Digital- und Automatisierungstechnik mit Logikmodulen Ziele Informationen logisch verknüpfen Grundzüge der Digital- und Automatisierungstechnik erarbeiten Logikmodule verdrahten und "grafisch" programmieren Programmiersoftware nutzen Automatisierungsaufgaben analysieren und lösen Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe-Prinzip (EVA) erfahren Medienkompetenz erlangen Unterrichtskonzept Zunächst wird in die Verknüpfung von Informationen eingeführt. Dann werden in Kleingruppen lehrgangsähnlich an Hand von vorgegebenen Aufgabenstellungen, jedoch im individuellen Lerntempo die Möglichkeiten des Logikmodul LOGO! handlungsorientiert erkundet. Sie werden zunächst direkt und anschließend mit Hilfe der zugehörigen Software "grafisch" programmiert. Für diese Vorbereitung und Einführung in die LOGO! sind ca. 16 Stunden erforderlich. An die Erkundungsphase schließt sich ein in Kleingruppen durchgeführtes Automatisierungsprojekt an, bei dem die LOGO! als zentrales Steuerelement eingesetzt wird. Die Facharbeit mit LOGO! erfordert ca. 16 Stunden. Richtlinienbezug Richtlinien und Lehrpläne Realschule Technik für NRW Richtlinien und Lehrpläne für Gesamtschule Arbeitslehre NRW, neue Kulturtechniken - Automation, S. 59 Weiter mit Unterrichtsablauf Fachtipps f ü r Lehrer Medien und Material L ö sungsbl ä tter l Briefkasten Anregungen, Tipps und Hinweise bitte an: [email protected]- muenster.de Autor Wilhelm Schröder Realschule Westerkappeln Schroeder.Wilh@t - online.de
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Digital- und Automatisierungstechnik
mit Logikmodulen
Ziele
Informationen logisch verknüpfen
Grundzüge der Digital- und Automatisierungstechnik erarbeiten
Logikmodule verdrahten und "grafisch" programmieren
Zunächst wird in die Verknüpfung von Informationen eingeführt. Dann werden in Kleingruppen lehrgangsähnlich an Hand von vorgegebenen Aufgabenstellungen, jedoch im individuellen Lerntempo die Möglichkeiten des Logikmodul LOGO! handlungsorientiert erkundet. Sie werden zunächst direkt und anschließend mit Hilfe der zugehörigen Software "grafisch" programmiert. Für diese Vorbereitung und Einführung in die LOGO! sind ca. 16 Stunden erforderlich.
An die Erkundungsphase schließt sich ein in Kleingruppen durchgeführtes Automatisierungsprojekt an, bei dem die LOGO! als zentrales Steuerelement eingesetzt wird. Die Facharbeit mit LOGO! erfordert ca. 16 Stunden.
Richtlinienbezug Richtlinien und Lehrpläne Realschule Technik für NRW
Richtlinien und Lehrpläne für Gesamtschule Arbeitslehre NRW, neue Kulturtechniken - Automation, S. 59
Weiter mit
Unterrichtsablauf
Fachtipps für Lehrer
Medien und Material
Lösungsblätter
l
Briefkasten Anregungen, Tipps und Hinweise bitte an: [email protected]
Das Thema steht am Ende der SI. Hilfreich ist der vorangegangene Bau von elektronischen Schaltungen
(z. B. Wechselblinker bzw. Flip-Flop aus diskreten Bauelementen), da die abstrakten Schaltsymbole dann inhaltlich gefüllt werden können.
Die Einführung in die Grundlagen der Digital- und Automatisierungstechnik erfolgt an einfachen Aufgabenstellungen handlungsorientiert
Einzelelemente werden erarbeitet, gefestigt und schrittweise erweitert Durch geschickte Wahl der Aufgabenstellungen und schrittweise
Erweiterung der zu verwendenden Funktionsblöcke werden die Schüler in die Lage versetzt sich die Grundlagen quasi eigenständig zu erarbeiten
Individuelle Lösungen sind durchaus möglich und können von "Nachbargruppen" bestätigt oder verworfen werden (ca. 16 Stunden)
Am Schluss der Reihe steht ein eigenes, individuell ausgestaltetes Projekt als Facharbeit (ca. 16 Stunden)
Organisation des Unterrichts
Grundlagen und einzelne Erweiterungen werden im Unterrichtsgespräch erarbeitet
In Kleingruppen (Partnerarbeit) festigen und erweitern die Schüler erforderliche Elemente der Digital- und Automatisierungstechnik
Durch die Abarbeitung der vorgegebenen gestaffelten Aufgabenstellungen ist ein individuelles Lerntempo möglich, wobei Lernzeitunterschiede durch nicht unbedingt erforderliche Erweiterungsaufgaben "abgefangen" werden
Individuelle Abschlussprojekte in Kleingruppen
Merkmale des Projekts mit lehrgangsähnlicher Einführung
Schüler und Schülerinnen lassen sich von der Aktualität und den vielfältigen Möglichkeiten des Themas (modernes, handelsübliches Logikmodul, komfortable Software, anspruchsvolle Aufgabenstellungen) einfangen und bearbeiten motiviert dieses Thema
Die unmittelbare Überprüfung von Lösungen (auch von Teilproblemen) durch den LOGO!-Trainer oder die Simulationsmöglichkeit der Software gibt Selbstbestätigung, fördert die Eigentätigkeit und die Experimentierfreude
Die Schüler begrüßen die Eigentätigkeit und schätzen die unterschiedlichen Lösungsmöglichkeiten für die gestellten Aufgaben
Der Wechselbezug zwischen Kenntnis der Eigenschaften der Funktionsblöcke, der sorgfältigen Planung und der direkten Auswirkung auf die Funktionstüchtigkeit eines Programms wird unmittelbar deutlich
Anforderungen an die Arbeitsweise der Schüler
Sie analysieren Aufgabenstellungen und legen die technische Abfolge fest
Sie erstellen logische Schaltpläne und übertragen diese auf das Steuermodul
Partnerschaftliche Zusammenarbeit ist bei einzelnen Arbeitsschritten hilfreich
Sie können die Funktionsweise einzelner Funktionsblöcke oder von Teilproblemen probierend erkunden
Sie erstellen anspruchsvolle Schaltungen durch schrittweises Erweitern von funktionierenden Teilproblemen
Kontrollmöglichkeiten
Funktionstüchtigkeit auch von Teilsystemen dient jederzeit der Kontrolle, wie weit man die gestellte Aufgabe gelöst hat
Anzeige der Schaltzustände am Display zeigt, ob ein Hardware- oder ein Programmierproblem vorliegt
Übungsplatte mit Schaltern als Eingabe und LEDs als Ausgabe mit der LOGO! verdrahten
Ggf. Platinen herstellen, bestücken und Bauteile verlöten
Arbeitsblatt "Schaltplan"
Grundverknüpfungen vertiefen
LOGO! be"greifen" Display und Tastenfeld der LOGO! erläutern Entsprechend der Aufgabenstellung logischen
Schaltplan erstellen und direkt über Tastatur in die LOGO! eingeben
LOGO!-Trainer
Arbeitsblatt "Trainer"
Binärzahlen einführen
Umwandlungsübungen Rechnen mit Binärzahlen
Binärzahlen mit LOGO! darstellen
LOGO!-Trainer
Arbeitsblatt "Binär"
Verknüpfungen um Speicherbaustein erweitern (RS)
Notwendigkeit der Signalspeicherung (z. B. bei Tastern)
Setzen – Rücksetzen Timingdiagramm erarbeiten
Arbeitsblatt "Speicher"
In LOGO!-Soft-Comfort einführen
In Programmoberfläche einführen Direkt eingegebenes Programm in Software
übertragen Funktion durch Simulation überprüfen Übertragung auf LOGO! (beide Richtungen)
erproben
PC-Raum
Schülerdemo-Funktion
(ggf. Display oder Beamer nutzen)
LOGO!-Trainer
Programme mit LOGO!-Soft erstellen
Entsprechend der Aufgabenstellungen logischen Schaltplan planen, in die Software übertragen und mit der Simulations-Funktion überprüfen
Eventuell Aufgabenstellungen zunächst in Teilprobleme zerlegen und diese lösen
Weitere Sonderfunktionen (Stromstoß, Zeitverzögerung. Taktgeber) erproben und bei weiteren Aufgabenstellungen nutzen
Arbeitsblatt "PCAufgaben"
PC-Raum
Schleife programmieren
Funktion der Sonderfunktionen (Stromstoß, Zeitverzögerung. Taktgeber) besprechen
Merker als Hilfe bei längeren Programmschleifen Ampelfolge als Beispiel für immer
wiederkehrende Abläufe durch gezielten Rücksprung
Arbeitsblatt "PCAmpel"
PC-Raum
Abschlussprojekt
Nach der Erarbeitung der Grundlagen werden individuell zu planende und durchzuführende Projekte in Kleingruppen bearbeitet, wo die LOGO! als zentrales Steuerelement genutzt wird
Evtl. Elemente von "Einfahrt" als Beispiel
TC-Raum
PC-Raum
Demo-Software für Heim-PC
div. Materialien
Grundverknüpfungen
Name: __________________
Beispiele:
Lottogewinn Schleudergefahr Mahnung
1. Wie kannst du die ODER- bzw. die NICHT-Verknüpfung mit einfachen elektrischen Bauteilen verwirklichen?
2. Fülle die untenstehenden Funktions- bzw. Wahrheitstabellen aus, indem du eine 1 für "Ereignis tritt ein" und eine 0 für "Ereignis tritt nicht ein" einträgst.
