Grundlagen elektromechanischer Steuerungen

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1 - Grundlagen elektromechanischer Steuerungen
Grundlagen
elektromechanischer
Steuerungen
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Impressum
An dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirkt
Herausgeber:
IHK für Oberfranken
Bahnhofstr. 23-27
95444 Bayreuth
Inhaltliche Konzeption:
ets GmbH, Halblech
ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth
Produktion/ Umsetzung:
ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth
Redaktionelle Betreuung:
Andrea Nüssel, ihk.online&medien.gmbh
Claudia Hohdorf, ets Halblech
Rechte:
Copyright© ets GmbH, Halblech.
Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet
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Inhaltliche Verantwortung:
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Impressum ............................................................................................................................................... 2
Firmenvorstellung .................................................................................................................................... 4
Leitfragen................................................................................................................................................. 6
1.0 Kapitelübersicht ................................................................................................................................. 7
1.1 Schaltzeichen ......................................................................................................................... 8
1.2.0 Schaltzeichenelemente ....................................................................................................... 9
2.0 Kapitelübersicht ............................................................................................................................... 11
2.1 Darstellungsformen .............................................................................................................. 12
2.3.0 Anschlussbezeichnungen von Schützen und Schaltern ................................................... 13
2.3.1 Anschlussbezeichnung für Hauptschütz ........................................................................... 14
2.3.2 Anschlussbezeichnung für Hilfsschütze ............................................................................ 15
2.3.3 Bezeichnung für Schalter in Haupt- und Steuerstromkreisen ........................................... 16
2.4 Thermische Überstromrelais ................................................................................................ 17
2.5 Übersichtsschaltplan ............................................................................................................ 18
2.6 Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung ............................................................ 19
2.7 Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung ............................................................................. 20
2.8 Geräteverdrahtungsplan....................................................................................................... 21
3.0 Kapitelübersicht ............................................................................................................................... 22
3.1 Grundschaltungen ................................................................................................................ 23
3.2 Selbsthaltung mit Vorrang 'Aus'............................................................................................ 24
3.3 Tasterverriegelung................................................................................................................ 26
3.4 Schützverriegelung............................................................................................................... 28
3.5 Folgeschaltung ..................................................................................................................... 30
3.6 Zeitabhängige Schützschaltung ........................................................................................... 32
Bearbeitung der Fallstudie..................................................................................................................... 38
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Firmenvorstellung
Einführung
Firmenchronik:
Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der
Automatisierungstechnik.
Sie entstand aus einem Familienbetrieb, der sich mit Maschinen für die Blechumformung befasste.
Anfang 1995 wurde auf die stark wachsende Automatisierungstechnik mit der Suche nach Vertriebspartnern reagiert.
Heute beschäftigt die Firma Automatico 60 Mitarbeiter, die für viele metallverarbeitende Branchen
Automatisierungsmöglichkeiten konstruieren und umsetzen.
Produktgeschichte:
Von einem reinen Maschinenbauunternehmen entwickelte sich die Automatico in den 90-er Jahren
zu einer (mittleren) Automatisierungsfirma, was auch zur Umbenennung in den jetzigen Namen führte.
Nicht zuletzt bescherte der Wunsch nach mehr Automatisierung der Firma eine große Anzahl neuer
Kunden. Schon bei der ersten Herstellung von Blechbearbeitungsmaschinen lag der Firmenschwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsabläufen der Blechbearbeitung.
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Fallstudie
Einführung
Ein Förderband1 transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente gemeinsam zur Endmontage. Franz Huber steht mit Bernd Wolf vor dem Förderband:
Fallstudie
Franz Huber
...das Förderband transportiert vorgefertigte
Montageelemente zur Endmontage.
Bernd Wolf
Wenn ich das richtig sehe, betrifft das zwei Montageplätze gleichzeitig, oder?!?!
Franz Huber
Richtig erkannt. Wie sieht es aus? Trauen Sie
sich schon zu, dafür eine entsprechende elektrische Steuerung für den Steuerstromkreis zu
entwerfen?
Bernd Wolf
Wie, so ganz alleine?
Franz Huber
Nein, natürlich nicht. Schauen Sie mal her.
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Leitfragen
Einführung
Die hier zusammen gestellten Leitfragen sollen Ihnen den Einstieg in die Qualifizierungseinheit
ermöglichen. Nehmen Sie sich die Zeit und notieren Sie jetzt bitte ganz spontan, was Ihnen als
Antworten einfällt.
