vor allem Mädchen und Frauen interessieren sich im Allgemeinen weniger für technische Berufe und Studiengänge. Woher kommt das? Suche nach Erklärungen. Rede mit deinen Eltern darüber oder mit Bekannten, die in ihrem Beruf sehr enge Berührung mit Technik haben, aber auch mit anderen, für die das Gegenteil gilt. Frage sie nach ihren Gründen. Dokumentiere die Antworten. Nimm selbst Stellung! Festo Didactic

10 1.3 Komponenten automatisierter Systeme 1 Grundlagen 1.3 Komponenten automatisierter Systeme Dein Protokoll wird besser und interessanter, wenn du nicht nur Text produzierst. Immer wenn es sich eignet, solltest du Bilder einfügen, die deine Texte unterstützen und anschaulicher machen. Aufgaben A1 Elektromotoren sind die modernen Heinzelmännchen der Technik. Sie sind fast überall, oft sieht man sie gar nicht. Gehe in Gedanken oder real durch die Wohnung/das Haus, erstelle eine Liste mit Geräten, in denen Elektromotoren stecken. Schreibe jeweils dazu, welche Aufgabe die Motoren in dem Gerät haben. Interessant ist es, wenn du sehr unterschiedliche Gerätetypen bzw. Aufgaben findest. A2 Hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Zylinder sind im Haushalt eher selten. In Fahrzeugen und Maschinen findet man sie öfter. Ganz bestimmt hast du schon oft zugeschaut oder selbst per Knopfdruck so einen Zylinder in Bewegung gesetzt, ohne dir Gedanken zu machen. Finde Beispiele für Geräte oder Maschinen mit hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Zylindern. Nenne jeweils die Aufgabe, die der Zylinder erfüllt. A3 Wir haben im Unterricht das EVA-Prinzip der Automatisierung besprochen. Nicht nur Automaten, auch Lebewesen funktionieren nach dem EVA-Prinzip. Finde und beschreibe für beide Typen jeweils mindestens zwei Beispiele. A4 Ohne Sensoren gibt es keinen Kontakt mit der Außenwelt Lebewesen sind dann vollkommen hilflos. Kann man dann überhaupt noch von Leben sprechen? Ähnlich gilt das auch für ein Gerät oder eine Maschine. Der Kontakt zwischen Gerät und Außenwelt, mit den Menschen, die das Gerät benutzen, wird hergestellt über Schalter und/oder Sensoren. Sensoren können mehr als Schalter: Die Steuerung des Geräts erhält eine Information über das, was draußen los ist. Darauf kann sie reagieren, aber nur dann, wenn wir eine Reaktion eingeplant haben. Überlege: Du kennst viele Geräte, die über Sensoren gesteuert werden. Suche und finde drei verschiedene, möglichst interessante Beispiele. Gib jedes Mal an, welche Art von Sensor vorliegt und zu welchem Zweck das Gerät die Information erhält. Erkläre in allen Fällen, warum das Gerät mit Sensor besser arbeitet als ohne Sensor. A5 Die Evolution hat Lebewesen mit Sinnen ausgestattet, damit sie in der Welt zurechtkommen. Deine Sinne versorgen dich mit Informationen über das, was um dich herum vorgeht. Nun ist aber unsere Umwelt voll von Signalen, für die du keine Sensoren hast. Finde einige Beispiele dafür. Überlege und argumentiere, ob das für dich jeweils nützlich oder schädlich oder gleichgültig ist. A6 Von Automatisierung redet man auch dann, wenn man Bewegungsabläufe oder Tätigkeiten bei Lebewesen meint. Nenne einige Beispiele für (Bewegungs-)Abläufe und Tätigkeiten, die bei Lebewesen automatisiert sind und erkläre an ihnen, warum das sinnvoll ist. 6 Festo Didactic

11 2 FluidSIM 2.1 Aufbau und Funktion FluidSIM ist ein computergestütztes Werkzeug: eine Simulations- und Steuerungssoftware für automatisierte Systeme. Wenn wir das Werkzeug beherrschen, können wir damit drei Dinge tun: Wir können elektrische und elektropneumatische Schaltpläne zeichnen. Wir können das Funktionieren der Schaltpläne durch Simulation prüfen. Wir können die reale Station mit dem Computer steuern. Dabei lernen wir, wie die Einzelkomponenten des Systems zusammenarbeiten und was zu tun ist, damit die Zusammenarbeit fehlerfrei funktioniert. FluidSIM ist menügesteuert und recht einfach zu bedienen. Die MecLab Version von FluidSIM ist ein inhaltlich und leistungsmäßig auf die eingeschränkten Möglichkeiten von MecLab angepasster Teil der Vollversion. Teile des FluidSIM Handbuchs für die Vollversion sind auch für uns nutzbar. Download des Handbuchs über: Viele Funktionen erschließen sich auch durch einfaches Probieren. Die folgende Anleitung enthält nahezu alles, was wir für den Umgang mit FluidSIM brauchen. 1. Programmstart Wir starten das Programm durch Anklicken des selbst angelegten Desktop-Symbols oder durch Aufsuchen im Programmverzeichnis des Start-Menüs. Abb. 2-1: Starten von FluidSIM Festo Didactic

12 2.1 Aufbau und Funktion 2 FluidSIM Die Oberfläche besteht aus zwei Teilen: der Komponentenbibliothek und der Arbeitsfläche: Abb. 2-2: Oberfläche des Programms 2. Die Komponentenbibliothek Sie enthält Symbole aller Bauteile, die auch in der Realität benutzt werden, um Schaltkreise zu erstellen. Sie ist gegliedert wie ein Schrank mit vielen Schubladen, die man durch Klicken auf "+" öffnen und mit Klick auf wieder schließen kann. Viele Schubladen sind ihrerseits wieder mehrfach unterteilt. Rechter Mausklick auf ein Symbol öffnet ein Kontextmenü, über das man auf die Komponentenbeschreibung zugreifen kann. Abb. 2-3: Komponentenbibliothek Die Komponentenbeschreibung informiert dich in gedrängter Form mit Bildern, Symbolen und Text über Aufbau, Eigenschaften und Funktionsweise aller Teile, die in der Bibliothek enthalten sind. Unser MecLab System enthält nur einen Teil der hier beschriebenen Komponenten. 8 Festo Didactic

