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Schriftliche Prüfungsaufgaben und Lösungsstrategien - Elektroniker für Automatisierungstechnik

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Einleitung

Du bereitest dich auf die schriftlichen Teile der gestreckten Abschlussprüfung als Elektronikerin oder Elektroniker für Automatisierungstechnik vor. Dieser Kurs trainiert nicht das Auswendiglernen alter Prüfungsbögen, sondern die berufstypische Fähigkeit, Aufgabenstellungen zu entschlüsseln, technische Dokumente auszuwerten, elektrische und informationstechnische Größen richtig zu berechnen, SPS-Logik zu begründen und Störungsbefunde systematisch zu beurteilen. Alle Prüfungs- und Falldaten in diesem Kurs sind eigens erstellte, synthetische Übungsdaten; es handelt sich weder um Originalprüfungsaufgaben noch um eine Anleitung zur Maschinenfreigabe.

Lernziele: Du erkennst den gefragten Prüfungsbereich, erstellst eine strukturierte Lösung mit Einheiten und Annahmen, wendest Skalierungs- und Elektrotechnikformeln an, liest Signaltabellen, begründest Diagnoseentscheidungen und prüfst jedes Ergebnis auf Plausibilität. Ergänzend übst du, technische Entscheidungen aus wirtschaftlicher, ökologischer und sicherheitsbezogener Sicht zu bewerten.

Wichtige Sicherheitsgrenze: Alle hier dargestellten Schaltungen und Steuerungsabläufe sind Papiermodelle beziehungsweise Offline-Simulationen. Arbeiten an Elektroanlagen, realen Maschinen, Antrieben, Gefahrstoffen oder Gesundheitsanlagen erfolgen ausschließlich unter qualifizierter Anleitung und nach geltenden Schutz- und Freigabeverfahren. Ein gewöhnliches SPS-Programm ersetzt keine sicherheitsgerichtete Funktion.

Berufsportal: Ausbildung – Elektroniker für Automatisierungstechnik. Bereits vorhandene Vertiefungen: Automatisierungstechnik, Vom Messen zum Schalten, Sensoren und Messgeräte, Steuern und Regeln.

Prüfungsstruktur verstehen und Aufgaben strategisch lösen

Beruf und geltende Ausbildungsgrundlagen

Die reguläre Ausbildung dauert dreieinhalb Jahre beziehungsweise 42 Monate. Berufsbild und Ausbildungsinhalte richten sich nach der Verordnung über die Berufsausbildung in den industriellen Elektroberufen in ihrer konsolidierten Fassung. Die Neuordnung von 2018 enthält insbesondere die Querschnittsthemen Digitalisierung der Arbeit, Datenschutz und Informationssicherheit. Die Übergangsvorschriften des § 35 betreffen Ausbildungsverhältnisse, die vor dem 1. August 2018 bereits bestanden; für neue Ausbildungsverhältnisse ab diesem Datum ist die modernisierte Fassung maßgeblich. Deine zuständige IHK und Berufsschule informieren über den für deinen individuellen Ausbildungsbeginn gültigen Prüfungsdurchgang. Nachweis: BIBB-Berufsprofil, Rechtsverordnung, Übergangsregelung.

Die gestreckte Abschlussprüfung hat einen ersten und einen zweiten Teil. Teil 1 behandelt Grundlagen eines Automatisierungsteilsystems einschließlich schriftlicher Aufgabenstellungen innerhalb einer komplexen Arbeitsaufgabe. Teil 2 nennt ausdrücklich die Bereiche Arbeitsauftrag, Systementwurf, Funktions- und Systemanalyse sowie Wirtschafts- und Sozialkunde. In den zuletzt genannten drei Bereichen werden schriftliche, fachlich begründete Entscheidungen verlangt. Die rechtlichen Gewichtungen nach § 27 sind: Teil 1 insgesamt 40 Prozent und Teil 2 insgesamt 60 Prozent; innerhalb von Teil 2 entfallen 50 Prozent auf den Arbeitsauftrag, je 20 Prozent auf Systementwurf und Funktions- und Systemanalyse sowie 10 Prozent auf Wirtschafts- und Sozialkunde. Diese Werte sind Gesetzesangaben, keine Schätzung. Die konkrete Prüfungsorganisation und zulässigen Hilfsmittel prüfst du stets in der aktuellen Einladung deiner IHK beziehungsweise Berufsschule. In Baden-Württemberg können Teile der schriftlichen Abschlussprüfung im Rahmen der schulischen Vereinbarung durchgeführt werden. Quellen: § 17, § 18, § 27 und IHK Karlsruhe.

Bereich	Typische schriftliche Denkleistung	Qualität einer guten Lösung
Systementwurf	Anforderungen in Auswahl, Signalplan, Ablauf und Logik übersetzen	begründete Komponentenwahl, eindeutige Bezeichnungen und überprüfbare Bedingungen
Funktions- und Systemanalyse	Messwerte, Programme, Diagnose und Schnittstellen auswerten	nachvollziehbare Fehlerhypothesen mit Ausschlussgründen
Wirtschafts- und Sozialkunde	Arbeitswelt, Organisation, Recht, Kosten und Nachhaltigkeit beurteilen	sachgerechte Entscheidung mit beruflichem Bezug
Schriftliche Aufgaben in Teil 1	elektrische Grundlagen und Teilsystemdokumentation anwenden	Rechnung mit Einheit, fachlicher Interpretation und Sicherheitsbezug

Die Sechs-Schritte-Methode für jede Schriftaufgabe

Auftrag markieren: Unterstreiche Operatoren wie berechnen, analysieren, begründen, bewerten oder entwerfen. Ein Zahlenwert allein genügt bei „begründen“ nicht.
Gegeben und gesucht trennen: Schreibe Größen, Einheiten, Systemgrenzen und Annahmen auf. Prüfe, ob Messwert, Sollwert oder Grenzwert gemeint ist.
Technisches Modell wählen: Skizze, Wahrheitstabelle, Blockdiagramm, Formel oder Ursache-Wirkungs-Tabelle – je nachdem, was die Frage verlangt.
Rechen- oder Argumentationsweg darstellen: Formel und Einheiten vor Einsetzen, danach Zwischenschritt und Ergebnis. Bei Diagnoseaufgaben: Befund, mögliche Ursache, Prüfkriterium.
Plausibilität prüfen: Liegt das Ergebnis im zulässigen Messbereich? Hat es die richtige Dimension? Passt es zu beiden Endpunkten der Kennlinie?
Fachliche Schlussfolgerung formulieren: Bedeutung für das simulierte System, Einschränkungen, Sicherheits- und Dokumentationsbedarf.

