Fachübungen 7 ETS – Steuerungen analysieren und anpassen – Fachrichtung Elektrotechnische Systeme (ETS) - Technischer Systemplaner
Fachübungen 7 ETS – Steuerungen analysieren und anpassen – Fachrichtung Elektrotechnische Systeme (ETS) - Technischer Systemplaner
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Einleitung
Du lernst, verbindungsprogrammierte Steuerungen (VPS) mit Relais und Schützen zu lesen, ihre Funktion anhand von Stromlaufplänen zu erklären und sie als digitale Steuerungslogik zu modellieren. Im zweiten Ausbildungsjahr der Fachrichtung Elektrotechnische Systeme (ETS) verlangt das KMK-Lernfeld 7 insbesondere logische Verknüpfungen, Schaltalgebra, Anschluss- und Verdrahtungspläne sowie die rechnergestützte Dokumentation. Der KMK-Zeitrichtwert beträgt 60 Unterrichtsstunden. Der Beruf Technischer Systemplaner dauert nach Ausbildungsordnung 42 Monate; die Verordnung trat am 1. August 2011 in Kraft und wurde 2014 geändert. Die Abschlussprüfung ist in der Fachrichtung ETS in zwei Teile gegliedert. Dieser Kurs ist eine eigene Fachübung, keine Originalprüfung.
Dein Ziel: Du erstellst aus einer simulierten Kundenanforderung eine Signalliste, eine Wahrheitstabelle, einen logischen Funktionsplan, eine beispielhafte Komponentenauswahl und ein nachvollziehbares Prüfprotokoll. Alle Namen, Werte und Fälle sind synthetisch. Zeichnungen und Simulationen ersetzen keine Fachplanung mit verbindlicher Normprüfung und keine Inbetriebnahme. Elektrische, maschinelle oder sicherheitsbezogene Arbeiten an realen Anlagen erfolgen nur durch befähigte Fachkräfte nach betrieblicher Freigabe und geltenden Schutzregeln. Eine Standard-SPS ist kein Ersatz für eine sicherheitsgerichtete Steuerung.
Berufsportal: Ausbildung – Technischer Systemplaner · Berufe · BIBB-Berufsprofil ETS.
Steuerungsaufträge und technische Unterlagen verstehen
Von der Anforderung zur Funktionsbeschreibung
Eine Steuerung bildet Eingänge nach festgelegten Regeln auf Ausgänge ab. Bei einer VPS entsteht die Funktion durch die Verdrahtung elektromechanischer Betriebsmittel; bei einer SPS durch Software und Ein-/Ausgangsbaugruppen. Die Planung beginnt nicht mit einem Bauteilkatalog, sondern mit einem präzisen Sollverhalten: Welche Zustände sind zulässig, wie wird gestartet und beendet, was passiert bei Signalverlust und wie wird das geprüft? Unterscheide Sensor oder Taster (Eingang), Logik (Verarbeitung) und Aktor beziehungsweise Meldeleuchte (Ausgang).
| Planungsdokument | Aufgabe | Leitfrage |
|---|---|---|
| Funktionsbeschreibung | Sollverhalten und Grenzen in Worten | Welche Bedingungen setzen oder löschen den Ausgang? |
| Signalliste | eindeutige Namen, Signalrichtung, Pegel und Funktion | Bedeutet logische Eins eine erteilte Freigabe? |
| Stromlaufplan | funktionale Strompfade und Kontakte | Welcher Kontakt gehört zu welcher Spule? |
| Anschluss- und Verdrahtungsplan | zugeordnete Klemmen und Verbindungen | Wo endet welche Verbindung im Dokument? |
| Prüfprotokoll | Testschritte mit Soll- und Istwerten | Ist jede Zustandsänderung nachvollziehbar? |
Typische Fehler: Ein Betriebszustand wird nicht definiert; die Signalpolarität bleibt unklar; im Stromlaufplan wird eine Anschlussnummer mit einer SPS-Adresse verwechselt; ein fehlendes Signal wird ungeprüft als logisch null gedeutet. Die Bedeutung eines Kontakts ist immer im Kontext von Ruhezustand, Betätigung und Dokumentation zu lesen.
Systemplanerische Sorgfalt und Nachvollziehbarkeit
Nutze konsistente Betriebsmittelkennzeichen wie -K1 für ein Relais beziehungsweise Schütz und -S1 für einen Taster als schematische Beispiele; Kennzeichnung und Anschlussbelegung sind nach den aktuellen Projektvorgaben, Betriebsmitteldaten und einschlägigen Normen zu prüfen. Versioniere Entwürfe mit Datum, Bearbeitungsstand und Änderungsgrund. Dokumentiere auch offene Annahmen. Plane nicht nur die gewünschte Funktion, sondern die Fälle Stopp, Freigabe fehlt, Spannungswiederkehr und widersprüchliche Eingangssignale. Die Bewertung dieser Fälle bleibt zunächst eine Simulation.

