A.5.2 Automation TFO

FACHCURRICULUM AUTOMATION

2. Biennium und 5. Klasse

Ziele

Im Schwerpunkt Elektronik werden Kenntnisse und Fertigkeiten im Bereich der Planung, Realisierung und Gestaltung von elektronischen Systemen vertieft. Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich mit elektronischen Bauteilen und Schaltungen und erhalten einen Einblick in die verschiedenen Teilbereiche wi die Analog- und Digitaltechnik, Mikroelektronik und Leistungselektronik. Außerdem vertiefen sie die Themen Sicherheit am Arbeitsplatz sowie Schutz der Person, der Umwelt und des Lebensraums.

2.   Biennium und 5. Klasse, Schwerpunkt Elektronik

Das Fach Automation ermöglicht den Schülerinnen und Schülern eine vertiefte Beschäftigung mit elektrischen und elektronischen Anlagen und Geräten und der Planung von automatischen Systemen. Schülerinnen und Schülern werden in der Lage sein für Problemstellungen, die den Schwerpunkt Elektronik betreffen, durch Anwendung erlernter Vorgangsweisen und Methoden, innovative Lösungen und Optimierungslösungen zu erarbeiten. Sie erfahren im Unterricht die Wichtigkeit der Ergebnisorientierung, d Zielorientierung und die Notwendigkeit, Verantwortung im Rahmen der Ethik und der Berufsethik zu übernehmen und lernen die Wirksamkeit, Effizienz und Qualität in der individuellen Arbeitstätigkeit und ihre autonome Rolle bei der Arbeit im Team richtig einzuschätzen.

Weiter wenden sie die Grundsätze der Organisation, der Verwaltung und der Kontrolle der verschiedenen Herstellungsverfahren an und analysieren den Beitrag der Wissenschaft und der Technologie in Bezug auf die Wissensentwicklung und die Veränderung der Lebensbedingungen. Sie reflektieren und beurteilen die ethischen, sozialen, wissenschaftlichen, produktiven, ökonomischen und umweltbezogenen Auswirkungen der technologischen Errungenschaften und ihrer industriellen Anwendungen. Im Unterricht wird auch Wert auf die korrekte Verwendung der technischen Sprache und technischen Begriffe des Fachbereichs, auch in der englischen Sprache, gelegt.

Kompetenzen am Ende der 5. Klasse

Die Schülerin, der Schüler kann

  • Messinstrumente verwenden und Messmethoden zur Durchführung von Überprüfungen, Kontrollen und Testläufen anwenden
  • Programmiersprache verschiedener Ebenen im Rahmen spezifischer Anwendungsbereiche verwenden
  • automatische Systeme planen und implementieren sowie deren Funktionsweise analysieren
  • technische Berichte verfassen und Tätigkeiten im Bezug auf berufliche Situationen documentieren

 

Didaktische und methodische Hinweise in Bezug auf die Bewertung

Art und Häufigkeit der Leistungserhebung:

2-3 Schularbeiten im 1. Semester und 2-3 Schularbeiten, bzw. Projektarbeiten oder Maturasimulation im 2. Semester

Gewichtung : alle „1“

1 oder 2 Test oder mündliche Prüfungen pro Semester Gewichtung: wird gemeinsam mit den Schülern festgelegt

 

Labortätigkeit:

Laufende Kontrolle der Labortätigkeit, Labortest, Projektarbeiten. Gewichtung: wird gemeinsam mit den Schülern festgelegt

Der individuelle Lernfortschritt wird in der Bewertung berücksichtigt. Individuelle Bildungspläne werden berücksichtigt

Mitarbeitsnote: wird vor allem für die Labortätigkeit vergeben

 

Bewertungskriterien: Kompetenzbereiche und Kompetenzen

Problemlösen (Berechnungen, für Projekte Lösungen suchen, Lösungen und Fehler bei Praktischen Arbeiten suchen, Recherche und Planungsfähigkeit)
Wiedergeben und Argumentieren (Lerninhalte schriftlich oder mündlich wieder geben, Zusammenhänge herstellen)
Darstellen und Dokumentieren (Schaltpläne, Eagle, Projektskizzen, Flussdiagramme,Dokumentationen Präsentationen – normgerecht/ sauber/vollständig)
Organisationsfähigkeit (sauberes und effizientes Arbeiten im Labor und bei Projekten, Einhalten von Fristen)
Arbeitshaltung (Teamfähigkeit, Hilfestellung für Kollegen, Konzentration auf die Arbeitsaufträge, Bereitschaft zur Mitarbeit)
Sprache (Ausdrucksfähigkeit in Schrift als auch mündlich, Einsatz der Fachsprache)

