Teil 4 von 6⏱ 18 hSprint 3 · Meilenstein M3
Wannen mit schweren Koffern rutschen auf dem Beschleunigerband 4.5 nach und verpassen ihre Lücke an der Zusammenführung 4/5. Am Ende von Band 4.5 misst jetzt ein Laser, wo die Wanne ist, und die Steuerung von Abschnitt 5 meldet, wo die Lücke ist. Du holst beide Werte sauber in die Steuerung und baust daraus in K1 einen Regler, der die Wanne in ihre Lücke schiebt.
Schritt 1 von 5. Du liest die Lage, schätzt, wie oft der Regler nachstellen muss, und planst mit deinem Team den Weg bis Meilenstein M3.
Danach: Lernangebot 7 · Mit Wörtern und Analogwerten rechnen
Agil arbeiten · Sprint 3
Eure Storycard für Teil 4
Druckt sie doppelseitig aus, bevor ihr loslegt. Im Planning schreibt ihr euer Sprintziel in eigenen Worten auf und ergänzt eigene Kriterien. Am Ende prüft das andere Team gegen die Akzeptanzbedingungen, danach haltet ihr eure Retrospektive.
1 Planning2 Arbeiten mit Daily3 Review4 Retrospektive
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Im Projekt: Wie trifft die Wanne ihre Lücke?
Deine Lernangebote in Teil 4
Lernangebot 7 · Mit Wörtern und Analogwerten rechnenLernangebot 8 · Die Lücke regeln
Die Karte kennst du von „Bevor du loslegst“. Sie zeigt, was du in diesem Teil lernst.
Karte „Regelkreis und digitaler Regler“: Die Größen im Regelkreis aus LF 8 (w, x, r, e, y, z) und die Kennwerte des digitalen Reglers: KP, Tn, Tv, Abtastzeit TA. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“.
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Eine Regelung in der Steuerung ist nur so gut wie ihr Messwert und ihr Takt.
Check-in: Wo ist dir das schon begegnet?
Klick bei jedem Punkt an, wo er dir schon begegnet ist: im Betrieb, privat oder in einem früheren Lernfeld. Das ist keine Bewertung.
Wozu der Check-in?
Manches kennst du schon: In Lernfeld 7 hast du an Stapler 4 Datentypen gewählt, BOOL, INT, DINT und TIME, und den Tageszähler C2 als DINT angelegt. In Lernfeld 8 hast du den Regelkreis am Steigband 4.3 gezeichnet, die Größen w, x, r, e, y und z am Band gezeigt und eine Sprungantwort gedeutet. In Teil 3 hast du Sollwerte als Wort mit 16#4000 = 100 % normiert. Das ist Absicht. Neu ist, dass du jetzt mit ganzen Wörtern, Bits und Analogwerten rechnest und einen Regler nicht nur liest, sondern selbst programmierst und einstellst. Ordne trotzdem ehrlich ein, wo dir das schon begegnet ist: an einer Temperaturregelung im Betrieb, an einem Füllstand, an einem Tempomat.
Darum geht es
Als Elektronikerin oder Elektroniker für Betriebstechnik möchte ich den Messwert des Lasers =4.5-BG1 sauber in die Steuerung holen und daraus in der Anlagensteuerung K1 einen Regler für das Beschleunigerband 4.5 bauen und einstellen, damit jede Wanne ihre Lücke an der Zusammenführung 4/5 innerhalb ± 0,2 m trifft, auch mit schweren Koffern.
Das bewegte Überblicksbild zu diesem Teil lädt. Darunter steht der Übersichtsplan von Abschnitt 4.
Übersichtsplan von Abschnitt 4
Die Lage im Gepäckkeller
Meilenstein M2 ist abgenommen, beide Umrichter hängen am Bus. Die Statistik aus Teil 1 zeigt aber: Wannen mit schweren Koffern rutschen auf dem Beschleunigerband etwas nach und kommen bis zu 0,65 m hinter ihrer Lücke an. Die Gepäcklogistik will das nicht mehr sehen. Am Ende von Band 4.5 ist ein Laser =4.5-BG1 eingebaut, K1 bekommt die Lage der Lücke von der Steuerung K5 aus Abschnitt 5 über das Netz.
