Lernfeld 3 · Prüfung Teil 1

Steuern und Regeln, EVA-Prinzip und Signalarten

Steuern und Regeln unterscheiden, EVA-Prinzip, analoge, binäre und digitale Signale und Grundlagen der Elektropneumatik verständlich erklärt.

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Darum geht es

Jede Steuerung arbeitet nach dem EVA-Prinzip: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe. Taster und Sensoren liefern Signale, ein Schütz, Relais oder eine SPS verarbeitet sie, Aktoren wie Motoren, Ventile oder Leuchten führen die Befehle aus.

Eine Steuerung hat einen offenen Wirkungsablauf. Sie gibt einen Befehl, prüft aber nicht, ob das Ergebnis eintritt. Eine Bewässerung nach Zeitschaltuhr läuft auch bei Regen. Eine Regelung misst dagegen die Größe, die sie beeinflussen will, vergleicht sie mit dem Sollwert und greift bei einer Abweichung ein. Das ist ein geschlossener Kreis.

Signale unterscheidet man nach ihrer Form. Ein analoges Signal kann jeden Wert in einem Bereich annehmen, etwa 0 bis 10 V. Ein binäres Signal kennt nur zwei Zustände, 0 und 1. Ein digitales Signal stellt einen Wert in Stufen dar, meist als Folge binärer Stellen.

In elektropneumatischen Steuerungen schalten Magnetventile Druckluft auf Zylinder. Die Kolbenkraft ergibt sich aus Druck mal Kolbenfläche, beim Einfahren zählt nur die Ringfläche ohne Kolbenstange. Abläufe mehrerer Zylinder stellst du im Weg-Schritt-Diagramm dar.

Das solltest du dir merken

EVA: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe.
Eine Steuerung hat keine Rückführung, eine Regelung schon.
Binär heißt zwei Zustände, analog heißt stufenlos.
Beim Rückhub eines Zylinders wirkt nur die Ringfläche.

Formeln

Kolbenkraft: $F = p_{e} \cdot A$; $F$ in N, $p_{e}$ Überdruck in Pa ( $1 bar = 1 0^{5} Pa$ ), $A$ wirksame Kolbenfläche in m²
Kolbenfläche: $A = \frac{π \cdot D ^{2}}{4}$; $A$ in m², $D$ Kolbendurchmesser in m

Typische Fehler in der Prüfung

Eine Zeitsteuerung als Regelung bezeichnet, weil sie automatisch arbeitet.
Binär und digital gleichgesetzt.
Bar nicht in Pascal umgerechnet oder den Durchmesser statt des Radius im Quadrat falsch eingesetzt.

Tipps aus der Werkstatt

Steuern oder Regeln? Stell dir eine Frage: Wird die Wirkung gemessen und zurückgeführt? Ja → Regelung (geschlossener Kreis), nein → Steuerung (offener Weg). Eine Schaltuhr steuert, ein Thermostat regelt.
Die Begriffe des Regelkreises merkst du dir an der Heizung: Führungsgröße w = eingestellte Temperatur, Regelgröße x = gemessene Raumtemperatur, Stellgröße y = Ventilstellung, Störgröße z = offenes Fenster. Regeldifferenz e = w − x, in Kelvin angegeben.
Binär: zwei Zustände (Taster). Digital: abgestufte Werte als Zahl aus Bits. Analog: jeder Zwischenwert möglich (0 bis 10 V, 4 bis 20 mA). Eselsbrücke EVA: Eingabe (Sensor), Verarbeitung (SPS), Ausgabe (Aktor).

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

17 Aufgaben zu „Steuern und Regeln, EVA-Prinzip und Signalarten“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: Rahmenlehrplan Elektroberufe Industrie, Lernfeld 3 (KMK); DIN IEC 60050-351 Leittechnik; DIN ISO 1219 Fluidtechnik. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.