13 2 FluidSIM 2.1 Aufbau und Funktion Alle Beschreibungen sind auch über den Eintrag Didaktik Lehrmaterial in der Menüleiste erreichbar: Abb. 2-4: Öffnen der Datei Lehrmaterial in der Komponentenbibliothek 3. Die Arbeitsfläche Mit Mausklick auf die Schaltfläche Blatt der Symbolleiste (Toolbar) oder über den Menübefehl Datei neu erzeugen wir ein leeres Blatt als Arbeitsfläche. Es soll den größten Teil der Bildschirmfläche füllen. Abb. 2-5: Komponenten auf die Arbeitsfläche ziehen und verbinden Festo Didactic

14 2.1 Aufbau und Funktion 2 FluidSIM Für die Arbeitsfläche gibt es zwei Zustände: Bearbeitungsmodus und Simulationsmodus. Im Bearbeitungsmodus können wir Schaltungen aufbauen. Anklicken in der Komponentenbibliothek (Teil wird grau markiert), Ziehen mit gedrückter Maustaste und Loslassen kopiert die Bausteine auf die leere Seite (click, drag and drop). In den Simulationsmodus (für den Funktionstest) wechselt man durch Anklicken der Start-Taste auf der Symbolleiste, mit Stopp kehrt man in den Bearbeitungsmodus zurück. Nur im Bearbeitungsmodus lässt sich die Schaltung zeichnen und verändern! Die Komponenten kann man in mehrere Gruppen unterteilen: Abb. 2-6: FluidSIM Komponenten Aktuatoren (Motoren, Zylinder - elektrisch bzw. pneumatisch angetrieben) sie arbeiten nur, wenn man sie über Schalter oder Ventile mit Energie versorgt (durch elektrischen Strom oder Druckluft). Manuelle Schalter oder Taster, die auf Mausklick ansprechen. Relais und Ventilmagnete das sind elektromagnetisch auslösbare (fernsteuerbare) Schalter. Sie arbeiten nur, wenn man sie über manuelle Schalter oder Sensoren anspricht. Sensoren kann man in der Simulation manuell (mit Mausklick) in Betrieb setzen. Bei angeschlossener Hardware erzeugt das Signal des realen Sensors den Schaltimpuls. 10 Festo Didactic

15 2 FluidSIM 2.1 Aufbau und Funktion 4. Funktionen im Bearbeitungsmodus Alle notwendigen Befehle sind zwei- oder mehrfach zugänglich: Über den Menübefehl der Menüleiste, über die Schaltflächen der Symbolleiste, über die Tastatur. Abb. 2-7: Auswahl der Bearbeitungsbefehle Verdrahten und Verschlauchen der Komponenten erfolgt zwischen ihren Anschlusspunkten (kleine Kreise). Fährt man mit dem Mauszeiger auf den Anschlusspunkt, leuchtet dieser grün auf und der Mauszeiger verwandelt sich in ein Fadenkreuz. Man klickt an und zieht mit gedrückter Maustaste zum nächsten Anschlusspunkt. Wenn der neue Anschlusspunkt grün aufleuchtet und am Fadenkreuz Pfeile nach innen zeigen, lässt man die Maustaste los. Das Verdrahten der Bauteile verlangt zielgenaues Arbeiten. Wenn du mit dem Touchpad langsam und unsicher bist, benutze lieber die Maus, vergrößere evtl. das Arbeitsblatt mit der Zoomfunktion (s. u.). Beim Verdrahten neuer Komponenten auf bereits bestehende Leitungen (Parallelschaltung) arbeitet man immer vom Anschlusspunkt weg zur Leitung hin nicht umgekehrt. Die Anschlusspunkte der Bausteine dürfen nicht an den Ecken der Verdrahtung sitzen, weil man die Bauteile sonst nicht parallel verknüpfen kann. Für das Layout der Schaltungen muss man Regeln beachten (vgl. Kapitel 2.2). Regelgerecht erstellte Schaltpläne sind sehr viel leichter lesbar als kreative Entwürfe. Festo Didactic

16 2.1 Aufbau und Funktion 2 FluidSIM Will man den Schaltungsentwurf bearbeiten, muss man die ausgewählten Komponenten oder Teile der Verdrahtung zuerst mit linkem Mausklick markieren. Die markierte Komponente bzw. Verdrahtung erscheint dann grau unterlegt. Nun sind folgende Operationen möglich (vgl. die Pulldown-Liste im Menüpunkt Bearbeiten ): Bei gedrückter Maustaste lässt sich das Teil verschieben. Besser, weil präziser verschiebt man es nach Lösen der Maustaste mit den Cursor-Tasten. Durch Drücken der Taste Entf wird das markierte Teil gelöscht. Mit dem Tastaturbefehl Strg+X wird das Teil ausgeschnitten, mit Strg+C wird es kopiert, mit Strg+V wird das ausgeschnittene bzw. kopierte Teil an anderer Stelle eingefügt. Abb. 2-8: Bearbeiten der markierten Komponenten Um mehrere, getrennte Teile zu markieren, hält man während des Klickens die Strg-Taste gedrückt. Zusammenhängende Teile markiert man durch Einrahmen mit gedrückter linker Maustaste. Die gesamte Seite markiert man mit Strg+A. Alle Operationen sind nach Markieren mit der linken Maustaste auf zwei weiteren Wegen zugänglich: Man öffnet in der Menüleiste das Pulldown-Menü des Befehls Bearbeiten und wählt dann die gewünschte Operation. Man klickt auf die passende Schaltfläche der Symbolleiste. Die dritte Methode ist, die Komponente mit rechtem Mausklick zu markieren. Es öffnet sich ein Kontextmenü. Die obengenannten Operationen stehen nun ebenfalls zu Auswahl. Erneuter Klick führt den gewünschten Befehl aus. 12 Festo Didactic