Weitere Hinweise

Am Jahresende wird das ganze Schuljahr bewertet und deshalb fließen auch die Beurteilungen des 1. Semesters in die Endbewertung ein. Dies wird den Schülern zu Beginn des Schuljahres mitgeteilt.

2. Biennium

3. und 4. Klassen

Lerninhalte 3. KL

Fertigkeiten Kenntnisse
Signale im Zeit- und Frequenzbereich darstellen

Signalarten und Signalanalyse

Sensorsignale und Kommunikation über Signale digitaler Schnittstellen (z.B. RS232). Übungen mit Frequenzgenerator und Oszilloskop.

die Fourier-Analyse eines periodischen und nicht periodischen Signals durchführen

Schaltkreiselemente und ihre Modelle

5. Klasse

die Übertragungsfunktion eines linearen und zeitinvarianten Systems bestimmen, analysieren und darstellen

Theorie der linearen und zeitinvarianten Systeme
Übertragungsfunktionen

5. Klasse

mathematische Modelle zur grafischen Darstellung der Übertragungsfunktion anwenden

polare und logarithmische Darstellung,
Ortskurven und Bodediagramme

5. Klasse

Geräte und Methoden für Messzwecke und Abnahme auswählen

Funktionsweise und Bedienung der Laborgeräte Mess- und Testmethoden

Messen mit Multimeter, Oszilloskop und USB-Datenlogger

Messergebnisse darstellen, auswerten und interpretieren, auch mittels Verwendung informatischer Hilfsmittel

Darstellungs- und Dokumentationsmethoden

Darstellen und auswerten mit Excel oder C-Programm

applikationsspezifische Sensoren und Messgeräte auswählen sowie geeignete Mess- und Prüftechniken anwenden

Einteilung und Funktionsweise von
Messwandlern, Sensoren und Stellgliedern

Kenntnis von Sensoren und Aktoren sowie messen mit Sensoren an Mikrocontroller, Datenlogger und Oszilloskop

elektrische und elektronische Systeme untersuchen

Grundbausteine und Funktionen der Systeme

Kleinprojekte und ihre Planung

fortschrittliche integrierte elektronische Bauteile und Systeme bei der Planung einsetzen

hochintegrierte Bausteine

Programmierung über PC, Hochsprachen (C und Basic), Schnittstellen am Pc

programmierbare Systeme und Baugruppen in spezifischen Anwendungen einsetzen

programmierbare Bausteine

Grafische Programmierung von Datenloggern, Steuerungen von Geräten mit Hochspracheprogrammieren

den Aufbau und die Funktionsweise eines Mikroprozessorsystems beschreiben

Architektur eines Mikroprozessors und eines Mikroprozessorsystems

----> Technologie und Projektierung 4. Klasse

die Funktionsweise und den Aufbau eines Mikrocontrollersystems beschreiben

Architektur eines Mikrocontrollers

----> Technologie und Projektierung 4. Klasse

Mikroprozessor- und Mikrocontrollersysteme programmieren

Programmiergrundlagen und Programmiersprachen

----> Technologie und Projektierung 4. Klasse

eingebettete Systeme untersuchen und programmieren
einfache Programme zur Anwendung von automatischen Systemen realisieren

Software für den Automationsbereich
Hochsprachen und Assemblersprache

----> Technologie und Projektierung 4. Klasse

einfache Programme zur Datenerfassung und -verarbeitung realisieren

Datenerfassungssysteme

Grafische Programmierung von Datenloggern mit Laborübungen

anwendungsorientierte Software für Planung, Analyse und Simulation verwenden

branchenspezifische Software

LTSpice

Systeme nach der Art der Variablen klassifizieren digitale von analogen Systemen unterscheiden