Die Meisterin der Elektrowerkstatt sagt: „Bevor jemand einen Regler einstellt, will ich wissen, dass der Messwert stimmt und dass die Steuerung merkt, wenn er nicht stimmt. Dann den Regler, mit Takt, Begrenzung und Nachweis.“ Ergebnis dieses Teils ist Meilenstein M3: Datenpunktliste, Normierung des Lasers und Regelkonzept mit Sprungantwort, abgenommen im Kreuzreview durch ein anderes Team.
Zahlen und Hintergrund · aufklappen
| Größe | Wert |
|---|---|
| Beschleunigerband 4.5 | Länge 4,2 m, Grundgeschwindigkeit 1,4 m/s, Stellbereich 1,0 bis 1,8 m/s |
| Antrieb 4.5 | Getriebemotor 1,5 kW, 3,3 A, 1.445 1/min, Trommel 200 mm, i = 10,8; Umrichter =4.5-T1, Maximalfrequenz 65 Hz, Hochlauf 1,0 s auf 50 Hz |
| Laser =4.5-BG1 | am Ende von Band 4.5, misst gegen die Förderrichtung; 0,2 bis 4,2 m entsprechen 4 bis 20 mA; Analogeingang in =A4-KE12 |
| Toleranz | ± 0,2 m an der Zusammenführung 4/5 |
| Versatz heute | bis 0,35 m schon beim Einlauf (gesteuert, LF 8), mit schwerem Koffer bis 0,65 m an der Zusammenführung |
| Lücke | Lage der Lücke auf Band 5.3, von der Steuerung K5 über das Netz |
| Spitzenstunde | 2.000 Wannen je Stunde |
| Flughafen | rund 700 Steuerungen und mehr als eine Million Datenpunkte in der ganzen Gepäckförderanlage (öffentliche Größenordnung, gerundet) |
Alle Werte zu Abschnitt 4 sind Unterrichtswerte.
Das kennst du schon aus Lernfeld 3, 7 und 8 und aus Teil 1 bis 3
Aus Lernfeld 3: Steuern und Regeln unterscheiden, an Tor 4 mit der Kleinsteuerung. Aus Lernfeld 7: Datentypen BOOL, INT, DINT, TIME, Wertebereich und Überlauf am Tageszähler C2 von Stapler 4, Programmieren in ST. Dort versprochen: „In Lernfeld 11 holt der Leitstand den Tageszähler über das Netz ab.“ Aus Lernfeld 8: der Regelkreis am Steigband 4.3, die Größen w, x, r, e, y und z, der Wirkungsplan, Überschwingen, Ausregelzeit und bleibende Regelabweichung an einer Sprungantwort abgelesen. Dort versprochen: „Wie ein Regler eingestellt wird, lernst du in Lernfeld 11.“ Aus Teil 1: der Weg einer Wanne je Zeit bei 1,4 m/s und die Querkommunikation K1 mit K5. Aus Teil 2: Aktualisierungszeiten im Anlagennetz. Aus Teil 3: das Kurs-Telegramm 1 mit Steuerwort, Zustandswort und dem Sollwert NSOLL, normiert mit 16#4000 = 100 %. Aus Mathematik: die Geradengleichung.
Das tut ihr jetzt
Kursmaterial · Storycard
Die Storycard zu Teil 4. Zwei Seiten: vorne Story, Akzeptanzbedingungen, Sprintziel und „Die Lage ändert sich“, hinten Anschluss, Kompetenzmodell und Retrospektive. Druck sie doppelseitig aus und leg sie neben das Tabellenbuch.
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Euer Weg im Einzelnen
- Auftrag klären
Lies die Lage, schätze, wie oft der Regler je Wanne nachstellt, und schreibt auf, was ihr noch nicht wisst. - Datenpunkte erfassen
Stellt fest, welche Daten K1 für die Lückenregelung und die Meldungen von Stapler 4 bekommt und abgibt. - Datentypen wählen
Wähle für jeden Datenpunkt den Datentyp und rechne Wertebereiche und Überläufe nach. - Bits und Masken
Lies Zählerstand und Störwort sedezimal und werte das Störwort mit einer Maske aus. - Laser normieren
Rechne den Rohwert des Lasers in Meter um, lege Drahtbruch und Überlauf fest, schreibe den Baustein in ST. - Wirkungsplan zeichnen
Zeichne die Lückenregelung mit allen Größen, mit Vorsteuerung und Kaskade. - Abtastzeit festlegen
Begründe den Takt des Reglers und verfolge die Stellgröße über den Bus bis zum Umrichter. - Regler einstellen
Vergleiche P- und PI-Regler an Messreihen der Sprungantwort und wähle die Parameter. - Regler programmieren
Schreibe den Reglerbaustein mit Begrenzung, Anti-Windup und Freigabe. - Kreuzreview M3
Stellt Datenpunktliste, Normierung und Regelkonzept einem anderen Team vor und lasst sie abnehmen. Die Projektleitung zeichnet ab.
