aiMOOC

Fachübungen 3 – Steuerungen analysieren und anpassen - Elektroniker für Informations- und Systemtechnik

QR-Code

Einleitung

Eine Steuerung entscheidet anhand von Eingabesignalen, wann ein Ausgang geschaltet werden soll. Im ersten Ausbildungsjahr des anerkannten Ausbildungsberufs Elektroniker für Informations- und Systemtechnik analysierst du dazu Funktionsabläufe, dokumentierst Signale, vergleichst Lösungswege und passt eine bestehende Logik nachvollziehbar an. Dieser vollständige Fachkurs orientiert sich an Lernfeld 3 „Steuerungen analysieren und anpassen“ des KMK-Rahmenlehrplans (1. Ausbildungsjahr, Zeitrichtwert 80 Unterrichtsstunden, Fassung 23.02.2018). Es geht nicht um eine echte Maschinenfreigabe.

Lernziele: Du kannst ein System nach dem EVA-Prinzip erklären, Sensoren und Aktoren zuordnen, Steuerung und Regelung unterscheiden, Wahrheitstabellen und Funktionsgleichungen erstellen, eine Speicherfunktion analysieren, eine fiktive Änderung planen und mithilfe synthetischer Testdaten bewerten. Berufsbezogene Begriffe auf Englisch (input, output, sensor, actuator, enable, fault) werden mitverwendet.

Berufs- und Sicherheitsrahmen: Elektronikerinnen und Elektroniker für Informations- und Systemtechnik absolvieren nach BIBB eine 42-monatige industrielle Ausbildung. Maßgeblich ist die dort verlinkte konsolidierte Ausbildungsordnung; die veröffentlichte Neufassung stammt von 2018. Die Abschlussprüfung umfasst Teil 1 und Teil 2. Dieser Übungskurs macht ausdrücklich keine Angaben zu Prüfungszeiten, Prozentgewichtungen oder Originalaufgaben. Der tatsächliche Ausbildungsbeginn richtet sich nach dem jeweiligen Ausbildungsverhältnis; das hier behandelte Lernfeld gehört zum ersten Ausbildungsjahr. Alle nachfolgenden Anlagen, Personen, Messdaten und Aufträge sind frei erfunden. Schalt-, Prüf- oder Inbetriebnahmearbeiten an realen Anlagen sind ausschließlich unter Anleitung und Verantwortung qualifizierter Fachkräfte zulässig; insbesondere ersetzen gewöhnliche SPS-Logiken niemals sicherheitsgerichtete Einrichtungen.

Steuerung und Regelung verstehen

Fachbegriffe und Ursache-Wirkung

Eine Steuerung verarbeitet Eingangsinformationen nach festgelegten Regeln und beeinflusst die Ausgänge. Der gesteuerte Prozess liefert der Steuerung dabei nicht zwingend die tatsächlich erreichte Ausgangsgröße zurück. Eine Regelung vergleicht dagegen eine gemessene Regelgröße mit dem Sollwert; die Rückführung ermöglicht es, Abweichungen und Störungen auszuregeln. Beispiel: Eine Leuchte wird zeitgesteuert eingeschaltet (Steuerung); ein Raumthermostat misst die Temperatur und passt die Heizung an (Regelung).

Wirkungskette einer beispielhaften Steuerung: Bedienwunsch → Eingangssignal → logische Verarbeitung → Ausgangssignal → Leuchtanzeige. Beim Regelkreis kommen Messglied und Rückführung der Regelgröße hinzu. Eine bloße Signalisierung von Betriebszuständen macht aus einer Steuerung noch keinen Regelkreis.

Merkmal	Steuerung	Regelung
Rückführung der tatsächlichen Prozessgröße	Nicht grundsätzlich erforderlich	Wesentlicher Bestandteil
Reaktion auf unbekannte Störgrößen	Nur, soweit diese als Eingang ausdrücklich erfasst und verarbeitet werden	Abweichung kann über Rückführung korrigiert werden
Typisches Lernbeispiel	Zeitgesteuertes Blinklicht	Temperaturregelung mit Messfühler
Häufige Verwechslung	„Sensor vorhanden“ bedeutet nicht automatisch Regelkreis	Entscheidend ist die Rückführung der geregelten Größe

Lernvideo: Steuerung und Regelung erklärt (Elektro Master, 2022; fremdes Video, urheberrechtlich geschützt, zur Betrachtung eingebettet).

Technischer und beruflicher Kontext

Bei einer digitalen Steuerung wird ein Eingang im Modell als 0 oder 1 dargestellt. Die logische 1 heißt nicht in jeder Anlage eine bestimmte Spannung: Schwellen, Signalpolarität, Eingangstyp und Bezugspotenzial müssen aus dem jeweiligen Datenblatt hervorgehen. Schließer und Öffner beschreiben Kontaktfunktionen; das softwareseitige Signal muss separat festgelegt werden. Genau diese Unterscheidung ist bei der Fehlersuche wesentlich. Eine Steuerung kann als VPS (verbindungsprogrammiert, beispielsweise mit Relais) oder SPS (speicherprogrammiert) ausgeführt werden.