Typische Fehler: Einheiten weglassen; Milliampere mit Ampere verwechseln; aus bloßer Korrelation eine Ursache ableiten; einen Alarm mit einer funktionalen Sicherheitsfreigabe gleichsetzen; alte Prüfungstermine oder Punkteanteile als dauerhaft gültig ansehen. Halte eine Fehlerliste mit „Fehler – Ursache – korrekte Regel – nächster Prüfpunkt“ bereit.

Abbildung: Beispiele von SPS-Geräten; Bisgaard, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0, Bild- und Rechteangaben.

Fachvideo: „SPS programmieren lernen – Übertragungsmöglichkeiten PG/SPS“, sps4you, YouTube; ergänzend zur Einordnung von Programmiergerät und Steuerung. Nur eingebettet, nicht als OER umgelizenziert.

Systementwurf: Pläne, Signale und SPS-Logik

Von der Anforderung zur Ein- und Ausgangsliste

Ein Automatisierungssystem verbindet Sensoren als Informationsquellen, eine SPS als programmierbare Auswertung und Aktoren wie Ventilantriebe als Stellglieder. Die CPU liest Eingänge ein, verarbeitet das Programm und aktualisiert Ausgänge; bei zyklischer Verarbeitung muss der zeitliche Zusammenhang berücksichtigt werden. Ein FUP stellt logische Funktionen grafisch dar, ein KOP bildet kontaktplanähnliche Zusammenhänge ab. Kennzeichen und Adressen sind hersteller- beziehungsweise projektspezifisch: Die folgende Tabelle ist ausschließlich ein selbst erstelltes Lernbeispiel.

Synthetische Kennung	Signaltyp	Bedeutung	Auswertehinweis
I0.0	digital	Startanforderung liegt an	Puls und gespeicherter Betriebszustand unterscheiden
I0.1	digital	Stopkreis meldet „Betrieb erlaubt“	0 bedeutet keine Betriebsanforderung; keine Sicherheitsfreigabe
AI0	analog	Füllstand als 4–20-mA-Signal	in Liter skalieren und auf Bereichsfehler prüfen
Q0.0	digital	simulierte Anforderung an ein Förderaggregat	niemals mit realem Antrieb ohne fachliche Abnahme koppeln
M_F	intern	gespeicherte Betriebsanforderung	bei Störung bewusst zurücksetzen, kein automatischer Wiederanlauf

Das I/O-Verzeichnis beantwortet die Fragen: Was wird gemessen? Welche Signalart liegt vor? Welche Grenze ist vorgeschrieben? Wie wird das Signal im Programm verwendet? Zur schriftlichen Entwurfsaufgabe gehören außerdem eine nachvollziehbare Schnittstellenliste, ein Funktionsplan und ein begründeter Testplan. Eine Betriebsfreigabe im Programm ist keine normgerechte Sicherheitsfunktion; Not-Halt und Schutzeinrichtungen müssen separat risikobeurteilt und fachlich ausgelegt werden.

Boolesche Verknüpfungen und Wahrheitstabellen

Für eine reine Papierübung sei eine virtuelle Meldeleuchte eingeschaltet, wenn die Betriebsanforderung A vorliegt, ein Prüfwert B gültig ist und die Diagnose keinen Fehler meldet. Bezeichne den Diagnosezustand mit F = 1 bei Fehler. Dann gilt Q = A UND B UND NICHT F. „UND“ setzt für ein wahres Ergebnis alle verlangten Aussagen voraus; „ODER“ genügt eine wahre Aussage; „NICHT“ kehrt einen booleschen Wert um. Ein typischer Denkfehler besteht darin, ein als „Störung aktiv“ benanntes Signal ohne Negation einzusetzen.

A	B	F	Q	Begründung
0	1	0	0	keine Betriebsanforderung
1	1	0	1	alle Bedingungen erfüllt
1	0	0	0	Prüfwert nicht gültig
1	1	1	0	Diagnose meldet Fehler

Prüfstrategie: Erzeuge alle acht Kombinationen von A, B und F selbst und prüfe, dass nur A = 1, B = 1, F = 0 den Ausgang 1 liefert. Das ist ein vollständiger Test für genau diese kombinatorische Logik, nicht für eine reale Maschine.

Animation: Aufbau einer Wahrheitstabelle; Stephan Kulla, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0, Dateiseite.

Zeitabläufe und systematische Darstellung

Ein Zeitdiagramm ordnet Eingangssignalen und Ausgaben zeitliche Intervalle zu. Bei einer Einschaltverzögerung TON wird der Ausgang erst nach einer vorgegebenen ununterbrochenen Eingangsdauer wahr; fällt der Eingang vorher weg, beginnt die Zeitprüfung bei einem üblichen nicht speichernden TON beim nächsten Start neu. Prüfe stets das konkrete Funktionsbausteinverhalten in der jeweiligen Dokumentation, einschließlich Zyklus und Anfangszustand.

Zeitpunkt	Virtuelles Eingangssignal	TON-Sollzeit	Erwartung
0 s	wird 1	2,0 s	Ausgang noch 0
1,5 s	bleibt 1	2,0 s	Ausgang weiter 0
2,1 s	bleibt 1	2,0 s	Ausgang 1, sofern die Zeit vollständig abgelaufen ist
2,3 s	wird 0	2,0 s	Ausgang wieder 0

Kontrollfrage: Warum darf aus einem Signalwechsel bei 2,1 s nicht ohne weitere Angaben auf einen exakten hardwareseitigen Umschaltzeitpunkt geschlossen werden? Weil SPS-Zyklus, Abtastung und Ausgangsaktualisierung beteiligt sind.