17 2 FluidSIM 2.1 Aufbau und Funktion Mit allen Methoden hat man auch den Zugang zu den Operationen Drehen und Spiegeln. Wenn man diese Prozeduren ausführen will, sollten die Komponenten noch nicht verdrahtet sein. Probiere alle Methoden aus. Wähle diejenige, mit der du am schnellsten und sichersten arbeiten kannst. Erfahrungsgemäß ist die Kombination Eine Hand an der Maus, die andere auf der Tastatur besonders effektiv. 5. Zwei hilfreiche Funktionen für die Gesamtdarstellung Man kann ein Gitter einblenden. Ein- und Ausschalten erfolgt über die Symbolleiste oder den Tastatur- Buchstaben G. Mit dem Menübefehl Optionen Gitter kann man die Darstellung verändern. Man kann die Ansicht vergrößern oder verkleinern. Dies erfolgt wahlweise mit der Schaltfläche Lupe der Symbolleiste, mit der Tastatur (> - oder <-Zeichen) oder mit dem Rollrad der Maus (Strg+Rollen). Das gilt auch für die Komponentenbibliothek (das jeweilige Fenster muss man vorher durch Klick aktivieren). Der rechts und unten sichtbare Rand auf dem Arbeitsblatt markiert ein Blatt der Größe DIN A4. Abb. 2-9: Gitter einblenden und verändern Beim Entwerfen des Schaltplans können sich Fehler einschleichen, die unter Umständen zu Fehlfunktionen in der Simulation führen. Deshalb bietet FluidSIM eine nützliche Funktion: Zeichnung prüfen. Die Funktion erreichst du über die Schaltfläche auf der Symbolleiste (Häkchen) oder die Tastatur (F6). Fehlerhafte Partien erscheinen blau schraffiert und es erscheint ein Textfenster mit der Beschreibung des Fehlers. Zum Korrigieren der Fehler klickt man auf die markierte Partie, entfernt diesen Teil der Verdrahtung und verdrahtet ihn neu. Festo Didactic

18 2.1 Aufbau und Funktion 2 FluidSIM Abb. 2-10: Zeichnung prüfen und Fehlermeldung Der häufigste Fehler ist, dass Leitungen übereinanderliegen. Das passiert oft dann, wenn man den Abstand bereits verdrahteter Komponenten nachträglich verkürzt. Man beseitigt den Fehler, indem man die markierte Leitung löscht und dann neu zieht. 6. Funktionen im Simulationsmodus Um die korrekte Funktion des Entwurfs zu testen, schalten wir in den Simulationsmodus. Alle Befehle (Start Stopp Pause Einzelschritt) sind wie im Bearbeitungsmodus mehrfach zugänglich: Über die Menüleiste (Menüpunkt Ausführen ), die Schaltflächen der Symbolleiste, über das Kontextmenü nach rechter Maustaste oder über die Funktionstasten der Tastatur (Start F9, Pause F8, Stopp F5). Abb. 2-11: Simulation starten wahlweise verschiedene Zugänge zu gleichen Funktionen 14 Festo Didactic

19 2 FluidSIM 2.1 Aufbau und Funktion Stromdurchflossene Leitungen erscheinen rot, druckführende pneumatische Leitungen dunkelblau, drucklose Leitungen hellblau. Fährt man mit dem Mauszeiger über einen manuellen Taster (oder Schalter oder Sensorschalter oder Magnetventil), so verwandelt sich der Mauszeiger in einen gestreckten Zeigefinger. Ein linker Mausklick schließt den Schalter und startet den simulierten Ablauf. Über den Menübefehl Optionen Simulation lässt sich eine variable Zeitlupe für den Ablauf einstellen; das ist sehr hilfreich für das Verfolgen komplexer Abläufe. Hier kann man auch die farbliche Darstellung verändern. Abb. 2-12: Simulation Zeitlupe einstellen und Darstellung verändern Festo Didactic

20 2.2 Layout von Schaltkreisen 2 FluidSIM 2.2 Layout von Schaltkreisen Schaltkreise müssen so aussehen, dass sich ein fachkundiger Leser leicht darin zurechtfindet. Für schnelles und sicheres Arbeiten ist ein sauberes und gleichbleibendes Design der Schaltpläne unverzichtbar. Wir vereinbaren deshalb Regeln: 1. Wir haben immer mindestens zwei, manchmal auch drei Schaltkreise: den elektrischen Steuerstromkreis, den elektrischen Arbeitsstromkreis, den pneumatischen Arbeitskreis. Abb. 2-13: Schaltkreise in FluidSIM 2. Anordnung und Verbindung der Komponenten Wir wählen vernünftige Abmessungen. Zu große oder zu kleine Bilder sind betrachterunfreundlich. Wir platzieren elektrische und pneumatische Komponenten immer in gleicher Weise (vergleiche dazu Abb. 2-13). In den Stromkreisen ist der Pluspol immer oben. Die Zuführungen zu den Polen der Quelle verlaufen horizontal und sind frei von Bauelementen (Ausnahme: Hauptschalter). Alle Komponenten der Schaltung liegen in den vertikalen Teilen der Verdrahtung. Alle Anschlüsse im vertikalen Pfad liegen exakt auf einer Linie. Schalter, Taster und Sensoren sind immer oben, Relais und Aktuatoren immer unten. Alle Drähte und Schläuche verlaufen möglichst einfach, mit möglichst wenig Ecken und Kreuzungen. Vertikale und horizontale Abstände der Komponenten sind angemessen weder zu groß noch zu klein. Die Marken der Relais, Relaisschalter, Sensoren und Ventilmagnete müssen einwandfrei lesbar sein. Im Pneumatikkreis liegt unten die Druckluftquelle, darüber die Ventile, ganz oben die Zylinder. 16 Festo Didactic

