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Steuerungslogik und Ablaufmodelle – Ablaufdiagramme verständlich zeichnen

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Einleitung

Steuerungslogik und Ablaufmodelle – Ablaufdiagramme verständlich zeichnen

In diesem aiMOOC lernst Du für die Ausbildung, technische Abläufe mit Ablaufdiagrammen klar zu planen, zu prüfen und zu verbessern. Im Mittelpunkt stehen Schritte, Bedingungen und Rücksprünge. Du arbeitest an einer fiktiven virtuellen Förderanlage, liest Signalverläufe und diagnostizierst typische Fehler. Die Aufgaben benötigen keine Uploads und keine externen KI-Dienste.

Kurzbeschreibung: Schritte, Bedingungen und Rücksprünge. Nutze Ablaufdiagramme, um aus einem Anlagenauftrag eine nachvollziehbare Steuerungslogik zu machen.

Lernziele

Nach dem Kurs kannst Du einen Programmablaufplan lesen und zeichnen, Bedingungen eindeutig formulieren, Schleifen und Rücksprünge erkennen, einen Ablauf mit Ein- und Ausgangssignalen verbinden und Fehler aus einem Signalverlauf begründet eingrenzen.

Lernpfad in kurzen Einheiten

Einheit	Kernidee	Richtzeit
1	Symbole lesen	6 min
2	Schritte und Bedingungen	8 min
3	Rücksprünge und Schleifen	8 min
4	Virtuelle Anlage	10 min
5	Signalverlauf diagnostizieren	10 min
6	Transfer in GRAFCET und SPS	8 min

Vom Auftrag zum Ablaufdiagramm

Ein Ablaufdiagramm zeigt einen Prozess als gerichteten Weg. Für einen Programmablaufplan sind vor allem Start/Ende, Tätigkeit, Entscheidung und Flussrichtung wichtig. Die ISO 5807 beschreibt Symbole und Konventionen für Programm- und Systemflussdiagramme. In der Ausbildung hilft Dir die Darstellung, einen Auftrag vor der Umsetzung zu prüfen.

Symbolidee	Bedeutung	Leitfrage
Start/Ende	Beginn oder Abschluss	Wo beginnt oder endet der Ablauf?
Rechteck	Tätigkeit oder Aktion	Was wird getan?
Raute	Entscheidung	Welche Bedingung wird geprüft?
Pfeil	Flussrichtung	Was folgt als Nächstes?

Merksatz: Jede Raute braucht klar unterscheidbare Ausgänge, zum Beispiel Ja und Nein.

Mini-Check: Ist die Logik lesbar?

Prüfe bei jedem Diagramm: Hat es einen klaren Start? Ist jede Aktion eindeutig? Ist jede Bedingung als prüfbare Frage formuliert? Führen alle Pfade sinnvoll weiter oder zurück? Kann eine andere Fachkraft den Ablauf ohne Zusatzwissen nachvollziehen?

Schritte, Bedingungen und Rücksprünge

Ein Schritt beschreibt eine Aktion oder einen Zustand. Eine Bedingung entscheidet, ob der Ablauf weitergeht. Ein Rücksprung führt zu einem früheren Punkt und bildet so eine Schleife.

Beispiel: Förderband einschalten → Werkstück an Position? → Nein: weiter fördern → Ja: Band stoppen.

Gute Bedingungen formulieren

Nutze Bedingungen, die mit wahr/falsch oder ja/nein entschieden werden können. Technisch besser ist „Sensor B2 = 1?“ als „Werkstück vielleicht angekommen?“.

Schwach	Besser
Werkstück da?	Sensor B2 = 1?
Zeit vorbei?	Timer T1 abgelaufen?
Alles okay?	Freigabe F1 = 1?

Rücksprung ohne Endlosschleife

Ein Rücksprung ist sinnvoll, wenn eine Bedingung später erneut geprüft werden soll. Plane aber auch, wie der Ablauf aus der Schleife herauskommt. In technischen Anlagen gehört außerdem eine Fehler- oder Abbruchstrategie dazu.

Ausbildungsfall: Virtuelle Förderanlage

Du arbeitest an einer fiktiven Sortierstation. Ein Werkstück fährt auf einem Förderband zur Bearbeitungsposition. Dort hält das Band, ein Stopper fährt aus, nach einer simulierten Bearbeitungszeit fährt der Stopper zurück und das Werkstück wird bis zum Auslauf transportiert.

