Unterrichtseinheit Sensoren und Automatisierungstechnik

Inhalte

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Autoren

Bezug zu den Standard

Prinzipien:

a) Ursache und Wirkung

Die Schülerinnen und Schüler verstehen, ausgehend von einfachen Ursache-Wirkungs-Beziehungen, immer komplexere Zusammenhänge.
Dabei sind folgende Aspekte von Bedeutung:

o    Struktur – Funktionszusammenhang
o    lineare Kausalkette
o    positive und negative Rückkopplung
o    Vernetzung

Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass der Systemgedanke für das Verständnis ihrer Umwelt hilfreich ist. Sie erschließen Systeme in zunehmend komplexen Zusammenhängen und wissen um die Dynamik und die Wechselwirkungen in diesen Systemen. Dabei sind folgende Aspekte von Bedeutung:

o    Stoff-, Energie- und Informationsstrom
o    Zusammenwirken von Teilsystemen
o    Steuerung und Regelung
o    Modellbildung und Simulation.

Die Schülerinnen und Schüler kennen Leistungen des menschlichen Erfindergeistes und der Ingenieurkunst sowie deren Bedeutung und Nutzen für den Menschen. Die Schülerinnen und Schüler können mechanische Konstruktions- und Funktionsprinzipien anwenden. An Beispielen können sie die Wege technischer Entwicklungen im Spannungsfeld wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Bedingungen sowie naturwissenschaftlich-technischer Neuerungen nachvollziehen. Beim Planen und Bauen wenden sie physikalische, chemische und biologische Grundlagen an. Sie haben Einblick in die industrielle Produktion und zeigen kritische Aufgeschlossenheit für neue Technologien. Die Schülerinnen und Schüler können mechanische Konstruktions- und Funktionsprinzipien anwenden

Die Schülerinnen und Schüler erfassen ihre Lebenswelt mit naturwissenschaftlichen Methoden. Sie können mit zunehmender Selbstständigkeit Experimente planen, durchführen, auswerten, protokollieren und wissen um die Bedeutung einer Fehlerbetrachtung. Sie gehen mit Werkzeugen und Geräten sachgerecht und sorgfältig um. Die Schülerinnen und Schüler können

o    in Größenordnungen denken und sinnvolle Abschätzungen durchführen
o    Modelle für die konstruktiven Eigenschaften eines Werkes herstellen
o    Computer als Werkzeug nutzen für Steuerung oder Regelung von Prozessabläufen
o    Hilfsmittel sachgerecht als Informationsquellen nutzen:
      z.B. Formelsammlung, Nachschlagewerke, Tabellenwerke, technische   Datenblätter.

c) Material

Logik.pdf Material zur Booleschen Algebra
Ordner Arbeitsblätter Lehrer (in Zusammenarbeit mit der PH Schwäbisch Gmünd und FESTO entstanden)
Ordner Aufgaben FESTO (auf der MecLab CD von FESTO)
Messen-steuern-regeln.doc [Motorsensoren Unterrichtsmaterialien.doc]
MecLab Theoriebuch
MecLab CD FESTO (wird mit den Modulen mitgeliefert)

