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Fachübungen 1.2 – Einführung in die Steuerungs- und Digitaltechnik - Elektroanlagenmonteur

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Einleitung

Du lernst im ersten Ausbildungsjahr, technische Signale zu unterscheiden, einfache Steuerungs-, Signal- und Meldeschaltungen zu lesen, logische Verknüpfungen zu berechnen und mit systematischen Prüfdaten Fehler einzugrenzen. Der Kurs folgt dem Lerngebiet 1.2 Einführung in die Steuerungs- und Digitaltechnik des KMK-Rahmenlehrplans für Elektroanlagenmonteurinnen und Elektroanlagenmonteure. Die KMK nennt für dieses Lerngebiet einen schulischen Zeitrichtwert von 40 Stunden. Die Ausbildungsordnung vom 17. Juni 1997, in Kraft seit 1. August 1997, beschreibt einen dreijährigen Ausbildungsberuf ohne Fachrichtungen (Monoberuf); maßgeblich für konkrete Prüfungsorganisation und Ausbildungsbeginn sind die zuständige Stelle und der individuelle Ausbildungsvertrag. Hier findest du selbst erstellte Übungsaufgaben, keine amtlichen Prüfungsaufgaben.

Lernziele: Du kannst analoge und digitale Signale mit Beispielen erläutern, fünf Grundverknüpfungen in Tabellen auswerten, Kontakt- und Logikdarstellungen vergleichen, aus einem Auftrag eine einfache logische Funktion entwickeln und einen simulierten Soll-Ist-Vergleich dokumentieren. Die drei Schwierigkeitsniveaus erlauben einen schrittweisen Kompetenzaufbau.

Sicherheitsgrenze: Sämtliche Zahlen, Schalter, Sensoren, Protokolle und Anlagen in diesem Kurs sind synthetische Unterrichtsdaten. Schaltbilder sind Funktionsmodelle, keine freigegebenen Installations- oder Sicherheitspläne. Übungen erfolgen auf Papier oder in einer digitalen Simulation. Montage, elektrische Messungen, Inbetriebnahme und Arbeiten an Maschinen dürfen ausschließlich nach Gefährdungsbeurteilung und unter Anleitung befugter Fachkräfte stattfinden; keine Netzspannung, keine reale Maschinenfreigabe und keine Überbrückung von Schutzeinrichtungen.

Berufsbezug: BIBB-Berufsprofil · KMK-Rahmenlehrplan, besonders S. 7 · Ausbildungsordnung. Als Ausbildungsnavigation: Berufsportal: Ausbildung – Elektroanlagenmonteur.

Analoge und digitale Signale unterscheiden

Signal, Zustandsgröße und Darstellung

Ein Signal überträgt Information. Ein analoges Signal kann innerhalb eines betrachteten Bereichs kontinuierlich variierende Werte annehmen, etwa den Temperaturwert eines Sensors. Ein binäres Signal verwendet zwei logisch unterscheidbare Zustände, häufig 0 und 1. Digitaltechnik arbeitet mit wertdiskreten Darstellungen; bei einer Digitalisierung eines analogen Messwertes kommen Abtastung und Quantisierung hinzu. Ein Schaltsignal ist nicht automatisch gleichbedeutend mit einer sicherheitsgerichteten Funktion.

Bild: Analoge und digitale Signalformen (Beschriftung teils englisch); Giacomo Alessandroni, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Betrachtung	Analoge Information	Binäre Information
Beispiel	simulierte Temperatur 21,6 °C	simulierte Meldung „Grenzwert erreicht“
Werte	innerhalb eines Bereichs abgestuft bzw. stetig	logisch 0 oder 1
Darstellung	Kennlinie, Zeitverlauf, Messwert	Zustandsfolge, Wahrheitstabelle
Typischer Fehler	Messauflösung mit absoluter Genauigkeit verwechseln	Logikpegel als beliebige feste Spannung interpretieren

Schwellwert und Quantisierung im Rechenmodell

Im erfundenen Datensatz meldet ein Sensor die Werte 1,7 V; 2,3 V; 2,0 V und 2,8 V. Die reine Unterrichtsregel lautet: B = 1 bei U ≥ 2,2 V, sonst B = 0. Ergebnis: 0, 1, 0, 1. Es handelt sich um eine ausdrücklich erfundene Auswertungsregel, nicht um den zulässigen Eingangspegel eines realen Gerätes. Der tatsächliche Signalbereich und zulässige Grenzwerte stehen immer im Datenblatt.

Synthetische Probe	U in V	Vergleich mit 2,2 V	Binärzustand B
P1	1,7	kleiner	0
P2	2,3	größer	1
P3	2,0	kleiner	0
P4	2,8	größer	1

Rechenweg: Vergleiche für jede Probe U mit dem vorgegebenen Schwellenwert; setze nur bei U ≥ 2,2 V den Zustand 1. Bei genau 2,2 V ist B nach der angegebenen Regel 1. Typische Fehler: das Gleichheitszeichen vergessen, Volt und Millivolt verwechseln oder die Unterrichtsschwelle als Geräteangabe missverstehen. Reale Systeme können zusätzlich Hysterese und Entprellung benötigen; das wird nicht durch diese vereinfachte Tabelle beschrieben.