Klassifizierung von Systemen
Architektur und Hierarchie eines Systems

Problemlösungen mit Flussdiagrammen, Blockdiagrammen oder Statusdiagrammen modellieren, umsetzen in eine Hochsprache, C oder Basic

Systeme und technische Vorrichtungen modellieren

Blockschaltbilder, Blockschaltalgebra

die Unterschiede zwischen verbindungsprogrammierten und frei programmierbaren#Systemen erkennen (VPS und SPS) und deren Funktionen abändern

Eigenschaften verbindungsprogrammierter und frei programmierbarer Systeme

Eigenschaften von VPS, Kleinsteuerungen und SPS Programmierung der SPS mit Step7

verschiedene Arten von Steuerungen identifizieren und beschreiben

die Eigenschaften von Sensoren und Baugruppen in automatischen Systemen beschreiben

Steuerungen und Regelungen

Eigenschaften der Regelkreisglieder

Sensoren und ihre Klassifizierungen, Auswertung von Sensordaten über Datenlogger-Bausteine
einfache Steuerungen - auch mit integrierten elektronischen Bauteilen – entwerfen programmierbare Interfacebausteine ----> 3. Klasse Elektronik
einfache Regelungssysteme planen Architektur und Arten von analogen Regelsystemen
die Theorie der linearen und stationären analogen Systeme in einer Regelung
----> 4. Klasse Automation
einfache Automaten realisieren die Theorie der terminierten und determinierten Automaten Simulation der Automaten über eine Hochsprache C#
Baugruppen aufgrund ihrer technischen Eigenschaften und der Funktions-Optimierung des Leitsystems auswählen und einbauen Schnittstellen zum Kontrollsystem HMI und Schnittstellen zum HMI
Handbücher und Bedienungsanleitungen benutzen Bedienungsanleitungen und Handbücher

Handbücher zu Hochsprachen (C#), Datenloggern und grafischer Programmierung und zu Komponenten der Mess-, Steuerung- und Regelungstechnik

 

Überfachliche Zusammenarbeit

Überfachliche Zusammenarbeit: Mit Elektronik und Elektrotechnik für die Planung und Simulation digitaler Schaltungen mit LTSpice, Vertiefung der Bool'schen Algebra, Auswertung von Datenlogger-Werten. Mit Technologie und Projektierung zur Programmierung von Steuerungssystem sowie zur Auswertung und Analyse von Messwerten.

Bezug zu überfachlichen Kompetenzen

sich Ziele setzen und geeignete Lernstrategien, Lerntechniken, Strukturtechniken und Planungstechniken auswählen Präsentationstechniken Kausallogische Verkettungen die eigene Rolle in verschiedenen Gruppen

Arbeits- und Lernergebnisse adressatengerecht Dokumentationsformen und dokumentieren und präsentieren Informationen, Fakten und unterschiedliche Positionen zu relevanten Themen vernetzen und kritisch bewerten Sach- und Fachkenntnisse aus verschiedenen Bereichen und Quellen sachgerecht erschließen Merkmale wissenschaftlichen Arbeitens Analogien und kausale Zusammenhänge ermitteln und darstellen Problemlösestrategien auf herausfordernde Situationen planvoll und/oder kreativ reagieren Entscheidungsmethoden, Kreativitätstechniken.

sich an Aktivitäten zum Wohle der Gemeinschaft, Initiativen und Projekte beteiligen Informationen beschaffen, bewerten, auswählen, bearbeiten und präsentieren Recherchestrategien, Auswahlkriterien digitale Werkzeuge, Medien und das Internet zielführend einsetzen Hardware und Software.

2. Biennium

3. und 4. Klasse

Lerninhalte 4. Kl.