Unterrichtsverlauf

Dauer	Thema	Inhalte	Methoden Materialien
1 - 2	Fertigungstechnik	Besuch einer Firma aus der Lebenswelt der Schüler (gezielte Fragestellung erleichtert den Zugang zu den Firmen)	z.B. bei Bosch, Dieselpumpen-fertigung (Stgt) z.B. bei ZF Lenksysteme in Schwäbisch Gmünd Videofilm zum Download    Foot with titles
1	Hinführung zum Thema	Was bedeutet Automatisierung Geschichtliche Entwicklung Henry Ford 1.Fließband	MecLab Theoriebuch 2   Automatisierungstechnik    Seite 15-17
1	Welche Arten von Bauteilen werden verwendet?	Aktoren, Sensoren	MecLab Theoriebuch   Sensoren    Seite 37-46
1	Pneumatik	Doppelt und einfach wirkende Zylinder, Ventile	MecLab Theoriebuch   Pneumatik  Seite 47-69
1	Einführung in MecLab, Programmierung	Programmieren mit MecLab, Verwendung der einzelnen Symbole und Bauteile, Simulation einfacher Schaltkreise	MecLab Software   Simulation    Fotofluidsim
2 - 3	[Aussagenlogik-Boolesche Algebra]	AND, OR, XOR, Negation Dieser Teil könnte z.B. auch schon im Rahmen eines Praktikums in Elektronik behandelt werden, Simulation von Logik-Schaltkreisen	Lehrervortrag   Logik    Simulation
1	Module Transportband, Stapelmagazin, Handling	Erläuterung der einzelnen Module auch im Hinblick auf ihre Aufgabe in der Automatisierung	Module   Transportband   Stapelmagazin   Handling
8 - 10	Projektarbeit	Gruppenweise (idealerweise 2 Schüler pro Modul) Verschiedene Fragestellungen bearbeiten	Aufgaben Festo:   Handling_Aufgabe01    Handling_Aufgabe02    Handling_Aufgabe03     Handling_Aufgabe04    Handling_Aufgabe05    Handling_Aufgabe06    Handling_Aufgabe07    Handling_Aufgabe08    Stapelmagazin_Aufgabe01    Stapelmagazin_Aufgabe02    Stapelmagazin_Aufgabe03    Stapelmagazin_Aufgabe04    Stapelmagazin_Aufgabe05    Stapelmagazin_Aufgabe06    Stapelmagazin_Aufgabe07    Stapelmagazin_Aufgabe08    Transportband_Aufgabe01    Transportband_Aufgabe02    Transportband_Aufgabe03    Transportband_Aufgabe04    Transportband_Aufgabe05    Transportband_Aufgabe06    Transportband_Aufgabe07    Transportband_Aufgabe08
1	Ergebnissicherung	Zusammenfassung der Ergebnisse der einzelnen Gruppen Auswirkungen der Automatisierung auf unser Leben
4	Automatisierung simulieren	Aus den einzelnen Modulen ein großes Modul bauen und steuern (Fertigungsstraße)	Module
1	Resümee	Abschluss der Einheit Vergleich der Simulation mit der Wirklichkeit in der besuchten Firma

Arbeitsblätter

  Aufgaben zur Digitaltechnik I  
  Aufgaben zur Digitaltechnik II 
  Inbetriebnahme von FluidSim und MecLab 
  Aufgaben zur Pneumatik 
  Praktikum: Messen, Steuern, Regeln 

Resümee

Die Anschaffungskosten werden vermutlich für den normalen Fachschaftsetat zu hoch sein, hier sollte gegebenenfalls der Förderverein angesprochen werden oder in der Industrie Sponsoren aus dem Bereich Automatisierungstechnik/Prozessautomatisierung gesucht werden. Ein schneller uns sinnvoller Einsatz ist aber eigentlich nur dann möglich, wenn zu jedem Modul auch ein Rechner (ideal: Laptop) bereit steht. (Zum Förderverein: die Stationen könnten auch die Attraktion auf dem Schulfest sein). Wenn Computer vorhanden sind, nur sehr geringer Aufwand, bis die Schüler starten können. Solange der Computer hochfährt werden die zwei Kisten ausgepackt, aufgestellt, ein Kabel zum Computer, zwei in die Steckdose und eines zum Kompressor, das Programm starten, fertig Fluid-Sim kann auch sehr gut als Simulationsprogramm für logische Schaltungen, Reihen- und Parallel-Schaltungen von Schaltern eingesetzt werden ebenso für die Simulation von pneumatischen Schaltkreisen, ohne dass die Module dazu angeschlossen sein müssen. Die Module geben im Kleinen einen Einblick in die industrielle Automatisierung unter Verwendung von Sensoren verschiedenster Art, allerdings sollte es noch einen kleinen Ergänzungskasten mit Kleinteilen geben. Wenn man die Module zusammenbaut, fehlen immer irgend welche Kleinteile wie Schrauben, Muttern oder Winkel o.ä.

Zahl der Gerätesätze: Ideal: 2 Schüler pro Modul, noch gut handhabbar: 3 Schüler pro Modul