Drei Beispiele speicherprogrammierbarer Steuerungen; Foto: Bisgaard, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons. Abgebildete Hardware dient nur zur Anschauung.

Aufbau analysieren und dokumentieren

Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe und Schnittstellen

Das EVA-Prinzip zerlegt ein System in Sensor- oder Bedieneingaben, eine verarbeitende Logik und Aktoren beziehungsweise Anzeigen. Ein Sensor wandelt eine physikalische Größe oder Position in ein auswertbares Signal um. Ein Aktor setzt ein Ausgangssignal in eine Wirkung um. Eine Schnittstelle beschreibt, wie die Baugruppen Informationen oder Energie austauschen. Dokumentiere bei jedem Signal die eindeutige Bezeichnung, physikalische Bedeutung, Aktivpolarität, mögliche Fehlerzustände sowie Quelle im Datenblatt.

Blockschema einer SPS mit Ein- und Ausgabebereichen; ProVision, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons. Die englischen Begriffe können mithilfe einer Fachwortliste erschlossen werden.

Block	Beispiel im rein virtuellen Übungssystem	Dokumentationsfrage
Eingabe	I0 Starttaster, kurzzeitig 1	Taster oder Schalter? Welche Polarität?
Eingabe	I1 Stop_OK = 1 bei nicht gedrücktem Stop	Ist der Zustand eindeutig definiert?
Eingabe	I2 Objektsensor = 1 bei erkanntem Objekt	Wie ist ein Sensorausfall erkennbar?
Verarbeitung	M als gespeicherte Freigabe	Welche Bedingungen setzen und löschen M?
Ausgabe	Q0 leuchtet im Simulator bei Freigabe und Objekt	Wodurch wird Q0 tatsächlich bestimmt?

Blockskizze (didaktisches Schema): [Start, Stop_OK, Objektsensor, Fehlerbit] → [Logik mit Merker M] → [virtuelle Anzeige Q0]. Die Pfeile beschreiben den Informationsfluss. Eine gesonderte Energieversorgung wäre in einer realen Schaltung zusätzlich darzustellen. Stelle nie die normale Stop-Funktion als nachgewiesene Not-Halt-Funktion dar.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Beispielfoto eines aufgebauten Steuerungsschranks mit SPS-Komponenten; Dailynetworks, gemeinfrei, Wikimedia Commons. Kein Aufbau- oder Verdrahtungsauftrag.

Schaltplan, Funktionsbeschreibung und Prüfplan

Ein Blockschaltbild vermittelt die funktionalen Baugruppen. Der Stromlaufplan zeigt die elektrische Verschaltung und genormte Betriebsmittelkennzeichnungen. Die Wirkungskette erläutert Ursache und Folge; die Wahrheitstabelle erfasst sämtliche Kombinationen einer kombinatorischen Logik. Eine Zustandstabelle ergänzt speichernde Funktionen um den vorigen Zustand. Eine belastbare Funktionsbeschreibung beantwortet: Was startet? Was stoppt? Wann wird quittiert? Welcher Zustand hat Vorrang? Wie verhält sich das System nach einem Fehler?

Typischer Fehler: Die Dokumentation nennt nur „Sensor an Eingang“. Besser ist: „I2 / Objekterkennung / 1 = Objekt vorhanden / 0 = kein Objekt oder Signalverlust / Testfall T4“. Die letzte Unterscheidung verlangt zusätzliche Diagnose, falls 0 mehrere Ursachen haben kann.

Logische Verknüpfungen und Speicher analysieren

UND, ODER und NICHT mit Wahrheitstabelle

Die binäre Logik verwendet 0 und 1. Bei UND ergibt sich 1 nur, wenn beide Eingänge 1 sind. Bei ODER reicht mindestens eine 1. NICHT kehrt ein Signal um. Mit A und B heißen die Funktionsgleichungen Y_UND = A ∧ B, Y_ODER = A ∨ B, Y_NICHT = ¬A. Das Zeichen „+“ in einer Booleschen Gleichung wäre eine ODER-Verknüpfung und darf nicht mit gewöhnlicher Addition verwechselt werden.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Schaltzeichen für AND, OR und NOT; Vaughan Pratt, CC BY 3.0, Wikimedia Commons.

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

Rechen- und Ableitungsweg: Für Y = (A ∨ B) ∧ ¬F prüfst du zuerst A ∨ B, danach ¬F und zuletzt deren UND. Für A = 0, B = 1, F = 0 folgt 0 ∨ 1 = 1, ¬0 = 1 und daher Y = 1. Für F = 1 ist Y unabhängig von A und B gleich 0. Typischer Fehler ist es, die Negation auf die ganze Formel statt nur auf F zu beziehen.

