1 - Grundlagen elektromechanischer Steuerungen

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1 Grundlagen elektromechanischer Steuerungen gems01q01 1

2 Impressum An dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirkt Herausgeber: IHK für Oberfranken Bahnhofstr Bayreuth Inhaltliche Konzeption: ets GmbH, Halblech ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth Produktion/ Umsetzung: ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth Redaktionelle Betreuung: Andrea Nüssel, ihk.online&medien.gmbh Claudia Hohdorf, ets Halblech Rechte: Copyright ets GmbH, Halblech. Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk und Fernsehen sind vorbehalten. Text, Abbildungen und Programme wurden mit größter Sorgfalt erarbeitet. Herausgeber, Programmierer und Autoren können jedoch für eventuell verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Namensschutz: Die meisten in dieser Einheit erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen sind auch eingetragene Marken und unterliegen als solche den gesetzlichen Bestimmungen. Microsoft, Windows und andere Namen von Produkten der Firma Microsoft, die in dieser Qualifizierungseinheit erwähnt werden, sind eingetragene Warenzeichen der Microsoft Corporation. Inhaltliche Verantwortung: Diese Qualifizierungseinheit enthält Verweise (sogenannte Hyperlinks) auf Seiten im World Wide Web. Wir möchten darauf hin weisen, dass wir keinen Einfluss auf die Gestaltung sowie die Inhalte der gelinkten Seiten haben. Deshalb distanzieren wir uns hiermit ausdrücklich von allen Inhalten der Seiten, auf die aus unserem Lerninhalt verwiesen wird. Diese Erklärung gilt für alle in diesem Lerninhalt ausgebrachten Links und für alle Inhalte der Seiten, zu denen Links oder Banner führen. gems01q01 2

3 Impressum... 2 Firmenvorstellung... 4 Fallstudie... 5 Leitfragen Kapitelübersicht Schaltzeichen Schaltzeichenelemente (1) Schaltzeichen für Kontakte und Schalter (2) Weitere wichtige Schaltzeichen (3) Kapitelübersicht Darstellungsformen Kennzeichnung von elektrischen Betriebsmitteln Anschlussbezeichnungen von Schützen und Schaltern Anschlussbezeichnung für Hauptschütz Anschlussbezeichnung für Hilfsschütze Bezeichnung für Schalter in Haupt- und Steuerstromkreisen Thermische Überstromrelais Übersichtsschaltplan Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung Geräteverdrahtungsplan Kapitelübersicht Grundschaltungen Selbsthaltung mit Vorrang 'Aus' Tasterverriegelung Schützverriegelung Folgeschaltung Zeitabhängige Schützschaltung Fallstudie Bearbeitung der Fallstudie gems01q01 3

4 Einführung Firmenvorstellung Firmenchronik: Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik. Sie entstand aus einem Familienbetrieb, der sich mit Maschinen für die Blechumformung befasste. Anfang 1995 wurde auf die stark wachsende Automatisierungstechnik mit der Suche nach Vertriebspartnern reagiert. Heute beschäftigt die Firma Automatico 60 Mitarbeiter, die für viele metallverarbeitende Branchen Automatisierungsmöglichkeiten konstruieren und umsetzen. Produktgeschichte: Von einem reinen Maschinenbauunternehmen entwickelte sich die Automatico in den 90er Jahren zu einer mittelständischen Automatisierungsfirma, was auch zur Umbenennung in den jetzigen Namen führte. Nicht zuletzt bescherte der Wunsch nach mehr Automatisierung der Firma eine große Anzahl neuer Kunden. Schon bei der ersten Herstellung von Blechbearbeitungsmaschinen lag der Firmenschwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsabläufen der Blechbearbeitung. gems01q01 4

5 Einführung Fallstudie Ein Förderband transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente gemeinsam zur Endmontage. Frank Huber steht mit Bernd Wolf vor dem Förderband. Fallstudie Franz Huber...das Förderband transportiert vorgefertigte Montageelemente zur Endmontage. Bernd Wolf Wenn ich das richtig sehe, betrifft das zwei Montageplätze gleichzeitig, oder?!?! Franz Huber Richtig erkannt. Wie sieht es aus? Trauen Sie sich schon zu, dafür eine entsprechende elektrische Steuerung für den Steuerstromkreis zu entwerfen? Bernd Wolf Wie, so ganz alleine? Franz Huber Nein, natürlich nicht. Schauen Sie mal her. gems01q01 5