A Z
A B Z
A B Z
3. Ergänze die folgenden Sätze:
Am Ausgang Z liegt nur dann Am Ausgang Z ist eine 1, Am Ausgang Z liegt
eine 1 an, wenn am Eingang A wenn am Eingang A eine 1 an, wenn
________________________ oder an beiden Eingängen __________________.
____________. eine 1_________________.
Aufgaben zu den Verknüpfungen
Name: ____________________
1. a) UND- und ODER-Verknüpfungen gibt es auch bei Suchmaschinen im Internet. Erkläre! b) In unserer Sprache wird oder in zwei Bedeutungen verwendet: einmal als entweder-oder (z. B. "alles oder nichts") und einmal als und-oder (einschließendes oder). Gib für jede Bedeutung ein Beispiel an und entscheide, welche Bedeutung der ODER-Verknüpfung entspricht.
2. Bei der NICHT-Verknüpfung spricht man auch von Negation. Warum? 3. Häufig haben Verknüpfungsglieder (Gatter) auch 3 Eingänge. Erstelle eine
Funktionstabelle für ein UND-Gatter mit drei Eingängen. Überlege, wie viele Möglichkeiten es gibt, die Nullen und Einsen zu kombinieren.
4. Ein Getränkeautomat soll nur ein Getränk liefern, wenn ein passender Geldbetrag eingeworfen wurde, oder in einen entsprechenden Schlitz eine Getränkemarke eingesteckt wurde und ein Trinkglas untergestellt wurde. Zeichne einen elektrischen und einen logischen Schaltplan.
5. Du erhälst einen bestimmten Ausbildungsplatz nur, wenn du ein Mädchen bist und den Qualifikationsvermerk erworben hast. Wenn du Beziehungen hast, erhälst du den Ausbildungsplatz auch ohne Qualifikationsvermerk. Zeichne den elektrischen und den logischen Schaltplan.
6. Ich suche einen Gebrauchtwagen. Das Auto kommt für mich nur in Frage (Z), wenn es sich um ein Dieselfahrzeug (A) handelt, das blau (B) oder gelb (C) lackiert ist und keine Automatik (D) hat. Zeichne den elektrischen und den logischen Schaltplan.
7. In der nebenstehenden Schaltung werden als Eingänge doppelt wirkende Taster mit jeweils zwei beweglichen Kontakten benutzt. Der eine Kontakt wirkt dabei als Öffner und der andere als Schließer. Stelle die zugehörige Funktionstabelle auf.
8. Die nebenstehende Abbildung zeigt eine Kombination einer ODER- und einer NICHT-Schaltung. Ein solches NICHT-ODER-Gatter wird als NOR bezeichnet (engl. not or). Erstelle die zugehörige Funktionstabelle.
9. Es gibt auch eine NAND-Verknüpfung. Welche logischen Verknüpfungen sind dabei kombi-niert? Erstelle die Funktionstabelle für das NAND-Gatter und zeichne das entsprechende Symbol.
10. Welche logische Verknüpfung wird durch die nebenstehende Schaltung dargestellt? Begründe!
11. Zu welcher logischen Verknüpfung gehört die unten abgebildete Funktionstabelle? Begründe und skizziere das Symbol dieser Verknüpfung.
A B Z
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Lösungen zum Arbeitsblatt Grundverknüpfungen
1. ODER-Verknüpfung:
NICHT-Verknüpfung:
2. UND
A B Z
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
ODER
A B Z
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
NICHT
A Z
0 1
1 0
1. Ergänze die folgenden Sätze:
Am Ausgang Z liegt nur dann eine 1 an, wenn am Eingang A und am Eingang B
eine 1 anliegt.
Am Ausgang Z ist eine 1, wenn am Eingang A oder am Eingang B
oder an beiden Eingängen eine 1 anliegt.
Am Ausgang Z liegt eine 1 an, wenn am Eingang A eine 0 anliegt.
Schaltplan für den LOGO!-Trainer
Name: __________________________
Um die Funktionsweise der LOGO! zu erproben, musst du die Eingänge mit Schaltern
verbinden und mit den Ausgängen die LEDs schalten. Für den schnellen Aufbau
benötigtst du neben der LOGO!:
Eine Sperrholz- oder Spanplatte (Größe bestimmen!),
7 cm Montageschiene,
6 bzw. 8 Schiebeschalter (je nach LOGO!-Variante; mit
Heissklebepistole fixieren!),
4 LEDs mit "passenden" Vorwiderständen,
Netzgerät 12 bzw. 24 V Gleichspannung (je nach LOGO!-
Variante) sowie
Heftzwecken als Lötstützpunkte und Verbindungsleitungen.
+
-
LED1
R1
LED3
R3
LED2
R2
LED4
R4
S4 S5
LOGO!
S6 S3 S2 S1
LOGO!-Programme direkt eingeben
Name:___________________________
Nachdem du nun die drei wichtigsten logischen Verknüpfungen kennst, wollen wir sie für verschiedene Programme verwenden. Dazu mußt du einige Regeln zum Bedienen der LOGO! kennen:
Regel 1: 3-Finger-Griff
Eine Schaltung wird in der Betriebsart "Programmieren" eingegeben. In die Betriebsart "Programmieren" gelangst du, indem du die 3 Tasten <, > und OK gleichzeitig drückst. Zum Ändern der Werte von Zeiten und Parametern benötigst du die Betriebsart "Parametrieren". In diese Betriebsart gelangst du indem du die 2 Tasten ESC und OK gleichzeitig drückst.
Regel 2: Ausgänge und Eingänge (Klemmen)
Programme gibst du immer vom Ausgang (Q1 bis Q4) zum Eingang (I1 bis I6 bzw. I8) ein. Du kannst einen Ausgang mit mehreren Eingängen verbinden, aber nicht mehrere Ausgänge auf einen Eingang schalten. Du kannst innerhalb eines Programmpfades keinen Ausgang mit einem vorangehenden Eingang verbinden.
Regel 3: Cursor und Cursorbewegung
Beim Eingeben eines Programms wird der Cursor als Unterstrich dargestellt und mit den Pfeiltasten bewegt. Mit OK wechselst du zum Auswählen von Ein- und Ausgängen (Co) und
Blöcken (verschiedenen Grund- und Sonderfunktionen; GF bzw. SF ). Mit ESC verläßt du das Eingeben.
Regel 4: Planung
Vor dem Eingeben eines Programms plane es zunächst vollständig auf dem Papier.
Aufgaben:
1. Ausgang Q1 soll nur dann leuchten, wenn Schalter I1 und I2 geschlossen sind. 2. Ausgang Q1 soll leuchten wenn die Schalter I1 oder I2 geschlossen sind. 3. Der Ausgang Q1 soll nur leuchten, wenn der Schalter I1 und einer der beiden Schalter I2 bzw.
I3 geschlossen wird.
4. Gebrauchtwagen gesucht! Kaufe einen Kombi der Marken VW oder Opel in den Farben rot, grün oder blau wenn es kein Diesel ist.
5. Programmiere die LOGO! so, dass sie die Dualzahlen anzeigt, d. h I1 = 1, I2 = 10, I3 = 11 usw., wobei Q4 die Einer. Q3 die Zweier usw. darstellt.
6. Um den Zugang in eine Entwicklungsabteilung oder in einen Tresorraum zu erhalten gibt es oft keinen speziellen Schlüssel, sondern ein Zahlenschloß. Es besteht aus mehreren Tasten und nur mit der richtigen Zahlenkombination öffnet sich die Tür. Eine falsche Zahlenkombination führt zu einem Alarm in der Überwachungszentrale.
a. Baue mit den Eingängen I1 bis I6 ein vereinfachtes Zahlenschloss auf, wobei drei Schalter bedient werden müssen und LED1 "Tür öffnet sich" und LED2 "Alarm" bedeutet.
b. Lege einem Mitschüler die fertige Schaltung vor. Nach wie vielen Versuchen ist der Code geknackt?
c. Wie viele verschiedene Codes gibt es? d. Erweitere die Schaltung so, dass bei einer falschen Taste nicht nur Alarm ausgelöst wird,
sondern auch die Tür versperrt bleibt. e. Wie kann aus Sicherheitsgründen die Tastenkombination am einfachsten verändert werden?
Binärzahlen
Name:____________________
Du hast gesehen, dass die elektronischen Verknüpfungsglieder, die auch Gatter genannt werden (z. B. UND, ODER, NICHT) nur die beiden Zustände 0 und 1 kennen. Dies gilt auch für weitere logische Bausteine und allgemein für den Computer. Sie alle können nur zwei Zustände am Eingang und am Ausgang unterscheiden:
keine Spannung (oder zu kleine) vorhanden (=Spannung low) → Zustand 0
Aus diesen beiden Ziffern muss sich ein Computer sein eigenes Zahlensystem aufbauen. Man nennt dieses Zweiersystem auch Dualsystem (lat. duo = zwei) oder auch Binärsystem (lat. bini = je zwei). Bei unserem Dezimalsystem (oder Zehnersystem) verzehnfacht sich der Wert einer Ziffer mit jeder weiteren Stelle (Einer, Zehner, ...) Beim Dualsystem verzweifacht bzw. verdoppelt sich der Wert einer Ziffer bei jeder weiteren Stelle. Es gibt also dort Einer, Zweier, Vierer, Achter usw.. Die Wertigkeit kann man auch mit Zweierpotenzen (20, 21, 22, 23 usw.) schreiben.
Zehner-system
Achter
23
Vierer
22
Zweier
21
Einer
20
0 0
1 1
2 1 0
3 1 1
4 1 0 0
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1. a) Ergänze die nebenstehende Zuordnungstabelle.
b) Betrachte jeweils die einzelnen Stellen (Einer, Zweier, ...) der Dualzahlen. Was fällt dir auf? (Ggf. kannst du die nicht ausgefüllten Felder mit Nullen füllen!)
c) Warum kann man mit vier Stellen höchstens 16 verschiedene Zahlen (von 0 bis 15) darstellen?
d) Was ist die größte Zahl, die man mit 5, 6, 7 Stellen darstellen kann?
e) Gib für die Dualzahlen
10101 110011 1101010
den Wert im Dezimalsystem an.
f) Woran erkennt man sofort, ob die Dualzahl eine gerade oder ungerade Dezimalzahl ergibt?
g) Wie lauten diese Dezimalzahlen
25 78 113 255
im Dualsystem?