Fachrechnen: elektrische Größen und analoge Prozessdaten

Einheiten, Ohmsches Gesetz und Leistungsrechnung

Zu einer nachvollziehbaren Rechnung gehören Formel – Umstellung – Einsetzen mit Einheit – Ergebnis – Plausibilität. Ein einfacher theoretischer Gleichstromwiderstand wird mit U = R · I beschrieben. Beispiel: An einem Widerstand R = 1,2 kΩ liegen U = 24 V an. Nach Umrechnung R = 1200 Ω folgt I = U/R = 24 V / 1200 Ω = 0,020 A = 20 mA. Die theoretische Verlustleistung beträgt P = U · I = 24 V · 0,020 A = 0,48 W. Bei einer realen Auswahl wären zulässige Bauteilbelastung, Toleranzen, Temperatur, Betriebsbedingungen und Sicherheitsanforderungen gesondert zu prüfen; dies ist keine Montageempfehlung.

Größe	Symbol	Im Beispiel	Prüfhinweis
Spannung	U	24 V	Volt nicht mit Millivolt verwechseln
Widerstand	R	1,2 kΩ = 1200 Ω	kilo bedeutet Faktor 1000
Stromstärke	I	0,020 A = 20 mA	milli bedeutet ein Tausendstel
Leistung	P	0,48 W	nicht mit Energie in Wh verwechseln

Einheitenumrechnung: 2,5 s = 2500 ms. Elektrische Energie ist Leistung mal Zeit; 0,8 kW über 5 h entsprechen 4 kWh. Prüfe eine Rechnung auch mit einer Überschlagsrechnung: 24 geteilt durch ungefähr 1000 ist eine Stromstärke in der Größenordnung von einigen zehn Milliampere.

Lineare Skalierung von 4–20 mA auf Prozessgrößen

Viele Messumformer ordnen einem Analogstrom 4 mA als unterem Messwert und 20 mA als oberem Messwert zu. Der Messbereich der jeweiligen Aufgabe ist entscheidend. Für ein ausdrücklich lineares Übungsgerät mit 0 bis 250 L lautet die Rechenvorschrift:

Füllstand L = (I − 4 mA) / (16 mA) · 250 L.

Bei I = 12 mA ist die Spanne 12 − 4 = 8 mA. Die normierte Lage ist 8/16 = 0,5; damit ist L = 125 L. Bei L = 200 L ergibt die Umkehrung I = 4 mA + (200 L / 250 L) · 16 mA = 16,8 mA. Bei I = 3,0 mA liegt der Wert außerhalb des deklarierten Arbeitsbereichs des Übungsmodells. Er darf deshalb nicht unbesehen als negativer Literwert in eine Prozessentscheidung übernommen werden. Die genaue Fehlerbehandlung und Diagnosegrenzen hängen vom konkreten Gerät ab.

Stromsignal I	Normierter Anteil	Füllstand L	Befund
4,0 mA	0 %	0 L	unterer Kennlinienpunkt
8,0 mA	25 %	62,5 L	zwischen den Endpunkten
12,0 mA	50 %	125 L	Kennlinienmitte
16,8 mA	80 %	200 L	hier gewählter Stopp-Grenzwert
20,0 mA	100 %	250 L	oberer Kennlinienpunkt

Fehleranalyse: Wer einfach 12/20 rechnet, erhält 60 Prozent statt 50 Prozent, weil die 4-mA-Live-Zero-Verschiebung vergessen wurde. Wer 16 mA als Maximalwert statt als Spanne verwendet, verwechselt Stromdifferenz und absoluten Endpunkt. Wer statt Liter Kubikmeter benötigt, muss 125 L = 0,125 m³ ausweisen. Ein Wert jenseits des festgelegten Bereichs ist zuerst ein Diagnosefall.

Schema: Beispiele industrieller Stromschleifen; Dougsim, Wikimedia Commons, CC0 1.0, Quelldatei. Die Zeichnung ersetzt keinen geprüften Verdrahtungsplan.

Sensortyp, Ausgangssignal und Übertragungsfehler

Ein induktiver Näherungssensor erkennt geeignete metallische Gegenstände über ein elektromagnetisches Wirkprinzip; er liefert in vielen Anwendungen ein Schaltsignal. Ein analoger Füllstandmessumformer liefert dagegen einen kontinuierlich auswertbaren Prozesswert. Die tatsächlichen Kennwerte, Verdrahtung, Messbereiche, Übertragungsverfahren und Signalinterpretation müssen aus einem konkreten Datenblatt entnommen werden. Beschreibe in Prüfungsantworten deshalb immer sowohl das physikalische Messprinzip als auch die Informationsbedeutung des Signals.

Foto: induktiver Näherungssensor; Ekbsensor, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, Lizenz und Original.

Fachvideo von Leuze „Schaltende induktive Sensoren – Prinzip, Funktion, Einsatzbereich, Schaltabstand“, veröffentlicht 2025; Herstellererklärung, nicht frei umzulizenzieren.

Funktions- und Systemanalyse: Diagnose und Regelung

Aus einem Befund eine prüfbare Hypothese machen

Wenn eine simulierte Förderfunktion nicht anfordert, ist „SPS defekt“ keine fachlich belegte Diagnose. Arbeite vom beobachtbaren Symptom über dokumentierte Bedingungen zu alternativen Ursachen. Vergleiche Sollzustand und Istzustand der Signale, prüfe den Messbereich, werte Zeitstempel aus und beachte die Grenze deiner Informationslage. Du darfst in dieser Lernaufgabe ausschließlich gespeicherte Datensätze, Screenshots und ein ungefährliches Offline-Simulationsmodell auswerten.