21 2 FluidSIM 2.2 Layout von Schaltkreisen Abb. 2-14: Layout-Regeln für Schaltpläne 3. Aufgabenteilung und Aufgabenzuordnung im Schaltplan Manuelle Schalter oder Taster gibt es nur im Steuerstromkreis. Aktuatoren (z. B. Motoren, Ventile, Zylinder) gibt es nur im Arbeitskreis. Elektrischer Steuerkreis und elektrischer Arbeitskreis sind sichtbar getrennt. Wenn der Platz ausreicht, legt man sie nebeneinander. Wenn sie nebeneinander liegen, sieht es am besten aus, wenn beide gleich hoch sind (vgl. Abb. 2-13). Verwende dazu das Gitter! 4. Vergabe von Marken (vgl. Kapitel 2.4) Relais und Relaisschalter, Sensoren und Ventilmagnete arbeiten nur, wenn man ihnen Marken zuordnet. Relais bezeichnet man als Kontakte (Buchstabe K); sie werden zusätzlich fortlaufend nummeriert. Die Markierung von Sensoren und Ventilmagneten erfolgt systematisch: Wir nummerieren die Aktuatoren fortlaufend und ordnen den Sensoren und Ventilmagneten die gleiche Nummer zu. Aktuatoren: 1A 2A 3A Sensoren: 1S 2S (wenn mehrere) 1S1, 1S2 2S1, 2S2 Ventilmagnete: 1M 2M (wenn mehrere) 1M1, 1M2 2M1, 2M2 Relais, Relaisschalter: K1, K2, K3,... Tab. 2-1: Vergabe von Marken an Komponenten Festo Didactic

22 2.2 Layout von Schaltkreisen 2 FluidSIM 5. Speichern von Dateien Wählt man die Funktion Datei/speichern unter, bietet FluidSIM generell ein Unterverzeichnis an mit der Bezeichnung ct im Ordner Didactic. Wir sind jedoch frei, eine eigene Verzeichnisstruktur anzulegen. Entscheidend ist, dass es eine klare Struktur hat. Dann kann sich auch ein Außenstehender leicht darin zurechtfindet und sicher erkennen, zu welcher Aufgabe die als Datei gespeicherte Schaltung gehört. Dazu sind zwei Dinge nötig: Setze auf dem Arbeitsblatt oben eine Textzeile ein - nenne darin Nummer und Titel des Unterkapitels, dann die Nummer der Aufgabe. Wie man das macht, wird in Kapitel 2.3 beschrieben. Verwende als Dateinamen eine Kombination aus Kapitel- und Aufgabennummer(z. B. 3.3_A1a) Abb. 2-15: Ablegen von Dateien in Ordnern Setze unter gar keinen Umständen einen Punkt zwischen Nummer und Buchstabe der Aufgabe (z. B. A1.c). Das kann dazu führen, dass deine Datei nicht korrekt abgespeichert wird und die Arbeit verloren geht. Wenn du das Schema konsequent durchhältst, sind alle Dateien eindeutig identifizierbar. Überdies werden sie automatisch in der Reihenfolge der Kapitel im Verzeichnis abgelegt und lassen sich deshalb leicht wieder auffinden. 18 Festo Didactic

23 2 FluidSIM 2.2 Layout von Schaltkreisen 6. Anmerkungen zur Korrektheit deiner Schaltungsentwürfe und ihrer Bewertung Verstöße gegen die vereinbarten Regeln zum Layout führen zum Abzug von Aufgabenpunkten. Solche Verstöße (vgl. Punkt 1. und 2.) sind: Nicht regelgerechte Verdrahtung, unnötige Verzweigungspunkte, unnötig parallel geführte horizontale Verdrahtung, nicht eliminierte blaue Fehlermeldungen. Achte auf die korrekte Auswahl aller Komponenten. Häufige Fehler sind: Die Verwendung von Schaltern statt Tastern, ein fehlerhaft gewählter Sensortyp, überflüssige, weil unwirksame Taster oder Relaisschalter mit oder ohne Marken. Die Aufgabe ist nur dann vollständig und fehlerfrei gelöst, wenn nicht nur die Simulation korrekt funktioniert sondern auch die über den Schaltplan angesteuerte, reale MecLab Station die gewünschten Aktionen ausführt. Als schwerwiegende Fehler sind zu bewerten: Beim Start der Simulation erscheint eine rote Fehlermeldung. Die Marken auf dem Multipolverteiler fehlen oder sind falsch gesetzt. Die Simulation verhält sich anders als die reale Station. Die genannten Fehler zeigen, dass du entweder gar keinen Funktionstest mit dem Programm gefahren oder Simulation und Realität nicht aufmerksam verglichen hast. Achte beim Testen des Programms darauf, dass der Automat die Aufgabe genauso erfüllt, wie im Text gefordert wird, dass der Automat den Ablauf wiederholen kann, wenn du den Starttaster erneut drückst. Im Verlauf der Arbeit mit FluidSIM und MecLab wirst du eine große Anzahl von Schaltplänen erzeugen. Jeder Schaltplan ist die Lösung einer Aufgabe und wird bewertet. Das ist für den Lehrer nur möglich, wenn du jeden Plan unter Beachtung der in Punkt 5. genannten Vorschrift als Datei benennst und abspeicherst. Du kannst nicht erwarten, dass der Lehrer dein gesamtes Verzeichnis nach nicht vereinbarungsgemäß abgelegten Dateien durchsucht und diese bei der Bewertung berücksichtigt. Wenn du eine bereits gespeicherte Datei bearbeitest und erneut abspeicherst, erzeugt FluidSIM eine Backup-Datei. Nach Abschluss der Arbeit an einer Aufgabenserie löschst du alle Backup- Dateien. Festo Didactic

