Hier lernst du die vier Bausteine, aus denen das Programm für Tor 4 besteht. Du wirst Experte für einen davon und lernst die anderen drei von deiner Stammgruppe.
Schritt 2 von 5. Expertengruppe, Expertenblatt, zurück in die Stammgruppe, dann die Bausteine am Tor anwenden.
Danach: Lernangebot 8 · Tor 4 als Programm
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Ein Speicher weiß nicht, was sicher ist. Welcher Befehl gewinnt, wenn Setzen und Rücksetzen gleichzeitig kommen, entscheidest du, und zwar vorher.
Am Ende hast du: Expertenblatt: ein Baustein, gründlich verstanden
Erst du, dann die anderen
Eine Kleinsteuerung sieht nur, ob an einem Eingang gerade Spannung anliegt oder nicht. Wie würdest du ihr beibringen, sich einen kurzen Tastendruck zu merken, so dass das Tor weiterfährt, wenn der Taster längst losgelassen ist?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Wie beim Schütz. Den Ausgang auf sich selbst zurückführen, so wie die Selbsthaltung von -Q1 in Teil 3. Vertraut und nachvollziehbar, aber im Programm schnell unübersichtlich, wenn mehrere Bedingungen dazukommen.
- Einen fertigen Speicherbaustein nehmen. Setzen und Rücksetzen stehen getrennt, man sieht sofort, was was tut. Dafür muss man wissen, was der Baustein tut, wenn beide Eingänge gleichzeitig 1 sind.
- Eine Liste der Zustände schreiben. Erst aufschreiben, in welchem Zustand das Tor sein kann und was es von dort aus tun darf, dann programmieren. Gründlich, aber es dauert länger, bis das erste Netzwerk steht.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Die Bausteine auf einen Blick
Eine Kleinsteuerung arbeitet in einem Zyklus: Sie liest alle Eingänge, rechnet das Programm von oben nach unten durch und schreibt dann alle Ausgänge. Danach beginnt sie von vorn, viele Male in der Sekunde. Ein Merker ist ein Zwischenergebnis im Programm, eine Variable ohne Klemme. Im Funktionsplan fließen die Signale von links nach rechts: links stehen Eingänge und Merker, in der Mitte die Bausteine, rechts der Ausgang oder Merker, der das Ergebnis bekommt. Ein Programm besteht aus nummerierten Netzwerken.
Die vier Expertenaufträge
Jede Expertengruppe liest ihren Text, bearbeitet ihre Aufgaben und schreibt das Expertenblatt. Die Texte hier sind der Einstieg, das Tabellenbuch und die Anlagendaten gehören dazu.
Expertengruppe Grundverknüpfungen · aufklappen, wenn du rechnest
Expertengruppe Grundverknüpfungen
Die drei Grundverknüpfungen kennst du aus Teil 3 als Wahrheitstabelle. Im Funktionsplan werden sie Kästen: UND mit dem Zeichen & (Ausgang 1 nur, wenn alle Eingänge 1 sind), ODER mit dem Zeichen ≥1 (Ausgang 1, sobald mindestens ein Eingang 1 ist) und NICHT als Kasten mit der 1 und einem kleinen Kreis am Ausgang. Der Kreis heißt Negationskreis. Er darf auch direkt an einem Eingang eines UND oder ODER sitzen, dann wird nur dieses eine Signal umgekehrt.
| 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 |
Am Tor: Die Warnleuchte braucht die Information M, „Tor fährt oder Vorwarnung läuft“. Das ist ein ODER aus drei Signalen: Motor AUF, Motor ZU, Vorwarnung. Und der Endschalter -B2 ist ein Öffner: Er liefert 0, wenn das Tor in Endlage ZU ist. Wer „Endlage ZU erreicht“ als 1 braucht, nimmt NICHT -B2.
Eure Aufgaben in der Expertengruppe:
- Zeichne die drei Symbole und schreibe zu jedem die vollständige Wahrheitstabelle, für UND und ODER mit drei Eingängen.
- Zeichne das ODER für M am Tor mit den Kennzeichen aus deiner Signalliste.
- Erkläre, weshalb ein UND mit drei Eingängen acht Zeilen in der Wahrheitstabelle braucht.
Symbole nach DIN EN 60617-12, prüft sie im Tabellenbuch.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Expertenblatt: ein Baustein, gründlich verstanden
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- dem Funktionsplan-Symbol deines Bausteins mit allen Ein- und Ausgängen und ihren Standardnamen
- der Wahrheitstabelle oder dem Zeitdiagramm, vollständig
- einem Beispiel am Tor 4, mit Kennzeichen aus der Signalliste
- drei Prüffragen mit Lösung für deine Stammgruppe
- deinen Antworten auf die Aufgaben 7.3 bis 7.5
Zur Dokumentation
Von Hand, ein Blatt je Baustein. Symbole nach DIN EN 60617-12, Bausteinnamen nach DIN EN 61131-3. Jede Wahrheitstabelle mit allen Zeilen, jedes Zeitdiagramm mit beschrifteten Signalen.