Die ersten Computer gaben ihre Ergebnisse tatsächlich in Dualzahlen aus. Entweder leuchteten Lämpchen auf oder es wurden Löcher in Lochstreifen oder Lochkarten gestanzt. Dabei bedeutete jedes Loch den Wert 1 und kein Loch den Wert 0.
Selbstverständlich kann man auch im Dualsystem rechnen. Es ist dann 1 + 1 = 10, d. h. es gibt dann schon einen Übertrag.
2. Addiere die beiden Dualzahlen. Zur Kontrolle wandle sie in Dezimalzahlen um.
a) 1 0 1 0 ____ b) 1 0 1 1 0 1 ____
+ 1 1 1 1 + ____ + 1 1 0 1 0 1 + ____
________ _____ _________ _____
Lösungen zum Aufgabenblatt Binärzahlen
1.a)
Zehner-
system
Achter
23
Vierer
22
Zweier
21
Einer
20
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
10 1 0 1 0
11 1 0 1 1
12 1 1 0 0
13 1 1 0 1
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1
16
Um die Zahl 16 darzustellen, benötigt man eine weitere Spalte (Sechzehner, 24),
da alle Möglichkeiten mit zwei Zeichen und vier Spalten ausgeschöpft sind.
b) In der Einer-Spalte wechseln sich 0 und 1 ab (gerade, bzw. ungrade Zahl), in
der Zweier-Spalte folgt jedes Zeichen 2x aufeinander, in der Vierer-Spalte 4x
usw...
c) siehe 1. a)
d) 5 Stellen: 25 = 32 Zeichen
6 Stellen: 26 = 64 Zeichen
7 Stellen: 27 = 128 Zeichen
e) 10101 = 21; 110011 = 51; 1101010 = 106
f) Enthält die Einer-Stelle eine 1, so ist die Dezimalzahl ungerade.
Nachdem du bisher kleinere Programme direkt eingegeben hast, wollen wir jetzt die komfortable Software LOGO!Soft-Comfort 2.0 für die Erstellung , Simulation und Übertragung nutzen und gleichzeitig neue digitale Bausteine kennenlernen.
Der RS-Baustein (Sonderfunktion SF)
Bei den bisherigen Logikschaltungen bestand ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen den anliegenden Eingangssignalen und dem sich hieraus ergebenden Ausgangssignal. Bei den Speicherbausteinen können kurzzeitige Eingangssignale länger andauernde Ausgangssignale hervorrufen (Signalspeicher). Bei dem RS-Baustein handelt es sich um ein Flip-Flop. Ein einmaliger Impuls am Eingang führt zu einer "1" am Ausgang bis ein Impuls den Rücksetzeingang erreicht. Der RS- Baustein macht Sinn, wenn man sich die Eingänge als Taster vorstellt (du darfst die Schalter also nur kurzzeitig schließen; beim PC-Programm beim Menüpunkt Simulationsparameter entsprechend einstellen!).
Aufgaben
7. Ein Motor (Q1) soll mit einem Taster (I1) eingeschaltet und mit einem Taster (I2) ausgeschaltet werden können. Außerdem soll der Motor mit dem "Notschalter" (I6) gestoppt werden können und nur bei geschlossenem "Notschalter" eingeschaltet werden können..
8. Die Aufgabe 6 macht eigentlich nur Sinn mit einem Tastenfeld. Löse die Aufgabe mit Tastern.
Das T-Kippglied (Stromstoßrelais)
Das T-Kippglied verfügt über einen Takteingang und behält am Ausgang die "1" solange bei, bis am Eingang ein weiterer Takt erfolgt. Mit dem Rücksetzeingang R kann der Ausgang auch auf "0" gesetzt werden.
Ausschaltverzögerung
Mit der Ausschaltverzögerung kann ein kurzzeitiger Impuls am Eingang für eine bestimmte Zeit (bei Blockeigenschaften (rechte Maustaste) eingeben!) am Ausgang gespeichert werden.
Aufgaben:
9. Lampe 1 soll von drei verschiedenen Tastern ein- oder auch ausgeschaltet werden.
10. Lampe 1 soll mit Taster 1 eingeschaltet werden und 10 Sekunden lang leuchten.
11. Lampe 1 soll von drei Tastern eingeschaltet werden können und sich nach einer Minute automatisch ausschalten.
12. Erweitere die obige Schaltung zur Treppenhausschaltung mit folgenden Funktionen:
a. Wird S1, S2 oder S3 kurz betätigt, schaltet das Licht über Stromstoßfunktion ein. Gleichzeitig läuft das Zeitrelais an. Wird innerhalb der einen Minute S1, S2 oder S3 wieder kurz betätigt, schaltet das Licht aus und das Zeitrelais fällt ab.
b. Wird kein zweites Mal S1 ... S3 betätigt, so wird das Licht nach einer Minute automatisch abgeschaltet.
c. Über einen Schalter S4 lässt sich das Licht auf Dauerbetrieb schalten.
Der Taktgeber
Wir haben den astabilen Multivibrator (Wechselblinker) mit Transistoren aufgebaut. Einen solchen Baustein wollen wir als nächstes verwenden. Die Taktzeit ist bei den Blockeigenschaften beliebig einzustellen.
Aufgaben:
13. a) Lampe 1 soll im Sekundentakt blinken, wenn Taster 1 betätigt worden ist. Mit Taster 2 soll die blinkende Lampe wieder ausgeschaltet werden.
b) Erweitere die Schaltung so, dass Lampe 1 und Lampe 2 abwechselnd blinken.
14. a) Mit einem Taster soll Lampe 1 eingeschaltet werden. Nach jeweils einer Sekunde wird eine weitere Lampe hinzu geschaltet. Mit einem weiteren Taster können die Lampen ausgeschaltet werden.
b) Die vier Lampen sollen einzeln nacheinander jeweils eine Sekunde lang leuchten c) Die vier Lampen sollen nacheinander jeweils eine Sekunde lang leuchten und immer wieder von vorn beginnen, bis das Lauflicht mit dem Stoppschalter unterbrochen wird.
15. a) Baue mit dem automatischen Taktgeber einen Vier-Bit-Zähler auf, mit dem du bis 15 zählen kannst. Q4 bildet die Einer, Q3 die Zweier usw. Mit I1 soll automatisch gezählt werden, mit I2 in Einzeltakten.
b) Erweitere die Schaltung so, dass sie bei 11 automatisch anhält.
c) Erweitere sie so, dass sie bei 7 oder 11 automatisch anhält.
LOGO!-Programm Ampel
Name: ___________________________
Wenn du die bisherigen Aufgaben alle gelöst hast bist du für unser eigentliches Ziel, dem Programmieren einer Ampel gut vorbereitet.
Zur Erinnerung:
Jede Ampel besteht aus den vier unterschiedlich lang einzustellenden Ampelphasen ROT, ROT/GELB, GRÜN und GELB und der nur durch einen Schalter zu unterbrechenden endlosern Wiederholung dieser Phasen.
Neben den bisher besprochenen Grundfunktionen (UND, ODER, NICHT) und den Sonderfunktionen (RS-SPEICHERBAUSTEIN, STROMSTOSSRELAIS und AUSSCHALTVERZÖGERUNG haben viele auch schon die EINSCHALTVERZÖGERUNG verwendet. Diese schaltet den Ausgang verspätet nach einer einzustellenden Zeit auf 1 und fällt wieder auf 0, nachdem der Eingang auf 0 zurückgefallen ist.
Eine weitere hilfreiche Funktion bei den Klemmen (Co) ist der Merker. Es handelt sich dabei um einen virtuellen Ausgang, der notwendig ist, wenn in einem Programmpfad eine Rückkopplung erfolgen soll (Verbindung eines Ausgangs mit einem vorhergehenden Eingang!).
Einschaltverzögerung:
Der Ausgang wird erst nach einer einzustellenden Zeit durchgeschaltet.
Ausschaltverzögerung:
Der Ausgang wird erst nach einer einzustellenden Zeit zurückgesetzt.
Merker:
Parkhauseinfahrt
Das Modell Parkhauseinfahrt (s. Abb.) kann mit Baukästen, Halbzeugen oder individuell aufgebaut werden.
Beschreibung: Es soll eine Parkhauseinfahrt gebaut und programmiert werden. Auf Knopfdruck öffnet sich die Schranke. Ein Endschalter "Schranke auf" signalisiert die offene Schranke und die Einfahrampel springt von ROT auf GRÜN. Beim erreichen der Lichtschranke springt die Ampel wieder auf ROT und beim Verlassen der Lichtschranke schließt sich die Schranke bis der Endschalter "Schranke zu" meldet und den Motor abschaltet.
Die Programmieraufgabe wird in Teilschritte zerlegt.
Teil 1:
Einfahrt
M1
Schranke
LS1
Die Schranke geht nur auf, wenn der Einfahrttaster betätigt wird und die Schranke geschlossen ist. Da es sich um Taster handelt müssen die Signale mit dem RS-Baustein festgehalten werden. Erst wenn die Schranke offen ist, setzt der Endschalter den RS-Bausrein zurück.
Mit der Simulationsfunktion wird dieser Schaltungsabschnitt überprüft. Zunächst werden die Simulationsparameter (Extras) eingestellt (I1 als Taster, I2 und I3 als Schalter um das Geschlossensein bzw. Offensein zu simulieren). Wenn I2 geschlossen ist und I1 muss Q1 leuchten, auch noch wenn anschließend I2 geöffnet wird. Erst wenn I3 geschlossen wird erlischt Q1.
Teil 2:
Die rote Lampe der Einfahrampel muss so lange leuchten, bis die Schranke ganz geöffnet ist. Dann springt sie auf GRÜN um.
Teil 3:
Beim Unterbrechen der Lichtschranke springt die Ampel wieder auf ROT zurück.
