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Messen, Steuern, Regeln 
Der Themenbereich „Messen - Steuern - Regeln“ (MSR) ist Inhalt der Sekundarstufe I. Die Bearbeitung dieses Themengebiets erfordert eine Infrastruktur in der Schule (Interface, CNC, Software, Hardware …).
Fachliches
„Messen - Steuern - Regeln“ sind Teilgebiete der Automatisierungstechnik mit folgenden Bereichen:
a) Messtechnik
Messtechnik lässt sich auf physikalische Größen anwenden, z.B. Länge, Masse, Kraft, Druck, Stromstärke, Spannung, Temperatur, Schallpegel, Lichtstärke, Zeit.
Weitere Unterscheidungen sind nach der Messmethode möglich (direkt/indirekt, analog/digital…).
b) Steuerungstechnik
Bei der Steuerung werden Ausgangsgrößen (Aktoren) durch eine Eingangsgröße gesteuert. Es besteht kein geschlossener Regelkreis, da die Rückkopplung der Ausgangsgröße (Aktor) auf die Eingangsgröße fehlt. Bei Bedarf muss manuell korrigiert werden. Man unterscheidet u.a. Zeitprogrammsteuerung (z.B. Ampelschaltung) und Wegprogrammsteuerung (CNC-Fräs-/Drehsteuerung). Im Umgangssprachlichen wird häufig nicht zwischen „Regelung“ und „Steuerung“ differenziert.
Beispiele: Blinker, Ampel, elektrischer Türöffner, Kaffeemaschine, Toaster, Wasch-/Spülmaschine, Bewegungsmelder, Videoaufnahme-Programmierung,…
c) Regelungstechnik
Die Regelungstechnik umfasst alle Elemente der Steuerungstechnik, ergänzt um eine fortlaufende Rückkopplung. Mittels Regelungstechnik werden veränderliche Größen in technischen Systemen automatisch geregelt. Störgrößen sollen ausgeglichen und die Stabilität des Systems aufrecht erhalten werden. Störgrößen können sowohl interne als auch externe Ursachen haben. Der IST- Wert wird gemessen und mit dem SOLL- Wert der Regelstrecke ständig abgeglichen. Durch diese Rückkopplung entsteht ein geschlossener Regelkreis.
Ein bekannter Regelkreis ist die Raumtemperaturregelung über ein Thermostatventil. Die Raumtemperatur (Regelgröße) wird automatisch auf einem vorgegebenen Sollwert gehalten. Dynamische Störgrößen sind z.B. das Öffnen des Fensters, Absinken der Außentemperatur usw. . Das Thermostatventil ist Messglied, Regler und Stellglied zugleich.
Beispiele sind z.B. Bügeleisen, Dusche mit Temperaturregler, Dämmerungsautomat, usw.
Umsetzung in der Schule
Die Aufgabenstellungen lassen sich mechanisch, elektronisch und auf digitalem Weg umsetzen.
Beispiel: Ampelschaltung
- mechanische Walze
- elektronischer Baustein (integrierte Schaltung)
- digital mit Soft- und zusätzlicher Hardware
In COMEDISON werden Unterrichtsideen vorgestellt, die den digitalen Weg gehen und grundlegende Kompetenzen im Bereich Programmieren und Prozessdatensteuerung vermitteln.
Für die Umsetzung der Unterrichtsideen ist zusätzliche Hard- und Software erforderlich, z. B.:
WinLOGO 2.0 von von G. Otte
education line von knobloch-gmbh und ROBOPro von Fischertechnik
LEGO mindstorms und NXT
Diese Information entstand in Zusammenarbeit mit Thomas Klesius, Fachberater für Arbeitslehre.
Folgende Kompetenzen werden vermittelt
Grafik steuern
Die Grundlagen einer Programmierung werden mit Hilfe einfacher Befehle aus einer Programmiersprache in Deutsch (hier LOGO) aufgezeigt. Durch die direkte Ausgabe als Grafik kann die Funktion des Programms sofort überprüft werden. Der Befehl, beispielsweise "Laufe in einem Viereck" wird Schritt für Schritt in "Computersprache" umgesetzt, z. B. wiederhole 4 mal: laufe vor, drehe um 90°".
Licht steuern
Mit Hilfe von Programmiersprachen (LOGO in deutsch, ROBOpro oder LEGO-mindstorms als ikonische Programmiersprache) werden anschaulich unterschiedliche Blinkschaltungen aufgebaut und auf einem kleinen Blinkerbaustein ausgegeben. Nach Programmelementen wie Lampenausgänge, Wartezeit und Schleife kommen auch Verzweigungen, Variable und Anzeigen zum Einsatz.
Motoren steuern
Mit Hilfe von Programmiersprachen (LOGO, ROBOpro oder LEGO-mindstorms) werden Roboter oder Motoren gesteuert. Dabei kommen als Stellglieder Zeitschleifen oder Sensoren zum Einsatz.
Technische Abläufe regeln
Mit Hilfe von Programmiersprachen (ROBOpro oder LEGO-mindstorms) werden Lichter oder Roboter geregelt. Dabei kommen als Regelglieder Taster, Helligkeitssensoren oder Abstandssensoren zum Einsatz.
Projektideen - Messen, Steuern, Regeln
Die Projektideen sollen Anregungen liefern, wie die erworbenen Kompetenzen in unterschiedlicher Art und Weise eingeübt und vertieft werden können.
Sie wollen keine ausgearbeiteten Projekte darstellen, sondern Denkanstöße liefern, wie die Fähigkeiten am Computer kreativ und Gewinn bringend auch in anderen Bereichen genutzt werden können.
Zum Herunterladen:
 Informationen zu Funktionen in div. Programmen |
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