Hier ordnest du die Automatisierung von Abschnitt 4 und Stapler 4 nach Ebenen, bewertest die Einzelverdrahtung von heute und erfasst, welche Daten fließen und wie schnell sie fließen müssen.

Schritt 2 von 5. Du ordnest Geräte und Daten den Ebenen zu, bewertest die Einzelverdrahtung, rechnest die Zeitanforderung an der Zusammenführung aus, erfasst die Datenflüsse und klärst mit Leitstand und Gepäcklogistik, was sie brauchen.

Danach: Lernangebot 2 · Bussysteme vergleichen und auswählen

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Jedes Datum hat eine Quelle, ein Ziel und eine Frist. Wer alle drei kennt, weiß, auf welcher Ebene es zu Hause ist.

Am Ende hast du: das Ebenenbild von Abschnitt 4 und Stapler 4, die Datenflussliste, die Bewertung der Einzelverdrahtung und die Anforderungsliste von Gepäcklogistik und Leitstand.

Karte „Ebenen der Automatisierung“: Die fünf Ebenen von der Feldebene bis zur Unternehmensebene mit Beispielen aus dem Gepäckkeller und typischen Reaktionszeiten. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“.

Abschnitt 4 heute: einzeln verdrahtet, eine Lampe am LeitstandSchema, nicht maßstäblichLeitstandGepäckförderanlage, anderer GebäudeteilSammelmeldung „Abschnitt 4 Störung“Schaltschrank SK4 neben der UV-K4-K1Anlagensteuerung=4.3-T1Umrichter=4.5-T1Umrichterje Umrichter:Sollwert 0 bis 10 V,Freigabe, Störung,Quittieren-X1Ein- und Ausgängeein potenzialfreier Kontakt, eine Meldung93 Signale, im Mittel 40 mim Feld und an der TafelLichtschrankenMotoren 4.0 bis 4.6 (Schütze)Not-Halt-MeldungenBedientafel an SK4Ausschleuser 4.7StaumelderWannenstopperMeldeleuchtenWarnleuchte, HupeStapler 4 · Ebene −2-KE1SPSTageszähler: von der Tafelabgelesen und abgetipptKeine Leitung von Stapler 4 zu K1 oder zum Leitstand.Der Leitstand sieht bei einer Störung weder Ort noch Ursache.
Schema von Abschnitt 4 heute, nicht maßstäblich. Im Schaltschrank SK4 die Anlagensteuerung K1 mit der Klemmleiste X1 und den Umrichtern =4.3-T1 und =4.5-T1; jeder Umrichter bekommt seinen Sollwert als 0 bis 10 V, meldet seine Istfrequenz als 0 bis 10 V zurück und hat vier einzelne Drähte für Bereit, Störung, Freigabe und Quittieren. Von der Klemmleiste laufen 93 Signale einzeln verdrahtet, im Mittel 40 m weit, ins Feld und an die Tafel: Lichtschranken, Motoren mit Schützen, Not-Halt-Meldungen, Bedientafel, Ausschleuser 4.7, Staumelder, Wannenstopper, Meldeleuchten, Warnleuchte und Hupe. Zum Leitstand führt ein einziger potenzialfreier Kontakt; dort leuchtet die Sammelmeldung „Abschnitt 4 Störung“ rot. Stapler 4 mit seiner SPS KE1 hat keine Leitung zu K1 oder zum Leitstand, sein Tageszähler wird von der Tafel abgelesen und abgetippt. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Wie die Geräte im gemeinsamen Netz heißen

In Lernfeld 7 und 8 hatte jede Anlage ihr eigenes T1: In Lernfeld 8 hieß der Umrichter des Steigbands T1, in Lernfeld 7 das Netzteil von Stapler 4. Im gemeinsamen Netz wären zwei Geräte mit demselben Kennzeichen eine Fehlerquelle. Deshalb bekommt jedes Referenzkennzeichen nach DIN EN IEC 81346 einen Vorsatz für das System, zu dem es gehört: „=“ steht für den Aspekt System, „-“ für das Produkt. Die Kennbuchstaben bleiben (Tabellenbuch S. 82): K verarbeitet Signale, T wandelt Energie um, B erfasst eine Größe, P stellt Informationen dar.