Bild: Abtastung und wertdiskrete Darstellung als Ergänzung (russische Beschriftung); Alexey Gomankov, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

Binärzahlen als Werkzeug

Mit n unabhängigen binären Eingängen sind höchstens 2 hoch n Kombinationen möglich. Bei drei Eingängen sind es 2 · 2 · 2 = 8. Eine zweistellige Binärzahl 10 steht für den Dezimalwert 2; die Zahl 101 ergibt 1 · 4 + 0 · 2 + 1 · 1 = 5. Wichtig ist die Trennung von Zahlendarstellung und Bedeutung eines Schalters: Die Bitfolge 101 kann eine Zahl kodieren oder nur drei Eingangsbedingungen beschreiben.

Bausteine der Steuerungs-, Signal- und Meldetechnik

Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe

Ein einfaches Funktionsmodell zerlegt eine Aufgabe in Eingaben (beispielsweise Taster oder virtueller Sensor), Verarbeitung (Verknüpfung der Bedingungen) und Ausgabe (beispielsweise eine simulierte Statuslampe). Eine Steuerung ordnet Eingaben eine Reaktion zu. Eine Regelung verwendet zusätzlich eine Rückführung der Ausgangsgröße, um eine Zielgröße zu beeinflussen. Eine Meldefunktion informiert über einen Zustand; eine Anzeige ist nicht automatisch eine Sicherheitsmaßnahme.

Bestandteil	Beispiel in einer reinen Simulation	Prüfbare Frage
Eingabe A	Software-Schalter „Übungsmodus aktiv“	Wird A korrekt als 0 oder 1 erfasst?
Eingabe B	virtueller Kontakt „Status erkannt“	Stimmt der gemeldete Zustand mit der Vorgabe überein?
Verknüpfung	UND und ODER im Logikdiagramm	Ergibt jeder Testfall die erwartete Logik?
Ausgabe Q	farbiges Symbol „Meldung sichtbar“	Entspricht Q der Wahrheitstabelle?

Kontaktprinzip und Funktionsplan

Bei logischen Schließerbedingungen wird in einer abstrahierten Kontaktdarstellung die Reihenschaltung als UND und die Parallelschaltung als ODER gelesen. Ein Öffnerkontakt ist im Schaltungsplan eine Bauteil- bzw. Kontaktbezeichnung; die logische Negation bezieht sich auf ein eindeutig definiertes Signal. Deshalb bedeutet „Kontakt geschlossen“ nur dann logisch 1, wenn die Signaldefinition dies ausdrücklich festlegt. Lege vor jeder Tabelle fest, was A = 1 bedeutet. Kontaktplan, Funktionsplan und reale Verdrahtung sind verschiedene Beschreibungsebenen.

Bild: Prinzip einer UND-Verknüpfung in Relaislogik; Biezl, gemeinfrei, Wikimedia Commons.

Bild: Beispiel eines Relaisdiagramms, deutsch beschriftet; Uweschwoebel, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons.

Beruflicher Blick auf Funktionsprüfung

Ein Prüfergebnis ist nur nachvollziehbar, wenn Sollzustand, Eingangskombination, beobachteter Istzustand und Beurteilung festgehalten werden. Ein einzelner erfolgreicher Test kann nicht alle Kombinationen einer Logikfunktion belegen. In der Ausbildung erstellst du zunächst eine Simulation und ein dokumentiertes Testkonzept. Der Transfer auf eine elektrische Anlage setzt geeignete technische Unterlagen, Schutzmaßnahmen und die Verantwortung qualifizierter Fachkräfte voraus.

Videomedium: Einführung in UND, ODER, NICHT, NAND und NOR an einer Kleinsteuerung; das Video ist eine Anschauungshilfe, keine Montageanleitung und ersetzt keine Einweisung.

Video: „Siemens LOGO! 8 – Grundfunktionen UND / ODER / NOT“, SPS&Technik; eingebettetes YouTube-Video, Rechte beim jeweiligen Anbieter.

Logik-Grundschaltungen und Wahrheitstabellen

UND, ODER und NICHT

Eine UND-Verknüpfung liefert genau dann 1, wenn alle betrachteten Eingänge 1 sind: Y = A ∧ B. Die ODER-Verknüpfung liefert 1, wenn mindestens ein Eingang 1 ist: Y = A ∨ B. NICHT invertiert einen einzelnen Eingang: Y = ¬A. Die Rechenzeichen sind logische Operatoren, keine elektrische Stromberechnung. Die Wahrheitstabelle ist eine vollständige Darstellung der Funktion für alle zulässigen binären Kombinationen.