VPS, SPS und Darstellungsarten

Bei der VPS entsteht die Funktion insbesondere durch die Verdrahtung von Kontakten und Schaltgliedern. Bei der SPS wird sie durch ein Programm und die zugehörige Hardware umgesetzt. Änderungen der Logik sind bei einer SPS oft leichter zu dokumentieren und zu simulieren, allerdings sind Softwarestand, Betriebssystem, Eingangsabbild, Ausgangsansteuerung und Fehlerverhalten zu beachten. Ein VPS-Aufbau kann für einfache, klar umrissene Funktionen wirtschaftlich sinnvoll sein; eine pauschale Aussage „SPS ist immer sicherer“ wäre falsch.

Beispiel eines Funktionsplans (FUP); Stkl nach Notan Frag, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Prinzip von Kontaktplan/Ladder Logic mit Kontakten und Spulen; Mithilrkadam, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Lernvideo: Grundlagen der Steuerungstechnik, SPS und Schützsteuerungen (ElektrotechnikBasis123, 2021; fremdes Video, kein frei lizenziertes Kursmaterial).

Speicherverhalten, Vorrang und sichere Annahmen

Bei einer Selbsthaltung bleibt eine Freigabe nach einem kurzen Startsignal gespeichert. In einer fiktiven Simulationslogik gilt mit S = Start, H = Stop_OK, F = Fehler und M_alt = bisheriger Merker:

M_neu = H ∧ ¬F ∧ (S ∨ M_alt).

H = 0 oder F = 1 setzt den Merker zurück; damit hat Rücksetzen gegenüber Start Vorrang. Erst nach einem neuen Start bei H = 1 und F = 0 kann M wieder 1 werden. Die Formel bildet nur eine normale Betriebsfreigabe im Simulator ab, keine sicherheitsgerichtete Schutzfunktion. Bei realen Gefährdungen sind Risikobeurteilung, geeignete Sicherheitsarchitektur, Normen und Fachprüfung separat erforderlich.

S	H	F	M_alt	M_neu	Erklärung
1	1	0	0	1	Start setzt Freigabe
0	1	0	1	1	Merker hält Zustand
0	1	0	0	0	Ohne Start keine Freigabe
1	0	0	0	0	Stop löscht trotz Start
1	1	1	1	0	Fehler hat Vorrang

Typische Fehler: Ein Ausgang wird nur mit dem Starttaster verknüpft und verliert nach dem Loslassen das Signal; der Merker wird bei einem Fehler nicht gelöscht; das Stop-Signal wird als „1 = gedrückt“ statt „1 = betriebsbereit“ gelesen; ein Kontaktplan wird ohne Bezug auf die tatsächliche Signalbelegung interpretiert.

Änderungen planen, berechnen und prüfen

Vom Kundenwunsch zum Änderungsauftrag

Eine fachgerechte Anpassung beginnt mit Ist-Zustand, Soll-Funktion und Randbedingungen. Dokumentiere anschließend Schnittstellen und Signale, formuliere die Logik, wähle die Darstellungsart, erstelle simulierte Testfälle und vergleiche Soll- mit Ist-Ergebnissen. Ein Änderungsprotokoll erhält eine Versionskennung, die geänderten Bedingungen und einen Verweis auf den Prüfbericht. Ohne fachliche Prüfung und Verantwortungsübernahme ist das keine reale Freigabe.

Vergleich der Realisierung:

Kriterium	Relaisbasierte VPS	SPS-Logik
Änderungsaufwand	Gegebenenfalls Umbau der Verdrahtung	Gegebenenfalls Anpassung und erneute Prüfung des Programms
Fehlerdiagnose	Kontakt- und Schaltungszustände anhand Unterlagen nachvollziehen	Online-Diagnose, Status und Protokollierung je nach System möglich
Dokumentation	Geprüfter Stromlauf- und Klemmenplan	Geprüfter Programmstand plus Hardware- und Schnittstellendokumentation
Entscheidungsregel	Zweckmäßigkeit im konkreten Fall bewerten	Keine generelle Sicherheitsüberlegenheit ableiten

Fachrechnen im synthetischen Beispiel

Ein rein rechnerischer 24-V-Modellkreis habe eine angenommene LED-Flussspannung von 2 V und einen gewünschten LED-Strom von 20 mA. Der nötige Vorwiderstand wäre nach dem Ohmschen Gesetz R = (24 V − 2 V) / 0,020 A = 1.100 Ω. Ein angenommener Standardwert von 1.200 Ω führt rechnerisch zu I = 22 V / 1.200 Ω = 0,0183 A = 18,3 mA. Die idealisierte Verlustleistung des Widerstands beträgt P = I² · R ≈ 0,403 W. Bei der rein theoretischen Bauteilwahl könnte eine höhere Nennbelastbarkeit, zum Beispiel 1 W, vorgesehen werden. Dies ist keine Aufforderung zum realen Anschluss: Ausgangstyp, Ausgangsstrom, Restspannung, Schutzbeschaltung, Bauteiltoleranz, Wärme, Versorgung und Datenblätter sind hier nicht geprüft.

