Grundlagen elektromechanischer Steuerungen

Grundlagen elektromechanischer Steuerungen gems01q01 1

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Impressum... 2 Firmenvorstellung... 4 Leitfragen... 6 1.0 Kapitelübersicht... 7 1.1 Schaltzeichen... 8 1.2.0 Schaltzeichenelemente... 9 2.0 Kapitelübersicht... 11 2.1 Darstellungsformen... 12 2.3.0 Anschlussbezeichnungen von Schützen und Schaltern... 13 2.3.1 Anschlussbezeichnung für Hauptschütz... 14 2.3.2 Anschlussbezeichnung für Hilfsschütze... 15 2.3.3 Bezeichnung für Schalter in Haupt- und Steuerstromkreisen... 16 2.4 Thermische Überstromrelais... 17 2.5 Übersichtsschaltplan... 18 2.6 Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung... 19 2.7 Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung... 20 2.8 Geräteverdrahtungsplan... 21 3.0 Kapitelübersicht... 22 3.1 Grundschaltungen... 23 3.2 Selbsthaltung mit Vorrang 'Aus'... 24 3.3 Tasterverriegelung... 26 3.4 Schützverriegelung... 28 3.5 Folgeschaltung... 30 3.6 Zeitabhängige Schützschaltung... 32 Bearbeitung der Fallstudie... 38 gems01q01 3

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 90-er Jahren zu einer (mittleren) 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

Einführung Fallstudie Ein Förderband 1 transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente gemeinsam zur Endmontage. Franz 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. 1 gems01q01 5

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

1 Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte 1.0 Kapitelübersicht Kapitelbezogene Eingangsfragen: Was sind Schaltzeichen? Welche Funktion erfüllen Schaltzeichen? Themen: 1.1 Schaltzeichen 1.2.0 Schaltzeichenelemente 1.2.1 Schaltzeichenelemente 1.2.2 Schaltzeichen für Kontakte und Schalter gems01q01 7

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

1 Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte 1.2.0 Schaltzeichenelemente Die wesentlichen Betriebsmittel von Schützsteuerungen sind neben den Schützen vor allem Schalter, Taster und Grenztaster als Signalgeber. Die meisten Schaltgeräte bestehen aus drei Grundeinheiten: Antriebsglied 2 mechanisches Zwischenglied 3 Schaltglied 4 Die meisten Schaltgeräte bestehen aus drei Grundeinheiten: einem Antriebsglied, einem mechanischen Zwischenglied und einem Schaltglied. 2 3 4 gems01q01 9

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2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.0 Kapitelübersicht Kapitelbezogene Eingangsfragen: Was ist ein Geräteverdrahtungsplan? Welche Darstellungsformen eines Stromlaufplans gibt es? Themen: 2.1 Darstellungsformen 2.2 Kennzeichnung von elektrischen Betriebsmitteln 2.3.0 Anschlussbezeichnungen von Schützen und Schaltern 2.3.1 Anschlussbezeichnung für Hauptschütz 2.4 Thermische Überstromrelais 2.5 Übersichtsschaltplan 2.6 Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung 2.7 Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung 2.8 Geräteverdrahtungsplan gems01q01 11

2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.1 Darstellungsformen gems01q01 12

2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.3.0 Anschlussbezeichnungen von Schützen und Schaltern Hauptschütz mit 3 Hauptschaltgliedern und zwei Hilfsschaltgliedern Hilfsschütz mit 5 Schließern in der oberen Etage und 5 Öffnern in der oberen Etage gems01q01 13

2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.3.1 Anschlussbezeichnung für Hauptschütz Hauptschaltglieder: 1/2 3/4 5/6 Spulenanschlüsse: A1/A2 Hauptschaltglieder sind durch einziffrige Anschlussbezeichnungen gekennzeichnet. gems01q01 14