Bild: international gebräuchliche Gatterformen für UND, ODER und NICHT; Vaughan Pratt, CC BY 3.0, Wikimedia Commons.

Bild: rechteckiges ODER-Symbol in IEC-Darstellung; nachgezeichnet von Stannered, gemeinfrei, Wikimedia Commons.

A	B	UND	ODER	NAND	NOR
0	0	0	0	1	1
0	1	0	1	1	0
1	0	0	1	1	0
1	1	1	1	0	0

Auswertung: Die UND-Spalte enthält nur in der letzten Zeile 1. Die ODER-Spalte ist nur in der ersten Zeile 0. Für die NICHT-Funktion gilt gesondert: ¬0 = 1 und ¬1 = 0. Ein häufiger Fehler ist das Verwechseln des einschließenden ODER (A oder B oder beide) mit dem ausschließenden ODER (nur genau eines).

NAND und NOR als Negationen

NAND ist die Negation von UND: Y = ¬(A ∧ B). NOR ist die Negation von ODER: Y = ¬(A ∨ B). Du berechnest deshalb zunächst die Grundfunktion und invertierst erst anschließend. Beispiel für A = 1 und B = 0: A ∧ B = 0 und somit NAND = 1; A ∨ B = 1 und somit NOR = 0. Bei einer falsch gesetzten Negationsblase im Schaltzeichen kehren sich Ergebnisse an vielen Tabellenstellen um.

Bild: Verknüpfungen im Überblick mit anschaulichen Fallunterscheidungen; HereToHelp, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Mehrstufige Verknüpfung und De-Morgan-Regeln

Ein Schaltnetz verbindet logische Grundfunktionen ohne eigene Zustandsspeicherung. Klammern bestimmen die Reihenfolge. Für Y = A ∧ (B ∨ C) wird zuerst B ∨ C berechnet und danach mit A verknüpft. Beispielsweise A = 1, B = 0, C = 1: zuerst 0 ∨ 1 = 1, danach 1 ∧ 1 = 1. Würde man stattdessen (A ∧ B) ∨ C rechnen, wäre die Funktion nicht in allen Fällen gleich: Für A = 0, B = 0, C = 1 ergibt die erste Form 0 und die zweite 1.

Die De-Morgan-Regeln lauten ¬(A ∧ B) = ¬A ∨ ¬B und ¬(A ∨ B) = ¬A ∧ ¬B. Sie helfen beim Umformen und Prüfen von Logikfunktionen. Übe das zunächst als reine Symbolrechnung. Das korrekte digitale Ergebnis allein ist keine Aussage über die Ausfallsicherheit eines realen Systems.

Bild: Beispiel einer zusammengesetzten Gatterschaltung; P Astbury, CC BY 4.0, Wikimedia Commons (englische Gatterbezeichnungen).

Lernvideo zur Logik

Video: „Einführung in die Digitaltechnik: Die Grundlagen der Logikgatter einfach erklärt!“, Patrick Boekhoven, veröffentlicht 2024; eingebetteter YouTube-Player, Rechte beim Kanal, keine pauschale OER-Lizenz.

Berufstypischer Modellfall: digitale Meldung planen und prüfen

Auftrag und dokumentierte Annahmen

Synthetischer Schulungsauftrag: Eine rein virtuelle Statusanzeige Q soll erscheinen, wenn der Software-Übungsmodus A aktiviert ist und entweder eine simulierte Statusmeldung B oder ein virtueller Testwunsch C vorliegt. Die Anzeige hat keine Sicherheits- oder Maschinenfreigabefunktion. Alle drei Eingaben sind binär. Beschreibe den Auftrag, erstelle das Logikmodell, prüfe alle Eingangsvarianten und diagnostiziere einen absichtlich eingebauten Simulationsfehler.

Kennzeichen	Vereinbarte Bedeutung von 1	Bedeutung von 0
A	Übungsmodus aktiv	Übungsmodus inaktiv
B	Virtueller Status liegt vor	Status liegt nicht vor
C	Virtueller Testwunsch liegt vor	Kein Testwunsch
Q	Anzeige im Lernprogramm sichtbar	Anzeige verborgen

Planungsprodukt: Klartextregel „A und (B oder C)“; Boolesche Funktion Q = A ∧ (B ∨ C); Funktionskette B/C → ODER → mit A verknüpftes UND → Q. Die Signalnamen und die gewünschte Funktion sind vor der Simulation schriftlich festzuhalten. Die Ausdrücke dienen ausschließlich der Auswertung eines digitalen Lernmodells.

Vollständige Wahrheitstabelle und Rechenweg

Für drei binäre Eingänge gibt es 2³ = 8 Kombinationen. Berechne zuerst die Hilfsspalte H = B ∨ C und danach Q = A ∧ H. Beispielsweise bei A = 1, B = 0, C = 1: H = 1, Q = 1. Für A = 0 gilt unabhängig von B und C immer Q = 0.

