Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg

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1 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg Schulversuch /1 vom 20. Mai 2009 Lehrplan für das Berufskolleg Technisches Berufskolleg II Angewandte Technik Schwerpunkt Mechatronische Systeme Schuljahr 1 Der Lehrplan tritt am 1. August 2009 in Kraft.

2 2 Angewandte Technik Schwerpunkt Mechatronische Systeme Vorbemerkungen Das Fach Angewandte Technik Vor dem Hintergrund des gesellschaftlichen Wandels müssen fachliche, methodische, personale und soziale Kompetenzen als Grundlage für Studium und Beruf erworben werden. Im Fach Angewandte Technik mit den verschiedenen Schwerpunkten werden diese Kompetenzen in besonderer Weise gefördert. So vermittelt das Fach Angewandte Technik den Schülerinnen und Schülern mit seinem optional zu erwerbenden Assistentenabschluss die Befähigung, direkt ins Berufsleben einzusteigen oder dient als Grundlage für ein anschließendes Studium. Die Inhalte können je nach Schulprofil als Schwerpunkt aus folgenden Bereichen gewählt werden: Mechatronische Systeme Grundlagen der Konstruktion Bautechnik Grundlagen der Konstruktion Maschinenbau Software- und Webentwicklung Computerunterstützte Fertigung Kommunikation und Gestaltung Der Schwerpunkt Mechatronische Systeme Die Anwendungsorientierung führt zu einem fundierten Verständnis der Prinzipien und Strukturen mechatronischer Systeme und gewährleistet, dass die Schülerinnen und Schüler dieses auch in anderen Technologien einsetzen können. Aufgrund des schnellen Wandels in der Mechatronik sind grundlegende professionelle Programmier- und Entwicklungstechniken erforderlich. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die wesentlichen Zusammenhänge mechatronischer Systeme, jedoch sind sie nur im Bereich der Kleinspannung berechtigt, schaltungstechnische Handlungen vorzunehmen (keine Ausbildung zur Elektrofachkraft). Der Lehrplan ermöglicht Freiräume für schulische Projekte und Vertiefungen. Bei der Erstellung des Lehrplans wurden die für das Technische Berufskolleg II angepassten TBK II - Technische Richtlinien Mechatronische Systeme verwendet. Diese finden Sie im Download-Bereich des Landesinstituts für Schulentwicklung. Die Inhalte dieses Lehrplanes sollten überwiegend durch gerätebezogenen Unterricht an Automatisierungsgeräten mit Anbindung an praxisnahen Modellen vermittelt werden.

3 Angewandte Technik Schwerpunkt Mechatronische Systeme 3 Lehrplanübersicht Schuljahr Lehrplaneinheiten Zeitrichtwert Gesamtstunden Seite 1 1 Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) Elektropneumatik Hydraulik Sensorik Antriebstechnik Wahlthemen Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung

4 4 Angewandte Technik Schwerpunkt Mechatronische Systeme

5 Angewandte Technik Schwerpunkt Mechatronische Systeme 5 Schuljahr 1 Zeitrichtwert 1 Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 50 Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die Grundlagen im Umgang mit modernen Automatisierungssystemen. Sie berücksichtigen die Gefahren des elektrischen Stroms und bearbeiten Aufgaben ausschließlich im Kleinspannungsbereich. Die Schülerinnen und Schüler analysieren Steuerungsprobleme anhand von praxisnahen Aufgaben (Modellen, Projekten). Sie strukturieren mit Hilfe der Beschreibungsmittel der Steuerungstechnik und setzen diese in Programme für Automatisierungssysteme um. Sie unterscheiden zwischen einer Steuerung und einer Regelung. Versorgung und elektrische Sicherheit (6) Energieversorgung Stromgefährdung DC-24V-Steuerstromkreise Zulässiger Arbeitsbereich des Technischen Assistenten Verknüpfungssteuerung SPS Steuerstromkreise Adressierung Grundverknüpfungen Arbeitsweise der SPS Strukturierter Programmaufbau Programmvariablen Speicherfunktion Zeitfunktionen Flankenauswertung Ortsnetztransformator, Steuertransformator, Blockschaltbild Höchstzulässige Berührungsspannung, Erste Hilfe bei Stromunfällen, Sicherheitsregeln Stromlaufplan mit PELV Schaltungsaufbau nur in Stromkreisen mit Kleinspannung Normgerechte Sensorik / Aktorik Stromlaufpläne Absolut- und Symbol Adressierung, Zuordnungstabelle FUP- UND, ODER, NICHT, Funktionsgleichung Zyklische Programmabarbeitung Organisationsbaustein (OB1), Funktion (FC), Funktionsbaustein (FB) Globale-, Lokale Variablen, Merkerfreie Programmierung Setz-, Rücksetzdominant Einschalt-, Ausschaltverzögerung, Impuls, Taktmerker P-, N-Flanke (Bsp.: Zweihandausrückung) (20)