bisher im gemeinsamen Anlagennetz Gerät
K1 (Lernfeld 8) =A4-K1 Anlagensteuerung von Abschnitt 4
T1 (Lernfeld 8) =4.3-T1 Umrichter Steigband 4.3
Umrichter des Beschleunigerbands (Lernfeld 8) =4.5-T1 Umrichter Beschleunigerband 4.5
B1, B2 (Lernfeld 8) =4.3-B1, =4.3-B2 Lichtschranken am Steigband, Einlauf unten und Auslauf oben
B3 (Lernfeld 8) =4.3-B3 Drehgeber am Motor des Steigbands
KE1 (Lernfeld 7) =ST4-KE1 SPS von Stapler 4
neu =A4-P1, =A4-KE11, =A4-KE12, =A4-KF20, =A4-KE21 Bedientafel, zwei Feldstationen, Switch, Router

Erst du, dann die anderen

Die Schichtleitung Leitstand sagt: „Ich will alles sehen.“ Die Meisterin sagt: „Alles heißt nichts.“ Wie findest du heraus, welche Daten der Leitstand wirklich braucht? Den Weg gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Den Leitstand fragen. Du gehst mit der Schichtleitung Leitstand durch, was sie bei einer Störung tut und was ihr dabei fehlt. So erfährst du, was wirklich gebraucht wird, und der Leitstand trägt das Ergebnis mit. Gefragt nennt man aber vor allem, was man schon kennt, und Wünsche ohne Grenze.
  • Das Meldearchiv auswerten. Du liest im Archiv des Leitstands und im Schichtbuch nach, welche Störungen an Abschnitt 4 in den letzten Monaten auftraten und wie lange sie dauerten. Das sind belastbare Zahlen. Im Archiv steht heute aber nur „Abschnitt 4 Störung“; die Ursache musst du aus dem Schichtbuch zusammensuchen.
  • Vom Störfall rückwärts denken. Du nimmst einen Fall, etwa die verschmutzte Lichtschranke, und fragst Schritt für Schritt: Was hätte der Leitstand wissen müssen, um ohne Fahrt in den Keller zu entscheiden? Das ist gründlich und zeigt den Nutzen jeder Meldung. Es dauert aber, und seltene Fälle fallen leicht heraus.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.

Gegebene Werte: Bestand Abschnitt 4 und Stapler 4 · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte: Bestand Abschnitt 4 und Stapler 4

Signalliste K1
Auszug nach Gruppen:

Art Signalgruppe Anzahl
DI Lichtschranken an den Übergängen und auf den Bändern 4.0 bis 4.7 14
DI Motorschutzschalter und Schützrückmeldungen der Bänder 4.0, 4.1, 4.2, 4.4, 4.6 10
DI Umrichter =4.3-T1 und =4.5-T1: bereit, Störung 4
DI Not-Halt-Befehlsgeräte und Sicherheitsschaltgerät: Meldekontakte 6
DI Bedientafel an der Tür von SK4: Taster und Wahlschalter 8
DI Ausschleuser 4.7: Endlagen und Druckschalter 4
DI Staumelder und Schieflagenkontrolle 6
DI Schaltschrank SK4: Hilfskontakte der Leitungsschutzschalter, Türkontakt, Lüfter 6
DO Schütze der Bänder 4.0, 4.1, 4.2, 4.4, 4.6 5
DO Umrichter =4.3-T1 und =4.5-T1: Freigabe, Quittieren 4
DO Ventile Ausschleuser 4.7 2
DO Meldeleuchten an der Bedientafel und an den Bändern 12
DO Warnleuchte und Hupe vor dem Anlauf 2
DO Wannenstopper 4
DO Sammelmeldung „Abschnitt 4 Störung“ an den Leitstand (Koppelrelais, potenzialfreier Kontakt) 1
DO Schaltschranklüfter 1
AI Istfrequenz der Umrichter =4.3-T1 und =4.5-T1, 0 bis 10 V 2
AO Frequenzsollwert der Umrichter =4.3-T1 und =4.5-T1, 0 bis 10 V 2
zusammen 93
Verdrahtung heute
je Digitalsignal eine Ader · je acht Digitalsignale ein gemeinsamer Rückleiter · je Analogsignal zwei Adern, geschirmt · mittlere Länge vom Schaltschrank SK4 bis ins Feld 40 m · je Ader eine Klemmstelle im Schaltschrank und eine im Feld
Leitstand heute
eine Sammelmeldung „Abschnitt 4 Störung“ über einen potenzialfreien Kontakt · Leitstand in einem anderen Gebäudeteil, erreichbar über Lichtwellenleiter
Beschleunigerband 4.5
Grundgeschwindigkeit 1,4 m/s · an der Zusammenführung 4/5 muss jede Wanne innerhalb ± 0,2 m ihrer Lücke liegen · das Alter eines Werts darf die Lage um höchstens ein Zwanzigstel der Toleranz verfälschen
Spitzenstunde
2.000 Wannen je Stunde an der Zusammenführung
Abschnitt 5
die Steuerung K5 von Abschnitt 5 kennt die Lage der Lücke auf Band 5.3
Stapler 4
SPS =ST4-KE1 mit Ethernet-Schnittstelle · Tageszähler C2, rund 9.000 Wannen am Tag, Rücksetzen um 0 Uhr durch RESET_TAG vom Leitstand · Not-Halt über das Sicherheitsschaltgerät KF2 in Hardware
Ganze Gepäckförderanlage
öffentliche Größenordnung, gerundet: rund 700 Steuerungen, mehr als eine Million Datenpunkte, ein Leitstand mit rund 16 Bedienplätzen

Alle Werte zu Abschnitt 4 und Stapler 4 sind Unterrichtswerte. Zahlen zur ganzen Gepäckförderanlage sind öffentliche Größenordnungen, gerundet.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Ebenenbild und Datenflussliste von Abschnitt 4

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • dem Ebenenbild: jedes Gerät von Abschnitt 4 und Stapler 4 auf seiner Ebene, mit Pfeilen für die Datenflüsse
  • der Datenflussliste mit Quelle, Ziel, Datum, Datentyp grob, Häufigkeit und Zeitanforderung
  • der Bewertung der Einzelverdrahtung mit Adern, Aderlänge, Klemmstellen und Diagnosemöglichkeit
  • der Rechnung zur Zeitanforderung an der Zusammenführung 4/5
  • der Anforderungsliste von Gepäcklogistik und Leitstand aus dem Gespräch

Zur Dokumentation

Das Ebenenbild passt auf eine Seite, die Datenflussliste ist eine Tabelle. Jede Zeitanforderung nennt ihren Grund, jede Zahl ihre Herkunft (gegebener Wert oder eigene Rechnung). Was die Schichtleitungen gesagt haben und was ihr daraus folgert, haltet ihr getrennt. Gespeichert wird am Werkstattrechner.

Zusammen mit der Entscheidungsmatrix aus Lernangebot 2 ist das der erste Teil von Meilenstein M1. Abgenommen wird er im Kreuzreview durch ein anderes Team am Ende von Sprint 1, danach zeichnet die Projektleitung ab.