Synthetischer Befund	Denkbare Ursache	Nächster sicherer Prüfhinweis am Datensatz
Analogwert 3,0 mA statt im Bereich 4–20 mA	Signal außerhalb des deklarierten Messbereichs, Ursache offen	Rohwert, Skalierung, Störungsmeldung und Datenqualität vergleichen
Eingang I0.1 = 0	Stopanforderung oder fehlende Betriebsfreigabe im Modell	Signaldefinition, Zustandsfolge und dokumentiertes Ereignis vergleichen
Logik Q = 0 trotz A = 1	weitere UND-Bedingung ist falsch	Wahrheitstabelle und internen Status B beziehungsweise F ansehen
Ständiges Umschalten nahe 200 L	Schwellenwert ohne Hysterese könnte Flattern fördern	protokollierte Folgewerte und Schaltschwellen untersuchen
Sollwert 60, Istwert 54	Regelabweichung vorhanden	Vorzeichen, Reglerparameter, Aktorgrenzen und Trend prüfen

Eine gute Fehleranalyse nennt mindestens zwei Hypothesen, einen diskriminierenden Test und eine klare Grenze: „Die Daten unterstützen ...; ob ein realer Sensor oder eine reale Leitung defekt ist, kann daraus nicht sicher geschlossen werden.“ Fehlerberichte bestehen aus Zeitpunkt, Befund, Vergleichswert, Hypothesen, Datentest, Ergebnis und offenem Rest.

Foto einer Steuerungstafel als Anschauungsobjekt; Vedantengg, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0, Original und Lizenz.

Steuerung versus Regelung und der PID-Grundgedanke

Eine Steuerung bildet vorgegebene Bedingungen auf Ausgänge ab; eine Regelung nutzt zusätzlich die Rückmeldung einer gemessenen Regelgröße, um Abweichungen zum Sollwert zu vermindern. Für die Regelabweichung gilt e = Sollwert − Istwert. Bei einem rein proportionalen Beispiel mit Sollwert 60 Einheiten, Istwert 54 Einheiten und Kp = 2 entsteht e = 6 Einheiten und eine theoretische P-Stellgröße von 12 passend definierten Stellgrößeneinheiten. Ohne Festlegung der Ein- und Ausgangseinheiten ist die Bedeutung von Kp nicht vollständig. In realen Reglern werden zusätzlich Begrenzungen und das Anlagenverhalten relevant.

Ein PID-Regler ergänzt den proportionalen Anteil um einen integralen Anteil für aufsummierte Abweichung und einen differenzialen Anteil für die Änderungsrate. Er ist keine universell passende Lösung: Parametrierung benötigt Modellwissen, Stabilitätsbetrachtung und fachlich gesicherte Erprobung. In schriftlichen Aufgaben genügt häufig die sichere Identifikation von Sollwert, Istwert, Abweichung, Stellgröße und Störgröße sowie die Begründung des Rückführprinzips.

Blockdiagramm eines PID-Reglers mit englischen Labels; TravTigerEE, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0, Dateiseite und Rechte.

Fachvideo „Induktiver Sensor – einfach & schnell erklärt“, Schnell&Einfach, YouTube. Prüfe die dargestellten Vereinfachungen gegen Datenblätter; Rechte verbleiben beim Anbieter.

Lösungen zur Störungsanalyse schriftlich begründen

In einer schriftlichen Diagnoseaufgabe reicht weder ein Screenshot ohne Erklärung noch eine Vermutung als Lösung. Erstelle eine Tabelle mit Soll – Ist – Abweichung – mögliche Ursachen – Abgrenzungstest – Schlussfolgerung. Bei einer simulierten Störung von AI0 ist zuerst sicherzustellen, dass Roh- und Skalierungswerte zur selben Abtastung gehören. Danach prüfst du das Berechnungsmodell anhand der Endpunkte. Eine korrekt skalierte Zahl kann trotzdem ein falscher Messwert sein, wenn der physikalische Sensor oder dessen angenommener Arbeitsbereich nicht zur Aufgabenbeschreibung passt. Für ein nicht nachgewiesenes Fehlerbild formulierst du bewusst „nicht entscheidbar“ statt eine erfundene Messung.

Berufstypischer Modellfall: Abfüllstation vollständig bearbeiten

Auftrag und synthetische Daten

Modellfall „Abfüllstation A-17“: Eine vollständig fiktive Offline-Simulation zeigt einen Behälter mit Nennmessbereich 0–250 L. Ein linearer 4–20-mA-Füllstandmessumformer liefert den Rohwert AI0. Für die reine Funktionssimulation soll eine virtuelle Förderanforderung nur bei bestehender Betriebsanforderung, erlaubtem Stopzustand, gültigem Sensorwert und Füllstand unter 200 L angezeigt werden. Ab 200 L darf sie nicht angezeigt werden. Zur Vermeidung ständigen Umschaltens wird eine Rückkehr in den möglichen Förderzustand erst unter 180 L vorgesehen und erfordert eine neue bewusste Startanforderung. Störungen werden im Modell gespeichert und nur nach Ursachenklärung bewusst zurückgesetzt. Keine dieser Bedingungen ist ein vollständiges Sicherheitskonzept für eine reale Abfüllanlage.

Kennzeichen	Modellbedeutung	Synthetischer Datensatz A	Datensatz B	Datensatz C
I0.0	Startanforderung	1	1	1
I0.1	Stopzustand erlaubt Betrieb	1	1	1
AI0	gemessener Schleifenstrom	12,0 mA	17,6 mA	3,0 mA
M_F	gespeicherte Betriebsanforderung vor Grenzprüfung	1	1	1
Grenzwert	Stop bei mindestens 200 L	200 L	200 L	200 L

Bearbeite fünf Teilaufträge: (a) Signal- und Wertebereich deuten; (b) A und B in Liter umrechnen; (c) die Grenzentscheidung für A und B begründen; (d) C als Datenqualitätsfall behandeln; (e) eine dokumentierbare Zustandsfolge mit Hysterese, Stopvorrang und manuell bewusstem Wiederbeginn als Text oder Wahrheitstabelle entwerfen.

Musterlösung mit Rechenweg und Entscheidung

Schritt 1 – Modell festlegen: Unterer Punkt 4 mA entspricht 0 L, oberer Punkt 20 mA entspricht 250 L. Stromspanne 16 mA, Volumenspanne 250 L. Nur 4–20 mA gelten hier als gültige nominale Prozesswerte; Grenzprüfung und Diagnose bleiben unterscheidbare Funktionen.