Bild: Beispielhafte Relais-Anschlussdarstellung, nicht als allgemeingültiger Installationsplan verwenden; Atm2770, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.
Relais, Schütze und Selbsthaltung analysieren
Wirkweise und Kontaktspiegel
Ein Relais schaltet Kontakte durch ein elektrisch angesteuertes Betätigungssystem. Ein Schütz ist für entsprechende Schaltaufgaben, häufig auch höhere Lasten, ausgelegt. In Darstellungen sind A1/A2 verbreitete Anschlussbezeichnungen einer Spule, 13/14 häufig ein Schließer- und 21/22 ein Öffner-Hilfskontaktpaar. Das sind typische Konventionen, keine Freigabe für die Verdrahtung eines konkreten Geräts: Datenblatt und Anschlussbild sind maßgeblich. Der Kontaktspiegel zeigt die einem Betriebsmittel zugeordneten Kontakte und erleichtert das Auffinden der Querverweise.
| Element | Verhalten im unbetätigten Zustand | Planerische Funktion |
|---|---|---|
| Schließer (NO) | Kontakt offen | schließt bei Betätigung |
| Öffner (NC) | Kontakt geschlossen | öffnet bei Betätigung |
| Spule -K1 | nicht erregt | betätigt zugeordnete Kontakte |
| Hilfskontakt | folgt dem zugehörigen Betriebsmittel | Rückmeldung oder Haltepfad im Sollmodell |

Bild: Relaisprinzip in zwei Zuständen; Manusvelox, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.
Selbsthaltung und Stoppfunktion
Eine Selbsthaltung legt einen Schließer-Hilfskontakt parallel zu einem impulsgebenden Starttaster. Ist die Halteschleife aktiv, bleibt die Spule nach Loslassen von Start erregt, solange die übrigen Bedingungen erfüllt sind. In einem rein funktionalen Modell kann gelten: nächste Ausgabe = Freigabe UND Stopp_OK UND (Startimpuls ODER bisherige Ausgabe). Das Modell muss einen definierten Anfangszustand und einen klaren Rücksetzfall haben. Ein Öffner im Steuerkreis kann eine betriebliche Stoppfunktion beschreiben, ist damit aber noch kein normativ bewerteter Not-Halt.

Bild: Prinzip der Selbsthaltung; Wendelin, CC BY-SA 2.5, Wikimedia Commons.
Fachvideo: Hager Deutschland, „Schaltgeräte: Überblick Schütze & Relais Teil 2 – mit Selbsthaltung“ (2020), Schalt- und Funktionsplan. Externes urheberrechtlich geschütztes Video, Verweis/Einbettung, keine offene Nachnutzungslizenz behauptet.
Fehlerbeispiel: Zeichnet jemand den Hilfskontakt in Serie statt parallel zum Startkontakt, entsteht keine Selbsthaltung. Liegt eine Freigabe nicht im wirksamen Pfad, kann die Zustandslogik von der Spezifikation abweichen. Teste deshalb im Schaltplan und in der Simulation sowohl einen kurzen Startimpuls als auch das nachfolgende Loslassen.
Digitale Logik und Schaltalgebra anwenden
Logische Grundverknüpfungen
Die Boolesche Algebra arbeitet für eine einfache Zweizustandslogik mit 0 und 1. UND liefert 1 nur, wenn alle verlangten Bedingungen 1 sind; ODER liefert 1, wenn mindestens ein Eingang 1 ist; NICHT kehrt einen logischen Wert um. Eine Reihenschaltung idealisierter Schließerkontakte entspricht funktional einem UND, die Parallelschaltung einem ODER. Physikalische Kontaktzustände und SPS-Eingangssignale sind jedoch nur nach eindeutig definierter Zuordnung gleichzusetzen.
| A | B | A UND B | A ODER B | NICHT A |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |

Bild: Logische Grundgatter, 1840369sumanasainath, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Bild: Beispiel eines Gatter-Netzwerks, 1840369sumanasainath, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.
Fachvideo: Patrick Boekhoven, „Einführung in die Digitaltechnik: Die Grundlagen der Logikgatter einfach erklärt!“ (2024). Externes YouTube-Video, nur verlinkt/eingebettet; keine OER-Lizenz unterstellt.