Lösung: I4 wird mit B08 verbunden.
Teil 4:
Beim Verlassen der Lichtschranke (negative Steigungsflanke) schließt sich die Schranke bis der Endschalter "zu" den Motor ausschaltet, indem er dem RS-Baustein zurücksetzt.
Ausbaustufe:
Ist das Projekt so weit gelungen, so kann man an weitere Ausbaustufen denken. Es könnte z. B. die Zahl der vorhandenen Parkplätze berücksichtigt werden, indem bei der Ausfahrt eine weitere Lichtschranke vorgesehen wird, die die ausfahrenden Fahrzeuge registriert und den Zählerstand entsprechend zurücksetzt. Bei vollem Parkhaus darf sich dann die Schranke nicht öffnen.
Übersicht über die bereitgestellten Dateien
1. Informationen zum Steuermodul
2. Fachtipps für Lehrer
3. Arbeitsblätter
4. Lösungen
Inhalt
Gründe für den Einsatz der LOGO! in der allgemeinbildenden Schule
Was ist eine LOGO! und was enthält sie?
Wie programmiert man sie direkt bzw. mit Hilfe der Software
Warum gerade ein Siemens Produkt und keine anderen Logikmodule?
Detailangaben zu Klemmen und Tasten (evtl. Folienvorlage)
Bestellformular für LOGO! Schulpakete "5 + 1 + 1"
Lizenzvereinbarung zum Schulpaket
Internetadresse für Produktinformationen, Neuigkeiten und Download der Demosoftware: www.ad.siemens.de/logo
Inhalt
Vorbemerkungen zur Unterrichtsreihe
Ablauf der Unterrichtsreihe
Material und Anordnung einer LOGO!-Trainer-Platine
Mit Sprint-Layout erstelltes Layout für die LOGO!-Trainer-Platine
Lösungen für die Richtungsumkehr bei Motoren
Neben Schaltern sind auch andere Sensoren als Eingänge möglich
Beispiel für ein mögliches Folgeprojekt "Parkhauseinfahrt"
Hinweise für die Projektarbeit mit "Mustervereinbarung"
Inhalt
Einführung der drei Grundverknüpfungen an Beispielen/Folienvorlage
Aufgaben zu den Verknüpfungen
Schaltplan und Bauteile für den schnellen Aufbau des LOGO!-Trainers
Eingabehinweise und Aufgaben zum LOGO!-Trainer
Einführung der Binärzahlen mit Aufgaben
Kurzübersicht über den Speicherbaustein RS
Aufgaben zur Lösung mit Hilfe der Software
Hinweise zur Ampelfolge und zu weiteren Funktionsblöcken
Gründe für die Einführung in die Digital- und Automatisierungstechnik mit LOGO!
Da Logikmodule noch nicht lange auf dem Markt sind (das Logik-Steuermodul LOGO! von Siemens seit 1996) und daher in der allgemeinbildenden Schule noch nicht oft eingesetzt werden möchte ich hier eine kurze Bestandsaufnahme vornehmen und diese den Möglichkeiten mit der LOGO! gegenüberstellen.
Digitaltechnik und Automatisierungstechnik bisher
Bisher wurden die von der Eingabe-Ebene aufgenommenen Signale (meistens Schalter) durch Leitungsverbindungen zwischen den Bauelementen logisch verknüpft. Die "Programmierung" erfolgte also mit Verbindungskabeln oder Leiterbahnen (Verbindungsprogrammierte Steuerungen VPS).
Da oft Bausteine einer bestimmten Schaltkreisfamilie benutzt wurden (TTL-Familie, C-MOS-Familie) so waren Kenntnisse über Betriebsspannungen, Benennung der Bausteine, Belegung der Anschlüsse bei den entsprechenden ICs, Belegung nicht erforderlicher Eingänge eines Bausteins erforderlich.
Oft waren nur wenige ICs mit Grundbausteinen vorhanden, so dass mit viel Aufwand weitere Bausteine aus Grundbausteinen zusammengestellt werden mussten (z. B. ein RS-Kippglied aus NAND-Gattern).
Eine einmal erstellte Schaltung konnte nur mit erheblichem Aufwand an neue Erfordernisse angepasst werden (meistens mussten wegen der unübersichtlichen Drahtverbindungen alle Leitungsverbindungen entfernt werden und eine Neuplanung erfolgen).
Zu tatsächlichen Anwendungen kam es daher oft nicht mehr, weil die Ausgänge nur wenig belastbar waren und entsprechende Verstärkerstufen (Relais bzw. Transistoren) größeren Aufwand erforderten.
Bei Automatisierungsaufgaben mit dem PC und Interface war die Digitaltechnik nicht erforderlich, aber es musste zunächst eine Programmiersprache erlernt oder unverständliche Poke-Befehle hingenommen werden.
Der PC war durch die Steuerungsaufgabe dauernd belegt, die Anordnung platzraubend und sie standen nur für beispielhafte, aber nicht für tatsächliche Automatisierungsaufgaben zur Verfügung.
Die Ausgänge der Interface waren meist spannungsgebunden (Fischertechnik z. B. 5V) und wenig belastbar.
Digital und Automatisierungstechnik mit der LOGO!
Es wird mit der LOGO! die Lebenswirklichkeit in die Schule geholt, denn kein
Mensch verdrahtet mehr NANDs und nicht nur in Industrie und Handwerk finden wir die Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) wie z. B. S7-200 bzw. LOGO!, sondern selbst in Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen und Geschirrspülern finden wir sie in unserer unmittelbaren Umgebung. Man erkennt sie allerdings erst auf dem 2. Blick, z. B. weil das "Knattern" des Schrittschaltwerks fehlt oder wenn mit der Update-Funktion geworben wird. Selbst in die Kinderzimmer hält diese Technik inzwischen Einzug z. B. mit dem RCX-Baustein von LEGO.
Die Vorzüge liegen auf der Hand:
Man kann sich auf die leicht verständlichen logischen Grundfunktionen (UND, ODER und NICHT) beschränken, da als weitere Bausteine Speicher- und Zeitfunktionen sowie Taktgeber in großer Zahl (für Schüler der SI fast unbegrenzt) zur Verfügung stehen.
Für Belegung, Zusammenschaltung und Minimierung muss man keine Ressourcen verschwenden, sondern kann sich dem eigentlichen Problem, der Durchdringung der Aufgabenstellung widmen. Dadurch wird kein Spezialwissen angehäuft, sondern der Umgang ist allgemein-bildend.
Durch den Einsatz der grafischen "Programmierung" ist ein leichter Einstieg in die allgemeingültige Darstellung von digitalen Schaltungen (Funktionsplan) gegeben, die mit LOGO! spezifischen Bausteinen ergänzt werden.
Die Ausgänge sind belastbar (bei den RC-Varianten mit 10 A), nicht an eine bestimmte Spannung gebunden und galvanisch getrennt, so dass auch reale und anspruchsvolle Aufgabenstellungen direkt lösbar sind.
Da die LOGO! immer wieder neu programmierbar, robust und preiswert ist, so kann man sie als vielseitiges Unterrichtsmittel nutzen.
Durch die unmittelbare Nähe wird das in der Informationstechnik grundlegende EVA-Prinzip (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) deutlich.
Mit der LOGO! wird nicht zuletzt durch Programmspeicherung mittels EE-PROM, direkte Programmierung mit Cursortasten und Online-Programmierung über PC, Software, Simulation und Programmübertragung. Medienkompetenz erlangt.
Was ist eine LOGO!?
Seit 1996 ist das universelle Logikmodule von Siemens auf dem Markt. Durch die Integration einer Vielzahl von Funktionen, die virtuell verbunden werden, können mit der LOGO! Steuerungsaufgaben in der Haus- und Installationstechnik und im Maschinen und Apparatebau für kleinere Automatisierungsaufgaben im Vergleich zu konventionellen Schaltungen viel einfacher und universeller gelöst und flexibel an neue oder erweiterte Aufgaben angepasst werden.
Abb.1: Aufbau einer LOGO!
Dabei ist die LOGO! vom Funktionsumfang her sicherlich eine "kleine" SPS, aber durch die integrierte Bedien- und Anzeigeneinheit und die direkte Programmeingabe am Gerät sogar mehr. Besonders hervorzuheben sind die galvanisch getrennten Ausgänge, die bis zu 10 A belastbar sind und somit vielfältige Anwendungen ohne Verstärkerelement direkt schalten können.
Funktionen der LOGO!
Neben den Ein- und Ausgängen (Connectoren Co) enthält die LOGO! insgesamt 8
Grundfunktionen (Gf). Für die Schule reichen die drei elementaren Verknüpfungen UND, ODER und NICHT aus. Wird ein NAND benötigt, so kann es durch Negieren eines UND-Gatters erzeugt werden, da genügend Funktionsblöcke zur Verfügung stehen.
Abb.2: Grundfunktionen
Von den 21 Sonderfunktionen (Sf) reichen die ersten 5 Funktionsblöcke zunächst vollkommen aus. Dies sind:
die Ein- und Ausschaltverzögerungen (z. B. beim Treppenhauslicht), der RS-Speicherbaustein (bei uns als Bistabile Kippschaltung oder Flip-Flop
bezeichnet), wenn kurzzeitige Zustände länger beibehalten werden müssen z. B. bei Tasterbetätigung,
der Taktgeber (bei uns als Astabile Kippschaltung oder Wechselblinker bezeichnet) und
das Stromstossrelais (bei uns oft auch als T-Kippglied bezeichnet).
Abb. 3: Einige Sonderfunktionen
Programmierung der LOGO!
Die Logo! ist direkt am Gerät oder mit Hilfe der Software am PC zu programmieren. Dadurch unterscheidet sie sich u. a. auch von einer "echten" SPS.