Test	A	B	C	H = B ODER C	Q Soll = A UND H
T1	0	0	0	0	0
T2	0	0	1	1	0
T3	0	1	0	1	0
T4	0	1	1	1	0
T5	1	0	0	0	0
T6	1	0	1	1	1
T7	1	1	0	1	1
T8	1	1	1	1	1

Musterergebnis: Die Ausgabe ist bei T6, T7 und T8 aktiv; bei T1 bis T5 bleibt sie 0. Der vollständige Testplansatz umfasst acht Soll-Ist-Vergleiche. Werden nur sieben von acht Fällen geprüft, beträgt die Kombinationsabdeckung 7 ÷ 8 · 100 % = 87,5 %; dies ist keine Aussage über Sicherheits- oder Fehlerabdeckung.

Fehlersuche an synthetischen Prüfdaten

In einer fehlerhaften Simulation wurde versehentlich Q_ist = A ∧ B implementiert; der Testwunsch C wird ignoriert. Das folgende verkürzte Protokoll zeigt die systematische Eingrenzung. Eine Hypothese ist erst nach weiteren Tests begründet.

Fall	A	B	C	Q Soll	Q Ist	Bewertung
D1	1	0	1	1	0	Abweichung
D2	1	1	0	1	1	Übereinstimmung
D3	1	1	1	1	1	Übereinstimmung
D4	0	0	1	0	0	Übereinstimmung

Begründete Diagnose: D1 zeigt, dass der Testwunsch C allein bei aktivem A nicht wirkt. D2 zeigt, dass der Zweig über B wirkt. Vermutung: Der C-Zweig wurde im digitalen Verknüpfungsmodell ausgelassen. Die logische Korrektur lautet Q = A ∧ (B ∨ C); anschließend müssen alle acht Zustandskombinationen erneut im Simulator geprüft und protokolliert werden. Eine tatsächliche Hardwareursache ist damit nicht nachgewiesen und wird auch nicht behauptet.

Abgabepaket und fachliches Bewertungsraster

Musterarbeitsprodukte: (1) Auftrag in einem Satz, (2) Signaldefinitionstabelle, (3) Funktionsformel und Blockabfolge, (4) vollständige achtzeilige Wahrheitstabelle, (5) digitales Testprotokoll mit Soll und Ist, (6) begründete Fehlerhypothese und erneute Testplanung, (7) deutlicher Hinweis auf die ausschließlich simulierte Verwendung.

Bewertungsbereich	Punkte	Erfüllungskriterium
Auftragsanalyse und Signaldefinition	15	A, B, C und Q eindeutig definiert; Bedeutung von 0 und 1 explizit
Logikmodell und Reihenfolge	20	Q = A ∧ (B ∨ C) und korrekte B/C-ODER-vor-A-UND-Darstellung
Wahrheitstabelle und Rechenweg	25	alle acht Kombinationen mit richtiger H- und Q-Spalte; Rechenbeispiel schlüssig
Testkonzept und Dokumentation	15	Soll-Ist-Vergleich, reproduzierbare Fälle und vollständiger Wiederholungstest geplant
Fehlerdiagnose und Korrektur	15	D1/D2 korrekt interpretiert; C-Zweig als Hypothese; Korrektur logisch geprüft
Sicherheits- und Geltungsgrenzen	10	synthetische Daten und keine reale Freigabe ausdrücklich benannt
Gesamt	100	90–100: sehr sicher; 75–89: sicher; 60–74: überwiegend; unter 60: gezielter Förderbedarf (nur Kursraster, keine amtliche Prüfungsskala)

Technische Dokumentation und Transfer

Von der Funktion zur überprüfbaren Aussage

Dokumentieren heißt mehr als ein Ergebnis abzuschreiben: Notiere Auftrag und Signaldefinition, logische Formel, Planversion, Datum der Simulation, vollständige Testfälle, Abweichungen, Fehlerhypothese, Änderung und erneutes Ergebnis. Beispiel für einen knappen Eintrag: „T6: A=1, B=0, C=1; Soll Q=1; Ist Q=0; Abweichung; C-Eingang in der virtuellen Funktion prüfen.“ Ein solcher Eintrag ermöglicht anderen, die Analyse nachzuvollziehen.

Bild: Beispiel für ein Relaismodul-Innenschaltbild als technische Darstellung (nicht als Bauanleitung); Mithilrkadam, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Fehlerarten richtig unterscheiden

Logikfehler entstehen etwa durch vertauschte Operatoren, fehlende Klammern, nicht definierte Zustände oder eine ausgelassene Eingangsbedingung. Prüffehler entstehen, wenn Vergleichsbedingungen unklar sind oder nicht alle Fälle dokumentiert werden. Übertragungsfehler entstehen beispielsweise bei der Abschrift von Signalbezeichnungen. Mit dem dreistufigen Verfahren „Spezifikation → unabhängige Solltabelle → Vergleich mit Isttabelle“ lassen sich solche Fehler im Lernmodell gut erkennen. Fehler an realen Anlagen erfordern dagegen sichere Prüfverfahren durch befugtes Personal.

