Erwartungshorizont

Abitur 2013
BG Technik - Mechatronik
Vorschlag A -M4
eA
Lehrermaterial
Fach: Technik
Unterrichtliche Voraussetzungen
Die Aufgabenstellung ergibt sich aus der Kursfolge (Beschluss der Fachkonferenz):
12.1
Mechatronische Systeme analysieren und erweitern
12.2
Technische Prozesse steuern
13.1
Handhabungssysteme programmieren und optimieren
Bezug der Aufgaben zum Unterricht
Durch den vorliegenden Abiturvorschlag werden Inhalte aus drei Kurshalbjahren bzw. Lerngebieten
abgedeckt. Die erforderlichen Kenntnisse sind im Rahmen praxisorientierter Problem- und Aufgabenstellungen erarbeitet worden. Dabei sind die konkreten Aufgaben dieses Vorschlags im Unterricht
nicht eingehend behandelt worden.
Aufgabe 1 und Aufgabe 3:
Diese Aufgaben der Klausur beziehen sich auf den Kurs 12.1 des Lerngebietes „Mechatronische
Systeme analysieren und erweitern“. Innerhalb dieses Kurses wurden einfache Berechnungen zum
zentralen- und allgemeinen Kräftesystem durchgeführt. Weiterhin wurden elektrotechnische Grundlagen zum Verhalten elektrischer Betriebsmittel in Gleich- und Wechselstromkreisen behandelt.
Zur praktischen Umsetzung wurden Versuche im Labor durchgeführt.
Aufgabe 2
Die Aufgabe bezieht sich im Wesentlichen auf den Kurs 12.2 des Lerngebietes „Technische Prozesse steuern“.
An unterschiedlichen Lehrbeispielen und anhand von Anlagensimulatoren wurden in diesem Kurs die
Lerninhalte erarbeitet. Dabei wurden u. a. Schaltungen mit und ohne Speicherverhalten sowie Ablaufsteuerungen thematisiert.
Den Schülerinnen und Schülern standen für die Programmierung die Hard- und Software der Firma
Siemens und die Software Omegon zur Verfügung.
Aufgabe 4
Die Aufgabe bezieht auf den Kurs 13.1 des Lerngebietes „Handhabungssysteme programmieren und
optimieren“. In diesem Kurs planten und programmierten die Schüler ein Handhabungssystem bestehend aus einem Roboter und einer SPS-gesteuerten Zuführstation. Um das Handhabungssystem
zu programmieren wurden die Grundlagen der Robotik erarbeitet und Programmablaufbeschreibungen entwickelt.
Den Schülerinnen und Schülern standen für die Programmierung und Parametrierung der Programme Roboter der Firma Mitsubishi und SPS-Anlagen der Firma Siemens zur Verfügung. Im Praxisunterricht wurden unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten die Steuerungen der Automatisierungskomponenten in Betrieb genommen.
BBS ………………………………………………………………
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Vorschlag A -M4
eA
Lehrermaterial
Fach: Technik
Erwartungshorizont
Anforderungsbereiche
Auf-
Erwartete Schülerleistungen
Bewertung
∑
gabe
I
1.1
3
3
4
4
Teilsysteme der Anlage nennen (5 Nennungen) und deren
Funktion erläutern
1.2
Hydraulikschaltung beschreiben
1.3
Informationen zur Pumpenauslegung berechnen
 Fläche
 Volumenstrom
1.4
Informationen zum Pumpenantrieb ermitteln
1.5
Hydraulikventil überprüfen
Summe Aufgabe 1
2.1
Spannungsteiler skizzieren
und berechnen
2.2
Funktion des Reflexions-Lichttasters beschreiben
und den Schaltabstand berechnen
2.3
Variablen in einer Zuordnungsliste darstellen
richtige Zuordnung Ein- u. Ausgänge
2.4
Entwicklung des Grafcets für die Bohranlage
Normgerechte Darstellung
Richtige Funktionsweise
Summe Aufgabe 2
3.1
Dimensionierung einer Saugeinrichtung
Dabei Ermittlung Masse
3.2
Überprüfen einer Sicherheitseinrichtung
Dabei Ermittlung Federlänge
3.3
Skizzieren eines Pneumatikplans
Summe Aufgabe 3
4.1
Benennen der Roboterachsen
4.2
Erläutern von Einsatzgebieten
4.3
Nennen von Koordinatensystemen
4.4
Erläutern von Interpolationsverfahren
4.5
Entwickeln
und dokumentieren eines Roboterprogramms
Summe Aufgabe 4
Summe
BBS ………………………………………………………………
II
III
2
2
6
11
8
3
2
0
3
2
4
6
2
19
6
3
5
2
8
6
6
11
14
10
10
4
2
16
35
6
6
0
3
3
3
2
2
6
10
4
8
2
16
3
3
3
4
9
9
8
12
31
40
9
17
30
29 100
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Vorschlag A -M4
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Lehrermaterial
Fach: Technik
Lösungsvorschlag
Lösungen Aufgabe 1
zu 1.1
1.
