EST Elektrotechnik und Steuerungstechnik

EST / WERKMEISTERSCHULE Elektrotechnik und Steuerungstechnik Abteilung Maschinenbau. 2. bis 4. Semester. Maschinenbau2.–4. SemesterBGBl. II Nr. 256/2008

GEGENSTANDSBESCHREIBUNG

Gesetzliche Grundlage: Auszug aus dem BGBl. II – Ausgegeben am 16. Juli 2008 – Nr. 256
Zielgruppe: Studierende der Werkmeisterschule für Berufstätige (Fachrichtung Maschinenbau)

Lehrstoffübersicht nach Semestern: 2. Semester Grundlagen der Elektrotechnik & Messtechnik (40 UE), 3. Semester Elektrische Antriebe und Anlagensicherheit, 4. Semester Steuerungstechnik und Industrielle Automation (20 UE).

BILDUNGS- UND LEHRAUFGABE Die Studierenden sollen

die grundlegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Elektrotechnik beherrschen und sicher anwenden können,
ingenieurmäßige Problemstellungen und praxisorientierte Standardlösungen in der industriellen Elektroinstallation und Antriebstechnik analysieren und bewerten können,
die Wirkungsweise, Einsatzkriterien und Grenzen der wichtigsten elektrotechnischen Mess-, Schalt-, Steuer- und Schutzgeräte für maschinenbauliche Anwendungen verstehen und anwenden.

Hinweis zur Didaktik: Die Stoffvermittlung und exemplarischen Vertiefungen erfolgen praxisorientiert und sind spezifisch auf das Anforderungsprofil von Führungskräften und Fachmeisterinnen/-meistern im Maschinenbau abgestimmt.

LEHRSTOFF 2. Semester Grundlagen der Elektrotechnik & Messtechnik (40 UE)

1. Grundlagen der Gleichstromtechnik2. Semester

Physikalische Grundgrößen und Einheiten: Elektrische Ladung, Stromstärke, Spannung, Potenzial, elektrischer Widerstand und Leitwert Grundgesetze des Gleichstromkreises: Ohmsches Gesetz, Temperaturabhängigkeit von Leitern und Halbleitern Netzwerkanalyse: Kirchhoff’sche Regeln (Knoten- und Maschenregel), Reihen-, Parallel- und Gruppenschaltung, Spannungsteiler und Brückenschaltungen Energetische Grundlagen: Elektrische Arbeit (W), elektrische Leistung (P), Stromwärmegesetz (Joule’sche Wärme), Wirkungsgrad (η) und Verlustleistungsbetrachtungen Gleichstromquellen: Reale Spannungs- und Stromquellen, Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom, Innenwiderstand, Leistungsanpassung

2. Grundlagen der Wechsel- und Drehstromtechnik2. Semester

Periodische Wechselgrößen: Sinusförmige Größen, Amplitude, Scheitelwert, Effektivwert, Periodendauer, Frequenz und Kreisfrequenz Reaktive Komponenten im Wechselstromkreis: Ideale und reale Spule (Induktivität, induktiver Blindwiderstand), idealer und realer Kondensator (Kapazität, kapazitiver Blindwiderstand) Zusammenwirken der Komponenten: Zeigerdiagramme, Phasenverschiebung (φ), Impedanz und Admittanz, komplexe Widerstände (qualitativ) Leistungen im Wechselstromkreis: Wirk-, Blind- und Scheinleistung (P, Q, S), Leistungsdreieck, Leistungsfaktor (cos φ) und Grundlagen der Blindleistungskompensation Mehrphasensysteme (Dreiphasen-Wechselstrom / Drehstrom):

Entstehung des Drehstromsystems, Strang- und Leiterspannungen, Verkettungsfaktor (√3)
Stern- und Dreieckschaltung: symmetrische und unsymmetrische Belastungsfälle, Neutralleiterfunktion
Drehstromleistung: Wirk-, Blind- und Scheinleistungsberechnung im Drehstromnetz

3. Elektrische Messtechnik und Sensorik2. Semester

Messtechnische Grundlagen: Messkette, Messfehler, Messgenauigkeit, Genauigkeitsklassen nach Norm Messung elektrischer Größen: Messung von Strom, Spannung, Widerstand und Leistung; Digitalmultimeter, Strommesszange, Oszilloskop (Grundfunktion) Messung nichtelektrischer Größen (Sensorik im Maschinenbau):