2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.3.2 Anschlussbezeichnung für Hilfsschütze Hilfsschaltglieder: 1/2 für Öffner 3/4 für Schließer Spulenanschlüsse: A1/A2 Hilfsschaltglieder sind durch zweiziffrige Anschlussbezeichnungen gekennzeichnet. gems01q01 15

2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.3.3 Bezeichnung für Schalter in Haupt- und Steuerstromkreisen Leistungsschalter Hilfsschalter gems01q01 16

2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.4 Thermische Überstromrelais Thermische Überstromrelais (Bimetallrelais) werden in Verbindung mit Sicherungen zum Schutz von Motoren eingesetzt. Sie werden auf den Nennstrom des zu schützenden Motors eingestellt. gems01q01 17

2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.5 Übersichtsschaltplan vereinfachte, meist einpolige Darstellung nur wesentliche Bauteile einfache Schaltzeichen und Blocksymbole vorwiegend für Hauptstromkreise 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. Je nach Zweck und Aufgabenstellung wurden verschiedene Schaltplanarten entwickelt, von denen die wichtigsten nun näher erläutert werden. gems01q01 18

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 19

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 Strompläne in aufgelöster Darstellung stellen die Stromkreise nach Stromwegen aufgelöst dar. Laststromkreise und Steuerstromkreise werden getrennt gezeichnet. gems01q01 20

2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen 2.8 Geräteverdrahtungsplan lagerichtige Anordnung der Betriebsmittel Verbindungsleitungen können zusammengefasst werden dienen als Unterlage für Fertigung, Montage und Instanthaltung Verdrahtungspläne dienen als Unterlage für die Fertigung, Montage und Instandhaltung. lle Betriebsmittel werden lagerichtig angeordnet und die Anschlussstellen der Geräte werden dargestellt. Verbindungsleitungen können einzeln o- der zusammengefasst gezeichnet werden. gems01q01 21

3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.0 Kapitelübersicht Kapitelbezogene Eingangsfragen: Wie funktioniert eine Schützverriegelung? Was bedeutet eigentlich der NOT- AUS? Themen: 3.1 Grundschaltungen 3.2 Selbsthaltung mit Vorrang 'Aus' 3.3 Tasterverriegelung 3.4 Schützverriegelung 3.5 Folgeschaltung 3.6 Zeitabhängige Schützschaltung gems01q01 22

3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.1 Grundschaltungen gems01q01 23

3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.2 Selbsthaltung mit Vorrang 'Aus' Aufgabenstellung 5 : Nach Betätigung des Eintasters S1 soll das Schütz K1 anziehen und eingeschaltet bleiben. Es lässt sich jederzeit mit dem Taster S0 ausschalten. 5 gems01q01 24

Lösung: gems01q01 25

3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.3 Tasterverriegelung Aufgabenstellung 6 : 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. 6 gems01q01 26

3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.4 Schützverriegelung Aufgabenstellung 7 : 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. 7 gems01q01 28

3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.5 Folgeschaltung Aufgabenstellung 8 : 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. 8 gems01q01 30

3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais 3.6 Zeitabhängige Schützschaltung Aufgabenstellung 9 : Bei einer Heizungsanlage werden die elektrische Heizung (Schütz K1) und der Lüfter (Schütz K2) gemeinsam über den Eintaster eingeschaltet. Bei Betätigung des Austasters wird die Heizung sofort abgeschaltet. Der Lüftermotor läuft noch eine gewisse Zeit nach. 9 gems01q01 32

Lösung nach Simualtion: gems01q01 33

Lösung nach Zeitabschaltung: gems01q01 34

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Abschluss Lerneinheit Fallstudie Ein Förderband 10 transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente gemeinsam zur Endmontage. Franz 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. 10 gems01q01 37

Abschluss Lerneinheit Bearbeitung der Fallstudie Sie erhalten den Auftrag 11, 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. 11 gems01q01 38

Anlagen gems01q01 39

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 40

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. 1 5 2 6 3 7 4 8 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 41

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 42

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 43

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 44