Im Laufe der weiteren Bearbeitung werden Sie mehrmals auf Ihre Notizen zurückgreifen. Bitte
verwenden Sie daher einfach ein Blatt Papier für Ihre Antworten. Oder rufen Sie das vorbereitete
Antwortdokument auf. Legen Sie Ihre Überlegungen an einem Ort ab, zu dem Sie jederzeit Zugang haben.
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden
das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Scripts.
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1.0 Kapitelübersicht
1 Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte
Kapitelbezogene Eingangsfragen:
Was sind Schaltzeichen?
Welche Funktion erfüllen Schaltzeichen?
Themen:
1.1 Schaltzeichen
1.2.0 Schaltzeichenelemente
1.2.2 Schaltzeichen für Kontakte und Schalter
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1.1 Schaltzeichen
In allen elektromechanischen Steuerungen
werden die Eingangssignale und die daraus
resultierenden logischen Verknüpfungen
durch die Betätigung von Kontakten realisiert.
Die wichtigsten Schaltzeichen von Signalgebern und Schaltgeräten werden Sie nun in der
folgenden Lerneinheit kennen lernen.
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Die wesentlichen Betriebsmittel von Schützsteuerungen sind neben den Schützen vor allem Schalter, Taster und Grenztaster als Signalgeber.
Die meisten Schaltgeräte bestehen aus drei
Grundeinheiten:
Antriebsglied2
mechanisches Zwischenglied3
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Schaltglied
Die meisten Schaltgeräte bestehen aus drei
Grundeinheiten: einem Antriebsglied, einem
mechanischen Zwischenglied und einem
Schaltglied.
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2 Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen
Was ist ein Geräteverdrahtungsplan?
Welche Darstellungsformen eines Stromlaufplans gibt es?
Themen:
2.1 Darstellungsformen
2.2 Kennzeichnung von elektrischen Betriebsmitteln
2.3.0 Anschlussbezeichnungen von Schützen und Schaltern
2.3.1 Anschlussbezeichnung für Hauptschütz
2.4 Thermische Überstromrelais
2.5 Übersichtsschaltplan
2.6 Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung
2.7 Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung
2.8 Geräteverdrahtungsplan
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2.1 Darstellungsformen
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Hauptschütz mit 3 Hauptschaltgliedern und
zwei Hilfsschaltgliedern
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2.3.0 Anschlussbezeichnungen von
Schützen und Schaltern
Hilfsschütz mit 5 Schließern in der oberen Etage
und 5 Öffnern in der oberen Etage
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Hauptschaltglieder: 1/2
3/4
5/6
2.3.1 Anschlussbezeichnung für
Hauptschütz
Spulenanschlüsse: A1/A2
Hauptschaltglieder sind durch einziffrige Anschlussbezeichnungen gekennzeichnet.
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Hilfsschaltglieder: 1/2 für Öffner
3/4 für Schließer
2.3.2 Anschlussbezeichnung für Hilfsschütze
Spulenanschlüsse: A1/A2
Hilfsschaltglieder sind durch zweiziffrige Anschlussbezeichnungen gekennzeichnet.
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Leistungsschalter
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2.3.3 Bezeichnung für Schalter in
Haupt- und Steuerstromkreisen
Hilfsschalter
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2.4 Thermische Überstromrelais
Thermische Überstromrelais (Bimetallrelais) werden in Verbindung mit Sicherungen zum
Schutz von Motoren eingesetzt. Sie werden auf den Nennstrom des zu schützenden Motors
eingestellt.
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2.5 Übersichtsschaltplan
vereinfachte, meist einpolige Darstellung
nur wesentliche Bauteile
einfache Schaltzeichen und Blocksymbole
vorwiegend für Hauptstromkreise
In elektrotechnischen Schaltungsunterlagen
kommt es nicht so sehr darauf an, die Betriebsmittel in Form und Aufbau genau abzubilden. Vielmehr steht hier die Funktion der Geräte und deren
Zusammenwirken im Vordergrund.
Je nach Zweck und Aufgabenstellung wurden
verschiedene Schaltplanarten entwickelt, von denen die wichtigsten nun näher erläutert werden.
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2.6 Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung
allpolige Darstellung
zeigt Schaltung in allen Einzelheiten
Betriebsmittel werden räumlich zusammenhängend gezeichnet
für umfangreiche Schaltungen weniger
geeignet
Der Stromlaufplan in zusammenhängender
Darstellung zeigt die allpolige Verbindung der
Betriebsmittel einer Schaltung in allen Einzelteilen. Die räumliche Anordnung der Geräte
braucht aber nicht berücksichtigt zu werden.