Schritt 2 – Datensatz A berechnen: L_A = (12,0 mA − 4,0 mA) / 16 mA · 250 L = 8/16 · 250 L = 125 L. Prozentanteil = 50 Prozent. Plausibilitätsprobe: 12 mA ist genau die Mitte von 4 und 20 mA, deshalb liegt 125 L in der Mitte von 0 und 250 L.

Schritt 3 – Datensatz B berechnen: L_B = (17,6 mA − 4,0 mA) / 16 mA · 250 L = 13,6/16 · 250 L = 212,5 L. Der Wert liegt über 200 L. Der Strom für 200 L ist 4 mA + 200/250 · 16 mA = 16,8 mA. Eine zweite Plausibilitätsprobe ist daher 17,6 mA größer als 16,8 mA.

Schritt 4 – Datensatz C bewerten: 3,0 mA liegt unter 4,0 mA. Die mathematische Extrapolation ergäbe einen negativen Literwert; im definierten Modell ist der Prozesswert deshalb ungültig. Setze einen Diagnosezustand und unterdrücke die virtuelle Förderanforderung. Eine konkrete reale Leitungsunterbrechung, die Fehlerursache oder ein normativer Fehlerstromgrenzwert lässt sich daraus ohne Gerätedokumentation nicht sicher behaupten.

Schritt 5 – Entscheidungslogik: Eine gespeicherte Betriebsanforderung reicht allein nicht aus. Der Sollzustand „virtuelle Anforderung an“ verlangt zusätzlich StopOK = 1, SensorOK = 1 und den zulässigen Füllstandsbereich. Beim Erreichen von 200 L wird die Förderanforderung auf 0 gesetzt. Erst unter 180 L kann nach bewusster neuer Startanforderung wieder ein Laufzustand entstehen; zwischen 180 L und 200 L entscheidet die dokumentierte Vorgeschichte. Bei Stop oder Diagnosefehler bleibt die Anforderung 0. Eine tatsächliche sicherheitsgerichtete Abschaltung ist ausdrücklich nicht Gegenstand dieser Modelllogik.

Datensatz	Rechenergebnis	Datenqualität	Virtuelle Förderanforderung	Begründung
A	125 L	gültig	an, falls bewusst gestarteter Zustand vorliegt	unter 180 L und unter Stopgrenze
B	212,5 L	gültig	aus	Stopgrenze überschritten
C	kein gültiger Literwert	außerhalb des definierten Strombereichs	aus	Diagnose vor Prozessentscheidung

Schematische Zustandsfolge als Textdiagramm: AUS → nach neuer Startanforderung und gültigen Bedingungen → FÖRDERN → bei mindestens 200 L → VOLL/AUS → bei unter 180 L und erneuter Startanforderung → FÖRDERN. Jederzeit führt ein Stop oder gemeldeter Diagnosefehler in AUS mit erneuter bewusster Startanforderung nach Klärung. Dies ist ein fachliches Denkmodell und keine fertige SPS-Software.

Typische Fehler im Modellfall: Rohstrom 12 mA als 12 L lesen; die 4-mA-Verschiebung übersehen; mit 20 statt 16 mA als Spanne rechnen; Datensatz C als „minus 15,625 L“ weiterverarbeiten; bei einer gespeicherten Störung automatisch wieder anlaufen; eine Standard-SPS mit einer zertifizierten Sicherheitsschaltung verwechseln. Diese Fehler kosten Punkte, auch wenn einzelne Zahlen zufällig plausibel erscheinen.

Bewertungsraster für die schriftliche Modelllösung

Bewertungsbereich	Volle Leistung	Punkte
Aufgabenanalyse und I/O-Deutung	Arbeitsauftrag, Signale, Einheiten und Annahmen klar benannt	15
Skalierung und Plausibilität	beide Rechenwege und 16,8-mA-Grenze korrekt, mit Einheiten und Endpunktkontrolle	30
Funktionslogik und Hysterese	Stopvorrang, bewusster Wiederbeginn und Zustandsabhängigkeit nachvollziehbar	25
Diagnose und Fehlerbeurteilung	ungültigen Wert getrennt behandeln; keine unbelegte Fehlerursache behaupten	20
Sicherheit und Dokumentation	Papiermodell von Maschinenfreigabe trennen, Entscheidung nachvollziehbar protokollieren	10
Summe	Eigene schulische Übungsbewertung, keine offizielle IHK-Punktetabelle	100

Bewertungshinweis: 90–100 Übungspunkte zeigen einen sehr vollständigen Lösungsweg, 70–89 einen überwiegend belastbaren, 50–69 wesentliche Lücken und unter 50 erhöhten Übungsbedarf. Diese didaktischen Bereiche sind keine offiziellen Prüfungsnoten oder Bestehensgrenzen. Nutze zuerst die Kriterien zur Selbstkorrektur und ergänze danach gezielte Teilübungen.

Wirtschafts- und Sozialkunde sowie Transfer

Zum Beruf gehören auch der wirtschaftliche Vergleich, die Dokumentation und der verantwortliche Umgang mit Daten. Eigenständiges Rechenbeispiel: Eine fiktive Simulation unterstellt 0,8 kW elektrische Leistungsaufnahme während 5 h an 20 Betriebstagen und einen angesetzten Energiepreis von 0,30 Euro/kWh. Energie E = 0,8 kW · 5 h · 20 = 80 kWh; rechnerische Energiekosten K = 80 kWh · 0,30 Euro/kWh = 24 Euro. Das sind nur modellierte Energiekosten, ohne Grundpreis, Wartung, Wirkungsgrade, Abgaben oder Lebenszykluskosten. Ein begründeter Variantenvergleich nennt diese Annahmen offen und entscheidet nicht allein anhand eines Einzelpreises. Beschäftigtendatenschutz und Informationssicherheit gelten auch bei der Digitalisierung von Fertigungsdaten.