24 2.3 Einfache Stromkreise 2 FluidSIM 2.3 Einfache Stromkreise Wir erzeugen mit FluidSIM im Rechner zuerst einfache, dann zunehmend aufwendige Schaltungen. Wir erfahren und lernen so die Grundlagen über den Umgang mit FluidSIM : Die Art und die Funktion der verschiedenen Bauelemente, den sauberen und übersichtlichen Aufbau von Schaltplänen, die Umsetzung von Befehlen (Input) in elektrische Schaltungen (Programm), das Steuern der Station mit Hilfe des Programms (Output). Gleichzeitig gewinnen wir schon eine gewisse Routine in der Handhabung des Werkzeugs. Damit können wir uns im Folgenden ganz auf die eigentlichen Schwierigkeiten konzentrieren. Mit dem Text-Baustein kann man kleine Textpassagen in den Schaltplan einfügen. Mit dem Bilddatei-Baustein kann man Grafiken einfügen. Die Bibliothek von FluidSIM stellt in der Rubrik Verschiedenes den Baustein Text bereit. Ziehe ihn auf die Arbeitsfläche und öffne das Kontextmenü mit Doppelklick. Im Fenster kannst du nun einen Text eingeben. Verändere die Ausrichtung von Mitte auf Links. Abb. 2-16: Mit dem Textbaustein kann man schreiben 20 Festo Didactic

25 2 FluidSIM 2.3 Einfache Stromkreise Der Zeilenwechsel geschieht nicht von selbst du musst ihn mit der Tastenkombination Strg + Enter erzwingen. Schriftart, Schriftgröße und Schriftfarbe sind ebenfalls wählbar. Wenn der Steuerkreis deiner Schaltung mehrere manuelle Taster aufweist, ist es nötig, ihre Funktion mit einer zugeordneten Texttafel zu beschreiben (z. B. Motor-Start, Magnet ab, Zylinder ausfahren ). Die Beschriftung sollte möglichst kurz, aber trotzdem so aussagekräftig sein, dass auch ein unkundiger Benutzer die Anlage bedienen kann. Festo Didactic

26 2.3 Einfache Stromkreise 2 FluidSIM Aufgaben A1 Einfache Schaltung: a Bilde einen Schaltkreis aus Quelle, einem manuellen Schalter/Schließer und einem Leuchtmelder. Schalte dazu parallel einen manuellen Schalter/Öffner mit Leuchtmelder. Teste und vergleiche das Verhalten der beiden Schaltertypen in der Simulation. b Schalte nun in gleicher Weise parallel einen manuellen Taster/Schließer bzw. einen Taster/Öffner. Teste und vergleiche wie oben. c Beschreibe durch einen kurzen Text, wie sich die Arbeitsweise von Schließern und Öffnern bzw. Schaltern und Tastern unterscheidet. A2 Parallelschaltung: Bilde einen Schaltkreis aus Quelle und zwei parallel geschalteten Leuchtmeldern so, a dass auf Wunsch mit einem Schalterdruck beide Leuchtmelder gleichzeitig aufleuchten und erlöschen, b dass auf Wunsch jeder Leuchtmelder einzeln aufleuchtet bzw. erlischt. c Kopiere den Schaltkreis von A2b und ersetze die Schalter durch Taster. Das Problem ist: Du kannst mit einem Mausklick nicht zwei Taster schalten. Die Lösung des Problems: Drücke gleichzeitig mit dem Mausklick die Umschalt-Taste (Shift). Der Taster bleibt dann aktiv (er rastet ein wie ein Schalter) und nun lässt sich der zweite in gleicher Weise drücken. Erneuter Klick ohne Shift löst die Taster einzeln. A3 Kombination von Schaltern: Bilde einen Schaltkreis so, a dass ein dunkler Leuchtmelder nur dann aufleuchtet, wenn man zwei Schalter drückt, b ein ständig brennender Leuchtmelder nur dann erlischt, wenn man zwei Schalter drückt, c ein dunkler Leuchtmelder immer dann aufleuchtet, wenn man einen beliebigen von zwei Schaltern drückt, d ein ständig brennender Leuchtmelder immer dann erlischt, wenn man einen beliebigen von zwei Schaltern drückt. 22 Festo Didactic

27 2 FluidSIM 2.4 Schaltkreise mit Relais 2.4 Schaltkreise mit Relais Aktuatoren sind angetriebene Bauelemente, die Steuerbefehle des Programms in Bewegungen umsetzen. Dazu brauchen sie Energie. Elektrische Energie wird durch fließende Ladung (Strom) transportiert. Der Strom für den Aktuator muss also über den Schalter fließen, mit dem der Aktuator angesteuert wird (vgl. Abb. 2-18). Daraus ergeben sich häufig verschiedenartige Probleme (vgl. A1). Die Lösung des Problems besteht in vielen Fällen darin, dass man Relais als Schalter verwendet. Abb. 2-17: Relais Wie in der Realität, so können wir auch in FluidSIM die Aktuatoren direkt über manuelle Schalter ansteuern (Abb. 2-18, links), ihre Ansteuerung über Relais in einem Stromkreis vereinigen (Abb. 2-18, Mitte) oder wir können zwei getrennte Stromkreise aufbauen (Abb. 2-18, rechts). Abb. 2-18: Direkte Steuerung (links), Relaissteuerung mit einem (Mitte) und zwei Stromkreisen (rechts) Der Aufbau mit zwei getrennten Stromkreisen bildet die Realität korrekt ab und ergibt auch eine bessere Darstellung: Die Funktionen sind optisch klar getrennt und bei der Verwendung zahlreicher Schalter, Relais und Aktuatoren ist das Schaltbild leichter lesbar. Festo Didactic