Fehlerkontrolle: Milliamperes müssen vor dem Rechnen in Ampere umgerechnet werden. Die gesamte Versorgungsspannung statt der Spannung am Widerstand führt zu einer falschen Berechnung. Angaben in einem Lernbeispiel ersetzen kein Herstellerdatenblatt.

Prüfung und datenbasierte Fehlerlokalisierung

Nutze im Simulator ein Prüfprotokoll mit Test-ID, Eingangskonstellation, Zustand vor dem Schritt, erwartetem Folgezustand, beobachtetem Signal, Ergebnis und Fehlerhypothese. Teste Grenzfälle: Start ohne Objekt, Objekt ohne Freigabe, Stop während Freigabe, Fehler gleichzeitig mit Start sowie erneuten Start nach Störungsrücknahme. Wird ein gewünschter Ausgang nicht aktiv, prüfe logisch zuerst die Eingangsvoraussetzungen, dann Merker und Verknüpfungen; aus einem fehlenden Ausgang allein folgt nicht unmittelbar ein defekter Aktor.

Vollständiger Modellfall: Virtuelle Sortierstation

Auftrag, Daten und Schaltungsmodell

Fiktiver Kundenauftrag: In einer Schulungssimulation soll eine Anzeige Q0 signalisieren, dass eine virtuelle Sortierstation freigegeben ist und ein Objekt erkannt wurde. Ein Startimpuls darf die Freigabe speichern. Ein normaler Stop-Befehl oder ein synthetischer Fehlerstatus muss sie löschen. Eine zweite Anzeige Q1 zeigt den Fehlerstatus. Es gibt keine Motoren, Maschinenbewegungen oder elektrische Verdrahtung.

Kennung	Variable	Bedeutung	Aktiv
I0	S	virtueller Startimpuls	1 = gedrückt
I1	H	normaler Stop ist nicht angefordert	1 = Stop_OK
I2	P	virtuelles Objekt erkannt	1 = vorhanden
I3	F	synthetischer Fehlerstatus	1 = Fehler
M	Freigabe	interner gespeicherter Zustand	1 = gespeichert
Q0	Betriebsanzeige	Freigabe und Objekt vorhanden	1 = leuchtet
Q1	Fehleranzeige	Fehlerstatus vorhanden	1 = leuchtet

Funktionsgleichungen und Lösung:

M_neu = H ∧ ¬F ∧ (S ∨ M_alt)
Q0 = M_neu ∧ P
Q1 = F

Die Stop- und Fehlersperre liegt in der Merkerformel. Deshalb darf der Merker nach einem Fehler nicht allein deshalb wieder gesetzt werden, weil der Fehler verschwindet. Ein neuer Start ist erforderlich. Die Fehlerlampe Q1 zeigt F unabhängig von M. In einer realen Anlage wäre zusätzliche Sicherheitskonzeption erforderlich und Q1 kein Ersatz für eine Diagnoseeinrichtung.

Musterarbeitsprodukt A: Ablauf- und Testtabelle

Zeitstufe	S	H	P	F	M_alt	M_neu	Q0	Q1	Sollinterpretation
t0	0	1	0	0	0	0	0	0	Ausgangszustand
t1	1	1	0	0	0	1	0	0	Start gespeichert, noch kein Objekt
t2	0	1	1	0	1	1	1	0	Objekt wird angezeigt
t3	0	1	1	1	1	0	0	1	Fehler setzt zurück
t4	0	1	1	0	0	0	0	0	Fehler beseitigt, kein Wiederanlauf
t5	1	1	1	0	0	1	1	0	Neuer Start nötig
t6	0	0	1	0	1	0	0	0	Normaler Stop löscht Freigabe

Schrittweise Probe: Bei t2 ist M_alt = 1, H = 1, F = 0, S = 0. Damit M_neu = 1 ∧ 1 ∧ (0 ∨ 1) = 1. Weil P = 1 ist, gilt Q0 = 1. Bei t3 wird wegen F = 1 die Bedingung ¬F = 0, damit M_neu = 0 und Q0 = 0, während Q1 = 1 wird. Bei t4 ist der Fehler weg, M_alt aber 0 und S = 0; es darf kein automatischer Wiederanlauf erfolgen.

Musterarbeitsprodukt B: Fehlerticket (rein simuliert): „T2 meldet kein Objekt, obwohl der Bedienbildschirm ein Objekt anzeigt. Protokoll: I2 = 0, M = 1, F = 0, Q0 = 0. Die Ausgangslogik reagiert erwartungsgemäß auf P = 0. Verdacht: Signalzuordnung zwischen Anzeige und virtuellem Eingang I2; zuerst Variablenmapping und Simulationsdaten prüfen. Fehlerhypothese nicht mit einer bestätigten Hardwareursache verwechseln.“ Erwartetes Ergebnis nach Korrektur des simulierten Eingangs: I2 = 1, M = 1, Q0 = 1.