6 Einführung Leitfragen Die hier zusammen gestellten Leitfragen sollen Ihnen den Einstieg in die Qualifizierungseinheit ermöglichen. Nehmen Sie sich die Zeit und notieren Sie jetzt bitte ganz spontan, was Ihnen als Antworten einfällt. Im Laufe der weiteren Bearbeitung werden Sie mehrmals auf Ihre Notizen zurückgreifen. Bitte verwenden Sie daher einfach ein Blatt Papier für Ihre Antworten. Oder rufen Sie das vorbereitete Antwortdokument auf. Legen Sie Ihre Überlegungen an einem Ort ab, zu dem Sie jederzeit Zugang haben. Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Scripts. gems01q01 6

7 1 Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte 1.0 Kapitelübersicht Kapitelbezogene Eingangsfragen: Welche elektrischen Betriebsmittel werden in Steuerungen eingesetzt? Welche Funktion erfüllen Schaltzeichen? Themen: 1.1 Schaltzeichen Schaltzeichenelemente (1) Schaltzeichenelemente für Kontakte und Schalter (2) Weitere wichtige Schaltzeichen (3) gems01q01 7

8 1 Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte 1.1 Schaltzeichen In allen elektromechanischen Steuerungen werden die Eingangssignale und die daraus resultierenden logischen Verknüpfungen durch die Betätigung von Kontakten realisiert. Die wichtigsten Schaltzeichen von Signalgebern und Schaltgeräten werden Sie nun in der folgenden Lerneinheit kennen lernen. gems01q01 8

9 1 Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte Schaltzeichenelemente (1) Die wesentlichen Betriebsmittel von elektromechanischen Steuerungen sind neben den Schützen vor allem Schalter, Taster und Grenztaster als Signalgeber. Die meisten Schaltgeräte bestehen aus drei Grundeinheiten: Antriebsglied mechanisches Zwischenglied Schaltglied gems01q01 9

10 1 Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte Schaltzeichen für Kontakte und Schalter (2) gems01q01 10

11 1 Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte Weitere wichtige Schaltzeichen (3) gems01q01 11

12 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.0 Kapitelübersicht Kapitelbezogene Eingangsfragen: Welche Arten von elektrischen Schaltungsunterlagen gibt es? Worin unterscheiden sich Haupt- und Hilfsschütze? Themen: 2.1 Darstellungsformen 2.2 Kennzeichnung von elektrischen Betriebsmitteln Anschlussbezeichnungen von Schützen und Schaltern Anschlussbezeichnung für Hauptschütz Anschlussbezeichnung für Hilfsschütze Bezeichnung für Schalter in Haupt- und Steuerstromkreisen 2.4 Thermische Überstromrelais 2.5 Übersichtsschaltplan 2.6 Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung 2.7 Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung 2.8 Geräteverdrahtungsplan gems01q01 12

13 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.1 Darstellungsformen gems01q01 13

14 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.2 Kennzeichnung von elektrischen Betriebsmitteln gems01q01 14

15 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen Anschlussbezeichnungen von Schützen und Schaltern Hauptschütz mit drei Hauptschaltgliedern und zwei Hilfsschaltgliedern Hilfsschütz mit fünf Schließern und fünf Öffnern in der oberen Etage gems01q01 15

16 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen Anschlussbezeichnung für Hauptschütz Hauptschaltglieder: 1/2 3/4 5/6 Spulenanschlüsse: A1/A2 Hauptschaltglieder sind durch einziffrige Anschlussbezeichnungen gekennzeichnet. gems01q01 16

17 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen Anschlussbezeichnung für Hilfsschütze Hilfsschaltglieder: 1/2 für Öffner 3/4 für Schließer Spulenanschlüsse: A1/A2 Hilfsschaltglieder sind durch zweiziffrige Anschlussbezeichnungen gekennzeichnet. gems01q01 17

18 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen Bezeichnung für Schalter in Haupt- und Steuerstromkreisen Leistungsschalter Hilfsschalter gems01q01 18

19 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.4 Thermische Überstromrelais F Thermische Überstromrelais (Bimetallrelais) werden in Verbindung mit Sicherungen zum Schutz von Motoren eingesetzt. Sie werden auf den Nennstrom des zu schützenden Motors eingestellt. gems01q01 19

20 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.5 Übersichtsschaltplan In elektrotechnischen Schaltungsunterlagen kommt es nicht so sehr darauf an, die Betriebsmittel in Form und Aufbau genau abzubilden. Vielmehr steht hier die Funktion der Geräte und deren Zusammenwirken im Vordergrund. vereinfachte, meist einpolige Darstellung nur wesentliche Bauteile einfache Schaltzeichen und Blocksymbole vorwiegend für Hauptstromkreise Je nach Zweck und Aufgabenstellung wurden verschiedene Schaltplanarten entwickelt, von denen die wichtigsten nun näher erläutert werden.(übersichtsschaltplan 1 ) 1 Übersichtsschaltplan Ein Übersichtsschaltplan ist die vereinfachte, meist einpolige Darstellung einer Schaltung, der nur die wesentlichsten Teile berücksichtigt. Er soll einen schnellen Überblick über Aufgabe, Aufbau und Wirkungsweise einer elektrischen Anlage vermitteln. Übersichtsschaltpläne werden in der Regel für die vereinfachte Darstellung von Haupt- bzw. Laststromkreisen verwendet. gems01q01 20