Erweiterung: Verknüpfung gegenüber Speicherung

Ein Schaltnetz kennt keine vergangene Eingabe: Bei unveränderten aktuellen Eingängen liefert es denselben logischen Ausgang. Eine Speicherfunktion verändert dies, weil ein Zustand abhängig von vorherigen Eingaben sein kann. Das ist ein wichtiger Ausblick auf Ablauf- und speichernde Steuerungen; die Aufgaben dieses Lerngebiets behandeln zunächst einfache Verknüpfungsschaltungen. Begriffe wie Speicher, Zeitglied oder Selbsthaltung dürfen nicht unbesehen als Sicherheitsfunktionen in eine reale Anwendung übertragen werden.

Interaktive Aufgaben

Multiple Choice: Fachwissen prüfen

Welche Aussage beschreibt ein binäres Signal am treffendsten? (Es unterscheidet zwei definierte logische Zustände) (!Es muss immer genau zwei Volt haben) (!Es nimmt jeden Zwischenwert kontinuierlich an) (!Es bezeichnet immer die Versorgungsspannung)

Rückmeldung: Binär beschreibt die Zahl der logischen Zustände, nicht einen universellen Spannungspegel. Die Zuordnung physikalischer Pegel hängt vom Gerätedatenblatt ab.

Welche Ausgabe hat die UND-Funktion bei A gleich 1 und B gleich 0? (0) (!1) (!2) (!Ohne Stromangabe unberechenbar)

Rückmeldung: Für UND müssen beide Eingänge 1 sein. Schon ein Eingang mit 0 erzwingt den logischen Ausgang 0.

Wann wird ein zweistelliges ODER zu 1? (Wenn mindestens ein Eingang 1 ist) (!Nur wenn genau ein Eingang 1 ist) (!Nur wenn beide Eingänge 0 sind) (!Immer wenn beide Eingänge verschieden sind)

Rückmeldung: Das inklusive ODER ist auch bei 1 und 1 wahr. Die zweite und vierte Antwort beschreiben stattdessen ein exklusives ODER.

Wie lautet die Negation des logischen Zustands 0? (1) (!0) (!Minus eins) (!Unbekannt)

Rückmeldung: NICHT kehrt bei festgelegter binärer Logik 0 in 1 um und umgekehrt; arithmetische Vorzeichen spielen hier keine Rolle.

Welche Aussage trifft auf NAND zu? (NAND ist die negierte UND-Funktion) (!NAND ist identisch mit ODER) (!NAND ist nur bei 1 und 1 gleich 1) (!NAND hat immer den Ausgang 0)

Rückmeldung: Der einzige Ausgang 0 der zweistelligen NAND-Funktion tritt bei A=1 und B=1 auf. Alle anderen Kombinationen liefern 1.

Welche Ausgabe hat NOR bei A gleich 0 und B gleich 0? (1) (!0) (!Zwei) (!Der Ausgang hängt vom vorherigen Zustand ab)

Rückmeldung: ODER ist für 0/0 gleich 0; die anschließende Negation ergibt NOR gleich 1. Eine speicherfreie Funktion hängt nicht vom vorigen Zustand ab.

Wie viele Eingangskombinationen besitzen drei unabhängige Binäreingänge? (8) (!3) (!6) (!9)

Rückmeldung: Jede weitere unabhängige binäre Variable verdoppelt die Zahl der möglichen Kombinationen: 2 hoch 3 = 8.

Was ergibt Q gleich A UND Klammer B ODER C für A gleich 0 und C gleich 1? (0 unabhängig vom Wert B) (!1 unabhängig vom Wert B) (!0 nur wenn B gleich 1 ist) (!1 nur wenn B gleich 0 ist)

Rückmeldung: Da A vor der abschließenden UND-Verknüpfung 0 ist, kann Q niemals 1 werden. Die Klammer ändert daran nichts.

Welches Vorgehen eignet sich zur logischen Fehlereingrenzung? (Alle Sollkombinationen definieren und mit beobachteten Istwerten vergleichen) (!Nur eine zufällige Kombination prüfen) (!Eine Abweichung ohne Dokumentation ignorieren) (!Das Modell sofort an eine reale Anlage anschließen)

Rückmeldung: Die vollständige und dokumentierte Fallprüfung macht wiederholbare Diagnosen möglich. Sie ersetzt keine Fachprüfung einer realen Anlage.

Was beschreibt ein Schaltnetz im hier behandelten Grundmodell? (Eine logische Zuordnung ohne eigenen Zustandsspeicher) (!Einen Speicher mit zwingend zwei Zuständen) (!Eine reale Schutzabschaltung mit garantierter Sicherheit) (!Eine Verbindung mit nur einer möglichen Eingangskombination)

Rückmeldung: Ein Schaltnetz verknüpft aktuelle Eingangswerte. Eine Speicher- oder Sicherheitsfunktion erfordert andere, gesondert zu bewertende Eigenschaften.