Alle Signalnamen und Zeitwerte in diesem Ausbildungsfall sind fiktive Lerndaten.

Ein- und Ausgänge

Signal	Art	Bedeutung
E0 Start	Eingang	Starttaster
E1 B2	Eingang	Werkstück an Bearbeitungsposition
E2 B3	Eingang	Werkstück am Auslauf
A0 M1	Ausgang	Fördermotor
A1 Y1	Ausgang	Stopper ausfahren
A2 H1	Ausgang	Zyklus beendet

Sollablauf

Initialisierung: A0, A1 und A2 sind 0.
Startbedingung: Bei E0 = 1 startet der Zyklus.
Fördern: A0 = 1, bis E1 = 1.
Bearbeiten: A0 = 0 und A1 = 1; nach 2 s endet die simulierte Bearbeitung.
Ausfahren: A1 = 0 und A0 = 1, bis E2 = 1.
Zyklusende: A0 = 0 und A2 = 1; danach Rücksprung zur Startbereitschaft.

Ablauf als Lesespur

Schritt	Aktion	Weiterschaltbedingung	Rücksprung bei Nein
S0 Bereit	Ausgänge aus	E0 = 1	S0
S1 Fördern	A0 = 1	E1 = 1	S1
S2 Bearbeiten	A1 = 1	T1 = 2 s abgelaufen	S2
S3 Auslauf	A0 = 1	E2 = 1	S3
S4 Ende	A2 = 1	Quittierung	S0

Gestufte Hilfen zum Zeichnen

Hilfe 1 – Orientierung: Schreibe zuerst nur S0 bis S4 untereinander.

Hilfe 2 – Bedingungen: Setze zwischen die Schritte je eine Raute mit E0, E1, T1 oder E2.

Hilfe 3 – Rücksprünge: Führe jeden Nein-Pfad zurück auf den Schritt, in dem weiter gewartet oder gearbeitet wird.

Hilfe 4 – Qualitätscheck: Prüfe, ob jeder Ausgang nur dort aktiv ist, wo er gebraucht wird.

Basisaufgabe mit Feedback

Aufgabe: Ordne zu: Rechteck = Aktion, Raute = Bedingung, Pfeil = Ablaufweg. Zeichne anschließend S0 → „E0 = 1?“ → S1.

Musterlösung und begründetes Feedback: Wenn Du die Bedingung in eine Raute setzt und den Ja-Pfad zu S1 führst, ist die Entscheidung eindeutig. Ein Nein-Pfad zurück zu S0 ist sinnvoll, weil die Anlage ohne Startsignal in Bereitschaft bleiben muss.

Anwendungsaufgabe mit Feedback

Aufgabe: Ergänze für S1 einen Rücksprung. Was passiert, solange E1 = 0?

Musterlösung und begründetes Feedback: Bei E1 = 0 führt der Nein-Pfad zurück zu S1; A0 bleibt aktiv. Das ist fachlich begründet, weil die Anlage weiter fördern muss, bis der Positionssensor das Werkstück meldet.

Transferaufgabe mit Feedback

Aufgabe: Ergänze eine Fehlerbehandlung: Wenn S1 länger als 6 s aktiv ist und E1 weiterhin 0 bleibt, soll A0 ausgeschaltet und ein Fehlerzustand S_F angesprungen werden.

Musterlösung und begründetes Feedback: Füge in S1 zusätzlich die Bedingung „Timeout 6 s?“ ein. Bei Ja: A0 = 0 und Wechsel nach S_F. Bei Nein: weiter auf E1 prüfen. Der Timeout verhindert, dass ein klemmendes Werkstück oder ein ausgefallener Sensor zu unbegrenztem Fördern führt.

Signalverläufe lesen

Ein Signalverlauf zeigt, wann Eingänge und Ausgänge 0 oder 1 sind. So kannst Du prüfen, ob das Ablaufdiagramm zur Anlage passt.

Fiktiver Normalverlauf:

Zeitpunkt	E0 Start	E1 B2	E2 B3	A0 M1	A1 Y1	A2 H1
t0	0	0	0	0	0	0
t1	1	0	0	1	0	0
t2	0	1	0	0	1	0
t3	0	1	0	1	0	0
t4	0	0	1	0	0	1

Diagnosefrage: An welchem Zeitpunkt erkennst Du, dass das Werkstück die Bearbeitungsposition erreicht hat? → t2, weil E1 von 0 auf 1 wechselt und der Fördermotor A0 daraufhin ausgeschaltet wird.