Direkte Programmierung
Die direkte Programmierung war bei den ersten LOGO!s üblich, ist heute bei dem erweiterten Funktionsumfang zu unübersichtlich, da im LCD-Anzeigefeld nur ein Funktionsblock sichtbar ist. Für die Eingabe von Parametern z. B. bei der Anpassung der Programme an das Funktionsmodell ist sie aber sehr hilfreich. Mit dem "Drei-Finger-Griff" gelangt man in den Programmiermodus und "hangelt" sich dann mit den Pfeiltasten, OK und ESC durch das Programm. Programmiert wird vom Ausgang zum Eingang. Die Schüler sind da sehr versiert und haben die Eingabe schnell durchschaut. Wichtig ist die Strukturierung des Problems.
Abb. 1: Direkte Programmierung der LOGO!
Programmerstellung am PC
Für die Programmerstellung am PC benötigt man die Software LOGO! Soft Comfort 2.0. Ein Programmierbeispiel füge ich unten an. Wie Sie sehen werden, sind sie äußerst einfach zu erstellen, denn das Programm
verwendet die bekannte Windows-Oberfläche und Bedienung, d. h. es bietet z.B.
Kontextmenü und Symbolleisten führt zum Schaltprogramm per "Drag and Drop" und ermöglicht so die
Schaltprogramme direkt am PC zu "zeichnen" simuliert die Schaltprogramme mit Status je Funktion gekennzeichnet durch
Farbumschlag bietet professionelle Druck- und Dokumentationsfunktionen ermöglicht die Vorauswahl verschiedener Geräte
Außerdem liefert die CD-ROM das Handbuch und fertige, nutzbare Beispiele.
In die Handhabung der Software und den programmspezifischen Symbolleisten (Abb. 2) mit Button für Connectoren (CO), Grund- und Sonderfunktionen (GF bzw. SF), Verbindungs-, Markier- und Simulationsfunktion ist schnell eingeführt und bereitete nach kurzem Hinweis auf Parametereinstellung und Simulationsmöglichkeit keinerlei Schwierigkeiten. Sie wird im Gegenteil sogar als Erleichterung empfunden, da nun nicht nur ein Funktionsblock, sondern der gesamte Plan ersichtlich ist.
Connectoren
Grundfunktionen
Sonderfunktionen
Simulation
VerbindenMarkieren
Beschriften
Symbole Programm
Abb. 2: LOGO!-Software mit Anwendungsbeispiel
Am Beispiel der folgenden Aufgabe möchte ich die einfache Programmerstellung am PC verdeutlichen:
Ein Motor (Q1) soll mit einem Taster (I1) eingeschaltet und mit einem Taster (I2)
ausgeschaltet werden können. Außerdem soll der Motor mit dem "Notschalter" (I6) gestoppt werden können und nur bei geschlossenem "Notschalter" eingeschaltet
werden können.
Zunächst werden die Eingänge I1, I2 und I6 sowie der Ausgang Q1 nach "anklicken" des Buttons (Co) ausgewählt und positioniert. Da es sich bei I1 und I2 um Taster handelt, muss die Information "Taster betätigt" durch den Speicherbaustein RS unter den Sonderfunktionen (Sf) festgehalten werden. Die Maschine (Ausgang Q1) darf nur anlaufen, wenn der Not-Aus-Schalter geschlossen und der Ein-Taster betätigt wird. Also wird aus den Grundfunktionen (Gf) ein UND-Gatter ausgewählt und vor den Ausgang gesetzt. Der Speicherbaustein RS wird durch den Aus-Taster oder den nicht betätigten Not-Aus-Schalter zurückgesetzt. Daher werden nun noch vor den Rücksetzeingang des RS-Bausteins ein ODER- und nach dem Not-Aus-Schalter noch ein NICHT-Gatter gesetzt. Die Verbindungsleitungen können nach Betätigung des Verbindungs-Buttons "gezogen" werden. Zum Abschluss wird nach Einstellung der Simulationsparameter (Extras) der Simulations-Button betätigt und die Schaltung simuliert, wobei "high"-Signale durch Farbumschlag gekennzeichnet werden. Die Beschriftungs-, Ausrichtungs- und Übertragungsfunktionen sind intuitiv zu bedienen und bedürfen keiner Erläuterung.
Warum gerade die LOGO! von Siemens?
Von der Firma Moeller Electric GmbH wird eine "EASY" angeboten, die ähnlich wie die LOGO! aufgebaut und auch als 24 V Variante erhältlich ist. Für die allgemeinbildende Schule ist sie m. E. ungeeignet, weil sie die Symbolik von Stromlaufplänen verwendet, die in elektrotechnischen Berufen selbstverständlich aber für unsere Schüler eine Zusatzhürde darstellen.
Abb. 1: Easy von Möller mit der Eingabe in Form von Stromlaufplänen
Von der Firma Conrad-Elektronik wird eine C-Control Station angeboten, die aber nur als 230 V Variante angeboten wird und damit für Schülerhände ungeeignet ist.
LegoDacta bietet den programmierbaren Lego-Stein RCX mit drei Ein- und Ausgängen an. Er wird mit einem PC und der ROBOLAB Software programmiert, wobei das Programm mit einer Infrarot-Schnittstelle drahtlos übertragen wird und im Zusammenspiel mit dem gesamten Lego-Equipment viele Möglichkeiten bestehen. Leider verliert der Baustein bei etwas länger dauerndem Akkuwechsel sein Programm.
Abb. 2: RCX-Baustein von Lego
Aufbau der LOGO! mit detaillierter Beschriftung
Internetadresse für Produktinformationen, Neuigkeiten und Download der Demosoftware: www.ad.siemens.de/logo
Ergänzende Lizenzvereinbarung für LOGO! Schulungspaket zur Überlassung an
Forschungs- Entwicklungs- und Ausbildungsstätten in einem Schulraum
Präambel:
Dieser Siemens Lizenzvertrag für Schüler, Studenten und Lehrkräfte (dieser "Lizenzvertrag") ist ein rechtsgültiger Vertrag zwischen Ihnen und der Siemens AG. Sie müssen diesen Lizenzvertrag aufbewahren, um nachzuweisen, daß Sie die Lizenzrechte von der Siemens AG erhalten haben. Durch die Benutzung der in diesem Lizenzvertrag lizenzierten Hard- und Softwareprodukte erklären Sie sich damit einverstanden, an die Bestimmungen dieses Lizenzvertrages gebunden zu sein. Falls Sie mit den Bestimmungen dieses Lizenzvertrages nicht einverstanden sind, dürfen Sie die Hard- und Software nicht benutzen. Für die Zwecke dieses Lizenzvertrages bedeutet der Begriff "Hard- und Software" das oben bezeichnete Produkt mit den folgenden Bestelldaten:
1. Lizenzgewährung Dieser Lizenzvertrag gewährt Ihnen das zeitlich unbegrenzte Recht, wie unten ausgeführt, die Hard- und Software für Schulungszwecke zu nutzen. Sie können eine Kopie der Software auf den einzelnen Schulcomputern eines Klassenraums installieren und benutzen.
2. Die Nutzung der Hard- und Software ist nur im Rahmen der Aus- und Weiterbildung an Schulen, Volkshochschulen, staatlich anerkannten Bildungseinrichtungen sowie im Rahmen von Forschung und Lehre an Hochschulen und an Forschungseinrichtungen ohne Gewinnerzielungsabsicht zulässig. Weitergabe, Vermieten, Verleasen und Verleihen von Hard- und Software sind nicht gestattet.
3. Die Nutzung der Hard- und Software an privaten Einrichtungen der Erwachsenenbildung ist nur im Rahmen von staatlich anerkannten Bildungsmaßnahmen gestattet, die nach dem Arbeitsförderungsgesetz (AFG), dem Bundesausbildungsförderungsgesetz (BAföG) oder dem Berufsbildungsgesetz (BBiG) durchgeführt werden. Die erworbene Schulhardware und -software darf ausschließlich zur Durchführung der geförderten Kurse eingesetzt werden.
4. Forschungseinrichtungen dürfen LOGO! Schulhardware und -software nur dann einsetzen, wenn diese entweder in der aktuellen "Blauen Liste" des "Bundesberichts Forschung" des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) aufgeführt sind und/oder nach Bestätigung des zuständigen Ministeriums, daß Ziele und Inhalt der Forschung jeden kommerziellen Nutzen ausschließen.
5. Der Einsatz von LOGO! Schulhardware und -software in gemeinnützigen Vereinen ist nur zulässig für nicht kommerzielle Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen, bzw. Forschungsvorhaben, wenn die Kurse für jedermann öffentlich zugänglich sind.
6. Ergänzend gelten die Allgemeinen Bedingungen zur Überlassung von Software für Automatisierungs- und Antriebstechnik, die jedem Softwareprodukt beigefügt sind. Siemens behält sich das Recht zur Überprüfung vor. Verstöße gegen diese Bedingungen sowie gegen den LOGO! Lizenzvertrag werden in jedem Falle strafrechtlich und zivilrechtlich verfolgt.
Logikmodule sind im Unterricht der allgemein bildenden Schule noch nicht weit verbreitet. Viele Kollegen haben sich auch bisher noch nicht an Automatisierungsaufgaben mit dem PC herangetraut, weil sie die Ausstattung bzw. den Programmieraufwand scheuten.
Die Digitaltechnik mit hardwaremäßig verbundenen NANDs (7400 bzw. 4011) etc. ist in der Schule schon aufwendig genug, macht in der Praxis kein Mensch mehr und "reißt keinen Schüler vom Hocker", da bestenfalls einige LEDs blinken.
Oder man hält an der jahrzehnte alten liebgewonnenen Praxis fest und ist wenig geneigt sich mit neuen Dingen auseinander zu setzen.
Mit LOGO! innovativ Automatisieren!