Schaltalgebra und Vereinfachung
Schreibe A · B für UND, A + B für ODER und ¬A für NICHT. Beispiele: A · 1 = A, A + 0 = A, A + A = A, A · (B + C) = (A · B) + (A · C). Nach de Morgan gilt ¬(A · B) = ¬A + ¬B und ¬(A + B) = ¬A · ¬B. Diese Regeln helfen, eine Anforderung in einem Funktionsplan übersichtlich zu vereinfachen. Eine algebraisch korrekte Schaltung ist erst dann projekttauglich, wenn die Signalpolaritäten und die geforderten Zustandswechsel stimmen.
Rechenweg: Aus Y = A·B + A·¬B folgt Y = A·(B + ¬B) = A·1 = A. Eine vollständige Wahrheitstabelle bestätigt dies in allen vier Kombinationen. Typischer Fehler: Beim Negieren von (A·B) nur einen Eingang negieren; die korrekte Umformung wechselt auch den Operator UND zu ODER.
| Kombination | Y = A·B + A·¬B | Vereinfachung Y = A |
|---|---|---|
| A=0, B=0 | 0 | 0 |
| A=0, B=1 | 0 | 0 |
| A=1, B=0 | 1 | 1 |
| A=1, B=1 | 1 | 1 |
Eine Steuerung digital abbilden und prüfen
Von der VPS zur SPS-Struktur
Die SPS nutzt Eingangsmodule, Verarbeitungslogik und Ausgangsmodule. Im üblichen zyklischen Modell werden Eingangszustände eingelesen, Programmlogik ausgewertet und Ausgänge aktualisiert. Der Funktionsplan (FUP) stellt logische Bausteine dar; ein Kontaktplan (KOP) nutzt an Stromlaufpläne angelehnte Kontakt- und Spulensymbole. Eine Zuordnungstabelle verbindet Prozesssignal, logische Bedeutung und programmierte Adresse. Die Adressen dieses Kurses sind nur fiktive Beispiele und nicht an ein bestimmtes Produkt gebunden.

Bild: Grober SPS-Blockaufbau, ProVision, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Bild: Kontaktplan-Beispiel mit Kontakten und Spulen, Mithilrkadam, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.
Methodisches Vorgehen und Fehlerdiagnose
- Analysieren: Bestandsunterlagen, Sollbeschreibung, Signalarten und Betriebsfälle vergleichen.
- Abstrahieren: Ein- und Ausgänge, logische Zustände und erforderliche Speicherung definieren.
- Entwerfen: Wahrheitstabelle, Blockschaltbild und Signalzuordnung als versionierte Dokumente erstellen.
- Simulieren: Normalfälle, Stopp, fehlende Freigabe, Dauersignal, Neustart und Fehlerhypothesen testen.
- Bewerten: Abweichungen klassifizieren, Verbesserung dokumentieren und offene Sicherheitsfragen an die zuständige Fachkraft geben.
| Beobachtung im digitalen Modell | Mögliche Ursache | Sichere Diagnose an Dokumentation oder Simulation |
|---|---|---|
| Start ohne Wirkung | Stopp_OK=0 oder Freigabe=0 | Signalliste und simulierte Eingänge vergleichen |
| Ausgabe fällt nach Start ab | Haltepfad fehlt | Rückführung des gespeicherten Zustands logisch verfolgen |
| Ausgabe erscheint beim Zurückkehren der Freigabe | Startpegel statt Startflanke ausgewertet | Übergangsfall mit gehaltenem Start prüfen |
| Statusanzeige stimmt nicht | Signaladresse falsch zugeordnet | Zuordnungstabelle gegen Planstand prüfen |
Wichtig: Diagnose im Kurs erfolgt nur am Papiermodell oder in einer spannungsfreien, autorisierten digitalen Simulation. Keine Messung, Umverdrahtung, Überbrückung von Schutzfunktionen oder Programmübertragung an eine reale Maschine ohne qualifizierte Anleitung. Gefährdungsbeurteilung, geeignete Sicherheitsfunktionen, Validierung und Inbetriebnahme sind getrennte Fachaufgaben.