Diagnosefall A: Sensor bleibt 0

Beobachtung	Schlussfolgerung
S1 bleibt aktiv	Ablauf wartet auf E1
A0 bleibt 1	Förderbefehl liegt weiter an
E1 bleibt 0	Positionssignal fehlt

Begründetes Feedback: Der Fehler liegt nicht automatisch am Sensor. Prüfe logisch in dieser Reihenfolge: Erreicht das Werkstück die Position? Betätigt es den Sensor? Kommt das Eingangssignal in der Steuerung an? Erst dann ist die Ursache eingegrenzt.

Diagnosefall B: Sensor bleibt 1

Wenn E1 bereits vor dem Start dauerhaft 1 ist, kann die Anlage S1 sofort verlassen. Eine Plausibilitätsprüfung vor dem Start ist deshalb sinnvoll: E1 muss in Grundstellung 0 sein.

Virtueller Anlagenmonitor

Bearbeite die Anlage nur gedanklich oder auf Papier. Es wird nichts hochgeladen.

Moment	Aktiver Schritt	Sensorlage	Deine Entscheidung
M1	S0	E0=0, E1=0, E2=0	Warten
M2	S0	E0=1, E1=0, E2=0	Nach S1
M3	S1	E0=0, E1=0, E2=0	In S1 bleiben
M4	S1	E0=0, E1=1, E2=0	Nach S2
M5	S3	E0=0, E1=0, E2=1	Nach S4

Virtuelle Anlage B: Abfüllstation

Als kurze Transferanlage dient eine zweite fiktive Station: Eine Flasche wird erkannt, ein Ventil öffnet, der Füllstandsensor beendet das Füllen. Bleibt das Füllstandsignal aus, muss ein Timeout den Ablauf stoppen.

Signal	Bedeutung
E10	Flasche vorhanden
E11	Füllstand erreicht
A10	Füllventil
T10	maximale Füllzeit 5 s

Transferfrage: Warum darf A10 nicht allein durch E10 dauerhaft eingeschaltet bleiben? Weil ein fehlendes E11-Signal sonst zu unbegrenztem Füllen führen könnte; der Ablauf braucht eine Abschaltbedingung und eine Fehlergrenze.

Vom Ablaufdiagramm zu GRAFCET und SPS

Für industrielle Ablaufsteuerungen ist GRAFCET ein systemneutrales grafisches Werkzeug. IEC 60848:2013 definiert GRAFCET zur funktionalen Beschreibung des sequentiellen Teils eines Steuerungssystems. Die Struktur arbeitet mit Schritten, Transitionen und Wirkverbindungen; Transitionen werden über Bedingungen freigegeben.

Ablaufdiagramm und GRAFCET unterscheiden

Ablaufdiagramm	GRAFCET
allgemeine Prozessdarstellung	speziell für sequentielle Steuerungsbeschreibung
Entscheidung über Raute	Transition mit Transitionsbedingung
Tätigkeiten im Fluss	Aktionen an Schritten
gut für Planungslogik	gut für Ablaufsteuerungen in der Automation

Wichtig: Ein Ablaufdiagramm und ein GRAFCET sind nicht dasselbe. Du kannst aber dieselbe technische Idee in beiden Darstellungen modellieren.

Bezug zur SPS

Eine SPS verarbeitet Eingangssignale, führt das Steuerungsprogramm aus und setzt Ausgangssignale. Für die Umsetzung können je nach System unter anderem grafische Darstellungen wie Kontaktplan, Funktionsplan oder Schrittketten verwendet werden.

Qualitätsregeln für verständliche Ablaufdiagramme

Eindeutigkeit: Eine Bedingung muss objektiv prüfbar sein.
Vollständigkeit: Jede Entscheidung braucht definierte Folgepfade.
Rücksprung: Warte- oder Wiederholschleifen müssen klar zurückführen.
Fehlerbehandlung: Plane Timeouts, Abbruch oder Diagnosezustände dort, wo Warten endlos werden könnte.
Signalbezug: Nutze klare Signalnamen und dokumentiere ihre Bedeutung.
Lesbarkeit: Halte Flussrichtung und Benennung konsistent.