2.
3.
4.
5.
Magazin  Rohlinge in der Bohrstation
Bohrstation  Bohrloch in Rohling
Förderband  Transportiert Zahnrad und Welle zur Fügestation
Positionierungseinheit  Nimmt Zahnrad mittels Sauger vom Träger und positioniert es auf die Welle
Hydraulikpresse  Presst Zahnrad auf die Welle
zu 1.2









M11 schaltet 1V1.
Öl strömt durch 1V2 ungedrosselt (Eilgang).
Sensor MB12 schaltet M13.
Öl-Ström wird durch 1V3 gedrosselt (Arbeitsgang).
M13 schaltet 1V2.
Sensor B13 schaltet M11 und M13 aus und M12 ein.
1V1 schaltet um, 1V2 schaltet zurück.
Kolben fährt schnell ein (Rückhub).
Sensor B11 schaltet M12 ab (Ruhehestand).
zu 1.3
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Lehrermaterial
Fach: Technik
zu 1.4
Drehzahl
Leistung
oder
Drehmoment
zu 1.5
Ja, da im Ruhezustand die Pumpe das Öl nur in den Tank pumpen muss.
Daher muss die Pumpe nur einen geringen Druck aufbringen: Wenig Drehmoment und Leistung am
Motor;
Wenig Verschleiß und Energieverbrauch.
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Fach: Technik
Lösungen Aufgabe 2
zu 2.1
RV
UB=24V
RM
UM=0...10V
zu 2.2
Licht wird in einem bestimmten Winkel abgestrahlt, trifft auf das zu erfassenden Objekt und wird reflektiert (Einfallswinkel = Ausfallswinkel).
S
5°
5cm
E
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Lehrermaterial
Fach: Technik
zu 2.3
Symbol
Adresse
Datentyp
Kommentar
S1
E 0.0
BOOL
Start des Bohrvorganges
B7
E 0.6
BOOL
Zahnrad im Magazin vorhanden
B8
E 0.7
BOOL
Zylinder 2A1 in VE Zahnrad gespannt
B9
E 1.0
BOOL
Zylinder 2A1 in HE bereit zum Ausschieben
B10
E 1.1
BOOL
Zylinder 2A2 VE Zahnrad nach Bohrung auswerfen
B11
E 1.2
BOOL
Zylinder 2A2 HE Zahnrad nach Bohrung auswerfen
B12
E 1.3
BOOL
Bohreinheit unten
B13
E 1.4
BOOL
Bohreinheit Geschwindigkeitswechsel
B14
E 1.5
BOOL
Bohreinheit oben
B15
E 1.6
BOOL
Zahnrad in Spannvorrichtung angekommen
P3
A 6.2
BOOL
Bohrvorgang aktiv
M1
A 6.3
BOOL
Zylinder 2A1 ausfahren: Zahnrad in Spannvorrichtung
befördern und spannen
M2
A 6.4
BOOL
Zylinder 2A1 einfahren
M3
A 6.5
BOOL
Zylinder 2A2 einfahren
M4
A 6.6
BOOL
Zylinder 2A2 ausfahren: Zahnrad auswerfen
M5
A 6.7
BOOL
Bohrspindel einschalten
M6
A 7.0
BOOL
Zylinder 1A1 im Eilvorgang abwärts
M7
A 7.1
BOOL
Zylinder 1A1 im Eilvorgang zurück
M8
A 7.2
BOOL
Ansteuerung mit M6 für Arbeitsvorgang
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Vorschlag A -M4
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Lehrermaterial
Fach: Technik
zu 2.4
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Lehrermaterial
Fach: Technik
Lösungen Aufgabe 3
zu 3.1
Gewicht
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Fach: Technik
zu 3.2
zu 3.3
M1
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Fach: Technik
Lösungen Aufgabe 4
zu 4.1
1 x Translatorische/ 2 x Rotorische
zu 4.2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Handhabungseinrichtung (Palettierung, Stapeln, Verpacken)
Schweißroboter
Schneidroboter (Fräsen, Sägen, Schneidbrenner)
Fügeroboter (Druckfügen, Kleben & Abdichten)