Zum weiteren Üben helfen die geprüften Themenkurse Automatisierungstechnik, Sensoren, Vom Messen zum Schalten und Messgeräte, Steuern und Regeln sowie das Berufsportal.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Wissen

Welcher Bereich gehört ausdrücklich zu Teil 2 der Abschlussprüfung dieses Berufs? (Funktions- und Systemanalyse) (!Historische Kunstbetrachtung) (!Maschinenbauzeichnen ohne Systembezug) (!Verkaufsgespräch als alleiniger Prüfungsbereich)

Rückmeldung: Nach § 18 ist Funktions- und Systemanalyse ein benannter Prüfungsbereich. Die anderen Bezeichnungen ersetzen keinen der in der Verordnung genannten Bereiche.

Ein linearer Sensor bildet 4 bis 20 mA auf 0 bis 250 L ab. Was bedeuten 12 mA? (125 L) (!150 L) (!200 L) (!12 L)

Rückmeldung: 12 mA liegt um 8 mA über dem unteren Punkt, also bei der Hälfte der 16-mA-Spanne. Das ergibt 125 L; 150 L entsteht durch den fehlerhaften Quotienten 12 zu 20.

Welcher Strom gehört bei dieser Kennlinie zu 200 L? (16,8 mA) (!12,8 mA) (!20,8 mA) (!13,6 mA)

Rückmeldung: 200 von 250 L entsprechen 80 Prozent der Messspanne. 4 mA plus 80 Prozent von 16 mA ergeben 16,8 mA.

Wie ist ein Rohwert von 3,0 mA in der angegebenen 4-bis-20-mA-Übung zu behandeln? (Als außerhalb des definierten Messbereichs zu kennzeichnen) (!Als exakt 3 L zu interpretieren) (!Ohne Prüfung auf 0 L zu setzen und die Anforderung zu starten) (!Als Beweis für eine bestimmte defekte Leitung zu werten)

Rückmeldung: Der Wert liegt außerhalb des deklarierten Prozessbereichs. Die konkrete Ursache kann ohne weitere Diagnosedaten nicht bestimmt werden.

Wann ist Q bei Q gleich A UND B UND NICHT F wahr? (Wenn A und B wahr sind und F falsch ist) (!Wenn nur A wahr ist) (!Wenn A und F wahr sind) (!Wenn alle drei Signale falsch sind)

Rückmeldung: Bei UND müssen alle geforderten Bedingungen stimmen; NICHT F verlangt gerade den störungsfreien Zustand.

Welcher Strom ergibt sich theoretisch bei 24 V über 1200 Ohm? (20 mA) (!2 mA) (!200 mA) (!0,2 mA)

Rückmeldung: 24 V geteilt durch 1200 Ohm ergibt 0,02 A und nach Multiplikation mit 1000 genau 20 mA.

Was ist die passende Umrechnung von 2,5 Sekunden? (2500 Millisekunden) (!250 Millisekunden) (!25 Millisekunden) (!25000 Millisekunden)

Rückmeldung: Eine Sekunde enthält 1000 Millisekunden. Daher sind es 2,5 mal 1000 gleich 2500.

Wodurch unterscheidet sich eine Regelung grundsätzlich von einer reinen Steuerung? (Durch die Rückmeldung der Regelgröße und den Soll-Ist-Vergleich) (!Durch den zwingenden Einsatz einer bestimmten SPS-Marke) (!Durch den völligen Verzicht auf Sensoren) (!Dadurch dass sie keine Stellgröße benötigt)

Rückmeldung: Eine Regelung verarbeitet den gemessenen Istwert im geschlossenen Wirkungszusammenhang. Hersteller und konkretes Gerät sind dafür nicht das definierende Kriterium.

Welcher Schritt ist bei einer unklaren Simulationsstörung am besten begründet? (Soll-Ist-Daten vergleichen und unterscheidende Hypothesen prüfen) (!Sofort den gesamten Code ohne Befund ersetzen) (!Einen Hardwaredefekt ohne Messdaten behaupten) (!Den Diagnosealarm für die Bewertung grundsätzlich ignorieren)

Rückmeldung: Diagnose beginnt mit nachprüfbaren Befunden und konkurrierenden Erklärungen. Blindes Eingreifen oder unbelegte Ursache-Zuweisungen verhindern eine belastbare Lösung.

Welche Aussage zum Modellfall ist fachlich richtig? (Die virtuelle Förderlogik ist keine reale Sicherheitsfreigabe) (!Ein simuliertes Stopbit ersetzt jede Schutzeinrichtung) (!Eine rechnerisch gültige Skalierung belegt automatisch die elektrische Sicherheit) (!Die Übung liefert eine zugelassene Betriebsanweisung für reale Anlagen)

Rückmeldung: Die Übung prüft Rechnen und Funktionslogik. Reale Anlagen verlangen gesonderte Risikobeurteilung, qualifiziertes Personal und vorgeschriebene Prüfungen.

Memory: Fachbegriff und Bedeutung

Systementwurf	Entwickeln einer Änderung aus Anforderungen und Randbedingungen
SPS	Programmierbare Steuerung zur zyklischen Signalverarbeitung
Hysterese	Unterschied zwischen Ein- und Ausschaltschwelle
Analogskalierung	Umrechnung eines Messsignals auf eine Prozessgröße
Regelabweichung	Differenz zwischen Sollwert und Istwert
Plausibilitätsprüfung	Kontrolle von Grenzen, Größenordnung und Dimension
Fehlerhypothese	Prüfbare Vermutung zur Ursache eines dokumentierten Symptoms

Drag-and-drop: Ordne die Lösungsschritte zu

Gesuchter Arbeitsschritt	Beschreibung in der schriftlichen Prüfung
Gegeben-Gesucht-Tabelle	Trennt bekannte von zu bestimmenden Größen
Kennlinienansatz	Verknüpft Stromspanne und Prozessspanne
Wahrheitstabelle	Kontrolliert boolesche Signalbedingungen
Ursachenabgrenzung	Vergleicht konkurrierende Fehlerhypothesen
Plausibilitätskontrolle	Prüft Endwerte, Einheiten und Größenordnung

Kreuzworträtsel: Fachbegriffe

Sensor	Bauteil, das eine physikalische Eigenschaft erfasst
Aktor	Bauteil, das einen Steuerbefehl in eine Wirkung umsetzt
Regler	Einrichtung, die aus einer Abweichung eine Stellgröße bestimmt
Merker	Benannte interne Speichervariable einer SPS
Hysterese	Abstand zwischen zwei Schaltschwellen
Diagnose	Systematische Auswertung von Befunden zur Fehlereingrenzung

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Lückentext: Fachliche Zusammenhänge festigen

Die industrielle Steuerung verarbeitet Eingänge nach einem gespeicherten

.