28 2.4 Schaltkreise mit Relais 2 FluidSIM Abb. 2-19: Relais und Relaisschalter verbinden den Steuerkreis mit dem Arbeitskreis Jedes Relais, jeder Aktuator und jeder Sensor braucht die volle Spannung der Quelle. Das bedeutet, dass man Relais und Aktuatoren nie in Reihe schalten darf sondern immer parallel schalten muss. Das Relais kann den Schalter nur dann ansprechen, wenn sich die beiden kennen. Das erreicht man durch die Vergabe von Marken : Doppelklick auf das Relaissymbol öffnet ein Fenster; hier wird der Name eingetragen in der Regel eine Buchstaben-Zahl-Kombination (vgl. Kapitel 2.2). Abb. 2-20: Kommunikation zwischen Steuer- und Arbeitskreis über die Vergabe von Marken 24 Festo Didactic

29 2 FluidSIM 2.4 Schaltkreise mit Relais Soll ein Relais mehrere Aktuatoren gleichzeitig schalten, sollte man trotzdem jedem Aktuator seinen eigenen Relaisschalter zuordnen und diese mit gleichen Marken versehen. Die Schalter arbeiten dann gleichzeitig, wenn das Relais anzieht. Abb. 2-21: Ein Relais steuert zwei Relais-Schalter Unsere Bauelemente existieren nur zum Teil in der Realität (an unserer MecLab Station). Wir können nämlich in FluidSIM auch beliebige zusätzliche Komponenten einfügen, die nicht real sind (sie existieren dann nur im Computer sie sind virtuell). Trotzdem erfüllen sie ihre Funktion in der Steuerung genauso wie reale Bauteile. Der Arbeitsstromkreis soll die Realität exakt abbilden. Er muss also symbolisch genau diejenigen Aktuatoren aufweisen, die real in der Station eingebaut sind. In der Simulation können wir dann im Voraus feststellen, ob unsere Station wunschgemäß arbeiten wird, wenn wir sie mit dem Computer ansteuern. Um diese Vorgehensweise einzuüben, konfigurieren nun einige der Schaltungen von Kapitel 2.3 als Relaisschaltungen. Wir verwenden in der Simulation die Aktuatoren unserer Station Förderband. Festo Didactic

30 2.4 Schaltkreise mit Relais 2 FluidSIM Aufgaben Beachte unbedingt, was in Kapitel 2.2 über die saubere Verdrahtung von Relais mitgeteilt wurde. A1 Trage einige Fakten über Relais zusammen: Ein Relais was ist das (Definition)? Wie funktioniert es (Erklärung)? Wo wird es praktisch verwendet (Beispiele)? Unterstütze die Erklärung mit einer Funktionsskizze, liefere Zeichnungen oder Fotos für die Beispiele. A2 Einfache Schaltung mit Relais: Wenn man den ersten Schalter schließt, soll der Motor starten. Wenn man den zweiten Schalter schließt, soll der Hubmagnet anziehen. A3 Erkunde die Funktion von zeitverzögerten Relais: a Wenn man den Schalter schließt, soll der relaisgesteuerte Motor sofort starten. Wenn man den Schalter öffnet, soll er noch fünf Sekunden weiterlaufen und dann stoppen. b. Wenn man den Schalter schließt, soll der relaisgesteuerte Hubmagnet mit drei Sekunden Verzögerung anziehen. Öffnet man den Schalter, soll der Hubmagnet sofort zurückstellen. c Wenn man einen Schalter schließt, soll der Motor sofort starten. Der Hubmagnet soll drei Sekunden später anziehen. Wenn man den Schalter öffnet, soll der Motor nach drei Sekunden stoppen und der Hubmagnet sofort zurückstellen. A4 Wenn man einen Schalter schließt, soll der Motor drei Sekunden später starten. Wenn man den Schalter öffnet, soll er fünf Sekunden danach stoppen. A5 Zeitverzögerte Relais, gesteuert durch Taster: a Nach kurzem Druck auf den ersten Taster T1 soll der Motor sofort starten, fünf Sekunden weiterlaufen und dann stoppen. Nach kurzem Druck auf den zweiten Taster T2 soll der Hubmagnet nach einer Wartezeit von drei Sekunden anziehen. Beachte: Ein Teil der Aufgabe ist nicht lösbar! Welcher ist das? Gehe dann zu Aufgabe b.! b Halte den Taster T2 gedrückt, bis die Stoppuhr abgelaufen ist. Was beobachtest du? Woran liegt es also, dass die Schaltung nicht nach Wunsch arbeitet? Notiere! (Wir werden in Kapitel 2.6 eine Schaltungstechnik kennenlernen, mit der wir dieses Problem lösen können.) 26 Festo Didactic

31 2 FluidSIM 2.5 Multipolverteiler 2.5 Multipolverteiler FluidSIM ist dreifach nutzbar: Als Zeichenprogramm, um Schaltpläne zu erzeugen, als Simulationsprogramm, um die Funktion der Schaltungen zu prüfen, als Steuerprogramm, um eine Maschine vom Rechner aus zu betreiben und zu kontrollieren. Dazu müssen die Aktuatoren der Station (Motoren, Magnete, Ventilmagnete, Zylinder) genau die Bewegung ausführen, die wir mit dem Programm geplant haben. Damit die reale Station genauso arbeitet wie in der Simulation vorgesehen, müssen wir die Programmbefehle an die Station senden. Der Datenfluss zwischen Rechner und Station läuft über den EasyPort und den Multipolverteiler. Abb. 2-22: EasyPort mit Netzgerät (links), Multipolverteiler (Mitte), Multipolverteiler mit aufgestecktem EasyPort (rechts) Sowohl der Rechner als auch die Station senden und empfangen Daten, der Transport läuft also in beide Richtungen (er ist bidirektional). Abb. 2-23: Datenfluss zwischen Rechner und Station Festo Didactic