Fachlich geprüfte Quellen und Medienrechte

Fachquellen:

ISO 5807:1985: Dokumentationssymbole und Konventionen für Daten-, Programm- und Systemflussdiagramme; von ISO als veröffentlicht und bestätigt geführt.
IEC 60848:2013: GRAFCET specification language for sequential function charts.
Wikipedia: Programmablaufplan: Überblick zu PAP, Symbolen und DIN-66001-Bezug.
Wikipedia: GRAFCET: Überblick zu Schritten, Transitionen und Wirkungen.
Lehrplan NRW Elektroniker/in für Informations- und Systemtechnik: nennt unter anderem Algorithmen, Kontrollstrukturen und Programmablaufpläne als Ausbildungsinhalte.

Geprüfte Wikimedia-Commons-Medien:

Flowchart de.svg – CC BY-SA 3.0.
Start-end-flowchart-element.svg – CC BY-SA 4.0 (alternativ auch ältere CC-BY-SA-Versionen/GFDL laut Dateiseite).
Flowchart connector example.svg – CC BY-SA 3.0 (alternativ auch ältere CC-BY-SA-Versionen/GFDL laut Dateiseite).
PLC Block Diagram.jpg – CC BY-SA 4.0.
Sequential function chart.png – CC BY-SA 3.0 / GFDL.
Ladder logic diagram.jpg – CC BY-SA 4.0.
Programmable Logic Controller CPU226 – CC BY-SA 4.0.
Etapa inicial GRAFCET.svg – CC BY 3.0.

YouTube: Die eingebetteten Videos stammen vom Kanal „Prüfungsvorbereitung.Elektroniker“. Die Rechte verbleiben bei den jeweiligen Rechteinhabern; die Einbettung stellt keine freie Lizenzierung der Videos dar. Es werden keine Videos in den Kurs hochgeladen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welches Symbol steht in einem typischen Ablaufdiagramm für eine Entscheidung? (Raute) (!Rechteck) (!Pfeil) (!Kreis)

Was beschreibt ein Rücksprung im Ablaufdiagramm? (Der Ablauf kehrt zu einem früheren Punkt zurück) (!Der Ablauf endet immer) (!Ein Ausgang wird dauerhaft gesetzt) (!Ein Sensor wird elektrisch überbrückt)

Welche Formulierung ist als technische Bedingung am eindeutigsten? (Sensor B2 = 1?) (!Werkstück vielleicht da?) (!Alles in Ordnung?) (!Jetzt weiter?)

Was soll im Ausbildungsfall passieren, solange E1 gleich 0 ist? (Der Ablauf bleibt in S1 und fördert weiter) (!Der Ablauf springt direkt zu S4) (!Der Stopper bleibt dauerhaft ausgefahren) (!Die Endelampe wird sofort eingeschaltet)

Warum ist ein Timeout in einer Warteschleife sinnvoll? (Es kann einen Fehlerzustand nach zu langer Wartezeit auslösen) (!Es ersetzt jeden Sensor) (!Es macht Bedingungen überflüssig) (!Es schaltet die Steuerung grundsätzlich schneller)

Welcher Ausgang treibt im Ausbildungsfall das Förderband an? (A0 M1) (!A1 Y1) (!A2 H1) (!E1 B2)

Was zeigt ein Signalverlauf? (Die zeitliche Änderung von Ein- und Ausgangssignalen) (!Nur die mechanische Bauform eines Sensors) (!Nur den Programmtext einer SPS) (!Ausschließlich die Verdrahtungsfarbe)

Welche Aussage zu GRAFCET ist richtig? (GRAFCET beschreibt den sequentiellen Teil eines Steuerungssystems) (!GRAFCET ist nur ein Schaltplan für Leistungselektronik) (!GRAFCET ersetzt jeden elektrischen Stromlaufplan) (!GRAFCET ist ausschließlich eine Programmiersprache für Webseiten)

Was ist bei einer Entscheidung im Ablaufdiagramm besonders wichtig? (Die Folgepfade müssen eindeutig definiert sein) (!Jede Entscheidung braucht fünf Ausgänge) (!Jede Bedingung muss eine Zeitangabe enthalten) (!Entscheidungen dürfen keine Rücksprünge haben)

Welche Diagnose ist bei E1 bleibt 0 fachlich zuerst sinnvoll? (Prüfen, ob Werkstück, Sensorbetätigung und Eingangssignal zusammenpassen) (!Den Sensor sofort ersetzen) (!Die gesamte SPS austauschen) (!Den Ausgang A2 dauerhaft einschalten)