Eine speicherprogrammierbare Steuerung wird kurz

genannt.

Ein Messumformer mit Live-Zero-Signal beginnt im beschriebenen Beispiel bei

Milliampere.

Die genutzte Stromspanne reicht über

Milliampere.

Die Hälfte von 250 Litern entspricht

Litern.

Eine UND-Bedingung ist nur erfüllt, wenn alle geforderten Aussagen

sind.

Der Unterschied zwischen Sollwert und Istwert heißt

.

Der Abstand zwischen Ein- und Ausschaltschwelle nennt sich

.

Ein Rohwert außerhalb des festgelegten Messbereichs erfordert zunächst eine

.

Am Ende jeder schriftlichen Rechnung müssen die

geprüft werden.

Ein realistischer Prüfungsbericht dokumentiert auch verbleibende

.

Offene Aufgaben

Arbeite nur mit Papier, öffentlich zugänglichen Unterlagen und synthetischen Offline-Daten. Dokumentiere Annahmen, Rechenwege, Quellen und eigene Fehlerkorrekturen; reale elektrische oder maschinelle Erprobung ist hier nicht vorgesehen.

Leicht

Prüfungslandkarte: Zeichne auf Papier eine Übersicht von Teil 1, Teil 2 und den schriftlichen Prüfungsbereichen. Begründe die Zuordnung mit § 17 und § 18.
Signal-Steckbrief: Erstelle für einen induktiven Näherungssensor und einen analogen Füllstandmessumformer jeweils einen Steckbrief zu Messprinzip, Signalart und möglichem Denkfehler.
Formelsammlung: Rechne 1,2 kΩ in Ohm, 0,020 A in Milliampere und 2,5 s in Millisekunden um; dokumentiere jeweils den Faktor.
Fehlerkarte: Erläutere an einem eigens erfundenen Zahlenfehler, wie eine fehlerhafte Einheit das technische Ergebnis verändert, und korrigiere ihn.

Standard

I/O-Plan: Erstelle eine vollständige synthetische Signalliste für eine virtuelle Abfüllstation einschließlich Datenart, Bedeutung und Diagnosehinweis.
Kennliniengrafik: Zeichne die lineare 4–20-mA-Kennlinie für 0–250 L mit fünf beschrifteten Punkten und einer vollständigen Rechnung zu 16,8 mA.
Diagnosebericht: Vergleiche die Stromwerte 12,0 mA, 17,6 mA und 3,0 mA anhand von Soll-Ist- und Gültigkeitsregeln; formuliere mindestens zwei Fehlerhypothesen ohne eine reale Ursache zu behaupten.
Wahrheitstabelle: Leite alle acht Fälle von Q gleich A UND B UND NICHT F ab und begründe die Unterschiede zwischen störungsfreiem und fehlerhaftem Verlauf.

Schwer

Modellfall-Gutachten: Löse die komplette synthetische Abfüllstation mit Rechenweg, Hysterese, Zustandsbeschreibung, Diagnosen und Selbstbewertung nach dem 100-Punkte-Raster.
Regelungsanalyse: Erstelle ein beschriftetes Blockdiagramm einer Regelung und erläutere anhand zweier synthetischer Datenpunkte den Unterschied zwischen Sollwert, Istwert und Stellgröße.
Anforderungsprüfung: Verfasse eine fachliche Gegenüberstellung zweier fiktiver Messgeräte mit unterschiedlichen Messbereichen; prüfe Skalierung, Diagnosefolgen, Kostenannahmen und Grenzen der eigenen Aussage.
Prüfungssimulation: Entwickle eine 45-minütige schriftliche Übung aus Systementwurf, Systemanalyse und Wirtschafts- und Sozialkunde mit eigenem Datensatz, Lösungsschlüssel, Fehleranalyse und Kriterienraster; nutze keine Originalprüfungsaufgaben.

Lernkontrolle

Transfer zur Prüfungsordnung: Warum darf ein Lernplan sich nicht allein nach den praktischen Tätigkeiten richten? Ordne drei selbst gewählte Schriftaufgaben ihrem Bereich zu und belege jede Zuordnung.
Zweipunktprüfung: Ein linearer 4–20-mA-Messumformer zeigt bei 4 mA null und bei 20 mA 250 L. Berechne die Anzeige für 10,4 mA und prüfe sie mit einer zweiten Methode. Erwarteter Referenzwert: 100 L.
Fehlertrennung: Ein protokollierter Stromwert liegt unter dem unteren Messpunkt. Erläutere, warum ein nicht gültiger Messwert nicht automatisch eine sicher erkannte physische Leitungsunterbrechung ist.
Regelkreisentscheidung: Vergleiche eine zeitgesteuerte Abfüllung und eine füllstandsabhängig geregelte Abfüllung hinsichtlich Rückführung, Störanfälligkeit, Dokumentation und Modellgrenzen.
Stopp-Hysterese: Entwirf eine schriftliche Zustandsfolge für Stop bei 200 L und neuen Start erst unter 180 L. Begründe ausdrücklich, wie ungewollter Wiederanlauf und Sensorfehler im Modell behandelt werden.
Wirtschaftlichkeitsrechnung: Prüfe die modellierten 80 kWh und 24 Euro rechnerisch; nenne anschließend mindestens vier Kosten- oder Umweltaspekte, die diese vereinfachte Rechnung nicht abbildet.
Prüfungsqualität: Vergleiche zwei fiktive Musterlösungen, von denen nur eine Formel und Zahl enthält, die andere aber Annahmen, Einheit, Kontrolle und Begründung. Vergib Kriterienpunkte und begründe die Entscheidung.