6 6 Angewandte Technik Schwerpunkt Mechatronische Systeme Sicherheitstechnische Maßnahmen (6) Elektrische und mechanische Schutzmaßnahmen Ablaufsteuerungen Darstellung einer Ablaufsteuerung Lineare Ablaufsteuerungen Strukturierte Programmierung von Ablaufsteuerungen Lineare Ablaufsteuerungen mit bibliotheksfähigen Schrittkettenbaustein (FB25) Betriebsarten Lineare Ablaufsteuerungen mit bibliotheksfähigen Betriebsartenbaustein (FB24) Regelungstechnik Grundlagen der Regelungstechnik Unstetige Regler (2-Punkt-Regler) Stetige Regler Sicherheitstechnische Maßnahmen an Automatisierungssystemen (Drahtbruchsicherheit, Verriegelung, Grenzschalter, NOT-AUS- Situation, Sicherheitsrelais) DIN EN (Ablaufsprache AS) oder DIN EN (GRAFCET) (18) Programmierung mit SR-Speicher und ohne Betriebsartenteil, Ablaufsteuerungen auch mit Zeitfunktionen Ablaufkettenbaustein und Befehlsausgabebaustein, FC und FB Vgl. technische Richtlinien (FB25) Beschreibung der Betriebsarten Automatik, Einzelschritt mit Bedingung und Einrichten, vgl. technische Richtlinien (Bedienfeld) Vgl. technische Richtlinien (FB24) Blockschaltbild Analogwert, A/D-Wandler Funktionsweise eines P-Reglers und Abgrenzung zum unstetigen Regler (6)

7 Angewandte Technik Schwerpunkt Mechatronische Systeme 7 2 Elektropneumatik 20 Die Schülerinnen und Schüler wählen geeignete Ventile bezogen auf die geforderte Funktion und Sicherheit aus. Sie analysieren das Schaltverhalten und leiten daraus die Auswirkungen auf die Inbetriebnahme und Wartung ab. Ventilspulen (2) Ventilspulen DC - Schutzbeschaltung Freilaufdiode, Varistor Wege- und Stromventile Elektropneumatische Grundschaltungen Schaltverhalten von Wegeventilen Funktionsweise von Stromventilen Normgerechten Pneumatikschaltpläne (18) Analyse elektropneumatischer Grundschaltungen, Auswahl der geeigneten Wegeventile unter Berücksichtigung der Sicherheitsaspekte (5/2-5/3-4/2-WV) Mono- und bistabile Schaltventile, Funktionsweise von vorgesteuerten Ventilen und Analyse geeigneter Anwendungsgebiete der Ventiltypen Möglichkeiten zur Beeinflussung der Kolbengeschwindigkeit, Funktionsweise und Parameter von Stromventilen Planung von komplexeren elektropneumatischen Steuerungen und normgerechte Darstellung des Schaltplanes, Einsatz geeigneter Planungs- und Simulationssoftware 3 Hydraulik 10 Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Funktionsweise eines hydraulischen Systems. Sie berechnen bzw. bestimmen anhand von Kennlinien die erforderlichen Einstellwerte. Grundlagen der Hydraulik Planung einer hydraulischen Anlage und Auswahl der hydraulischen Bauteile (Aktoren, Wegeventile, Stromventile), Analyse von hydraulischen Schaltplänen und Berechnung der Einstellwerte (Druck, Kraft, Volumenstrom, Geschwindigkeit)

8 8 Angewandte Technik Schwerpunkt Mechatronische Systeme Druckbegrenzungsventil Stromregelventil Aufnahme und Analyse der Kennlinie (Versuchsaufbau oder Simulation) und Beschreibung der Auswirkungen auf das hydraulische System Verhalten von Strom- und Stromregelventilen anhand der Kennlinie, Auswirkungen auf das Gesamtsystem 4 Sensorik 10 Die Schülerinnen und Schüler wählen Sensoren für verschiedene Anwendungsfälle aus und erklären deren Funktion. Sie interpretieren die dazugehörenden Datenblätter. Arten von Sensoren Binäre Sensoren Analoge Sensoren Normsignale von Sensoren Binäres, digitales und analoges Signal Kapazitiver Sensor, induktiver Sensor, Reed- Kontakt, Lichttaster, Lichtschranke Linearpotentiometer, Dehnungsmessstreifen, Pt100 Leitungslänge und Funktionssicherheit: 0..10V, 0..20mA, V, 4..20mA (Life Zero) 5 Antriebstechnik 30 Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Struktur mechatronischer Teilsysteme der Antriebstechnik. Sie erklären die Wirkungsweisen von elektrischen Antrieben und benennen Möglichkeiten zur Realisierung von Linear- und Rotationsbewegungen mittels elektrischer Antriebe. Die Schülerinnen und Schüler bestimmen die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl von Bewegungen, um Weg- und Bewegungsrichtungen zu steuern. Drehstromtechnik (24) 3-Phasen-Wechselspannung Magnetisches Drehfeld Aufbau und Wirkungsprinzip des Drehstromasynchronmotor Bemessungsdaten eines D-ASM Kennlinie Funktionsprinzip eines Frequenzumrichter Sternschaltung, Dreieckschaltung Zusammenhang von Frequenz und Drehfeld Kurzschlussläufer, Induktionswirkung, Drehmomentbildung, Schlupf, Polzahl, Drehzahl Leistungsschild (Typenschild), Berechnung (Wirkungsgrad, Schlupf, Drehmoment) Hochlauf, Stromaufnahme, Leerlauf, Nennlast (siehe TBK II - Technische Richtlinien Mechatronische Systeme ) Funktionsblöcke

9 Angewandte Technik Schwerpunkt Mechatronische Systeme 9 Grundparameter Frequenzumrichter Elektromagnetische Verträglichkeit Getriebetechnik Baugruppen eines exemplarischen Positionierantriebs Berechnungen aus Bemessungsdaten Rampen, Boost, U/f-Kennlinie, Festfrequenzen Problematik, erforderliche Schutzmaßnahmen Antriebsmotor mit Drehgeber, Schneckengetriebe, Spindel-Mutter-Trieb, Führungsschlitten Vorschubgeschwindigkeit, Antriebskraft, Positioniergenauigkeit (6) 6 Wahlthemen 60 Die Schülerinnen und Schüler lösen Aufgabenstellungen Mechatronische Systeme nach Vorgabe der Schule.

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