Bewertungsraster für den Modellfall (100 Punkte)

Kriterium	Punkte	Volle Leistung
Auftragsanalyse und eindeutige Signaldefinition	15	Ein- und Ausgänge, 0/1-Bedeutung und sichere Annahmen korrekt
EVA-Blockbild und Wirkungsbeschreibung	15	Informationsfluss, Speicher und Ausgänge nachvollziehbar
Formeln mit Stop- und Fehlervorrang	20	Alle drei Gleichungen korrekt und begründet
Testtabelle einschließlich Grenzfällen	20	Sieben Zustandsübergänge vollständig und rechnerisch konsistent
Fehleranalyse mit Beleg und Alternativhypothese	15	Ursache logisch eingegrenzt, nicht behauptet
Technische Dokumentation, Versionsstand und Sicherheitsabgrenzung	15	Prüfbericht reproduzierbar; keine reale Maschinenfreigabe suggeriert

Bewertungsvorschlag: 90–100 sehr sicher, 75–89 sicher, 60–74 überwiegend sicher, unter 60 gezielte Überarbeitung. Das Raster ist eine formative Unterrichtshilfe, keine offizielle Prüfungsbewertung. Für den Lernnachweis werden Formelsammlung, Eingangsbelegung, Diagramm, Testprotokoll, Fehlerticket und kurze Reflexion als synthetische Musterprodukte abgegeben.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Wissen

Woran erkennst du einen Regelkreis? (Die tatsächliche Regelgröße wird gemessen und zurückgeführt) (!Es gibt grundsätzlich keinen Sensor) (!Es gibt immer genau zwei Taster) (!Die Ausgänge sind ausschließlich binär)

Rückmeldung: Entscheidend ist der Soll-Ist-Vergleich mit Rückführung; Sensoren allein definieren keine Regelung.

Welche Abfolge beschreibt das EVA-Prinzip? (Eingabe dann Verarbeitung dann Ausgabe) (!Energie dann Volt dann Ampere) (!Erfassung dann Verdrahtung dann Abschaltung) (!Eingang dann Verstärker dann Erdung)

Rückmeldung: EVA ordnet Informationsfluss und Funktion, nicht zwangsläufig die elektrische Energieversorgung.

Welche Aufgabe kann eine Lichtschranke im Modell haben? (Sie meldet die Erkennung eines Objekts an einen Eingang) (!Sie speichert jedes Programm automatisch) (!Sie ersetzt die Hauptstromversorgung) (!Sie ist grundsätzlich ein Leistungsschütz)

Rückmeldung: Die Lichtschranke ist ein Sensor; ihre Signallogik muss eindeutig dokumentiert sein.

Was ist ein Aktor oder eine Ausgabe im Lehrmodell? (Eine virtuelle Leuchtanzeige die durch ein Ausgangssignal aktiviert wird) (!Die Eingangsvariable eines Starttasters) (!Eine Wahrheitstabelle ohne Ausgang) (!Die Beschreibung eines Passworts)

Rückmeldung: Eine Anzeige zeigt die Wirkung des Ausgangssignals; ein Taster liefert dagegen eine Eingabe.

Wann liefert A UND B den Wert 1? (Wenn A und B beide den Wert 1 haben) (!Wenn mindestens einer der beiden Werte 1 ist) (!Wenn beide Werte 0 haben) (!Wenn A und B verschieden sind)

Rückmeldung: Bei UND müssen alle verknüpften Eingangsaussagen gleichzeitig wahr sein.

Was ist im Modellfall bei M_alt gleich 1 und H gleich 1 sowie F gleich 0 und S gleich 0 der nächste Merkerwert? (1 weil die Selbsthaltung bestehen bleibt) (!0 weil der Starttaster nicht mehr gedrückt ist) (!0 weil H gleich 1 ist) (!1 nur wenn der Fehlerstatus 1 ist)

Rückmeldung: Der Ausdruck S ODER M_alt bleibt 1; weder Stop noch Fehler löschen die Freigabe.

Was geschieht bei H gleich 0 im Modellfall? (Der nächste Merkerwert wird unabhängig vom Startsignal 0) (!Der Merker wird zwingend 1) (!Der Fehlerstatus wird automatisch 1) (!Der Objektsensor wird in jedem Fall 1)

Rückmeldung: H ist die Stop_OK-Bedingung und wirkt über eine UND-Verknüpfung rücksetzend.

Woran erkennst du eine verbindungsprogrammierte Steuerung? (Die Logik ergibt sich wesentlich aus der Verschaltung der Bauteile) (!Sie kann grundsätzlich keine Relais verwenden) (!Sie besteht stets aus einem Browserprogramm) (!Sie ist ohne Prüfung immer sicherer als eine SPS)

Rückmeldung: Bei der VPS legt insbesondere die Hardwareverdrahtung die logischen Beziehungen fest.