21 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.6 Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung allpolige Darstellung zeigt Schaltung in allen Einzelheiten Betriebsmittel werden räumlich zusammenhängend gezeichnet für umfangreiche Schaltungen weniger geeignet Der Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung zeigt die allpolige Verbindung der Betriebsmittel einer Schaltung in allen Einzelteilen. Die räumliche Anordnung der Geräte braucht aber nicht berücksichtigt zu werden. gems01q01 21

22 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.7 Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung Trennung von Last- und Steuerstromkreis Stromwege verlaufen geradlinig und parallel Teile von Betriebsmitteln liegen in unterschiedlichen Strompfaden wirkt übersichtlich und ist gut lesbar gems01q01 22

23 2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.8 Geräteverdrahtungsplan Verdrahtungspläne dienen als Unterlage für die Fertigung, Montage und Instandhaltung. Alle Betriebsmittel werden lagerichtig angeordnet und die Anschlussstellen der Geräte werden dargestellt. Verbindungsleitungen können einzeln oder zusammengefasst gezeichnet werden. gems01q01 23

24 3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.0 Kapitelübersicht Kapitelbezogene Eingangsfragen: Wie funktioniert eine Schützverriegelung? Was bedeutet eigentlich die NOT-AUS-Funktion? Themen: 3.1 Grundschaltungen 3.2 Selbsthaltung mit Vorrang 'Aus' 3.3 Tasterverriegelung 3.4 Schützverriegelung 3.5 Folgeschaltung 3.6 Zeitabhängige Schützschaltung gems01q01 24

25 3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.1 Grundschaltungen gems01q01 25

26 3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.2 Selbsthaltung mit Vorrang 'Aus' Aufgabenstellung: Nach Betätigung des EIN-Tasters S1 soll das Schütz K1 anziehen und eingeschaltet bleiben. Es lässt sich jederzeit mit dem Taster S0 ausschalten. gems01q01 26

27 Lösung: gems01q01 27

28 3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.3 Tasterverriegelung Aufgabenstellung: Die Ampelanlage einer Werkstoreinfahrt mit den Signalen rot und grün wird durch den Pförtner mittels Drucktaster gesteuert. Bei Betätigung von S1 leuchtet die grüne (H1), bei Betätigung von S2 die rote (H2) Signallampe. Bei gleichzeitiger Betätigung von S1 und S2 darf keine Lampe leuchten. gems01q01 28

29 Lösung: gems01q01 29

30 3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.4 Schützverriegelung Aufgabenstellung: Zwei Motoren werden durch die Schütze K1 und K2 gesteuert. K2 darf jedoch nur dann anziehen, wenn K1 abgeschaltet ist. K1 hat Vorrang vor K2. Wird einer der Motoren überlastet, so wird die Steuerung durch die beiden Motorschutzrelais F2 oder F3 abgeschaltet. gems01q01 30

31 Lösung: gems01q01 31

32 3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.5 Folgeschaltung Aufgabenstellung: Der Motor für eine Sägemaschine (Schütz K2) soll erst dann eingeschaltet werden können, wenn zuerst die Absaugvorrichtung (Schütz K1) in Betrieb ist. Beide Motoren werden je durch ein Motorschutzrelais vor Überlast geschützt. gems01q01 32

33 Lösung: gems01q01 33

34 3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.6 Zeitabhängige Schützschaltung Aufgabenstellung: Bei einer Heizungsanlage werden die elektrische Heizung (Schütz K1) und der Lüfter (Schütz K2) gemeinsam über den EIN-Taster eingeschaltet. Bei Betätigung des AUS-Tasters wird die Heizung sofort abgeschaltet. Der Lüftermotor läuft noch eine gewisse Zeit nach. gems01q01 34

35 Lösung: gems01q01 35

36 Abschluss Lerneinheit Fallstudie Ein Förderband transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente gemeinsam zur Endmontage. Frank Huber steht mit Bernd Wolf vor dem Förderband. Fallstudie Franz Huber...das Förderband transportiert vorgefertigte Montageelemente zur Endmontage. Bernd Wolf Wenn ich das richtig sehe, betrifft das zwei Montageplätze gleichzeitig, oder?!?! Franz Huber Richtig erkannt. Wie sieht es aus? Trauen Sie sich schon zu, dafür eine entsprechende elektrische Steuerung für den Steuerstromkreis zu entwerfen? Bernd Wolf Wie, so ganz alleine? Franz Huber Nein, natürlich nicht. Schauen Sie mal her. gems01q01 36