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2.7 Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung
Trennung von Last- und Steuerstromkreis
Stromwege verlaufen geradlinig und
parallel
Teile von Betriebsmitteln liegen in unterschiedlichen Strompfaden
wirkt übersichtlich und ist gut lesbar
Strompläne in aufgelöster Darstellung stellen
die Stromkreise nach Stromwegen aufgelöst
dar.
Laststromkreise und Steuerstromkreise werden getrennt gezeichnet.
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2.8 Geräteverdrahtungsplan
lagerichtige Anordnung der Betriebsmittel
Verdrahtungspläne dienen als Unterlage
Verbindungsleitungen können zu- für die Fertigung, Montage und Instandhaltung.
sammengefasst werden
lle Betriebsmittel werden lagerichtig angedienen als Unterlage für Fertigung, ordnet und die Anschlussstellen der GeräMontage und Instanthaltung
te werden dargestellt.
Verbindungsleitungen können einzeln oder zusammengefasst gezeichnet werden.
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3 Grundschaltungen mit Schützen und Relais
Wie funktioniert eine Schützverriegelung?
Was bedeutet eigentlich der NOT- AUS?
Themen:
3.1 Grundschaltungen
3.2 Selbsthaltung mit Vorrang 'Aus'
3.3 Tasterverriegelung
3.4 Schützverriegelung
3.5 Folgeschaltung
3.6 Zeitabhängige Schützschaltung
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3.1 Grundschaltungen
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3.2 Selbsthaltung mit Vorrang 'Aus'
Aufgabenstellung5:
Nach Betätigung des Eintasters S1 soll das Schütz K1 anziehen und eingeschaltet bleiben.
Es lässt sich jederzeit mit dem Taster S0 ausschalten.
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Lösung:
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3.3 Tasterverriegelung
Aufgabenstellung6:
Die Ampelanlage einer Werkstoreinfahrt mit den Signalen „rot“ und „grün“ wird durch den Pförtner
mittels Drucktaster gesteuert.
Bei Betätigung von S1 leuchtet die grüne (H1), bei Betätigung von S2 die rote (H2) Signallampe. Bei
gleichzeitiger Betätigung von S1 und S2 darf keine Lampe leuchten.
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Lösung:
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3.4 Schützverriegelung
Aufgabenstellung7:
Zwei Motoren werden durch die Schütze K1 und K2 gesteuert. K2 darf jedoch nur dann anziehen,
wenn K1 abgeschaltet ist. K1 hat Vorrang vor K2.
Wird einer der Motoren überlastet, so wird die Steuerung durch die beiden Motorschutzrelais F2 oder
F3 abgeschaltet.
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Lösung:
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3.5 Folgeschaltung
Aufgabenstellung8:
Der Motor für eine Sägemaschine (Schütz K2) soll erst dann eingeschaltet werden können, wenn zuerst die Absaugvorrichtung (Schütz K1) in Betrieb ist.
Beide Motoren werden je durch ein Motorschutzrelais vor Überlast geschützt.
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Lösung:
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3.6 Zeitabhängige Schützschaltung
Aufgabenstellung9:
Bei einer Heizungsanlage werden die elektrische Heizung (Schütz K1) und der Lüfter (Schütz K2)
gemeinsam über den Eintaster eingeschaltet.
Bei Betätigung des Austasters wird die Heizung sofort abgeschaltet. Der Lüftermotor läuft noch eine
gewisse Zeit nach.
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Lösung nach Simualtion:
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Lösung nach Zeitabschaltung:
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Fallstudie
Abschluss Lerneinheit
Ein Förderband10 transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente
gemeinsam zur Endmontage. Franz Huber steht mit Bernd Wolf vor dem Förderband:
Fallstudie
Franz Huber
...das Förderband transportiert vorgefertigte
Montageelemente zur Endmontage.
Bernd Wolf
Wenn ich das richtig sehe, betrifft das zwei Montageplätze gleichzeitig, oder?!?!
Franz Huber
Richtig erkannt. Wie sieht es aus? Trauen Sie
sich schon zu, dafür eine entsprechende elektrische Steuerung für den Steuerstromkreis zu
entwerfen?
Bernd Wolf
Wie, so ganz alleine?