32 2.5 Multipolverteiler 2 FluidSIM Alle Stationen verfügen auch über Sensoren. Sie erfassen Daten über Positionen oder Bewegungszustände von Aktuatoren oder registrieren Eigenschaften von Werkstücken. Damit das Programm die Sensorsignale verarbeiten und sie zum Steuern der Station verwenden kann, muss man die Sensordaten an den Rechner senden. Der Easyport hat zwei Aufgaben: Er versorgt Relais, Motoren, Ventilmagnete und Sensoren mit elektrischer Energie. Deshalb wird er über ein Netzgerät an die Steckdose angeschlossen. Er sorgt für den Datentransport zwischen Rechner und Station. Deshalb sitzt er zwischen den beiden; mit dem Rechner wird er über ein USB-Kabel verbunden. Der Multipolverteiler hat ebenfalls zwei Aufgaben: Er bekommt Energie und Signale über den Easyport und gibt beides über die Steckplätze der rechten Reihe (ungeradzahlige Nummerierung) an die Relais der Aktuatoren aus ( Output ). Er versorgt die Sensoren mit Energie über die Steckplätze der linken Reihe (geradzahlige Nummerierung). Zusätzlich wandern die Sensorsignale über den EasyPort in den Rechner hinein ( Input ). Multipolverteiler in FluidSIM einrichten (konfigurieren): Wir ziehen das Multipolverteiler-Symbol auf die Arbeitsfläche. Mit Doppelklick auf das Symbol öffnet sich ein Dialogfenster. Dort müssen wir wie bei den Relais Marken vergeben und dabei auf drei Dinge achten: Übereinstimmung: Die belegten Steckplätze auf dem Multipolverteiler erhalten die gleichen Marken wie die Relaisschalter vor den Aktuatoren im Arbeitskreis. Platzierung: Jede Marke auf einem Steckplatz im Multipolverteiler-Symbol muss dort gesetzt werden, wo am realen Multipolverteiler das Versorgungskabel zum Aktuator eingeschraubt ist. Vorrang aktiv: Im Symbol muss das Häkchen gesetzt sein. Das sichert, dass der Multipolverteiler automatisch aktiviert wird, wenn wir die Station mit dem Rechner verbinden. Abb. 2-24: Multipolverteiler Marken vergeben 28 Festo Didactic

33 2 FluidSIM 2.5 Multipolverteiler Wenn man die Marken im Multipolverteiler-Symbol vergisst, wird die Simulation korrekt arbeiten aber die Station selbst wird keine Aktion ausführen. Wenn man die Marken falsch platziert, wird die Station arbeiten, aber es werden andere als die gewünschten Aktuatoren angesprochen. Wenn man einen Schreibfehler beim Vergeben der Marken macht, wird der zugeordnete Aktuator nicht arbeiten. Starten wir nun wie gewohnt die Simulation, so sucht FluidSIM die Kommunikation mit der Station. Kommt der Kontakt nicht zustande, weil der EasyPort keine Verbindung zum Rechner hat oder das Netzgerät des EasyPorts nicht eingesteckt ist, gibt FluidSIM eine Warnmeldung aus: Abb. 2-25: Warnmeldung bei fehlendem Kontakt zum EasyPort Wollen wir die Simulation ohne Station durchführen (was ja meistens der Fall ist), so klicken wir zweimal auf OK oder drücken zweimal die Enter -Taste. Die Warnmeldung verschwindet und die Simulation startet wie gewohnt. Festo Didactic

34 2.5 Multipolverteiler 2 FluidSIM Wenn wir einen Relaisschalter aktvieren, wird das Signal über den EasyPort an den Multipolverteiler ausgegeben und der adressierte Steckplatz im Multipolverteiler-Symbol leuchtet gelb auf: Abb. 2-26: Erfolgreiche Ausgabe des Signals über den Multipolverteiler 30 Festo Didactic

35 2 FluidSIM 2.5 Multipolverteiler Aufgaben A1 Station aufbauen: Stecke den EasyPort auf den 15-poligen D-Sub-Stecker des Multipolverteilers. Arbeite vorsichtig, um die Pins des Steckers nicht zu verbiegen. Schließe das Netzgerät an. A2 Transportband ansteuern: Lade deine FluidSIM -Schaltung von Kapitel 2.4, A2. Ziehe das Multipolverteiler-Symbol zusätzlich aufs Arbeitsblatt. Öffne das Dialogfenster des Multipolverteilers und füge die Marken ein, wie auf Seite 21 beschrieben. Der Rechner sollte nicht im Simulationsmodus sein, wenn man das USB-Kabel anschließt drücke deshalb vorher die Stopp-Taste. Der Rechner braucht Zeit, um die neue Hardware zu erkennen warte deshalb nach dem Einstecken des Datenkabels ein wenig, bevor du in den Simulationsmodus schaltest. A3 Schaltung testen: Wenn deine Simulation korrekt arbeitet, verbindest du deinen Rechner über das USB-Kabel mit dem EasyPort. Teste, ob die Station genauso arbeitet, wie es im Aufgabentext verlangt wird. Wenn du einen Fehler gemacht hast, suche ihn, verbessere und teste erneut. Wenn man nicht weiß, auf welchem Steckplatz des Multipolverteilers ein bestimmtes Relais verdrahtet ist, muss man die Marken willkürlich platzieren. Stimmen Simulation und reale Aktion überein, hat man zufällig die richtige Wahl getroffen. Wird an der Station nicht der gewünschte Aktuator aktiviert, muss man die Marken auf dem Multipolverteiler-Symbol so lange korrigieren, bis Übereinstimmung von Simulation und Realität erreicht ist. A4 Weitere Schaltungen testen: Lade andere Schaltungsentwürfe aus Kapitel 2.4, ergänze und teste sie wie oben beschrieben. Festo Didactic