Memory: Begriffe und Funktionen

Ordne jeweils einen Fachbegriff genau einer passenden Beschreibung zu.

Analogsignal	Kann eine kontinuierlich veränderliche Messgröße repräsentieren
Binärsignal	Unterscheidet zwei festgelegte logische Zustände
Wahrheitstabelle	Listet Eingabekombinationen und zugehörige Ausgaben auf
NAND	Invertierte UND-Verknüpfung
NOR	Invertierte ODER-Verknüpfung
Schaltnetz	Logikfunktion ohne eigene Speicherung vergangener Zustände

Drag-and-drop: Logik richtig zuordnen

Ordne jeder gesuchten Bezeichnung die fachlich passende Beschreibung zu; alle Einträge sind reine Textpaare.

Gesuchter Begriff	Fachliche Beschreibung
UND-Verknüpfung	Ausgang nur bei lauter aktiven Eingängen aktiv
ODER-Verknüpfung	Ausgang bei mindestens einem aktiven Eingang aktiv
NICHT-Verknüpfung	Logischen Eingangszustand umkehren
NAND-Verknüpfung	Ergebnis einer UND-Verknüpfung invertieren
NOR-Verknüpfung	Ergebnis einer ODER-Verknüpfung invertieren

Kreuzworträtsel

Finde die sechs Fachwörter anhand der Beschreibungen.

Analogsignal	Welche Signalart bildet eine stetige Änderung ab?
Binärsignal	Welche Signalart kennt zwei definierte logische Zustände?
Wahrheitstabelle	Wie heißt die systematische Übersicht aller logischen Eingabe-Ausgabe-Fälle?
Schaltnetz	Wie heißt eine kombinatorische Logik ohne eigenen Speicher?
Inverter	Wie heißt ein Baustein für die NICHT-Funktion?
Relais	Wie heißt ein elektromechanisch betätigtes Schaltgerät?

LearningApps

Suche zusätzliche Übungen zur Steuerungs- und Digitaltechnik. Die eingeblendete Seite ist eine externe Suche: Aufgaben und Lizenzen dort einzeln prüfen.

Lückentext: Signal, Logik und Prüfung

Eine stetig veränderliche physikalische Größe lässt sich durch ein

darstellen.

Ein binäres Signal unterscheidet genau

logische Zustände.

Ein aktiver UND-Ausgang erfordert bei zwei Eingängen den Zustand

an beiden Eingängen.

Die ODER-Funktion ist nur für zwei Null-Eingänge gleich

.

Die Negation einer UND-Verknüpfung heißt

.

Die Negation einer ODER-Verknüpfung heißt

.

Eine vollständige Übersicht der Eingabefälle nennt man

.

Drei unabhängige Binäreingänge ergeben

mögliche Kombinationen.

Die Verknüpfung ohne eigene Speicherung heißt

.

Eine systematische Fehleranalyse vergleicht den Sollzustand mit dem

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben zunächst ohne echte elektrische Anlage. Gib jeweils ein überprüfbares Lernprodukt ab. Für die Lösungen gelten die fachlichen Kriterien in der anschließenden Übersicht.

Leicht

Signalarten: Erstelle eine zweispaltige Übersicht mit drei analogen und drei binären Beispielen aus einem virtuellen Technikraum und begründe je ein Beispiel; Produkt: Tabelle mit Definition.
Schwellwertregel: Wende die erfundene Regel B=1 bei U ≥ 2,2 V auf 1,6 V, 2,2 V und 2,9 V an; Produkt: ausgerechnete Zustandsliste.
UND-Tabelle: Zeichne die vollständige Wahrheitstabelle für zwei Eingänge und erkläre die Zeile 1/0; Produkt: vierzeilige Tabelle.
ODER-Tabelle: Vergleiche UND und ODER in den vier Eingabefällen und markiere Unterschiede; Produkt: Gegenüberstellung.

Standard

Negation: Berechne NAND und NOR für alle vier Kombinationen und erläutere je einen typischen Vertauschungsfehler; Produkt: Tabelle und Fehlertext.
Binärkombinationen: Bestimme die Zahl der Kombinationen für vier unabhängige Eingänge und erläutere den Rechenweg; Produkt: Rechnung mit 16 Zustandsfällen als Liste oder Schema.
Meldekonzept: Schreibe für eine ausschließlich simulierte Anzeige einen Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe-Plan mit zwei Eingängen; Produkt: Funktionsplan und zwei Testfälle.
Prüfprotokoll: Vervollständige für den Modellfall Q=A UND (B ODER C) die acht Sollwerte und kennzeichne den Fall A=1, B=0, C=1; Produkt: vollständiges Prüfblatt.