1.1Erschließe die Ebenen der Automatisierung am Beispiel der Gepäckförderanlage
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Aufgabe 1.1

Ebenen der Automatisierung am Beispiel der GepäckförderanlageEbene 5Ebene 4Ebene 3Ebene 2Ebene 1Daten werden verdichtet
Die Ebenen der Automatisierung als Pyramide mit fünf Stufen, von unten nach oben nummeriert als Ebene 1 bis Ebene 5, ohne Namen. Links ein Pfeil nach oben mit der Beschriftung „Daten werden verdichtet“. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Erschließe die Ebenen der Automatisierung am Beispiel der Gepäckförderanlage:

  • Benenne die Ebenen 1 bis 5 im Bild.
  • Beschreibe für jede Ebene, was dort in der Gepäckförderanlage getan oder entschieden wird.
  • Gib für jede Ebene an, in welcher Zeit sie reagieren muss.
  • Ordne =A4-K1, =ST4-KE1, =4.3-T1, =4.3-B2 und den Leitstand je einer Ebene zu.
  • Ordne den Begriff SCADA einer Ebene zu.
  • Erkläre, weshalb die Daten auf dem Weg nach oben verdichtet werden.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Automatisierungspyramide · Feldebene · SCADA · Steuerung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

1.2Bewerte die Einzelverdrahtung von Abschnitt 4
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Aufgabe 1.2

Bewerte die Einzelverdrahtung von Abschnitt 4:

  • Berechne die Zahl der Adern zwischen dem Schaltschrank SK4 und dem Feld.
  • Berechne die Aderlänge in Kilometern.
  • Berechne die Zahl der Klemmstellen.
  • Beschreibe, was der Leitstand heute bei einer Störung erfährt.
  • Beurteile die Einzelverdrahtung nach Aufwand, Fehlerstellen und Diagnosemöglichkeit.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Klemmleiste · Leitungslänge · Signalübertragung · Busleitung

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

1.3Berechne, wie schnell die Daten an der Zusammenführung 4/5 sein müssen
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Aufgabe 1.3

Berechne, wie schnell die Daten an der Zusammenführung 4/5 sein müssen:

  • Berechne, wie weit eine Wanne auf Band 4.5 in 1 ms, 4 ms, 8 ms, 10 ms und 100 ms fährt.
  • Berechne, wie weit sie in 1 s fährt.
  • Bestimme die zulässige Verfälschung der Lage durch das Alter eines Werts.
  • Berechne daraus, wie alt ein Lagewert höchstens sein darf.
  • Berechne den mittleren Abstand zweier Wannen in der Spitzenstunde in Sekunden.
  • Begründe, welche Daten von Abschnitt 4 Millisekunden brauchen und welchen Sekunden reichen.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Geschwindigkeit · gleichförmige Bewegung · Bussysteme

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

1.4Unterscheide vertikale und horizontale Kommunikation in Abschnitt 4
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Aufgabe 1.4

Unterscheide vertikale und horizontale Kommunikation in Abschnitt 4:

  • Erkläre den Unterschied zwischen vertikaler und horizontaler Kommunikation.
  • Ordne zu: K1 an den Leitstand, K5 an K1, K1 an =4.3-T1, =ST4-KE1 an K1.
  • Erkläre, was Querkommunikation zwischen zwei Steuerungen ist.
  • Begründe, weshalb die Lage der Lücke von K5 nicht über den Leitstand zu K1 laufen soll.
  • Erkläre, weshalb man Abschnitt 4 am Netz ein Cyber-Physisches System nennen kann.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Querkommunikation · Kommunikation · Cyber-Physikalische Systeme · Industrie 4.0

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

1.5Erfasse die Datenflüsse von Abschnitt 4 und Stapler 4
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Aufgabe 1.5

Erfasse die Datenflüsse von Abschnitt 4 und Stapler 4:

  • Trage für jedes Datum die Quelle und das Ziel ein.
  • Gib den Datentyp grob an: Bit, Ganzzahl, Kommazahl oder Wort mit Einzelbits.
  • Gib an, wie oft das Datum entsteht oder gebraucht wird.
  • Lege fest, wie schnell es ankommen muss, und begründe das.
  • Ergänze mindestens zwei weitere Daten, die Gepäcklogistik oder Leitstand brauchen.
Datum Quelle Ziel Datentyp grob wie oft wie schnell nötig, weshalb
Drehzahlsollwert Steigband 4.3
Zustand Umrichter =4.5-T1
Lage der Lücke auf Band 5.3
Lichtschranke =4.3-B2 verschmutzt
Tageszähler Stapler 4
Rücksetzen des Tageszählers um 0 Uhr
Not-Halt in Abschnitt 4 betätigt
Betriebsstunden Motor 4.3

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Datenübertragung · Vernetzung · SPS · Dualzahlen

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

1.6Vergleiche Sammelmeldung und Einzelmeldung am Störfall aus der Lage
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Aufgabe 1.6

Vergleiche Sammelmeldung und Einzelmeldung am Störfall aus der Lage:

  • Beschreibe, was heute zwischen dem Aufleuchten der Lampe und der Meldung aus dem Keller geschieht.
  • Gib an, welche Angaben eine Einzelmeldung braucht, damit der Leitstand ohne Fahrt in den Keller entscheiden kann.
  • Formuliere die Einzelmeldung für die verschmutzte Lichtschranke am Steigband.
  • Begründe, weshalb der Leitstand trotzdem nicht jeden Datenpunkt der Anlage sehen soll.
  • Entscheide, welche Meldungen von Abschnitt 4 einzeln am Leitstand erscheinen und welche zusammengefasst bleiben.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Meldegerät · Instandhaltung · Digitalisierung · SCADA

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

1.7Klärt im Gespräch mit Leitstand und Gepäcklogistik, welche Daten sie brauchen
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Aufgabe 1.7

Klärt im Gespräch mit Leitstand und Gepäcklogistik, welche Daten sie brauchen:

  • Bereitet je fünf Fragen an die Schichtleitung Leitstand und an die Schichtleitung Gepäcklogistik vor.
  • Führt das Gespräch mit den beiden Schichtleitungen, die eure Lehrkraft spielt.
  • Haltet jede Anforderung mit Wer, Was, Wie schnell und Wozu fest.
  • Trennt, was beauftragt ist, von dem, was nur gewünscht ist.
  • Lasst euch die Anforderungsliste von beiden Schichtleitungen bestätigen.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Kunden, Kommunikation mit · Lastenheft · Protokoll · Arbeiten im Team

Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.

1.8Stellt das Ebenenbild und die Datenflussliste von Abschnitt 4 fertig
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Aufgabe 1.8

Stellt das Ebenenbild und die Datenflussliste von Abschnitt 4 fertig:

  • Zeichnet das Ebenenbild von Abschnitt 4 und Stapler 4 mit allen Geräten aus dem Übersichtsplan.
  • Tragt die Datenflüsse aus eurer Liste als Pfeile mit Datum und Zeitanforderung ein.
  • Kennzeichnet vertikale und horizontale Kommunikation unterschiedlich.
  • Fasst die Bewertung der Einzelverdrahtung in drei Sätzen zusammen.
  • Prüft, ob jede Anforderung aus dem Gespräch im Ebenenbild einen Datenfluss hat.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Automatisierungspyramide · Dokumentation · Projektmanagement · Feldebene

Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.

Die Lage ändert sich

Die Gepäcklogistik möchte am Leitstand zusätzlich für jede Wanne die Kennung aus ihrem RFID-Etikett sehen, gelesen am Übergang 4/5. In Lernfeld 7 war das ein Ausblick, jetzt fragt sie konkret nach.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Prüfe an deinem Ebenenbild, auf welcher Ebene die Kennung entsteht und wohin sie fließen muss.
  • Ergänze die Datenflussliste um Datentyp, Häufigkeit und Zeitanforderung der Kennung.
  • Beurteile, ob sich deine Anforderungsliste und die Zeitanforderung an das Netz dadurch ändern.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.