Ich kann aber jeden nur ermuntern, die LOGO! einzusetzen, denn man hat damit ein robustes Gerät, muss sich nicht um PIN-Belegungen und lockere Steckverbindungen kümmern, muss keine Programmiersprache lernen, sondern wendet allgemeingültige Symbole der Digitaltechnik und spezifische Erweiterungen an und kann sich wirklichen Automatisierungsaufgaben widmen, wo sich etwas dreht oder bewegt und nicht nur ein paar LEDs symbolisch leuchten. Auch in den Augen der Schüler ist es ein modernes Steuermodul (Bedienung, Software) mit dem sie sich motiviert auseinandersetzen.
Nicht abschrecken lassen!
Wenn ich wegen des noch geringen Bekanntheitsgrades viele Informationen, Begründungen und Hilfen gegeben habe, so hoffe ich doch, dass sich die Kolleginnen und Kollegen nicht durch die Fülle abschrecken lassen. Um schnell und gezielt zugreifen zu können und nicht alles lesen zu müssen wurden die Informationen gesplittet.
Schulpaket anfordern und starten!
Empfehlen kann ich nur, sich ein Schulpaket zuzulegen und mit einer Schülergruppe anzufangen. Für 299 € haben Sie 5 LOGO!s, können lehrgangsähnlich (wie dargestellt) die Grundlagen erarbeiten, wobei die im Technikunterricht vielfach "strapazierte" Ampel auch noch entfallen kann. Ich habe sie mit eingebaut, um auch die Realisierung einer Schleifenstruktur aufzuzeigen. Anschließend können 5 Gruppen unterschiedliche Automatisierungsaufgaben (mit Baukästen, Halbzeugen oder individuell) lösen, worüber ich dann eine Facharbeit erstellen lasse. Sie werden sich wundern, wie ideenreich und kreativ ihre Schüler ans Werk gehen.
Erfahrungsaustausch!
Ich würde mich freuen, wenn Sie mir Ihre Erfahrungen mitteilen und bin für Anregungen dankbar. So könnte langsam eine "schulische LOGO!-Interessengemeinschaft" entstehen. Meine E-Mail-Adresse steht im Überblick.
Verlauf der Unterrichtsreihe
Zunächst steht das Kennenlernen und die Programmierung der LOGO! im Vordergrund. Anschließend können unterschiedliche Automatisierungsaufgaben mit der LOGO! als zentralem Steuerelement von verschiedenen Gruppen angegangen werden, oder es wird arbeitsteilig an einer Automatisierungsaufgabe gearbeitet.
Einführung der Grundverknüpfungen
Zunächst besprechen wir verschiedene Informationsspeicher, unterscheiden digitale und analoge Signale und erarbeiteten die Dualzahlen um dann bei der Verarbeitung von Informationen zu den Grundfunktionen UND, ODER und NICHT zu gelangen. Für das Verständnis wichtig ist, sich nicht nur auf technische Beispiele zu beschränken, sondern einen Einstieg mit allgemeinen Sachverhalten zu wählen, auch wenn sie nicht immer der "reinen" Boolschen Algebra entsprechen. Notwendig ist es, die Schüler an die für die Programmierung erforderliche Denkweise heran zu führen. Die anderen Grundfunktionen werden nur kurz angesprochen, aber nicht vertieft, da genügend Bausteine zur Verfügung stehen. Bei späteren Programmieraufgaben kann näher darauf eingegangen werden (z. B. OR oder XOR beim Autokauf).
Verwendung des LOGO!-Trainers
Nun setze ich zur Vertiefung der Grundfunktionen und zum Kennenlernen der LOGO! die direkte Programmeingabe am Logikmodul ein. Ich habe inzwischen die LOGO!-Trainer fest auf einer Platine montiert (Abb.1).
Abb. 1: LOGO!-Trainer mit Belegungskärtchen "Autokauf"
Hinweis: Es besteht ein Gebrauchsmusterschutz für die Fa. Glasmacher electronic GmbH, d. h. Nachbauten für gewerbliche und berufsbildende Bereiche bedürfen der
Zustimmung des Inhabers. Zu beziehen sind ähnlich gestaltete Trainer über die Fa. Wuekro (www.wuekro.de).
Es reicht aber zunächst vollkommen aus, zumal wenn man die LOGO!s später noch für die Automatisierungsaufgaben verwendet, einen "fliegenden" Aufbau auf einem Holzbrett (Abb. 2) zu wählen.
Abb. 2: "Fliegender" Aufbau der LOGO!
Die Schüler bearbeiten zu zweit im individuellen Lerntempo die Aufgabenstellungen (s. Arbeitsblatt). Nach einer kurzen Eingabeerläuterung stellt die Programmierung von Hand keine Schwierigkeit dar. Allerdings verlange ich, dass nicht planlos oder nach Versuch und Irrtum erprobend Schaltungen eingegeben werden, sondern dass der logische Schaltplan der entsprechenden Aufgabenstellung zunächst in der Mappe skizziert wird und dann erst eingegeben wird. Da nur ein Block in der LCD-Anzeige sichtbar ist, sehen die Schüler dies auch als notwendig und hilfreich ein.
Bei den etwas umfangreicheren Schaltungen lasse ich auch die Belegung der Ein- und Ausgänge auf dem eingelegten Pappkärtchen (Abb. 1) festgehalten. Bei manchen Schaltungen gebe ich sie auch vor. Die Schüler sind interessiert und motiviert bei der Sache. Durch Zusatzaufgaben bzw. durch Weglassen der letzten Aufgaben auf dem Arbeitsblatt lassen sich Zeitunterschiede ausgleichen.
Verwendung der Software
Bevor ich in die Oberfläche einführe, erweitere ich die drei Grundfunktionen um eine Sonderfunktion (s. Arbeitsblatt), den RS-Baustein (Selbsthalterelais). Um kurzzeitige Informationen wie "Taster gedrückt" über einen längeren Zeitraum fest zu halten, benötigt man einen Speicherbaustein. Der RS-Baustein aus den Sonderfunktionen, den die Schüler im Prinzip als Flip-Flop kennen, hält das Signal so lange fest, bis er durch ein anderes "Ereignis" zurückgesetzt wird. Am Timingdiagramm ist dieser Sachverhalt
gut zu erkennen, auch dass das Rücksetzen Vorrang hat. In die Handhabung der Software und den programmspezifischen Symbolleisten mit Button für Connectoren (CO, Bezeichnung für Klemmen), Grund- und Sonderfunktionen (GF bzw. SF), Verbindungs-, Markier- und Simulationsfunktion ist schnell eingeführt (s. Programmierhinweise) und bereitet nach kurzem Hinweis auf Parametereinstellung und Simulationsmöglichkeit keinerlei Schwierigkeiten. Sie wird im Gegenteil sogar als Erleichterung empfunden, da nun nicht nur ein Funktionsblock, sondern der gesamte Plan ersichtlich ist. Hier besteht auch die Möglichkeit, mit dem PC-Kabel das letzte direkt eingegebene Programm auf den PC zu übertragen. Bei der Übertragung muss man beachten, dass auch am Logikmodul der Übertragungsmodus gewählt werden muss. Bei den Programmierhinweisen findet man auch ein Programmierbeispiel.
Um die Funktionstüchtigkeit von schrittweise erstellten Programmelementen zu erproben ist die Simulationsfunktion sehr hilfreich. Nach Einstellung der Simulationsparameter (Extras) wird der Simulations-Button betätigt und die Schaltung simuliert, wobei "high"-Signale durch Farbumschlag gekennzeichnet werden.
Die Beschriftungs-, Ausrichtungs- und Übertragungsfunktionen sind intuitiv zu bedienen und bedürfen keiner Erläuterung.
Wahl der Aufgabenstellungen
Wichtig ist es m. E., die zu verwendenden Bausteine zu begrenzen und die Aufgabenstellungen so zu wählen, dass sie von den Schülern durch schrittweise Erweiterung und durch Zusammenführung von vorangegangenen Aufgabenstellungen gelöst werden können. Andernfalls besteht die Gefahr des planlosen Herumprobierens. So können die ‚Schüler z. B. ein Treppenhauslicht eigenständig entwickeln, wenn zunächst die erforderlichen zwei neuen Sonderfunktionen, das T-Kippglied (Stromstossfunktion) und die Ausschaltverzögerung eingeführt und deren Wirkung am Timing-diagramm besprochen oder besser noch an der LOGO! erprobt wurden. Bei den neueren LOGO!s sind diese Funktionen in einem neuen Block zusammengefasst, dem Komfortschalter.
Bei der Bearbeitung der Aufgaben wird die Experimentierfreude der Schüler deutlich und führt zu unterschiedlichen Ansätzen bei der Lösung der Aufgabenstellungen, die wechselseitig überprüft werden können. Diese Sequenz schließe ich mit einer Klassenarbeit ab.
Mögliche Anwendungen
Ich habe zunächst eine Tafelwischmaschine gebaut und mit der LOGO! gesteuert, wobei ich aber projektartig gearbeitet habe und sich nur eine Gruppe in die Programmierung der LOGO! eingearbeitet hat. Das Projekt ist in der "tu", Heft 101 Seite 27 bis 35 beschrieben.
Nun setze ich die LOGO! in der aufgezeigten Form ein. So entstand u. a. die Ampelschaltung, um eine vorhandene Ampel von der Straßenmeisterei anzusteuern. Ich glaube aber, dass die Ampel im Technikunterricht "überstrapaziert" wird und es viel interessantere Automatisierungsaufgaben gibt, die mit LOGO! gelöst werden können. Die Schüler können sich mit der Demo-Software auch am heimischen PC mit weiteren LOGO!-Funktionen auseinandersetzen, die sie dann eventuell in ihrem Projekt verwenden.
Mögliche Folgeprojekte könnten sein:
Parkhauseinfahrt (s. Beispiel Folgeprojekt), Steuerung eines Hoftores, Nachführung eines Solarpanels Steuerung einer Abfüllanlage, Regelung des Wasserstandes für eine Brauchwasserpumpe, Gewächshaussteuerungen, Steuerung eines Aquariums, Kaffeekochen mit LOGO!.