Schwer

Formelvergleich: Untersuche mittels vollständiger Wahrheitstabelle, ob A UND (B ODER C) mit (A UND B) ODER C identisch ist; Produkt: Vergleich mit Gegenbeispiel.
Fehlerhypothese: Analysiere den Datensatz D1–D4 und begründe, warum die Hypothese „C-Zweig fehlt“ plausibler ist als „Ausgabe immer 0“; Produkt: Diagnosebericht und Wiederholungsplan.
De-Morgan-Transfer: Zeige mit einer vierzeiligen Tabelle, dass NICHT (A UND B) dieselben Werte hat wie (NICHT A) ODER (NICHT B); Produkt: Beweis durch Tabelle.
Berufliche Übergabe: Erstelle ein kurzes sachliches Übergabedokument mit Spezifikation, Versionsstand, allen virtuellen Tests, Grenzen und Bewertung anhand des 100-Punkte-Rasters; Produkt: Musterprüfakte ohne Personendaten.

Musterlösungen und Bewertungskriterien

Aufgabe	Erwartbares Musterarbeitsprodukt	Fachlicher Mindestmaßstab
Leicht 1	Temperaturverlauf analog; Statusmeldung binär	Je drei stimmige Beispiele, Begründung unterscheidet Wertbereich
Leicht 2	0, 1, 1	2,2 V wegen ≥ ausdrücklich als 1 gekennzeichnet
Leicht 3	UND für 00/01/10/11 ergibt 0/0/0/1	Vier Fälle vollständig, 1/0 ergibt 0
Leicht 4	ODER 0/1/1/1; UND 0/0/0/1	Unterschiede in 01 und 10 korrekt markiert
Standard 1	NAND 1/1/1/0; NOR 1/0/0/0	Inversion erst nach UND bzw. ODER; Fehler plausibel erklärt
Standard 2	2 hoch 4 = 16	Vier unabhängige Eingänge, alle Kombinationen berücksichtigt
Standard 3	Zwei definierte Eingangssignale, eine Ausgabe und Funktionsregel	Sollwerte aus Regel folgen; ausdrücklich Simulation
Standard 4	Q-Folge 0/0/0/0/0/1/1/1 für T1–T8	Acht Tests und T6=1 korrekt; Hilfswert B ODER C nachvollziehbar
Schwer 1	Gegenbeispiel A=0, B=0, C=1 liefert 0 gegenüber 1	Ein vollständiger Vergleich und logische Begründung
Schwer 2	D1 Soll 1 Ist 0; D2 Soll 1 Ist 1; C-Zweig-Hypothese	Alternativhypothese widerlegt, acht Wiederholungstests geplant
Schwer 3	Beide Seiten haben für 00/01/10/11 die Folge 1/1/1/0	Jede Tabellenzeile stimmt überein
Schwer 4	Spezifikation, Formel, Testmatrix, Befund, Änderung, neue Prüfliste	Rückverfolgbare Version, klare Zuständigkeit, keine reale Freigabe

Lernkontrolle

Abdeckung: Von acht möglichen digitalen Testfällen sind sechs dokumentiert. Berechne die Kombinationsabdeckung und erkläre, warum sie keine funktionale Sicherheitskennzahl ist.
Negation: Begründe anhand aller Eingänge, warum NOR bei 1/0 den Wert 0 ausgibt, obwohl NAND bei denselben Eingängen 1 liefert.
Schwellwerte: Prüfe die synthetischen Werte 2,19 V, 2,20 V und 2,21 V mit der Regel B=1 bei U ≥ 2,2 V und benenne eine mögliche Ursache für unstete reale Messwerte in Schwellenähe.
Klammerprüfung: Finde ein Eingabebeispiel, bei dem A UND (B ODER C) und (A UND B) ODER C verschieden sind; dokumentiere beide Rechenwege.
Fehlerprotokoll: Formuliere aus D1 und D2 einen nachvollziehbaren Diagnoseeintrag mit Beobachtung, Hypothese, fehlendem Nachweis und nächstem Simulationstest.
Transfergrenze: Erkläre, weshalb eine erfolgreich simulierte Meldefunktion weder den Einsatz in einer Sicherheitskette noch die Inbetriebnahme einer Maschine rechtfertigt.

Lösungshinweise: (1) 6 ÷ 8 · 100 % = 75 %, ohne Aussage zu systematischen oder zufälligen Fehlern. (2) ODER(1,0)=1 und negiert 0; UND(1,0)=0 und negiert 1. (3) 0, 1, 1; Rauschen, Hysterese oder Messunsicherheit nur mit Datenblatt bewerten. (4) A=0, B=0, C=1 liefert 0 gegenüber 1. (5) D1 abweichend, D2 passend; C-Zweig als Hypothese, übrige Kombinationen prüfen. (6) Simulationsrichtigkeit ist keine Gefährdungsbeurteilung, keine Schutzprüfung und keine Freigabe.