Welcher rechnerische Widerstand ergibt sich aus 22 V Spannungsabfall und 20 mA Wunschstrom? (1100 Ohm) (!110 Ohm) (!44 Ohm) (!11000 Ohm)

Rückmeldung: 20 mA sind 0,020 A; 22 V geteilt durch 0,020 A ergeben 1.100 Ohm.

Der Merker ist 1 und F ist 0 aber der simulierte Eingang P bleibt 0. Weshalb bleibt Q0 aus? (Weil Q0 nur dann 1 ist wenn Merker und Objektsignal beide 1 sind) (!Weil eine Selbsthaltung immer den Ausgang ausschaltet) (!Weil der Widerstand auf 1100 Ohm berechnet wurde) (!Weil der Fehlerausgang zwingend 1 sein muss)

Rückmeldung: Q0 = M_neu UND P; untersuche daher die Eingangszuordnung und behaupte keinen Hardwaredefekt ohne Belege.

Memory

Ordne Fachbegriff und passende Erklärung zu.

Sensor	Erfasst eine physikalische Information und liefert ein auswertbares Signal
Aktor	Setzt ein Ausgangssignal in eine technische Wirkung um
Merker	Speichert im Steuerungsablauf einen logischen Zustand
Wahrheitstabelle	Stellt Eingangskombinationen und zugehörige logische Ausgänge gegenüber
Blockschaltbild	Zeigt funktionale Baugruppen und den Informationsfluss
Fehlervorrang	Löschen des Freigabezustands hat Vorrang vor einem gleichzeitigen Start

Drag and Drop

Ordne die Arbeitsschritte oder Begriffe dem passenden Anwendungszweck zu.

Passender Begriff	Beschreibung
Ist-Zustand aufnehmen	Eingangssignale und dokumentierte Ausgangsfunktion der bisherigen Version erfassen
Soll-Funktion formulieren	Kundenwunsch in prüfbare Ein- und Ausschaltbedingungen übersetzen
Funktionsgleichung erstellen	Bedingungen als logische Verknüpfung einschließlich Speicher abbilden
Simulation testen	Erwartete und beobachtete Zustandsfolgen vergleichen
Änderung dokumentieren	Versionsstand und Testergebnis nachvollziehbar übergeben

Kreuzworträtsel

Gesucht sind sechs einzelne Fachwörter aus diesem Kurs.

Sensor	Wie heißt das Bauteil das eine physikalische Größe in ein Signal umsetzt?
Aktor	Wie heißt der Teil der ein Ausgangssignal in eine Wirkung umsetzt?
Merker	Wie heißt ein gespeichertes logisches Zustandsbit?
Freigabe	Welcher Begriff beschreibt die erlaubte Betriebsbedingung?
Schaltplan	Welche Darstellung zeigt die elektrische Verschaltung von Betriebsmitteln?
Wirkungskette	Wie heißt die geordnete Darstellung von Ursache und Wirkung?

LearningApps

Recherche nach ergänzenden interaktiven Übungen. Die Suchergebnisse stammen von Dritten und sind einzeln auf fachliche Richtigkeit und Nutzungsbedingungen zu prüfen.

Lückentext

Das EVA-Prinzip beginnt mit der

. Ein Sensor liefert ein auswertbares

. Nach der Verarbeitung folgt die

. Eine Rückführung der gemessenen Regelgröße ist typisch für die

. Bei einer UND-Verknüpfung müssen alle Eingänge logisch

sein. Eine gespeicherte Freigabe kann durch einen

dargestellt werden. Ein aktiver Fehler hat im Modell Vorrang beim

. Eine SPS wird durch ein

gesteuert. Zum Vergleich von Ein- und Ausgangskombinationen dient die

. Ein reproduzierbares Prüfergebnis gehört in das

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben mit simulierten Signalen, Papiermodellen oder einer freigegebenen Lernsoftware. Führe keine eigenständigen Arbeiten an realen elektrischen oder bewegten Einrichtungen durch. Jede Aufgabe erzeugt ein überprüfbares Arbeitsprodukt.

Leicht

EVA-Prinzip: Zeichne für eine virtuelle Leuchte einen Eingang, eine logische Verarbeitung und einen Ausgang; benenne alle drei Bereiche.
Sensor: Erstelle eine zweisprachige Tabelle mit vier Sensor- oder Bedieneingängen und ihrer 0/1-Bedeutung.
Wahrheitstabelle: Berechne die vier Zeilen für A UND B und kontrolliere den Fall A = 1, B = 0.
Steuerungstechnik: Verfasse ein kurzes Erklärskript oder Storyboard, das Steuerung und Regelung an zwei Alltagsbeispielen unterscheidet.