Fertig bist du, wenn …
Das Arbeitspaket gilt erst als fertig, wenn ein anderes Team im Kreuzreview alle Punkte abnimmt und die Projektleitung abzeichnet (Meilenstein M3):
- Die Datenpunktliste nennt für den Laser =4.5-BG1, die Lückenlage von K5, die Telegramme von =4.5-T1, das Störwort und den Tageszähler von Stapler 4 je Quelle, Ziel, Datentyp, Wertebereich, Einheit, Normierung und Fehlerwert.
- Der Normierungsbaustein für =4.5-BG1 rechnet den Rohwert in Meter um, erkennt Drahtbruch und Überlauf und meldet einen ungültigen Messwert; die Normierung ist an zwei Punkten nachgewiesen.
- Das Störwort von Stapler 4 ist mit einer Maske ausgewertet, jede Meldung geht einzeln und mit Ort an den Leitstand.
- Der Wirkungsplan zeigt w, x, r, e, y und z am Band 4.5, die Vorsteuerung und die Kaskade aus Lückenregler in K1 und Drehzahlregler im Umrichter =4.5-T1.
- Der Reglerbaustein in K1 hat begründete Parameter, eine begründete Abtastzeit in einer zyklischen Task, eine Begrenzung der Stellgröße auf ± 0,4 m/s und Anti-Windup, und er arbeitet nur mit gültigem Messwert.
- Eine Sprungantwort (Simulation oder Laborband) ist ausgewertet: Überschwingen, Ausregelzeit und Abweichung am Bandende; jede Wanne liegt an der Zusammenführung 4/5 innerhalb ± 0,2 m, auch mit schweren Koffern.
- Datenpunktliste, Normierung und Regelkonzept (Meilenstein M3) sind im Kreuzreview von einem anderen Team abgenommen und von der Projektleitung abgezeichnet.
- Das Wissensspeicher-Blatt ist vollständig; drei Prüffragen liegen vor.
Das kommt in deinen Wissensspeicher
Ein Blatt „Vom Messwert zur Stellgröße“: die Datentypen mit Wertebereich, ein Störwort mit Maske, die Geradengleichung des Lasers mit Drahtbruch und Überlauf, der Wirkungsplan der Lückenregelung, die Wirkung von P, I und D, eure Abtastzeit mit Begründung und eure Reglerparameter mit der Sprungantwort, an der ihr sie gewählt habt.
Zusätzlich: drei Prüffragen für die Expertenrunde formulieren, eine Wissensfrage, eine Rechenfrage, eine Begründungsfrage.
Erst schätzen, dann arbeiten
Eine Wanne ist rund drei Sekunden auf Band 4.5 unterwegs. In dieser Zeit liest K1 die Lage vom Laser, vergleicht sie mit der Lücke und stellt die Geschwindigkeit nach, immer wieder. Wie oft, schätzt du: einmal, zehnmal, gut hundertmal oder einige tausend Mal? Und was wäre schlecht daran, es sehr selten zu tun? Schreib deine Schätzung auf. In Lernangebot 8 legst du den Takt fest.
Für Lehrkräfte
Organisatorisches: Das brauchst du dafür
- Die Datenflussliste aus Teil 1 und den Adressplan aus Teil 2
- Die Telegrammliste der Umrichter aus Teil 3 (Meilenstein M2)
- Lernangebot 7 (Mit Wörtern und Analogwerten rechnen) und Lernangebot 8 (Die Lücke regeln)
- Die Karten „Regelkreis und digitaler Regler“ und „Steuerwort und Zustandswort lesen“ aus dem Wissensspeicher
- Tabellenbuch, Taschenrechner, Lineal und kariertes Papier für Wirkungsplan und Kennlinie
- Den Werkstattrechner mit dem Programmierwerkzeug und seiner Simulation, eine Tabellenkalkulation für die Messreihen
- Die Wissensspeicher-Vorlage
Die Projektleitung wechselt mit Sprint 3. Wer den Regler programmiert, braucht jemanden aus Inbetriebnahme und Prüfen, der die Normierung mit dem Stromgeber gegenprüft; die Dokumentation führt die Datenpunktliste.