37 Abschluss Lerneinheit Bearbeitung der Fallstudie Sie erhalten den Auftrag, nach den vorliegenden Unterlagen die entsprechende elektrische Steuerung für den Steuerstromkreis zu entwerfen. Ein Förderband transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente gemeinsam zur Endmontage. Das Technologieschema der Anlage sowie eine komplette Beschreibung der Aufgabe finden Sie in der Dokumentenbox! Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Scripts. gems01q01 37

38 Auftrag: gems01q01 38

39 Lösung: gems01q01 39

40 Förderband: gems01q01 40

41 Anlagen gems01q01 41

42 LEITFRAGEN Hinweis: Anhand dieser Leitfragen werden Sie die Qualifizierungseinheit erarbeiten. Notieren Sie die Antworten zu den Fragen, die Ihnen spontan einfallen. Speichern Sie diese Datei anschließend in einem Ordner, auf den Sie stets zugreifen können und ergänzen jeweils diese Fragen um das erlernte Wissen. Am Ende der Qualifizierungseinheit sollten Sie die Antworten komplett überarbeitet haben. gems01q01 42

43 Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen elektronischer Steuerungen TA Trainingsaufgabe 1 zum Themenblock Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte Name: Vorname: Klasse/Kurs: Datum: Ordnen Sie den Schaltzeichen den entsprechenden Begriffen zu! Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 1 im Kapitel Trainingsaufgabe Öffner mit selbsttätiger thermischer Betätigung; Antrieb mit Anzugsverzögerung; Antrieb mit Rückfallverzögerung; Endschalter, Schließer; Sensor zur mechanischen Betätigung; Antrieb für NOT- AUS- Schalter; Öffner, schließt verzögert; Öffner, öffnet verzögert gems01q01 43

44 Lösung: gems01q01 44

45 Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen elektronischer Steuerungen TA Trainingsaufgabe 2 zum Themenblock Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen Name: Vorname: Klasse/Kurs: Datum: Ordnen Sie die Schaltplanarten den entsprechenden Aussagen (1-4) zu! Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 2 im Kapitel Trainingsaufgabe. Übersichtsschaltplan Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung Geräteverdrahtungsplan Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung 1: Stellt die einzelnen Schaltungselemente und Verbindungen in allen Einzelheiten dar. 2: Eine vereinfachte, meist einpolige Darstellung ohne Steuerleitungen. 3: Die Stromwege verlaufen geradlinig von Netzpol zu Netzpol. 4: Alle Betriebsmittel und Baugruppen werden lagerichtig dargestellt. gems01q01 45

46 Lösung: gems01q01 46

47 Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen elektronischer Steuerungen Bearbeitung der Fallstudie Name: Vorname: Klasse/Kurs: Datum: Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test. Sie erhalten den Auftrag, nach den vorliegenden Unterlagen die entsprechende elektrische Steuerung für den Steuerstromkreis zu entwerfen. Ein Förderband transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente gemeinsam zur Endmontage Endmontage Vormontage H2 S2 S3 Platz 1 Platz 2 M1 K1 S1 S4 S0 H1 gems01q01 47

48 Einschalten der Steuerung Die Steuerung wird mit dem Taster S1 eingeschaltet. Im EIN- Zustand leuchtet die Lampe H1. Wurde die Steuerung vor Ablauf der Förderzeit von Hand oder durch Netzausfall ausgeschaltet, so darf das Band nach dem Wiedereinschalten nicht selbsttätig anlaufen. Mit dem Taster S4 kann der Motor M1 durch Tippen eingeschaltet werden, bis alle auf dem Band liegenden Teile an der Endmontage eingetroffen sind. Einschalten des Bandmotors Nach dem Auflegen des letzten Elements wird der Bandmotor K1 ein Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer, über Schütz mit dem Taster S2 eingeschaltet. Seine Einschaltdauer ist durch die Transportzeit zwischen Platz 2 und der Endmontage bestimmt; die Zeit wird bei der Inbetriebnahme eingestellt. Sobald das Band anläuft, leuchtet an der Endmontage die Lampe H2. Sollte während das Band läuft ein gefährlicher Zustand auftreten, kann die Steuerung über den Taster S3, einem NOT-AUS- Schalter, der am Platz der Endmontage angebracht ist, sofort stillgesetzt werden. Ausschalten der Steuerung Die Steuerung wird mit dem Taster S0 ausgeschaltet. gems01q01 48