Standard

Boolesche Algebra: Leite für Y = (A ODER B) UND NICHT F alle acht Eingangskombinationen her und markiere die Zeilen mit Y = 1.
Blockschaltbild: Ergänze den Modellfall um die Fehleranzeige Q1 und zeichne eine eindeutige Wirkungskette mit den Signalnamen.
Ohmsches Gesetz: Berechne R, Strom und Widerstandsleistung für das synthetische 24-V-LED-Modell mit 2 V LED-Spannung und 1.200 Ohm.
Fehlerdiagnose: Werte das fiktive Ticket „M = 1, P = 0, F = 0, Q0 = 0“ aus und begründe zwei zu prüfende Hypothesen.

Schwer

Speicherprogrammierbare Steuerung: Erstelle ein Zustandsdiagramm für M mit den Ereignissen Start, Stop und Fehler und erkläre den Rücksetzvorrang.
Technische Dokumentation: Entwirf eine tabellarische Änderungs- und Prüfvorlage für eine virtuelle Steuerung einschließlich Version, Kriterien und Abweichungen.
Verbindungsprogrammierte Steuerung: Vergleiche VPS und SPS in einer begründeten Entscheidungsmatrix für einen fiktiven Umbau mit häufigen Funktionsänderungen.
Risikobeurteilung: Analysiere im theoretischen Szenario drei Grenzen einer normalen Betriebslogik gegenüber einer sicherheitsgerichteten Funktion und formuliere geeignete Eskalationsfragen an die zuständige Fachkraft.

Musterlösungen und fachliche Kriterien zu den zwölf Aufgaben:

Nr.	Erwartetes Musterarbeitsprodukt und Lösungskern
1	Blockbild Taster → UND-Bedingung → Anzeige; Ein- und Ausgang erkennbar
2	Vier klare Signalnamen mit 0/1-Semantik; bei Stop_OK ist 1 „nicht angefordert“
3	UND-Folge für 00, 01, 10, 11 ist 0, 0, 0, 1
4	Zeitgesteuerte Leuchte ohne Rückführung; Thermostat mit Temperaturmessung und Rückführung
5	Y = 1 genau bei F = 0 und mindestens einem von A oder B gleich 1, also in drei von acht Zeilen
6	Q1 = F unabhängig von M und P; Informationsfluss und logische Ebene getrennt
7	R = 1.200 Ohm, I = 22/1.200 A ≈ 18,3 mA und P ≈ 0,403 W im idealisierten Modell
8	Q0 = 0 ist logisch erwartbar; mögliche Ursachen sind falsches Eingangsmapping oder ein fehlendes simuliertes Objektsignal
9	Zustände M = 0 und M = 1; Start bei H = 1 und F = 0 setzt; Stop oder Fehler löschen
10	Änderungsblatt mit Ausgangsversion, Soll-Funktion, Parametern, Test-ID, Soll/Ist, Befund und Verantwortlichkeit
11	Kriterien Aufwand, Änderbarkeit, Diagnose, Dokumentation und Sicherheit getrennt gewichtet; keine pauschale Siegertechnik
12	Drei Grenzen: keine Sicherheitszertifizierung, keine definierte Fehlerdiagnose, keine validierte Abschaltkette; Freigabe an Fachverantwortliche verweisen

Korrekturhinweis: Bei offenen Antworten gelten technisch gleichwertige, nachvollziehbar begründete Lösungen. Achte auf eindeutige Signaldefinitionen, Rechenweg mit Einheiten, den Beleg aus Testdaten und die Trennung zwischen Simulation und realer Sicherheit.

Lernkontrolle

Signalfluss: Übertrage die EVA-Analyse auf eine erfundene automatische Pflanzenbewässerungsanzeige und benenne eine Grenze der rein offenen Steuerung.
Schaltalgebra: Zeige anhand einer vollständigen Wahrheitstabelle, weshalb F = 1 im Modellfall die Freigabe unabhängig von S löscht.
Selbsthaltung: Begründe anhand von t3 und t4 der Musterlösung, weshalb das System nach Fehlerende nicht selbsttätig wieder anläuft.
Fehlersuche: Erkläre, warum ein ausgeschalteter Simulationsausgang allein nicht belegt, dass ein Aktor defekt ist; stelle eine Prüf-Reihenfolge vor.
Fachrechnen: Rechne 18,3 mA in Ampere um und bestimme die ideale Verlustleistung eines 1.200-Ohm-Widerstands; erkläre die Aussagegrenzen.
Fachkommunikation: Verfasse einen kurzen englisch-deutschen Übergabebericht mit input, output, enable, fault und test result und kennzeichne offen gebliebene Prüfpunkte.

Kontrolllösungen: 1: Sensorwert → Logik → Anzeige, ohne Rückführung ist keine automatische Korrektur gesichert. 2: In der M-Formel wird ¬F = 0; daher M_neu = 0. 3: M bleibt bei t4 = 0 und braucht einen neuen Start. 4: Erst Eingänge, Signalzuordnung, Merker und Logik, dann Ausgabepfad prüfen. 5: 0,0183 A; P ≈ (0,0183 A)² · 1.200 Ω ≈ 0,402 W, Rundungsdifferenz zulässig. 6: Fachbegriffe korrekt, Befund evidenzbasiert, keine reale Freigabe behauptet.