Messroboter (Messen, Testen)
Lackierroboter (Lackieren, Polieren)
Schleifroboter (Bandschleifen)
zu 4.3
In der Robotik werden die folgenden kartesischen Koordinatensysteme verwendet
 Weltkoordinatensystem (global, meist in einer Ecke des Raums)
 Basiskoordinatensysteme (im Sockel jedes Roboters)
 Effektor- oder Toolkoordinatensysteme (in der Effektorspitze jedes Roboters)
 Objektkoordinatensysteme (an jedem manipulierten Objekt)
 Benutzer- oder Userkoordinatensysteme (meist an feststehenden Objekten der Arbeitsumgebung)
zu 4.4
Kreisinterpolation (MVR)  Bewegung auf einer Kreisbahn
Linearinterpolation (MSV)  Bewegung auf einer linearen Strecke
Gelenkinterpolation (MOV)  Bewegung ohne Festlegung des Weges (PTP=Point to Point)
zu 4.4
Positionen
P1=(339.00, 0.00, 550.00,0.00, 0.00, 0.00)(6,0) *// Grundstellung
P2=(370.00, 0.00, 38.00, 0.00, 0.00, 0.00)(6,0) *// Aufnahme Transportband
P12=(241.00,158.10,38.00, 0.00, 0.00, 0.00)(6,0) *// Startpunkt des Kartons
P13=(241.00,118.10,38.00, 0.00, 0.00, 0.00)(6,0) *// Spaltenendpunkt des Kartons
P15=(361.00,118.10,38.040.00, 0.00, 0.00)(6,0) *// Paletteneckpunkt des Kartons
P14=(361.00,158.10,38.0,20.00, 0.00, 0.00)(6,0) *// Zeilenendpunkt des Kartons
Grundstruktur MB4-Programm:
Lösung:
10
20
30
40
50
60
70
80
'
'
'
'
*************************
** Zahnrad Palette
**
** Abiturprüfung
**
*****************
****
DEF POS PKarton
DEF INTE Slow
DEF INTE Fast
BBS ………………………………………………………………
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Vorschlag A -M4
eA
Lehrermaterial
Fach: Technik
90
100
110
120
130
140
DEF
DEF
DEF
DEF
DEF
DEF
INTE NumPos
INTE B20OLD
IO B20 = BIT,8 'Zahnrad auf Transportband angekommen
IO S21 = BIT,9 'Quittiertaste: Karton vom Bediener entnommen
IO P30 = BIT,10 'Karton voll
PLT 1,P12,P13,P14,P15,3,3,1 'Karton als Palette
150
160
170
180
NumPos
Slow =
Fast =
B20OLD
190
200
210
220
*MAINLOOP
GOSUB *Packen
GOTO *MAINLOOP
END
230
240
250
260
*Packen
MOV P1 'Grundstellung
HOPEN 1
FOR NumPos=1 to 9 'Schleife zum neunmaligen Anfahren der Positionen
270
280
290
300
310
' **Warte auf Zahnrad
B20OLD = B20
*WarteZ
IF B20 = 1 AND B20OLD = 0 THEN *EndeZ ELSE *WarteZ
*EndeZ
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
MOV P2,-20
SPD Slow
MVS P2 'Aufnahmeposition
DLY 0.5
HCLOSE 1
DLY 0.5
MVS P2,-20
PKarton =PLT 1,NumPos
MOV PKarton, -20
MVS PKarton 'Ablegen auf den entsprechenden Platz im Karton
DLY 0.5
HOPEN 1
DLY 0.5
Next NumPos
460
470
480
490
500
510
520
530
' **Warte Quittierung
*WarteB
P30 = 1 'Meldeleuchte Karton voll
IF S21 = 1 AND THEN *EndeB ELSE *WarteB
*EndeB
P30 = 0
SPD Fast
RETURN
=1
50
100
= 0
'Hauptschleife
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Fach: Technik
Die Umrechnung der Gesamtpunkte in KMK-Punkte ergibt sich nach folgendem
Bewertungsmaßstab:
Ab
Prozent:
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
34
28
20
00
Punkte:
15
14
13
12
11
10
09
08
07
06
05
04
03
02
01
00
BBS ………………………………………………………………
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