Lernfeld 12 · Prüfung Teil 2

Systementwurf und Komponentenauswahl

Systementwurf in der Automatisierung: Netztopologie, MRP, Antriebsauswahl, Leitungen und Wärmebilanz im Schaltschrank verständlich erklärt.

22 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Beim Systementwurf leitest du aus dem Lastenheft die Hardware ab: Steuerung, Ein- und Ausgänge mit Reserve, Sicherheitstechnik, Antriebe, Bedienung und Netzwerk. Für jede Funktion fragst du, welche Signale sie braucht und welche Anforderungen an Zeit und Sicherheit gelten.

Die Netztopologie bestimmt die Verfügbarkeit. In der Linie fallen bei einem Geräte- oder Kabelfehler alle folgenden Teilnehmer aus. Ein Ring mit dem Medienredundanzprotokoll MRP hält die Verbindung, wenn eine Stelle im Ring unterbrochen wird; ein Gerät arbeitet dafür als Redundanzmanager. Sterntopologien brauchen mehr Kabel, lassen aber einzelne Geräte unabhängig ausfallen.

Bei Antrieben richtet sich die Wahl nach der Aufgabe. Für schnelles, positionsgenaues und synchrones Bewegen nimmst du Servoantriebe, für einfache Förderaufgaben reicht ein Asynchronmotor am Umrichter. Leitungen wählst du nach Einsatz: bewegte Leitungen schleppkettentauglich, Motorleitungen am Umrichter geschirmt, Busleitungen nach Herstellervorgabe.

Die Geräte im Schaltschrank geben ihre Verlustleistung als Wärme ab. Ein geschlossener Schrank führt über seine Oberfläche nur begrenzt Wärme ab. Reicht das nicht, brauchst du Filterlüfter, Wärmetauscher oder Kühlgerät. Filterlüfter funktionieren nur, wenn die Umgebungsluft kühler ist als die zulässige Innentemperatur.

Das solltest du dir merken

Ein Ring mit MRP übersteht eine Unterbrechung, eine Linie nicht.
Servoantriebe für schnelle, genaue und synchrone Bewegungen.
Plane bei Ein- und Ausgängen Reserve ein.
Filterlüfter kühlen nur, wenn außen kühler ist als innen erlaubt.

Formeln

Wärmeabgabe über die Oberfläche: $P = k \cdot A \cdot Δ ϑ$; $P$ abgeführte Leistung in W, $k$ Wärmedurchgangszahl (Stahlblech etwa $5, 5 W / (m^{2} K)$ ), $A$ wirksame Fläche in m², $Δ ϑ$ Temperaturdifferenz in K
Luftstrom eines Filterlüfters: $V ˙ = \frac{f \cdot P _{V}}{Δ ϑ}$; $V ˙$ in m³/h, $f$ Luftfaktor (etwa $3, 1 m^{3} K / (Wh)$ in Meereshöhe), $P_{V}$ abzuführende Leistung in W, $Δ ϑ$ zulässige Erwärmung in K

Typische Fehler in der Prüfung

Bei der Wärmebilanz die Gesamtfläche statt der wirksamen, frei abstrahlenden Fläche eingesetzt.
Filterlüfter vorgeschlagen, obwohl die Umgebung wärmer ist als die erlaubte Innentemperatur.
Linientopologie ohne Hinweis auf den Ausfall aller nachfolgenden Geräte gewählt.
Ungeschirmte Motorleitung am Frequenzumrichter eingeplant.

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Eigene Zahlen bei jedem Klick, nach deiner Antwort der komplette Lösungsweg.

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Zufallszahlen

Beim Entwurf eines Schaltschranks soll das $24 V$ -DC-Netzteil dimensioniert werden. Angeschlossen werden: die SPS mit Peripherie ( $150 mA$ ), $16$ Sensoren mit je $20 mA$ und $14$ Ventilspulen mit je $300 mA$ , von denen im ungünstigsten Fall alle gleichzeitig angezogen sind. Für Erweiterungen wird eine Reserve von $20 %$ vorgesehen. Welchen Bemessungsstrom muss das Netzteil mindestens liefern? Geben Sie das Ergebnis in Ampere mit zwei Nachkommastellen an.

Tipps aus der Werkstatt

Bei Auslegungsaufgaben erst alle Verbraucher oder Kanäle addieren, dann die Reserve prozentual aufschlagen und erst danach auf ganze Module oder das nächstgrößere Netzteil aufrunden. Wer die Reserve nach dem Runden aufschlägt, landet oft ein Modul daneben.
Sensorwahl nach Material: induktiv nur Metall, kapazitiv auch Kunststoff, Glas und Flüssigkeiten, optisch alles mit Reflexion, Ultraschall unabhängig von Farbe und Transparenz. Bei IP-Schutzarten steht die erste Ziffer für Fremdkörper, die zweite für Wasser.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

22 Aufgaben zu „Systementwurf und Komponentenauswahl“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Automatisierungstechnik 18.12.2020, Lernfeld 12; DIN EN 61439-1 (Schaltgerätekombinationen), IEC 62439-2 (MRP). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.