Lernnachweis

Abzugeben ist ein synthetisches Lernportfolio mit (a) beschriftetem EVA-Blockschaltbild, (b) eindeutiger E/A-Liste, (c) Wahrheitstabelle und Merkerformel, (d) siebenstufigem Simulationsprotokoll, (e) begründetem Fehlerticket, (f) ausgefülltem Bewertungsraster und (g) einer kurzen Transferreflexion. Der Nachweis gelingt, wenn du Begriffe nicht nur definierst, sondern die Wirkung einer Signaländerung voraussagst, den Test nachvollziehbar dokumentierst, Rechenwerte mit Einheiten kontrollierst und die Grenzen des Modells offen benennst.

Selbstcheck: Kann ich begründen, warum eine logische 1 nicht ohne Datenblatt einer bestimmten Spannung entspricht? Kann ich Q0 bei beliebigem M_neu und P berechnen? Verwechsle ich einen normalen Stop mit einer geprüften Sicherheitsfunktion? Sind meine Aussagen zu Fehlern durch Simulationsdaten gestützt? Bei Unsicherheit wiederhole die zugehörige Fachaufgabe auf dem passenden Niveau.

OER und Wikipedia

Curriculare und berufsrechtliche Grundlagen:

BIBB: Ausbildungsberuf Elektroniker für Informations- und Systemtechnik, Berufsprofil, Ausbildungsdauer, Rechtsgrundlagen und Rahmenlehrplan.
KMK: Rahmenlehrpläne der dualen Berufsausbildung, Fassung 23.02.2018 für diesen Beruf; Lernfeld 3 mit 80 Unterrichtsstunden im ersten Ausbildungsjahr.
Konsolidierte Verordnung über die Berufsausbildung in den industriellen Elektroberufen als rechtliche Referenz; für individuelle Prüfungstermine sind die jeweils zuständigen Stellen maßgeblich.
Siemens SCE Lern-/Lehrunterlagen, ergänzende, kostenfrei zugängliche Informationen; Nutzungsrechte der jeweiligen Dokumente gesondert prüfen.
Ingenieurbüro Dr. Kahlert: SPS-Tutorials, weitere externe Fachvideos, insbesondere „Logische Grundschaltungen“ und „RS- und SR-Flip-Flops“; Nutzung im Rahmen der Website, nicht als OER umlizenzieren.

Geprüfte Abbildungen und Urheberrechte: Folgende Dateiseiten auf Wikimedia Commons wurden einzeln auf Namen, Urheber und Lizenzangabe geprüft. Die Einbettung setzt die Medienbereitstellung des Wikis voraus; bei Bedarf die Commons-Dateiseite direkt öffnen. Erforderliche Namensnennungen und Lizenzlinks bleiben hier dokumentiert.

Datei	Quelle	Urheber	Rechte
File:Programmable logic controller.jpg	Commons-Dateiseite	Bisgaard	CC BY-SA 3.0
File:PLC Block Diagram.jpg	Commons-Dateiseite	ProVision	CC BY-SA 4.0
File:PLC Control Panel.png	Commons-Dateiseite	Dailynetworks	gemeinfrei, Public Domain
File:LogicGates.svg	Commons-Dateiseite	Vaughan Pratt	CC BY 3.0
File:BeispielFUP.svg	Commons-Dateiseite	Stkl nach Notan Frag	CC BY-SA 4.0
File:Ladder logic diagram.jpg	Commons-Dateiseite	Mithilrkadam	CC BY-SA 4.0

Videonachweis:

Video	Nachweis	Urheber/Kanal	Rechte und Einbettung
https://www.youtube.com/watch?v=h-mEVa88tbc	Steuerung und Regelung erklärt	Elektro Master	Rechte beim Kanal, keine offene Lizenz behauptet; YouTube-Einbettung
https://www.youtube.com/watch?v=LSrVkDWUQOQ	Grundlagen der Steuerungstechnik	ElektrotechnikBasis123	Rechte beim Kanal, keine offene Lizenz behauptet; YouTube-Einbettung

Wikipedia als ergänzendes OER: Speicherprogrammierbare Steuerung, deutsch, Artikeltexte unter den dort genannten freien Lizenzen; Medien können eigene Lizenzen haben.

OER-Hinweis: Die neu formulierten Erläuterungen, synthetischen Aufgaben, Tabellen und Modellfalldaten dieses Kurses sind als offene Unterrichtsmaterialien zur Weiterbearbeitung gedacht. Die Rechte an externen Videos und Abbildungen bleiben davon unberührt; bei Übernahme die jeweiligen Dateilizenzen beachten. Keine Sofatutor-Inhalte und keine echten Lernenden- oder Betriebsdaten wurden verwendet.