Das Expertenblatt nimmt die Stammgruppe ab, danach zeichnet die Projektleitung ab. Zu Meilenstein M3 nimmt es der Auftraggeber zusammen mit dem Programm ab.
Expertengruppe Speicher mit Vorrang · aufklappen, wenn du rechnest
Expertengruppe Speicher mit Vorrang
Ein Speicher merkt sich einen kurzen Befehl. Er hat einen Eingang zum Setzen, einen zum Rücksetzen und einen Ausgang. Liegt keiner der beiden Eingänge an, behält der Ausgang seinen Wert. Offen ist nur eine Frage: Was passiert, wenn Setzen und Rücksetzen gleichzeitig 1 sind? Dafür gibt es zwei Bausteine. Die Ziffer 1 steht an dem Eingang, der gewinnt.
- SR, Setzvorrang: Eingänge S1 und R, Ausgang Q1. Gleichzeitig 1 heißt: Q1 = 1.
- RS, Rücksetzvorrang: Eingänge S und R1, Ausgang Q1. Gleichzeitig 1 heißt: Q1 = 0.
| Setzen | Rücksetzen | Q1 bei SR | Q1 bei RS |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | bleibt | bleibt |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Am Tor: Die Selbsthaltung von -Q1 aus Teil 3 ist ein Speicher aus Draht. Drückt jemand AUF und HALT gleichzeitig, öffnet der HALT-Öffner den Strompfad, das Schütz fällt ab. Die Schaltung hat also Rücksetzvorrang. Ein Beispiel für Setzvorrang ist eine Störmeldung: Solange die Störung ansteht, soll auch ein Quittieren die Meldung nicht löschen.
Eure Aufgaben in der Expertengruppe:
- Zeichne SR und RS mit ihren Standardnamen und markiere den Eingang, der gewinnt.
- Zeichne für beide Bausteine ein Zeitdiagramm mit einem Moment, in dem Setzen und Rücksetzen gleichzeitig anliegen.
- Erkläre an einem eigenen Beispiel am Tor, woran man entscheidet, welcher Vorrang der sichere ist.
Standardnamen nach DIN EN 61131-3, prüft sie im Tabellenbuch.
Expertengruppe Zeitglieder · aufklappen, wenn du rechnest
Expertengruppe Zeitglieder
Ein Zeitglied verzögert ein Signal. Das wichtigste für Tor 4 ist die Einschaltverzögerung TON. Eingänge: IN (das Signal) und PT (die eingestellte Zeit), Ausgänge: Q und ET (die schon abgelaufene Zeit). Liegt IN an, läuft ET hoch. Erreicht ET den Wert PT, wird Q zu 1. Fällt IN weg, gehen Q und ET sofort auf 0 zurück, auch wenn PT noch nicht erreicht war. Die Zeit schreibt man nach DIN EN 61131-3 so: T#45s, T#2m15s, T#250ms.
Daneben gibt es die Ausschaltverzögerung TOF und den Impuls TP. Für Tor 4 kommt ihr mit TON aus.
Am Tor: Vor dem selbsttätigen Schließen kommt die Vorwarnung. Ein TON, dessen IN anliegt, sobald die Offenhaltezeit abgelaufen ist, und dessen PT die Vorwarnzeit ist, liefert danach an Q das Signal (Zeitdiagramm oben): Jetzt darf das Tor fahren.
Eure Aufgaben in der Expertengruppe:
- Zeichne das Symbol des TON und das Zeitdiagramm mit IN, Q und ET für zwei Fälle: IN kürzer als PT und IN länger als PT.
- Schreibe die Zeiten 3 s, 90 s und 1,5 s in der Schreibweise nach DIN EN 61131-3.
- Erkläre, was ein kurzes Wegfallen von IN mit der abgelaufenen Zeit macht, und nenne eine Stelle am Tor, an der genau das gewollt ist.
Standardnamen nach DIN EN 61131-3, prüft sie im Tabellenbuch.
Expertengruppe Flankenauswertung · aufklappen, wenn du rechnest
Expertengruppe Flankenauswertung
Ein Taster liefert 1, solange er gedrückt ist. Oft will das Programm aber nur wissen, dass gedrückt wurde, nicht wie lange. Das leistet die Flankenauswertung. R_TRIG (rising, steigend) liefert an Q für genau einen Zyklus eine 1, wenn der Eingang CLK von 0 auf 1 wechselt. F_TRIG (falling, fallend) tut dasselbe beim Wechsel von 1 auf 0. Danach ist Q wieder 0, egal wie lange der Taster gedrückt bleibt.
Am Tor: Die Werkstattleitung möchte wissen, wie viele Schlepperzüge am Tag durchfahren. Ein Zähler soll bei jeder Durchfahrt um eins weiterzählen, sobald die Lichtschranke -B4 unterbrochen wird. -B4 wechselt dabei von 1 auf 0, also gehört ein F_TRIG an -B4. Ohne Flanke würde der Zähler in jedem Zyklus weiterzählen, solange der Zug im Strahl steht.