Memory

Raute	Entscheidung
Rechteck	Aktion
Pfeil	Flussrichtung
Rücksprung	Wiederholung
Sensor	Eingangssignal
Aktor	Ausgangswirkung
Transition	Weiterschaltung
Timeout	Fehlergrenze

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Startzustand	Bereitschaft vor dem Zyklus
Förderschritt	Motor ist aktiv
Entscheidung	Bedingung wird geprüft
Rücksprung	Ablauf kehrt zu einem früheren Schritt zurück
Fehlerzustand	Anlage wechselt nach unzulässigem Verlauf in eine Diagnoseposition
Zyklusende	Bearbeiteter Ablauf ist abgeschlossen

Kreuzworträtsel

Raute	Welches Symbol wird häufig für eine Entscheidung verwendet?
Rechteck	Welches Symbol steht häufig für eine Tätigkeit?
Pfeil	Was zeigt die Flussrichtung im Diagramm?
Schleife	Wie heißt eine wiederholte Ablaufstruktur?
Sensor	Welches Bauteil liefert typischerweise ein Eingangssignal?
Aktor	Welches Bauteil setzt typischerweise ein Ausgangssignal in eine Wirkung um?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Symbolkarte: Erstelle eine Karte mit Start, Aktion, Entscheidung und Pfeil und ergänze je eine kurze Bedeutung.
Alltagsablauf: Zeichne den Ablauf „Arbeitsplatz einschalten“ mit mindestens einer Bedingung und einem Rücksprung.
Signalzuordnung: Ordne im Ausbildungsfall alle E-Signale den Sensoren und alle A-Signale den Aktoren zu.
Fehler markieren: Zeichne einen absichtlich falschen Rücksprung in einen kleinen Ablauf und erkläre, warum er falsch ist.

Standard

Förderanlage: Zeichne den vollständigen Sollablauf S0 bis S4 als Ablaufdiagramm.
Signalverlauf: Erstelle für einen Zyklus einen eigenen fiktiven Signalverlauf und begründe jeden Signalwechsel.
Diagnoseprotokoll: Entwickle eine Prüfreihenfolge für den Fehler „E1 bleibt 0“, ohne sofort ein Bauteil auszutauschen.
GRAFCET-Vergleich: Übertrage drei Schritte des Ausbildungsfalls in eine einfache GRAFCET-Struktur und benenne die Unterschiede zum Ablaufdiagramm.

Schwer

Timeout-Konzept: Ergänze zwei unterschiedliche Zeitüberwachungen und begründe, welche Fehler sie erkennen können.
Störungsanalyse: Entwickle drei fiktive Fehlerbilder aus Sensor- und Ausgangssignalen und lasse eine andere Person die Ursache eingrenzen.
Prozessoptimierung: Ändere den Ablauf so, dass nach Zyklusende automatisch ein zweites Werkstück verarbeitet werden kann, ohne die Übersichtlichkeit zu verlieren.
Ausbildungsprojekt: Erstelle ein kurzes Erklärvideo oder eine Bildfolge zu Deinem Ablaufdiagramm; nutze nur selbst erstellte oder rechtlich passende Medien und dokumentiere die Quelle.

Lernkontrolle

Ablaufanalyse: Begründe, warum ein Nein-Pfad bei „E1 = 1?“ im Schritt S1 zurück zu S1 führen sollte.
Fehlerdiagnose: E1 ist dauerhaft 1, obwohl kein Werkstück an der Position steht. Erkläre zwei mögliche Folgen im Ablauf und entwickle eine Plausibilitätsprüfung.
Signaltransfer: Entwirf aus einem gegebenen Ablaufdiagramm einen Signalverlauf und zeige, an welchem Punkt eine Abweichung erkennbar wäre.
Modellvergleich: Vergleiche Ablaufdiagramm und GRAFCET für denselben Förderprozess und entscheide begründet, welche Darstellung für Planung und welche für Ablaufsteuerung geeigneter ist.
Robustheit: Ergänze einen Fehlerzustand für „Werkstück erreicht Auslauf nicht“ und begründe die benötigten Bedingungen und Ausgänge.
Kommunikation: Prüfe das Diagramm einer anderen Person auf Eindeutigkeit und formuliere zwei konkrete Verbesserungsvorschläge mit fachlicher Begründung.