Modellfall: Relaislogik einer fiktiven Prüfstandanzeige digitalisieren
Kundenauftrag und gegebenes Sollverhalten
Ein Planungsbüro erhält den synthetischen Auftrag, die betriebliche Ein-/Ausschaltlogik einer 24-V-Prüfstandanzeige vom Relaisplan in ein SPS-Funktionsmodell zu übertragen. Der Ausgang Q0.0 steuert nur ein simuliertes Symbol für eine Meldeleuchte; es gibt weder ein reales Antriebssystem noch eine Maschinenfreigabe. Das Signal F bedeutet „prozessuale Freigabe erteilt“, R bedeutet „betriebliche Stoppbedingung erfüllt“, S ist ein Starttaster. Die Anzeige soll nach einer neuen steigenden Startflanke bei F=1 und R=1 eingeschaltet bleiben und bei F=0 oder R=0 ausschalten. Nach Rückkehr von F oder R erfolgt kein automatischer Wiederanlauf; ein neuer Startimpuls ist nötig. Diese Prozessanforderungen sind ausdrücklich keine Sicherheitsfunktion.
| Kennzeichen | Fiktive SPS-Adresse | Logische Bedeutung bei 1 | Prüfhinweis |
|---|---|---|---|
| -S1 Start | I0.0 | Start gedrückt | steigende Flanke erfassen |
| -S0 Stopp_OK | I0.1 | betriebliche Stoppbedingung erfüllt | 0 setzt Speicher zurück |
| -B1 Freigabe | I0.2 | Prozessfreigabe liegt vor | 0 setzt Speicher zurück |
| -K1 Anzeige | Q0.0 | simulierte Anzeige aktiv | keine reale Last |
Musterlösung: Logik, Wahrheitstabelle und Flanke
Definiere P = 1 genau im Auswerteschritt des Übergangs S_alt=0 zu S_neu=1, ansonsten P=0. Definiere einen internen Speicher M, initial 0. Der nachvollziehbare Zustandsschritt lautet M_neu = F · R · (P + M_alt); der simulierte Ausgang Q = M_neu. Beim Wegfall von F oder R wird M_neu=0. Wird S während einer fehlenden Freigabe gedrückt und gehalten, entsteht beim späteren Eintreten von F keine neue Flanke, folglich startet die Anzeige nicht. Ein Neustart der Steuerung setzt M im Unterrichtsmodell ausdrücklich auf 0; für reale Anlagen wären Wiederanlaufkonzept und Hardware separat zu bewerten.
| F | R | P | M_alt | M_neu | Erklärung |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | Bereitschaft ohne Start |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | Neuer Startimpuls |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | Gespeicherte Einschaltung |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | Betrieblicher Stopp |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | Freigabe entfällt |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | Rückkehr ohne neuen Start |
Funktionsschema, rein logisch: S → Flankenerkennung P; (P ODER M_alt) → UND mit F und R → M_neu → simulierte Anzeige Q. Die Speicher-Rückführung muss den vorherigen Zustand verwenden; ohne definierten Zustand und Abtastzeit wäre eine algebraische Gleichung allein kein vollständiges Ablaufmodell.
Musterlösung: Fachrechnen und Komponentenwahl
Für eine fiktive, nicht zu beschaffende Systemskizze gelten folgende didaktisch erfundene Leistungsdaten einer 24-V-Gleichspannungsversorgung. Die reale Auswahl muss später anhand der Herstellerangaben, Einschaltströme, Umgebung, Schutzkonzept und gültigen Vorschriften erfolgen.
| Simulierte Komponente | Angenommene Leistung |
|---|---|
| SPS-Grundmodul | 8 W |
| Eingangssensorik zusammen | 2 W |
| Ausgangsbaugruppe | 1 W |
| Symbolische Meldeleuchtenlast | 3 W |
| Summe | 14 W |
Rechenweg: P_sum = 8 W + 2 W + 1 W + 3 W = 14 W. Bei einer nur für die Übung festgelegten Planungsreserve von 25 % gilt P_plan = 14 W · 1,25 = 17,5 W. Der rechnerische Mittelwert bei U = 24 V ist I_plan = P_plan / U = 17,5 W / 24 V = 0,729 A. In der fiktiven Auswahlmatrix wäre eine für die Anwendung geeignete Quelle mit mindestens 24 V / 1 A rechnerisch ausreichend; daraus folgt keine Freigabe, tatsächliche Komponenten anzuschließen. Die Reserve ist ein Übungsparameter, keine normative Pauschalvorgabe.