Diese Beispiele lassen sich um eine Vielzahl ergänzen und es sind Ihrer und der Fantasie der Schüler kaum Grenzen gesetzt. Es ist aber ratsam, lieber die Schülerplanungen etwas zu beschneiden und mögliche "Ausbaustufen" vorzusehen, um die Funktion des Projektes nicht zu gefährden. Ihre Projekte stellen die Schüler in einer Facharbeit dar. Hilfreich sind bei der Bearbeitung der Folgeprojekte vielleicht noch die Anmerkungen zum Protokollheft (s. Ausführungen).
Zeitrahmen und mögliche Kürzungen
Die beschriebene Unterrichtsreihe gliedert sich in zwei Abschnitte, der Einführung in die LOGO! und der sich anschließenden Anwendung der LOGO!. Für beide Abschnitte benötige ich jeweils etwa 16 Unterrichtsstunden. In der Realschule mit vier Wochenstunden ist das Thema sicher nicht überrepräsentiert, in anderen Schulformen mit zwei Wochenstunden kann man den ersten Abschnitt durch eine Auswahl der vorgeschlagenen Aufgaben kürzen (ggf. Binärzähler und Ampel). Beim 2. Abschnitt kann man durch Bereitstellung von Baukästen (z. B. fischertechnik) die "Bauzeit" verkürzen und durch Beschränkung auf die erste Ausbaustufe (s. Beispiel Parkhauseinfahrt) Zeit einsparen.
Zusammenfassung
Mit der LOGO! lassen sich in der allgemeinbildenden Schule interessante und anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben ohne Programmiersprachenkenntnisse lösen und die erforderliche Digitaltechnik experimentell erarbeiten. Wenn z. B. vorher ein Wechselblinker mit diskreten Bauelementen erstellt wurde fällt die Abstraktion auf ein Symbol mit Ein- und Ausgängen leicht. Die galvanisch getrennten Ausgänge und deren hohe Belastbarkeit macht das Logikmodul offen für alle möglichen nicht System
gebundenen Anwendungen. Nicht zuletzt das günstige Siemens-Schulpaket macht den schulischen Einstieg für das universell einsetzbare Steuermodul leicht.
Material und Herstellung der Platine für den LOGO!-Trainer
1. Material: Die folgenden Materialien, Bestellnummern, Preise etc. sind den Conrad-Katalogen „Standard 2001“(... – 88), „Business 2001“(.... – 80) und „Restposten Juni 2001“(.... – 2R) entnommen. Anzahl Best.-Nr. Bezeichnung Katalogseite Einzelpreis Gesamtpreis
40 708054-80 Mini – Schiebeschalter 744 0,48 DM 19,20 DM
(Tragschienen vom Installateur) Summe: 116,86 DM/10% 2. Herstellung: • Von dem beiliegenden Platinenlayout am Kopierer 2 Folien ziehen und übereinander legen. (Es
geht auch mit Verwendung von Pausklar-Spray.) • Folien auf fotobeschichtete Platine legen und mit UV-Lampe belichten (richtig herum auflegen,
so dass die Schrift lesbar ist; mit Glasplatte abdecken). • Platine in lauwarmer Entwicklerlösung entwickeln und danach unter Wasser abspülen. • Platine im warmen Eisen-III-Chlorid-Bad oder anderem Ätzbad ätzen. • Platine abspülen und Leiterbahnabdeckung mit Azeton oder Nitro-Verdünnung entfernen. • Platine Bohren und Bestücken.
3. Bestückungsplan:
Bauteile der Platine: 1 Steckbuchse für Netzteil 2 Brückengleichrichter 3 Glättungskondensator 4 Festspannungsregler 5 Kondensator 6 LOGO! 6.a Betriebsspannung 6.b Anschlussdrähte/Eingänge 6.c Anschlussdrähte/Ausgänge 7 Schalter als Eingänge 8 Steckverbindung für andere
Eingänge z. B. LDR 9 Leuchtdioden 10 Vorwiderstände 11 Hutschiene mit Platine
verschraubt 12 Belegungskärtchen
Richtungsumkehr eines Antriebsmotors
1. Richtungsumkehr mit LOGO!
Häufig stellt sich das Problem der Richtungsumkehr bei einem Antriebsmotor. Die
Richtungsumkehr ist nur möglich,
wenn immer gleichzeitig zwei Schalter geschlossen sind (Abb. 1). Leider sind damit
dann aber schon alle Ausgänge einer "normalen" LOGO! belegt.
Abb. 1: Anschluss des Motors mit Richtungsumkehr
2. Programmierung der Richtungsumkehr
Abb.2: Programmierung der Richtungsumkehr
Da für den Start oft zwei Bedingungen erfüllt sein müssen (START betätigt und
Endschalter links geschlossen) ist ein UND Baustein (B01) bei den Grundfunktionen
(GF) auszuwählen und zu verbinden. Weil es sich um Taster handelt muss der
Zustand mit dem Speicherbaustein RS (B05) aus den Sonderfunktionen (SF)
festgehalten werden. Der Vortrieb nach rechts wird beendet, wenn der rechte
Endschalter erreicht wird oder der STOP-Taster betätigt wird, denn dann erhält der
Rücksetzeingang R des Speicherbausteins RS (B05) über den ODER-Baustein
(B03) Spannung und unterbricht den Vortrieb. Entsprechend erfolgt der Vortrieb nach
links. Der NICHT-Baustein (B09) verhindert, das Rechts- und Linkslauf gleichzeitig
eintritt und ein Kurzschluss entsteht.
3. Richtungsumkehr mit Relais
Durch zwei zusätzliche Relais Abb. 3) kann man selbstverständlich zwei Ausgänge
einsparen und hat noch zwei Ausgänge für andere elektrische Einrichtungen frei.
Abb. 3: Richtungsumkehr mit Relais
Sinnvoll ist es sicherlich, ein universelles Umkehr-Relais-Modul aufzubauen, wo die
Relais-Spannung mit der LOGO!-Spannung übereinstimmt (12 bzw. 24V) und die
Motorspannung und die Motoranschlüsse an separaten Klemmen herausgeführt
werden, damit sie mit der motoreigenen Spannung versorgt werden können.
Nutzung verschiedener Sensoren am Eingang
Schalter Für den Aufbau eines Logotrainers sollte man Schalter (am kostengünstigsten sind einfache
Schiebeschalter) verwenden. Soll er bei einer Anwendung einen Taster simulieren, so darf er
nur kurzzeitig geschlossen werden.
Für Anwendungen können sie selbstverständlich auch als Kugel-, Reed-, Schwimmschalter o.
ä. ausgeführt werden.
Taster In der Praxis werden oft Taster verwendet (Tastaturen, Endschalter etc.). Um den Zustand
„Taster betätigt“ über längere Zeit festzuhalten, muss dann der RS-Speicherbaustein
verwendet werden, der aus der Zeit der Relaisschaltungen noch als „Selbsthalterelais“
bezeichnet wird.
Potentiometer, LDR, NTC, PTC
Auch veränderliche Widerstände sind an den Eingängen einsetzbar. Dies ist zum Aufbau von
Lichtschranken o. ä. sehr nützlich. Bei meinen 24 V LOGO!s betrug die Schaltschwelle ca. 8
kΩ, d. h. ist der Widerstand größer, so ist der „Schalter“ geöffnet.
Analogeingänge Die beiden letzten Eingänge einer LOGO! (I7 und I8) sind für Analogwerte und schnelle
Impulsfolgen nutzbar. Soll beispielsweise eine Temperaturregelung realisiert werden, so
verwendet man als Sensor z. B. einen NTC-Widerstand und als LOGO!-Baustein den
„Schwellwertschalter, analog“. Ist die Temperatur niedrig, so ist der Widerstand des NTC
groß, also muss die Heizung eingeschaltet sein. Sinkt der Widerstand auf eine einstellbare
Schaltschwelle (Untergrenze), so wird die Heizung ausgeschaltet. Kühlt der NTC ab, so
erhöht sich der Widerstand und ab einer weiteren Schaltschwelle (Obergrenze) schaltet die
Heizung wieder ein.
Abb.: Einfacher Regelkreis mit Simulation
Parkhauseinfahrt
Das Modell Parkhauseinfahrt (s. Abb.) kann mit Baukästen, Halbzeugen oder individuell aufgebaut werden.
Beschreibung: Es soll eine Parkhauseinfahrt gebaut und programmiert werden. Auf Knopfdruck öffnet sich die Schranke. Ein Endschalter "Schranke auf" signalisiert die offene Schranke und die Einfahrampel springt von ROT auf GRÜN. Beim erreichen der Lichtschranke springt die Ampel wieder auf ROT und beim Verlassen der Lichtschranke schließt sich die Schranke bis der Endschalter "Schranke zu" meldet und den Motor abschaltet.
Die Programmieraufgabe wird in Teilschritte zerlegt.
Teil 1:
Die Schranke geht nur auf, wenn der Einfahrttaster betätigt wird und die Schranke geschlossen ist. Da es sich um Taster handelt müssen die Signale mit dem RS-Baustein festgehalten werden. Erst wenn die Schranke offen ist, setzt der Endschalter den RS-Bausrein zurück.
Mit der Simulationsfunktion wird dieser Schaltungsabschnitt überprüft. Zunächst werden die Simulationsparameter (Extras) eingestellt (I1 als Taster, I2 und I3 als Schalter um das Geschlossensein bzw. Offensein zu simulieren). Wenn I2 geschlossen ist und I1 muss Q1 leuchten, auch noch wenn anschließend I2 geöffnet wird. Erst wenn I3 geschlossen wird erlischt Q1.
Teil 2:
Die rote Lampe der Einfahrampel muss so lange leuchten, bis die Schranke ganz geöffnet ist. Dann springt sie auf GRÜN um.
Teil 3:
Beim Unterbrechen der Lichtschranke springt die Ampel wieder auf ROT zurück.
Lösung: I4 wird mit B08 verbunden.