36 2.6 Selbsthaltung 2 FluidSIM 2.6 Selbsthaltung Stellschalter (kurz: Schalter) unterscheiden sich von Tastschaltern dadurch, dass sie in der gedrückten Stellung einrasten. Der elektrische Kontakt bleibt erhalten. Das ist günstig, wenn ein dauerhaftes Signal gebraucht wird (z. B. beim Einschalten der Beleuchtung oder eines elektrischen Geräts). Die leitende Verbindung über Stellschalter muss aktiv wieder getrennt werden. Diese Methode ist jedoch steuerungstechnisch manchmal nicht erwünscht oder gar nicht zulässig. Abb. 2-27: Taster steuern täglich benutzte Geräte Tastschalter (kurz: Taster) rasten nicht ein, der Kontakt wird wieder gelöst, wenn man den Taster nicht mehr drückt. Das ist günstig, wenn nur ein kurzer Impuls erwünscht ist (z. B. beim Druck auf einen Klingelknopf oder beim Schreiben auf der Tastatur des Computers), erlaubt aber keinen dauerhaften Betrieb. Es ist jedoch üblich, Start- und Stopp-Signale über Taster zu erzeugen, die auch nach Lösen der Betätigung den letzten Kontaktzustand beibehalten. Abb. 2-28: Drehschalter (links), farbig codierte Drucktaster (Mitte) und Doppeldrucktaster mit Kontrollleuchte (rechts) 32 Festo Didactic

37 2 FluidSIM 2.6 Selbsthaltung Die schaltungstechnische Methode, mit der wir einen Schaltimpuls speichern und auf Wunsch wieder löschen können, nennt man Selbsthaltung. Das Prinzip und die Arbeitsweise der Selbsthaltung werden erkennbar, wenn wir die Schaltung in FluidSIM nachbauen: Abb. 2-29: Selbsthaltung geöffnet (links) und geschlossen (rechts) 1. Manuell setzen Wenn man den manuellen Taster drückt, erhält das Relais K1 Strom und der Relaisschalter K1 im Arbeitskreis schließt. Damit nach Lösen des Tasters weiterhin Strom durch das Relais fließt, leiten wir ihn zusätzlich über einen Parallelzweig um den manuellen Taster herum. Das Relais schaltet diese Umleitung selbst über den Relais-Schließer K1 im Steuerkreis, wenn es aktiv wird. Löst man den manuellen Taster, fällt der Relaismagnet nicht ab, weil er über den geschlossenen Relaisschalters K1 weiterhin mit Strom versorgt wird das Relais hält sich selbst, der Arbeitsstromkreis bleibt geschlossen und der Aktuator bleibt aktiv. 2. Manuell rücksetzen Um den Aktuator auszuschalten, müssen wir den Haltestrom für das Relais im Steuerstromkreis abschalten. Dazu brauchen wir einen zweiten manuellen Taster (Öffner), der den über die Selbsthaltung fließenden Strom unterbricht. Abb. 2-30: Selbsthaltung geschlossen (links) und geöffnet (mittig und rechts) Festo Didactic

38 2.6 Selbsthaltung 2 FluidSIM Die Platzierung des Stopp-Tasters im Schaltkreis bestimmt das Verhalten der Schaltung: Sie kann dominierend setzend (Abb. 2-30, mittig) oder dominierend rücksetzend (Abb. 2-30, links und rechts) wirken. Der Unterschied macht sich bemerkbar, wenn man beide Taster drückt und gedrückt hält: In der dominierend setzenden Version fließt der Relaisstrom weiterhin über den geschlossenen Starttaster. In der dominierend rücksetzenden Variante bleibt das Relais stromlos, weil der offene Stopptaster beide Zweige unterbricht. Der Motor startet nicht bzw. stoppt. Damit bietet die zweite Variante Sicherheit gegen Fehlbedienung, wenn man aus Versehen beide Taster drückt. Hinter getrennten Tasten für Start und Stopp verbirgt sich also eine relaisgesteuerte Selbsthaltung; die Taster übernehmen die Funktion von Schaltern, ohne selbst mechanisch einzurasten. Wenn man die Funktionen optisch und haptisch (fühlbar) trennt, wird die Bedienung sicherer. 3. Zeitgesteuert setzen Wir hatten das Problem (vgl. Kapitel 2.4, Aufg. A4), dass Taster mit anzugsverzögerten Relais nicht harmonieren, weil nach Ablauf der Verzögerungszeit der Strom nicht mehr fließt, der den Relaismagneten versorgen muss. Mit der Methode der Selbsthaltung können wir dieses Problem lösen: Abb. 2-31: Zeitverzögertes Einschalten: vor dem Start (links), Wartezeit läuft (Mitte), Start ist erfolgt (rechts) Wenn wir den Start-Taster drücken, schließt die Selbsthaltung über K1 und der Strom durch das anzugsverzögerte Relais K2 bleibt auch dann erhalten, wenn der Taster öffnet. Der Countdown läuft weiter, das Relais K2 bleibt stromdurchflossen, zieht nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer an und schaltet den Aktuator ein. Wir brauchen nun zwei Relais: das erste schließt sofort den Schalter K1 für die Selbsthaltung, das zweite schließt verzögert den Schalter K2 im Arbeitsstromkreis. Es ist sinnvoll, die beiden Relais K1 und K2 über zwei Relaisschalter mit gleicher Marke anzusteuern. Die Schaltung ist leichter lesbar, wenn jeder Relaisschalter nur ein Relais ansteuert. 34 Festo Didactic