Lernfeld 4 · Prüfung Teil 1

Grundlagen der Steuerungstechnik

Grundlagen der Steuerungstechnik: UND, ODER, NICHT, XOR, Wahrheitstabelle, Speicher, Öffner und Schließer sowie Dualzahlen für Prüfung Teil 1.

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Darum geht es

Steuerungen verarbeiten binäre Signale mit logischen Verknüpfungen. Bei UND ist der Ausgang nur 1, wenn alle Eingänge 1 sind, etwa bei einer Zweihandbedienung. Bei ODER genügt ein Eingang. NICHT kehrt das Signal um. Die Exklusiv-ODER-Verknüpfung (XOR) liefert 1, wenn die Eingänge verschieden sind; so arbeitet eine Wechselschaltung von zwei Stellen. Eine Wahrheitstabelle listet alle Eingangskombinationen auf, bei $n$ Eingängen sind es $2^{n}$ Zeilen.

Logische Ausdrücke lassen sich mit den Regeln der Schaltalgebra vereinfachen. Ein Beispiel: Hängt der Ausgang bei einem Eingang 1 nicht davon ab, ob ein zweiter Eingang 0 oder 1 ist, fällt dieser Eingang aus dem Ausdruck heraus.

Soll ein Signal nach dem Loslassen eines Tasters erhalten bleiben, brauchst du einen Speicher (RS-Flipflop). Werden Setzen und Rücksetzen gleichzeitig betätigt, entscheidet die Dominanz. Für Antriebe wählt man rücksetzdominant, damit Aus immer Vorrang hat. Aus-Taster, Not-Halt und Endschalter für die Abschaltung schließt man als Öffner an: Bricht ein Draht, fällt das Signal weg und die Anlage schaltet sicher ab (Drahtbruchsicherheit).

Eine Verknüpfungssteuerung reagiert nur auf die aktuelle Kombination der Eingänge, eine Ablaufsteuerung arbeitet Schritt für Schritt mit Weiterschaltbedingungen. In der Diagnose liest du Ein- und Ausgangsbytes oft als Dual- oder Hexadezimalzahl; jede Stelle steht für eine Zweierpotenz.

Das solltest du dir merken

UND braucht alle Eingänge, ODER mindestens einen, XOR verschiedene Eingänge.
Bei n Eingängen hat die Wahrheitstabelle 2 hoch n Zeilen.
Rücksetzdominanter Speicher, damit Aus Vorrang hat.
Aus, Not-Halt und Endschalter als Öffner, wegen Drahtbruchsicherheit.

Formeln

Zahl der Zeilen einer Wahrheitstabelle: $z = 2^{n}$; $n$ Zahl der binären Eingänge
Dualzahl in Dezimalzahl: $Z = \sum_{i = 0}^{n - 1} b_{i} \cdot 2^{i}$; $b_{i}$ Bit an der Stelle $i$ (0 oder 1), rechts beginnt $i = 0$
Vereinfachung: $(A \land B) \lor (A \land B) = A$; $\land$ UND, $\lor$ ODER, $B$ NICHT B

Typische Fehler in der Prüfung

Bei der Dualzahl von links mit $2^{0}$ begonnen.
Setzdominanten Speicher für einen Antrieb gewählt, sodass Ein trotz Aus wirkt.
Aus-Taster als Schließer angeschlossen; ein Drahtbruch wird dann nicht erkannt.
XOR mit ODER verwechselt; bei beiden Eingängen 1 ist XOR 0.

Tipps aus der Werkstatt

UND bedeutet alle, ODER bedeutet mindestens einer, NICHT kehrt um. Zweihandbedienung ist UND, mehrere Starttaster an verschiedenen Stellen sind ODER. Leg dir bei Unsicherheit die Wahrheitstabelle mit allen Kombinationen an.
Verknüpfungssteuerung: Der Ausgang hängt nur von den aktuellen Eingängen ab. Ablaufsteuerung: Sie läuft schrittweise und schaltet erst weiter, wenn die Weiterschaltbedingung erfüllt ist. Kommt ein „nacheinander“ oder „erst wenn“ vor, ist es ein Ablauf.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

15 Aufgaben zu „Grundlagen der Steuerungstechnik“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Mechatroniker/-in (1998, Fassung 2018), Lernfeld 4; DIN EN 60617-12 (Binäre Elemente); DIN EN 60204-1. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.