Franz Huber
Nein, natürlich nicht. Schauen Sie mal her.
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Bearbeitung der Fallstudie
Abschluss Lerneinheit
Sie erhalten den Auftrag11, nach den vorliegenden Unterlagen die entsprechende elektrische
Steuerung für den Steuerstromkreis zu entwerfen.
Ein Förderband transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente gemeinsam
zur Endmontage.
Das Technologieschema der Anlage sowie eine komplette Beschreibung der Aufgabe finden
Sie in der Dokumentenbox!
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden
das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Scripts.
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Anlagen
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LEITFRAGEN
Hinweis:
Anhand dieser Leitfragen werden Sie die Qualifizierungseinheit erarbeiten. Notieren Sie die
Antworten zu den Fragen, die Ihnen spontan einfallen.
Speichern Sie diese Datei anschließend in einem Ordner, auf den Sie stets zugreifen können
und ergänzen jeweils diese Fragen um das erlernte Wissen.
Am Ende der Qualifizierungseinheit sollten Sie die Antworten komplett überarbeitet haben.
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Ausbildung zum Mechatroniker
Grundlagen elektronischer Steuerungen
TA
Trainingsaufgabe 1 zum Themenblock
Schaltzeichen für Signalgeber und Schaltgeräte
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Ordnen Sie den Schaltzeichen den entsprechenden Begriffen zu!
Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 1 im Kapitel Trainingsaufgabe.
1
5
2
6
3
7
4
8
Öffner mit selbsttätiger thermischer Betätigung;
Antrieb mit Anzugsverzögerung;
Antrieb mit Rückfallverzögerung;
Endschalter, Schließer;
Sensor zur mechanischen Betätigung;
Antrieb für NOT- AUS- Schalter;
Öffner, schließt verzögert;
Öffner, öffnet verzögert
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TA
Trainingsaufgabe 2 zum Themenblock
Darstellungsformen elektrischer Schaltungsunterlagen
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Ordnen Sie die Schaltplanarten den entsprechenden Aussagen (1-4) zu!
Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 2 im Kapitel Trainingsaufgabe.
Übersichtsschaltplan
Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung
Geräteverdrahtungsplan
Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung
1: Stellt die einzelnen Schaltungselemente und Verbindungen in allen Einzelheiten dar.
2: Eine vereinfachte, meist einpolige Darstellung ohne Steuerleitungen.
3: Die Stromwege verlaufen geradlinig von Netzpol zu Netzpol.
4: Alle Betriebsmittel und Baugruppen werden lagerichtig dargestellt.
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Bearbeitung der Fallstudie
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test.
Sie erhalten den Auftrag, nach den vorliegenden Unterlagen die entsprechende elektrische
Steuerung für den Steuerstromkreis zu entwerfen.
Ein Förderband transportiert die an zwei Montageplätzen vorgefertigten Montageelemente gemeinsam zur Endmontage
Vormontage
Endmontage
H2
S2
S3
M1
Platz 1
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Platz 2
S1
S4
S0
H1
K1
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Einschalten der Steuerung
Die Steuerung wird mit dem Taster S1 eingeschaltet. Im EIN- Zustand leuchtet die Lampe H1.
Wurde die Steuerung vor Ablauf der Förderzeit von Hand oder durch Netzausfall ausgeschaltet,
so darf das Band nach dem Wiedereinschalten nicht selbsttätig anlaufen. Mit dem Taster S4
kann der Motor M1 durch Tippen eingeschaltet werden, bis alle auf dem Band liegenden Teile
an der Endmontage eingetroffen sind.
Einschalten des Bandmotors
Nach dem Auflegen des letzten Elements wird der Bandmotor K1 ein DrehstromAsynchronmotor mit Käfigläufer, über Schütz mit dem Taster S2 eingeschaltet. Seine Einschaltdauer ist durch die Transportzeit zwischen Platz 2 und der Endmontage bestimmt; die
Zeit wird bei der Inbetriebnahme eingestellt. Sobald das Band anläuft, leuchtet an der Endmontage die Lampe H2. Sollte während das Band läuft ein gefährlicher Zustand auftreten, kann die
Steuerung über den Taster S3, einem NOT-AUS- Schalter, der am Platz der Endmontage angebracht ist, sofort stillgesetzt werden.
Ausschalten der Steuerung
Die Steuerung wird mit dem Taster S0 ausgeschaltet.
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Grundlagen elektromechanischer Steuerungen

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