Weg-, Abstands- und Positionsmessung (induktiv, kapazitiv, optisch, Ultraschall)
Temperaturmessung (Widerstandsthermometer Pt100/Pt1000, Thermoelemente)
Druck- und Kraftmessung (Dehnungsmessstreifen DMS, piezoelektrische Sensoren)
Drehzahl- und Durchflussmessung

LEHRSTOFF 3. Semester Elektrische Antriebe und Anlagensicherheit

1. Elektrische Maschinen und Antriebe3. Semester

Konstruktions- und Funktionsprinzipien: Elektromagnetische Kraftwirkung, Drehmomentbildung und Grundgleichungen Drehstromasynchronmaschine (Standardantrieb im Maschinenbau):

Aufbau: Stator, Kurzschlussläufer (Käfigläufer), Schleifringläufer
Betriebscharakteristik: Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, Bemessungswerte (Typenschild), Schlupf
Anlaufverfahren: Direktanlauf, Stern-Dreieck-Anlauf, Sanftanlasser (Softstarter)

Gleichstrommaschinen: Aufbau, Erregungsarten (Nebenschluss, Reihenschluss, Fremderregung), Betriebsverhalten und Regeleigenschaften Servomotoren und Schrittantriebe: Synchron-Servomotoren, Schrittmotoren in Positioniersystemen und Werkzeugmaschinen

2. Installation von Antrieben, Schaltgeräte & Schutzkonzepte3. Semester

Schalt- und Schutzorgane für Motoren: Schütze, Motorschutzschalter, Bimetallrelais, Leitungsschutzschalter, Schmelzsicherungen, Selektivität Personen- und Anlagenschutz:

Gefahren des elektrischen Stromes, physiologische Grenzwerte
Schutzkonzepte nach OVE: Basisschutz, Fehlerschutz (automatische Abschaltung), Zusatzschutz (FI / RCD)
Erdung, Potenzialausgleich und Schutzleiterquerschnitte in Maschinen und Anlagen

Betriebs- und Schutzarten: IP-Schutzarten (DIN EN 60529), Kühlungsarten, Isolierstoffklassen, Aufstellungsbedingungen im Industrieumfeld

LEHRSTOFF 4. Semester Steuerungstechnik und Industrielle Automation (20 UE)

1. Allgemeine Grundlagen der Systemtechnik4. Semester

Begriffsdefinitionen: Steuern vs. Regeln nach DIN 19226 / DIN IEC 60050 (offener Wirkungsablauf vs. geschlossener Regelkreis) Regelkreisstrukturen: Führungsgröße, Stellgröße, Regelgröße, Störgrößen, Stetige und unstetige Regler (Zweipunktregler, PID-Regler im Überblick)

2. Steuerungsarten, Signalverarbeitung und Bauelemente4. Semester

Klassifizierung von Steuerungen:

Nach der Programmart: Verbindungsprogrammierte Steuerungen (VPS) vs. speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)
Nach dem Signalverlauf: Binäre, analoge und digitale Steuerungen
Nach dem Steuerungsablauf: Verknüpfungs- und Ablaufsteuerungen

Hardwarekomponenten: Taster, Schalter, Relais, Leistungsschütze, Näherungsschalter, Signalwandler und Aktorik (Ventile, Stellglieder)

3. Industrielle Steuerungstechnik und Praxisanwendungen im Maschinenbau4. Semester

Logische Grundfunktionen: UND, ODER, NICHT, NAND, NOR, XOR, Wertetabellen, Funktionspläne Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS):

Modularer Aufbau: CPU, digitale und analoge Ein-/Ausgangsbaugruppen, Bussysteme
Programmiersprachen nach IEC 61131-3 (Kontaktplan KOP, Funktionsbausteinsprache FBS, Strukturierter Text ST)

Anwendungsorientierte Realisierungen:

Motorwendeschaltungen, Stern-Dreieck-Steuerungen
Verriegelungs-, Folge- und Verknüpfungsschaltungen
Sicherheitsgerichtete Steuerungen: NOT-HALT-Konzepte, Sicherheitsrelais und zweikanalige Sicherheitsarchitekturen nach Maschinenrichtlinie / EN ISO 13849