Musterlösung: Simulierter Prüfbericht und Fehlerbehebung
| Test | Eingangsfolge | Soll Q | Simuliertes Ist Q | Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| T1 Bereitschaft | F=1, R=1, S=0, M=0 | 0 | 0 | bestanden |
| T2 Start und Loslassen | F=1, R=1, S:0→1→0 | 1 | 1 | bestanden |
| T3 Betrieblicher Stopp | nach T2 R:1→0 | 0 | 0 | bestanden |
| T4 Freigabe fällt weg | nach T2 F:1→0 | 0 | 0 | bestanden |
| T5 Kein Wiederanlauf | nach T4 F:0→1, S bleibt 0 | 0 | 0 | bestanden |
| T6 Start bleibt gedrückt | S=1 bei F=0, danach F=1 ohne neue S-Flanke | 0 | 0 | bestanden |
Diagnosevariante: Eine fehlerhafte Programmversion wertet S als Dauerpegel und nicht als positive Flanke. Bei T6 kann sie unerwartet einschalten. Korrektur im Modell: Flankenerkennung mit gespeichertem Vorwert, Reset bei F=0 oder R=0, anschließend T1–T6 erneut simulieren. Der Vorwert der Flankenerkennung wird unabhängig vom Freigabesignal aktualisiert. Die überarbeitete Software wird ausschließlich im Modell geprüft.
Musterarbeitsprodukte: vollständige Signalliste mit vier Zuordnungen, Funktionsgleichung und Blockschaltbild, Zustands-/Testtabelle mit sechs Fällen, Rechenblatt mit Einheiten, Versionsvermerk „Entwurf 1 – Simulation“, kurze Abweichungs- und Änderungsnotiz. Für eine fachliche Bewertung ist ein verständlicher Plan mit eindeutigem Signalbezug wichtiger als eine bloß optisch ansprechende Zeichnung.
Bewertungsraster (100 Punkte):
| Kriterium | Punkte | Vollständig erfüllt, wenn ... |
|---|---|---|
| Anforderung und Randfälle | 15 | Start, Stopp, Freigabe und Neustart korrekt abgegrenzt sind |
| Signalliste und Schaltunterlagen | 20 | Adressen, Bedeutungen, Signalrichtungen und Version konsistent sind |
| Logik und Zustandsfolge | 25 | Gleichung, Flanke und Speicher samt Rücksetzen nachvollziehbar sind |
| Rechnung und Auswahlbegründung | 15 | 14 W, 17,5 W und 0,729 A mit Einheiten und Grenzen richtig sind |
| Diagnose und Testabdeckung | 15 | T1–T6 dokumentiert und Fehlerursache begründet sind |
| Sicherheit und Dokumentationsgrenzen | 10 | Modellcharakter, fehlende Maschinenfreigabe und Fachzuständigkeit klar benannt sind |
| Gesamt | 100 | Transparentes Kursraster, keine amtliche Prüfungsbewertung |
Interaktive Aufgaben
Multiple-Choice-Quiz: Steuerungen verstehen
Was unterscheidet eine verbindungsprogrammierte Steuerung im Grundprinzip von einer SPS? (Bei der VPS legt die Verdrahtung die Funktion fest) (!Bei der VPS werden alle Funktionen ausschließlich per Internet programmiert) (!Eine VPS darf keine Relais enthalten) (!Eine SPS benötigt grundsätzlich keinerlei Eingänge)
Rückmeldung: Bei der VPS entsteht die Logik durch Kontakt- und Leitungsverbindungen; bei der SPS überwiegend durch das Programm.
Welches Dokument beschreibt die logische Bedeutung eines Eingangssignals am eindeutigsten? (Eine Signalliste mit Pegeldefinition) (!Eine reine Kostenübersicht) (!Ein Lageplan ohne Steuerungsangaben) (!Eine Materialliste ohne Signalnamen)
Rückmeldung: Die Signalliste verknüpft den Prozesszustand mit der dokumentierten Signalpolarität.
Welche Funktion hat ein Schließer im unbetätigten Zustand? (Er ist offen) (!Er ist immer leitend) (!Er speichert automatisch den letzten Zustand) (!Er liefert stets das Signal eins)
Rückmeldung: Ein Schließer schließt bei Betätigung; logische Eingangswerte müssen gesondert zugeordnet werden.
Warum liegt ein Haltehilfskontakt im einfachen Selbsthaltemodell parallel zum Starttaster? (Damit die Spule nach Loslassen des Starttasters angesteuert bleibt) (!Damit die Spule ohne Versorgung schalten kann) (!Damit aus einem Öffner ein Schutzleiter wird) (!Damit ein Stopp niemals wirksam ist)
Rückmeldung: Der geschlossene Hilfskontakt überbrückt den zurückgefallenen Starttaster, solange die übrigen Bedingungen gelten.
Was ergibt A UND B für A gleich eins und B gleich null? (Null) (!Eins) (!Immer einen undefinierten Wert) (!Eine Speicherflanke)
Rückmeldung: Beim UND müssen beide Bedingungen wahr sein; eine Null reicht für das Ergebnis Null.