Lernnachweis

Für einen vollständigen Lernnachweis reichst du eine digitale Projektmappe zum synthetischen Modellfall ein. Sie enthält einen begründeten Signalvergleich, die selbst erklärte 2³-Rechnung, eine korrekte Formel, ein logisches Blockschema, die vollständige Wahrheitstabelle, mindestens acht dokumentierte Soll-Ist-Zeilen nach dem virtuellen Korrekturtest, eine begründete Fehlerhypothese, einen klaren Sicherheitshinweis und eine Reflexion über einen eigenen Denkfehler. Verwende keine Namen realer Personen und keine Betriebsunterlagen.

Qualitätskriterien: Fachsprache korrekt, Zahlen und Tabellen konsistent, Signaldefinitionen nachvollziehbar, alle Fälle reproduzierbar, Änderungen dokumentiert und Grenzen der Simulation ausdrücklich genannt. Nutze das 100-Punkte-Raster des Modellfalls zur Selbsteinschätzung; die Lehrkraft bewertet anhand derselben Kriterien und gibt eine konkrete Verbesserungsempfehlung. Eine gute Reflexion nennt beispielsweise die Verwechslung von ODER und exklusivem ODER oder den vergessenen Gleichheitsfall beim Schwellwert.

OER und Wikipedia

Fachliche Primärquellen: KMK-Rahmenlehrplan Elektroanlagenmonteur, Lerngebiet 1.2 (Beschluss 25.04.1997) · BIBB-Berufesuche, Elektroanlagenmonteur/-in · ElekAnlAusbV, Ausbildungsordnung und Prüfungsabschnitte. Die Verweise dienen der Quellenprüfung; dieser Kurs ist eine eigenständige didaktische Bearbeitung.

Freie fachliche Vertiefung: Wikipedia: Digitaltechnik · Wikipedia: Logikgatter · Wikipedia: Wahrheitstabelle.

Mediennachweise und Nutzungsrechte (Commons-Dateinamen entsprechen genau den oben eingebundenen Dateien; der jeweilige Dateieintrag dokumentiert die Lizenz):

Eingebundenes Medium	Verifizierbarer Herkunftsnachweis	Urheber bzw. Kanal	Rechtehinweis
File:Analog digital signal.svg	Commons-Dateiseite	Giacomo Alessandroni	CC BY-SA 4.0
File:Analog signal in digital form.svg	Commons-Dateiseite	Alexey Gomankov	CC BY-SA 3.0
File:Relay and.svg	Commons-Dateiseite	Biezl	Gemeinfrei laut Dateiseite
File:RelaisdiagrammBeispiel.svg	Commons-Dateiseite	Uweschwoebel	CC BY-SA 3.0
File:LogicGates.svg	Commons-Dateiseite	Vaughan Pratt	CC BY 3.0
File:IEC OR.svg	Commons-Dateiseite	Stannered (Nachzeichnung)	Gemeinfrei laut Dateiseite
File:Logic Gates.svg	Commons-Dateiseite	HereToHelp	CC BY-SA 4.0
File:Logic circuit example.png	Commons-Dateiseite	P Astbury	CC BY 4.0
File:PLC Relay module Internal circuit.jpg	Commons-Dateiseite	Mithilrkadam	CC BY-SA 4.0
https://www.youtube.com/watch?v=AyWEJGospcQ	Video beim Urheber	SPS&Technik	Nur YouTube-Einbettung, Urheberrechte beim Kanal; keine OER-Lizenz behauptet
https://www.youtube.com/watch?v=uAVEnaZoks0	Video beim Urheber	Patrick Boekhoven	Nur YouTube-Einbettung, Urheberrechte beim Kanal; keine OER-Lizenz behauptet

OER-Hinweis: Die eigenen Erklärungstexte, synthetischen Daten und Übungsaufgaben können mit Quellenangabe didaktisch weiterbearbeitet werden, soweit die Lizenz der später veröffentlichten Kursseite dies gestattet. Für alle eingebetteten Fremdmedien gelten ihre jeweils angegebenen Rechte. Bei Weiterverwendung von CC-BY/CC-BY-SA-Dateien sind Namen, Quelle, Lizenz und Änderungen kenntlich zu machen; bei SA sind Bearbeitungen unter kompatibler Lizenz zu teilen. Die externen YouTube-Videos sind nicht automatisch frei lizenziert.

Verknüpfte Lernbereiche

Ausbildung – Elektroanlagenmonteur

Zum Weiterlernen bieten sich Elektronik, Messtechnik, Arbeitsschutz und Automatisierungstechnik an. Die genannten Wiki-Verknüpfungen sind Navigationsziele; deren konkreten Seitenbestand kannst du vor Nutzung im Wiki prüfen. Die fachliche Verbindung ist klar: Signaldefinitionen gehören zur Messtechnik, Logikfunktionen zur Digitaltechnik und Soll-Ist-Protokolle zur beruflichen Dokumentation.