Eure Aufgaben in der Expertengruppe:
- Zeichne R_TRIG und F_TRIG mit ihren Standardnamen und ein Zeitdiagramm mit einem kurzen und einem langen Tastendruck.
- Erkläre, weshalb der Impuls genau einen Zyklus lang ist und weshalb ein Mensch ihn an einer Leuchte nie sehen würde.
- Erkläre an einem klemmenden Taster, was eine Flanke im Vergleich zum Dauersignal schützt.
Standardnamen nach DIN EN 61131-3, prüft sie im Tabellenbuch.
Zurück in der Stammgruppe: die Bausteine am Tor
Gegebene Werte: Sicherheitssignale und Merker A · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Sicherheitssignale und Merker A
- -S3 Taster HALT
- Öffner, Signal 1 = nicht gedrückt
- -Q0 Motorschutzschalter, Hilfskontakt
- Öffner, Signal 1 = keine Überlast
- -B4 Lichtschranke, -B5 Schließkante
- Signal 1 = Strahl frei, Kante frei
- -B1, -B2 Endschalter AUF und ZU
- Öffner, öffnen in ihrer Endlage
- Merker A, Durchfahrposition bestätigt
- gesetzt nur, wenn eine AUF-Fahrt an der Endlage AUF oder an der Position Teilauf endet; zurückgesetzt bei jedem anderen Stopp, bei jeder ZU-Fahrt und bei einer Störung
- Ampel aus Teil 3
- grün = A ∧ ¬B ∧ ¬M, rot = ¬grün
- Offenhaltezeit
- Vorgabe des Auftraggebers 30 bis 90 s; ist die Lichtschranke in Offenstellung unterbrochen, beginnt sie neu
Sicherheitssignale arbeiten im Ruhestromprinzip. Unterrichtswerte.
Aufgabe 7.1
Schreibe das Expertenblatt deiner Gruppe:
- Zeichne das Symbol deines Bausteins mit allen Standardnamen.
- Stelle die Wahrheitstabelle oder das Zeitdiagramm vollständig dar.
- Beschreibe ein Beispiel am Tor 4 mit Kennzeichen aus deiner Signalliste.
- Formuliere drei Prüffragen mit Lösung für deine Stammgruppe.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Funktionsplan · Logikfunktionen · DIN EN 61131-3
In der Gruppe Diese Aufgabe bearbeitest du in deiner Expertengruppe. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 7.2
Erkläre deiner Stammgruppe deinen Baustein:
- Stelle dein Expertenblatt in 15 Minuten vor.
- Beantworte die Fragen der Stammgruppe.
- Stelle deine drei Prüffragen und prüfe, ob jede Person sie beantworten kann.
- Schreibe zu jedem der drei anderen Bausteine ein Stichwort auf, das du danach selbst erklären kannst.
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 7.3
Bilde die Freigabe für den Motor aus den Sicherheitssignalen:
- Stelle die Wahrheitstabelle für -S3 und -Q0 auf, mit der Spalte „Motor darf fahren“.
- Zeichne die Verknüpfung als Funktionsplan mit einem einzigen Baustein.
- Erkläre, was bei einem Drahtbruch in der Leitung zu -S3 am Ausgang deiner Verknüpfung passiert.
- Begründe, weshalb das die sichere Seite ist.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Ruhestromprinzip · UND-Verknüpfung · Öffner
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 7.4
Lege den Speicher für den Merker A fest:
- Schreibe aus den gegebenen Werten auf, wodurch A gesetzt und wodurch A zurückgesetzt wird.
- Beschreibe einen Moment, in dem beide Bedingungen gleichzeitig 1 sein könnten.
- Entscheide dich für SR oder RS.
- Begründe deine Wahl mit dem, was die Ampel in diesem Moment zeigt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Speicherfunktion · RS-Flipflop · Rücksetzvorrang
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 7.5
Setze Zeitglied und Flanke im Durchfahrtzyklus ein:
- Zeichne unter das Zeitdiagramm der Szene aus dem Auftrag die Signale IN, Q und ET eines TON für die Offenhaltezeit.
- Markiere den Zeitpunkt, an dem die Lichtschranke die Offenhaltezeit neu beginnen lässt.
- Erkläre, weshalb der Zugschalter -S4 über eine Flanke ausgewertet wird.
- Nenne einen zweiten Befehlsgeber am Tor, der eine Flanke braucht.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Einschaltverzögerung · Zeitablaufdiagramm · Flankenauswertung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Die Lage ändert sich
Es ist Winter. Die Dichtungen sind steif, das Getriebeöl ist zäh: Tor 4 läuft 10 % langsamer als in den Anlagendaten angegeben.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe mit deinem Expertenblatt und eurer Entscheidung aus Teil 2, was sich an der Teilöffnung ändert.
- Berechne, wo das Tor bei Teilauf stehen bleibt, und vergleiche mit dem höchsten Fahrzeug und dem Sicherheitsabstand.
- Entscheide, ob eure Lösung für die Teilöffnung bleiben kann, und begründe.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.