Welche Umformung entspricht dem Gesetz von de Morgan für NICHT von A UND B? (NICHT A ODER NICHT B) (!NICHT A UND B) (!A ODER B) (!A UND NICHT B)
Rückmeldung: Beim Negieren der gesamten UND-Verknüpfung werden beide Eingänge negiert und UND wird zu ODER.
Welche Information gehört in eine dokumentierte SPS-Signalzuordnung? (Prozesssignal sowie Adresse und logische Bedeutung) (!Nur der Gerätepreis) (!Nur die Dateigröße des Programms) (!Nur das Fertigungsdatum der Anlage)
Rückmeldung: Ohne durchgängige Zuordnung sind Planung, Simulation und Fehleranalyse nicht reproduzierbar.
Warum ist im Modellfall eine positive Startflanke statt eines dauerhaften Startpegels sinnvoll? (Weil eine neue Betätigung für den Start gefordert ist) (!Weil damit alle Schutzfunktionen automatisch zertifiziert sind) (!Weil die SPS dann keine Eingänge mehr benötigt) (!Weil jeder gehaltene Taster stets einen Reset auslöst)
Rückmeldung: Ein anstehender Pegel allein darf bei Rückkehr der Freigabe keinen unbeabsichtigten Modellneustart auslösen.
Wie hoch ist die berechnete Gesamtleistung aus acht Watt plus zwei Watt plus einem Watt plus drei Watt? (Vierzehn Watt) (!Elf Watt) (!Siebzehn Watt) (!Vierundzwanzig Watt)
Rückmeldung: Addiere zunächst die vier fiktiven Teilleistungen und erst danach die Reserve.
Was folgt aus einem bestandenen Simulationstest einer Steuerungslogik? (Die untersuchten Modellfälle stimmen mit dem festgelegten Soll überein) (!Die reale Maschine darf damit ohne weitere Prüfungen in Betrieb gehen) (!Eine Sicherheitsfunktion ist dadurch normativ validiert) (!Die Bauteile sind damit automatisch richtig verdrahtet)
Rückmeldung: Die Simulation prüft einen definierten Ausschnitt, ersetzt aber weder Schutzbewertung noch reale Prüfung.
Memory: Fachbegriffe und Bedeutung
| Kontaktspiegel | Übersicht zugeordneten Kontakte eines Betriebsmittels |
| Schließer | Kontakt, der bei Betätigung schließt |
| Öffner | Kontakt, der bei Betätigung öffnet |
| Selbsthaltung | Halten einer Ansteuerung über einen eigenen Kontakt |
| Wahrheitstabelle | Auflistung logischer Ein- und Ausgangskombinationen |
| Flankenerkennung | Auswertung eines Signalwechsels zwischen zwei Zuständen |
Drag-and-drop: Dokument und Zweck zuordnen
| Ordne den Fachbegriff zu | Passende Erklärung |
|---|---|
| Funktionsbeschreibung | legt gefordertes Sollverhalten in Worten fest |
| Signalliste | hält Adresse und Bedeutung jedes Signals fest |
| Stromlaufplan | zeigt funktional zusammenhängende Strompfade |
| Prüfprotokoll | vergleicht dokumentierte Soll- und Istzustände |
| Komponentenauswahl | begründet Bauteile anhand von Anforderungen und Daten |
Kreuzworträtsel: Logik und Steuerung
| Selbsthaltung | Wie heißt die Haltefunktion über einen eigenen Hilfskontakt? |
| Schütz | Welches elektromechanische Schaltgerät schaltet häufig größere Lasten? |
| Öffner | Wie heißt ein Kontakt, der bei Betätigung öffnet? |
| Wahrheitstabelle | Wie heißt die Darstellung aller logischen Eingangskombinationen? |
| Freigabe | Welche Bedingung erlaubt im Modell den vorgesehenen Betriebsablauf? |
| Flanke | Wie heißt der Übergang eines digitalen Eingangszustands? |
LearningApps: zusätzliche Übungen suchen
Nutze die themenbezogene Suche; externe Anwendungen sind keine amtlichen Ausbildungs- oder Prüfungsaufgaben. Prüfe Inhalte und Nutzungsrechte jeder dort gefundenen Übung.
Lückentext: Fachwissen verknüpfen
Offene Aufgaben
Erstelle schriftliche oder digitale Musterarbeitsprodukte am Schreibtisch beziehungsweise in einer freigegebenen Simulation. Gib Annahmen, Lösungswege, Einheiten und mindestens ein Prüfkriterium an. Alle folgenden zwölf Aufgaben sind vom vorliegenden Unterrichtsmodell abgeleitet.