Lernnachweis

Dein Lernnachweis besteht aus einer strukturierten Prüfungsmappe mit (1) Quellenübersicht zur geltenden Ausbildungs- und Prüfungsstruktur, (2) fünf vollständig gerechneten Fachaufgaben samt Einheiten, (3) einer selbst erstellten I/O- und Wahrheitstabelle, (4) einem Diagnosebericht mit mindestens zwei begründeten Hypothesen, (5) der vollständigen Modellfalllösung einschließlich Bewertungsraster und (6) einer Fehlerreflexion zu mindestens drei korrigierten Irrtümern. Ergänze eine kurze mündliche oder schriftliche Erklärung, warum die Offline-Übungsfreigabe keine Maschinenfreigabe darstellt.

Selbstkontroll-Kriterien: Jede Rechnung hat richtige Größe und Einheit; die Annahmen passen zu den gegebenen Daten; jede Kennlinie besteht den Endpunkttest; die Logik liefert für alle beschriebenen Fälle den erwarteten Zustand; Fehlerursachen werden nicht ohne Belege behauptet; Quellen und Rechte sind genannt; eine Verbesserung nach Feedback ist erkennbar. Überprüfe die Ergebnisse zunächst selbst, dann im fachlichen Austausch und schließlich anhand der bereitgestellten Lösungsschritte.

OER und Wikipedia

Verifizierte fachliche Primär- und Lernquellen:

BIBB: Elektroniker für Automatisierungstechnik – Beruf, Dauer, Einsatzfelder und geltende Rechtsgrundlagen.
§ 17 sowie § 18 – Inhalte der gestreckten Abschlussprüfung; § 27 – Gewichtung und Bestehen.
§ 35 – Übergang für vor dem 1. August 2018 begonnene Ausbildungsverhältnisse.
IHK Karlsruhe: Beruf und Prüfungsstruktur – unter anderem Hinweise zur schriftlichen Durchführung in Baden-Württemberg.
BIBB: Industrielle Elektroberufe und Mechatroniker/-in – Umsetzungshilfe (2018), kostenfrei zugänglich, Publikationslizenz CC BY-NC-ND 4.0; nicht frei bearbeitbar.
Siemens SCE Lern-/Lehrunterlagen – kostenlose Lernressourcen, Nutzungs- und Zugangsregeln am jeweiligen Angebot beachten; kein pauschales OER-Lizenzversprechen.

Wikipedia-Lernressource: Der frei zugängliche deutschsprachige Überblick zur speicherprogrammierbaren Steuerung dient als Ergänzung; prüfe Fachdetails anhand aktueller technischer Unterlagen.

Bild- und Videonachweise mit Rechten

Die folgenden sechs Commons-Dateien wurden anhand ihrer konkreten Dateiseiten auf Themenbezug und Lizenzangaben überprüft. Die verwendeten Wikipedia-Commons-Dateinamen sind keine frei erfundenen lokalen Uploads. Bei einer Wiki-Installation ohne Zugriff auf Commons können die Dateiverknüpfungen als externe Quelllinks genutzt werden. Die drei YouTube-Videos werden nur verlinkt beziehungsweise über das unterstützte Einbettungsformat eingebunden; es wird keine offene Weiterverbreitungs- oder Bearbeitungslizenz behauptet.

Eingesetztes Medium	Verifizierte Originalseite und Aussage	Urheber beziehungsweise Kanal	Rechtehinweis
File:Programmable logic controller.jpg	Commons: drei SPS-Geräte	Bisgaard	CC BY-SA 3.0
File:Construction of a logical value table.gif	Commons: Wahrheitstabellenanimation	Stephan Kulla	CC BY-SA 3.0
File:4-20mA Current loops.svg	Commons: Stromschleifenschema	Dougsim	CC0 1.0
File:Inductive proximity sensor.jpg	Commons: induktiver Näherungssensor	Ekbsensor	CC BY-SA 4.0
File:Plc control panel.JPG	Commons: SPS-Schalttafel	Vedantengg	CC BY-SA 3.0
File:PID en updated.svg	Commons: PID-Blockdiagramm	TravTigerEE	CC BY-SA 3.0
https://www.youtube.com/watch?v=U6lLtFh8mEw	Übertragungsmöglichkeiten PG/SPS	sps4you	YouTube-Videorechte beim Rechteinhaber, nur Einbettung/Link
https://www.youtube.com/watch?v=kYjnm7MK02o	Schaltende induktive Sensoren	Leuze The Sensor People	YouTube-Videorechte beim Rechteinhaber, nur Einbettung/Link
https://www.youtube.com/watch?v=JmbiAFRLGYk	Induktiver Sensor: Erklärung	Schnell&Einfach	YouTube-Videorechte beim Rechteinhaber, nur Einbettung/Link

Lizenzpraxis: Nenne bei einer eigenen Weiterverwendung der Commons-Bilder Urheber, konkreten Dateilink, Lizenz und etwaige Änderungen. Unter Share-Alike-Bedingungen ist bei bearbeiteten Fassungen die jeweilige Lizenz zu beachten. Verlinkte Inhalte anderer Anbieter bleiben rechtlich getrennte Werke; die eigenen Beispieltexte, Tabellen, Rechenaufgaben und der Modellfall wurden neu formuliert. Keine Sofatutor-Medien und keine reproduzierten geschützten IHK-Aufgaben.

Verknüpfte Lernbereiche

Berufsportal: Ausbildung – Elektroniker für Automatisierungstechnik

Lernpfad: Beginne mit der Prüfungsstruktur und den Grundbegriffen; vertiefe danach Signalzuordnung, Boolesche Logik und analoges Skalieren. Bearbeite erst dann den Modellfall als zusammenhängende Prüfungssituation. Prüfe abschließend Ergebnisse gegen eine zweite Methode und übertrage die Argumentation auf einen neuen, ausschließlich synthetischen Datensatz.