Teil 4:
Beim Verlassen der Lichtschranke (negative Steigungsflanke) schließt sich die Schranke bis der Endschalter "zu" den Motor ausschaltet, indem er dem RS-Baustein zurücksetzt.
Ausbaustufe:
Ist das Projekt so weit gelungen, so kann man an weitere Ausbaustufen denken. Es könnte z. B. die Zahl der vorhandenen Parkplätze berücksichtigt werden, indem bei der Ausfahrt eine weitere Lichtschranke vorgesehen wird, die die ausfahrenden Fahrzeuge registriert und den Zählerstand entsprechend zurücksetzt. Bei vollem Parkhaus darf sich dann die Schranke nicht öffnen.
Das Kommunikations- und Protokollheft
Wie jeder weiß, der im Technikunterricht Projekte arbeitsteilig bearbeitet, treten gegenüber dem normalen Unterricht zusätzliche Schwierigkeiten auf:
Vorangegangene Aufzeichnungen sind nicht dabei, weil sie vergessen wurden oder ein Schüler fehlt und hemmen die Weiterarbeit.
Notwendige Materialien fehlen, weil der Bedarf nicht rechtzeitig überlegt wurde und behindern das Vorankommen.
Viel Bearbeitungszeit geht verloren, weil die einzelnen Gruppen vor dem Arbeitsbeginn mit dem Projektleiter noch Absprachen treffen bzw. noch Materialien oder Werkzeuge benötigen.
Soll am Ende des Projektes eine schriftliche Zusammenstellung erfolgen (z. B. als Facharbeit oder Dokumentation), so sind die gemachten Aufzeichnungen oft nicht komplett oder die gemachten Erfahrungen nicht mehr vollständig präsent, so dass das Ergebnis entsprechend dürftig ausfällt.
Um diesen Problemen zu begegnen und die vorhandene Unterrichtszeit effektiv zu nutzen, lege ich ein Planungs-, Protokoll- u. Kommunikationsheft für jede Gruppe (s. Kasten unten) an, welches in der Schule verbleibt und in dem alle Planungs- und Fertigungsschritte festgehalten werden. Dies ist besonders wichtig, wenn bei umfangreichen Projekten nicht alle Gruppen im Technikraum arbeiten, sondern teilweise an PCs in den Stammklassen und der Projektleiter den Überblick behalten will.
Hinweise für das weitere Vorgehen werden vom Lehrer in das Heft eingetragen, so das jede Gruppe sich zu Beginn der nächsten Doppelstunde das Heft nimmt, die Hinweise liest und anfängt zu arbeiten. Der zusätzliche Aufwand wird durch effektives Arbeiten und sofortigen Unterrichtsbeginn für alle Gruppen belohnt. Langes Warten auf Absprachen oder vertrödelte Zeit durch leidige und zeitintensive Improvisation entfällt. Außerdem kann es bei der Leistungsbewertung als Beleg dienen.
Unser Projekt:
"Nie wieder Tafeldienst –
LOGO! – unsere Tafel reinigt sich allein"
setzt sich aus acht Bausteinen zusammen. Erstmals arbeitet ihr in Kleingruppen an einem gemeinsamen Projekt. Dies erfordert eigene Lösungen und gleichzeitig Absprachen mit anderen Gruppen, damit die einzelnen Elemente auch zusammenpassen. Gleichzeitig ist dies eure Facharbeit, die eure erste Klassenarbeit
ersetzt und die aus einem schriftlichen und einem praktischen Teil entsprechend der Aufgabenstellung besteht. Ich muss euch bewerten, daher verwenden wir das vorliegende Heft als Planungs- und Kommunikationsmittel für jede Gruppe. Es verbleibt in der Schule, dokumentiert das Projekt, dient als Zeitplan und wird in jeder Stunde ergänzt (Was wurde erreicht? Wer macht was zu Hause? Was ist in der nächsten Stunde geplant? Welche Materialien müssen besorgt werden?). Ich werde dann weitere Teilaufgaben und Hinweise mit ROT eintragen, die in der nächsten Stunde als nächstes bearbeitet werden.
Fertige Zeichnungen, Berechnungen, Beschreibungen usw. werden mit dem Namen des Gruppenmitgliedes versehen, bei mir abgegeben und in einem Ordner gesammelt und zum Schluss als Facharbeit zusammengefasst.
Hier noch stichwortartig einige Tipps:
Planungen, Skizzen, Absprachen im Heft festhalten (evtl. einkleben); Absprachen mit anderen Gruppen immer schriftlich fixieren; Aufgaben untereinander aufteilen; keiner steht herum!! Zeichnungen von Einzelteilen normgerecht anfertigen; Hefteintrag in jeder Doppelstunde; Materialbedarf für die nächste Stunde festlegen; Sachen, die ihr nicht selbst besorgt mit mir absprechen (auf Zettel notieren!); Jede Vorüberlegung, jeder Versuch oder Fertigungsschritt wird durch
Zeichnungen oder Beschreibungen dokumentiert, so dass ein Außenstehender euer Vorgehen nachvollziehen kann.
Die obigen Anweisungen und Hinweise habe ich zur Kenntnis genommen:
Gründe für die Einführung in die Digital- und Automatisierungstechnik mit LOGO!
Da Logikmodule noch nicht lange auf dem Markt sind (das Logik-Steuermodul LOGO! von Siemens seit 1996) und daher in der allgemeinbildenden Schule noch nicht oft eingesetzt werden möchte ich hier eine kurze Bestandsaufnahme vornehmen und diese den Möglichkeiten mit der LOGO! gegenüberstellen.
Digitaltechnik und Automatisierungstechnik bisher
Bisher wurden die von der Eingabe-Ebene aufgenommenen Signale (meistens Schalter) durch Leitungsverbindungen zwischen den Bauelementen logisch verknüpft. Die "Programmierung" erfolgte also mit Verbindungskabeln oder Leiterbahnen (Verbindungsprogrammierte Steuerungen VPS).
Da oft Bausteine einer bestimmten Schaltkreisfamilie benutzt wurden (TTL-Familie, C-MOS-Familie) so waren Kenntnisse über Betriebsspannungen, Benennung der Bausteine, Belegung der Anschlüsse bei den entsprechenden ICs, Belegung nicht erforderlicher Eingänge eines Bausteins erforderlich.
Oft waren nur wenige ICs mit Grundbausteinen vorhanden, so dass mit viel Aufwand weitere Bausteine aus Grundbausteinen zusammengestellt werden mussten (z. B. ein RS-Kippglied aus NAND-Gattern).
Eine einmal erstellte Schaltung konnte nur mit erheblichem Aufwand an neue Erfordernisse angepasst werden (meistens mussten wegen der unübersichtlichen Drahtverbindungen alle Leitungsverbindungen entfernt werden und eine Neuplanung erfolgen).
Zu tatsächlichen Anwendungen kam es daher oft nicht mehr, weil die Ausgänge nur wenig belastbar waren und entsprechende Verstärkerstufen (Relais bzw. Transistoren) größeren Aufwand erforderten.
Bei Automatisierungsaufgaben mit dem PC und Interface war die Digitaltechnik nicht erforderlich, aber es musste zunächst eine Programmiersprache erlernt oder unverständliche Poke-Befehle hingenommen werden.
Der PC war durch die Steuerungsaufgabe dauernd belegt, die Anordnung platzraubend und sie standen nur für beispielhafte, aber nicht für tatsächliche Automatisierungsaufgaben zur Verfügung.
Die Ausgänge der Interface waren meist spannungsgebunden (Fischertechnik z. B. 5V) und wenig belastbar.
Digital und Automatisierungstechnik mit der LOGO!
Es wird mit der LOGO! die Lebenswirklichkeit in die Schule geholt, denn kein Mensch verdrahtet mehr NANDs und nicht nur in Industrie und Handwerk finden wir die Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) wie z. B. S7-200 bzw. LOGO!, sondern selbst in Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen und Geschirrspülern finden wir sie in unserer unmittelbaren Umgebung. Man erkennt sie allerdings erst auf dem 2. Blick, z. B. weil das "Knattern" des Schrittschaltwerks fehlt oder wenn mit der Update-Funktion geworben wird. Selbst in die Kinderzimmer hält diese Technik inzwischen Einzug z. B. mit dem RCX-Baustein von LEGO.
Die Vorzüge liegen auf der Hand:
Man kann sich auf die leicht verständlichen logischen Grundfunktionen (UND, ODER und NICHT) beschränken, da als weitere Bausteine Speicher- und Zeitfunktionen sowie Taktgeber in großer Zahl (für Schüler der SI fast unbegrenzt) zur Verfügung stehen.
Für Belegung, Zusammenschaltung und Minimierung muss man keine Ressourcen verschwenden, sondern kann sich dem eigentlichen Problem, der Durchdringung der Aufgabenstellung widmen. Dadurch wird kein Spezialwissen angehäuft, sondern der Umgang ist allgemein-bildend.
Durch den Einsatz der grafischen "Programmierung" ist ein leichter Einstieg in die allgemeingültige Darstellung von digitalen Schaltungen (Funktionsplan) gegeben, die mit LOGO! spezifischen Bausteinen ergänzt werden.
Die Ausgänge sind belastbar (bei den RC-Varianten mit 10 A), nicht an eine bestimmte Spannung gebunden und galvanisch getrennt, so dass auch reale und anspruchsvolle Aufgabenstellungen direkt lösbar sind.
Da die LOGO! immer wieder neu programmierbar, robust und preiswert ist, so kann man sie als vielseitiges Unterrichtsmittel nutzen.
Durch die unmittelbare Nähe wird das in der Informationstechnik grundlegende EVA-Prinzip (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) deutlich.
Mit der LOGO! wird nicht zuletzt durch Programmspeicherung mittels EE-PROM, direkte Programmierung mit Cursortasten und Online-Programmierung über PC, Software, Simulation und Programmübertragung. Medienkompetenz erlangt.