Leicht
- Relaisfunktion beschreiben: Erkläre in sechs Sätzen Spule, Schließer, Öffner und Hilfskontakt. Produkt: beschriftete Zeichnung; Kriterium: Ruhe- und Betätigungszustände stimmen.
- Planarten unterscheiden: Ordne fünf Beispielen Funktionsbeschreibung, Stromlaufplan, Anschlussplan, Signalliste und Prüfprotokoll zu. Produkt: Tabelle; Kriterium: jedes Dokument hat einen eigenen Zweck.
- Wahrheitstabelle ergänzen: Ermittle alle vier Ergebnisse für A UND B und A ODER B. Produkt: Tabelle mit vier Zeilen; Kriterium: beide Operatoren korrekt.
- Kennzeichen erklären: Interpretiere die beispielhaften Bezeichnungen A1/A2, 13/14, 21/22 unter Verweis auf die Datenblattprüfung. Produkt: Kurzglossar; Kriterium: keine universelle Anschlussfreigabe behauptet.
Standard
- Haltepfad prüfen: Beschreibe die Zustandsfolge für Start drücken, Start loslassen und Stopp auslösen. Produkt: Ablaufdiagramm; Kriterium: Speicherwirkung und Reset verständlich.
- Schaltalgebra belegen: Vereinfache A·B + A·¬B und prüfe beide Formen mit einer Wahrheitstabelle. Produkt: Rechenblatt; Kriterium: Y=A in vier Fällen.
- Signale übertragen: Erstelle für den Modellfall einen FUP-Entwurf und die vollständige Signalliste. Produkt: Plan mit Versionsstand; Kriterium: F, R, S und Q eindeutig.
- Leistungsbedarf berechnen: Berechne aus den fiktiven Leistungen 8 W, 2 W, 1 W, 3 W und 25 Prozent Reserve den Planungsstrom bei 24 V. Produkt: Tabellenkalkulation; Kriterium: 14 W, 17,5 W, rund 0,729 A.
Schwer
- Flankenlogik vergleichen: Vergleiche einen dauerhaften Startpegel mit einer positiven Startflanke bei später zurückkehrender Freigabe. Produkt: zwei Zeitdiagramme; Kriterium: unerwünschter Neustart nur im fehlerhaften Modell.
- Diagnosematrix entwerfen: Formuliere für sechs symptomatische Zustände jeweils Ursache, dokumentierbare Prüfung und Korrekturhypothese. Produkt: Fehlermatrix; Kriterium: keine Arbeiten an realer Anlage.
- Zustandsmodell erweitern: Ergänze einen fiktiven Quittiertaster, der nach einem betrieblichen Fehler einen neuen Start nur nach Quittierung zulässt. Produkt: Zustandstabelle und Funktionsskizze; Kriterium: definierter Anfangszustand, kein unbeabsichtigter Wiederanlauf.
- Kundenübergabe simulieren: Erstelle ein digitales Planungspaket mit Funktionsbeschreibung, Versionierung, Materialannahmen, Testnachweisen und Einschränkungen. Produkt: PDF-Mappe; Kriterium: nachvollziehbare Änderungen und klare Abgrenzung zur realen Inbetriebnahme.


Lernkontrolle
Die folgenden Aufgaben dienen der zusätzlichen fachlichen Anwendung; sie sind keine weiteren offenen Aufgaben der drei Niveaustufen.
- Analyse eines Kontaktspiegels: Begründe, welche Angaben nötig sind, um mehrere Kontakte sicher einer Spule zuzuordnen; Musterkriterium: eindeutiges Kennzeichen und Querverweise.
- Logikprüfung: Bestimme Y = (A + B)·¬C für A=1, B=0, C=1 und überprüfe dein Ergebnis; Musterergebnis: Y=0.
- Algebraischer Transfer: Weise die Gleichwertigkeit von ¬(A+B) und ¬A·¬B nach; Musterkriterium: vollständige Tabelle oder korrekte de-Morgan-Ableitung.
- Fehlerfall auswerten: Erkläre, weshalb ein dauerhaft gedrückter Starttaster bei Wegfall und Wiederkehr einer Freigabe problematisch sein kann; Musterkriterium: Pegel und Flanke unterscheiden.
- Fachrechnen überprüfen: Berechne bei einer angenommenen Modellleistung von 18 W und 24 V den Strom ohne zusätzliche Reserve; Musterergebnis: I=0,75 A.
- Dokumentationsprüfung: Beurteile eine fiktive Signalliste ohne Angaben zu 0- und 1-Zuständen; Musterkriterium: Mehrdeutigkeit benennen und fehlende Spalten ergänzen.
- Prüfstrategie: Ordne die Modelltests Start, Stopp, Freigabeverlust, Wiederanlauf und Dauerstart einer nachvollziehbaren Reihenfolge zu und begründe Abhängigkeiten; Musterkriterium: Reset und Zustand vor jedem Test definiert.
Lernnachweis
Du weist dein Können durch eine digitale Projektmappe nach: (1) fachlich korrekte Erläuterung von VPS, Relais, Schütz und SPS, (2) lesbare Signal- und Dokumentenübersicht, (3) konsistente Schaltalgebra mit vollständiger Wahrheitstabelle, (4) Funktionsskizze der speichernden Logik und Erklärung der positiven Startflanke, (5) Rechenblatt mit Leistung, Reserve und Strom, (6) sechs simulierte Soll-Ist-Prüffälle mit begründeter Fehlerdiagnose, (7) Änderungs- und Quellenverzeichnis. Orientiere dich für die Rückmeldung am 100-Punkte-Raster im Modellfall. Mindestkriterium der Lernzielerreichung ist nicht allein die Punktezahl, sondern auch, dass keine unzulässige Freigabe einer realen Maschine aus einer Simulation abgeleitet wird. Ein Lernpartner kontrolliert die Lesbarkeit, danach begründest du deine Korrekturen.
OER und Wikipedia
Amtliche Quellen, Stand bei Erstellung 28.10.2026: KMK-Rahmenlehrplan vom 27.05.2011, Fachrichtung ETS, Lernfeld 7, S. 36; BIBB-Berufsprofil ETS mit Rechtsgrundlagen; konsolidierte Ausbildungsordnung und Prüfungsvorschriften, §§ 24–27 ETS und § 29. Beachte: Das vom Auftrag mitgegebene BIBB-Kürzel 270810 betrifft die andere Fachrichtung VAT; für diesen Kurs ist das überprüfte ETS-Profil 270110 einschlägig. Rechtliche Änderungen und die aktuelle Umsetzung bei zuständigen Stellen sind vor Prüfungsplanung erneut zu prüfen; bewusst keine ungeprüften Prüfungszeiten oder -gewichtungen in dieser Übung.
Weiterführender offener Artikel: Speicherprogrammierbare Steuerung (deutschsprachige Wikipedia); Wikipedia-Textlizenzen und Einzelbildlizenzen siehe dort.
Bildquellen und konkrete Nutzungsrechte (Bilddateien können auf einer Wiki-Installation nur dann direkt erscheinen, wenn die entsprechende Datei eingebunden werden kann; die Originaldateiseiten bleiben als verlässliche Alternativen verlinkt):
| Verwendetes Bild | Belegseite | Urheberangabe | Lizenz |
|---|---|---|---|
| File:Relay circuit board.jpg | Commons | Atm2770 | CC BY-SA 4.0 |
| File:Schematic of a three terminal electromechanical relay.jpg | Commons | Manusvelox | CC BY-SA 3.0 |
| File:Selbsthaltung1.png | Commons | Wendelin | CC BY-SA 2.5 |
| File:BasicLogicGates.jpg | Commons | 1840369sumanasainath | CC BY-SA 4.0 |
| File:Logic Circuit Diagram.jpg | Commons | 1840369sumanasainath | CC BY-SA 4.0 |
| File:PLC Block Diagram.jpg | Commons | ProVision | CC BY-SA 4.0 |
| File:Ladder logic diagram.jpg | Commons | Mithilrkadam | CC BY-SA 4.0 |
Videos und Rechte: Hager Deutschland, Selbsthaltung, 2020 und Patrick Boekhoven, Logikgatter, 2024 wurden als fachlich zugehörige öffentliche Videoeinträge geprüft. Die Videos werden nur über YouTube eingebettet; sie sind nicht automatisch OER, Urheberrechte verbleiben bei den Rechteinhabern. Externe Videos können ihren Verfügbarkeitsstatus ändern. Für eigene Bearbeitungen der CC-BY-SA-Bilder sind Namensnennung, Lizenzhinweis, Änderungskennzeichnung und Weitergabe unter kompatibler Lizenz zu beachten.
Verknüpfte Lernbereiche
Der Kurs verbindet Mathematik (Wahrheitstabellen und Leistungsrechnung), Informatik (Logik, Zustände und Flankenerkennung), Elektrotechnik (Kontaktplan und Komponenten) und Technische Kommunikation (CAD-nahe Unterlagen und Versionsführung). Zum Weiterlernen eignen sich die Portalsuche nach Fachübungen ETS, die Berufsübersicht Berufe und die thematischen Links oben; nicht nachgewiesene Kursseiten werden nicht als bereits veröffentlicht ausgegeben.
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