Fertigkeiten Kenntnisse

Signale im Zeit- und Frequenzbereich darstellen

Signalarten und Signalanalyse

 

die Fourier-Analyse eines periodischen und nicht periodischen Signals durchführen

Schaltkreiselemente und ihre Modelle

Sensorsignale und Signale digitaler Schnittstellen (z.B. RS232). Übungen mit Frequenzgenerator und Oszilloskop. Aufnahme von Sprungantworten und Bodediagrammen von Regelkreisgliedern (P, I, D, und Kombinationen). Berechnungen mit den Übertragungsfunktionen von Filtern und Regelkreisgliedern.

die Übertragungsfunktion eines linearen und zeitinvarianten Systems bestimmen, analysieren und darstellen

Theorie der linearen und zeitinvarianten Systeme
Übertragungsfunktionen

 

mathematische Modelle zur grafischen Darstellung der Übertragungsfunktion anwenden

polare und logarithmische Darstellung,
Ortskurven und Bodediagramme

 

Geräte und Methoden für Messzwecke und Abnahme auswählen

Funktionsweise und Bedienung der Laborgeräte Mess- und Testmethoden

Messen mit Multimeter, Oszilloskop und USB-Datenlogger

Messergebnisse darstellen, auswerten und interpretieren, auch mittels Verwendung informatischer Hilfsmittel

Darstellungs- und Dokumentationsmethoden

Darstellen und auswerten mit Excel oder C-Programm

applikationsspezifische Sensoren und Messgeräte auswählen sowie geeignete Mess- und Prüftechniken anwenden

Einteilung und Funktionsweise von
Messwandlern, Sensoren und Stellgliedern

Kenntnis von Sensoren und Aktoren sowie messen mit Sensoren an SPS, Mikrocontroller, Kleinsteuerung, Datenlogger und Oszilloskop

elektrische und elektronische Systeme untersuchen

Grundbausteine und Funktionen der Systeme

Kleinprojekte und ihre Planung

fortschrittliche integrierte elektronische Bauteile und Systeme bei der Planung einsetzen

hochintegrierte Bausteine

SPS und grafische Programmierung von Datenloggern
----> PC und Hochsprache Automation 3. Klasse

programmierbare Systeme und Baugruppen in spezifischen Anwendungen einsetzen

programmierbare Bausteine

SPS und grafische Programmierung von Datenloggern

den Aufbau und die Funktionsweise eines Mikroprozessorsystems beschreiben

Architektur eines Mikroprozessors und eines Mikroprozessorsystems

----> Technologie und Projektierung 4. Klasse

die Funktionsweise und den Aufbau eines Mikrocontrollersystems beschreiben

Architektur eines Mikrocontrollers

----> Technologie und Projektierung 4. Klasse

Mikroprozessor- und Mikrocontrollersysteme programmieren

Programmiergrundlagen und Programmiersprachen

----> Technologie und Projektierung 4. Klasse

eingebettete Systeme untersuchen und programmieren
einfache Programme zur Anwendung von automatischen Systemen realisieren

Software für den Automationsbereich
Hochsprachen und Assemblersprache

----> Technologie und Projektierung 4. Klasse

einfache Programme zur Datenerfassung und -verarbeitung realisieren

Datenerfassungssysteme

SPS und grafische Programmierung von Datenloggern mit Laborübungen

anwendungsorientierte Software für Planung, Analyse und Simulation verwenden

branchenspezifische Software

Step7 und Vee zur SPS und grafischen Programmierung

Systeme nach der Art der Variablen klassifizieren digitale von analogen Systemen unterscheiden

Systeme und technische Vorrichtungen modellieren

Klassifizierung von Systemen
Architektur und Hierarchie eines Systems

Blockschaltbilder, Blockschaltalgebra

einfache Mess- Steuer- und Regelungssysteme in Theorie und Praxis

die Unterschiede zwischen verbindungsprogrammierten und frei programmierbaren#Systemen erkennen (VPS und SPS) und deren Funktionen abändern

Eigenschaften verbindungsprogrammierter und frei programmierbarer Systeme

Eigenschaften von VPS, Kleinsteuerungen und SPS
Programmierung der SPS mit Step7
----> VPS und Kleinsteuerung bereits in der 3. Klasse Automation

verschiedene Arten von Steuerungen identifizieren und beschreiben

Steuerungen und Regelungen

Unterschied Steuerung - Regelung
Streckeneigenschaften
Reglereigenschaften
Regelungen
mit Laborversuchen
----> Sensoren bereits in der 3. Klasse Automation

einfache Steuerungen - auch mit integrierten elektronischen Bauteilen – entwerfen

programmierbare Interfacebausteine

----> 3. Klasse Automation

einfache Regelungssysteme planen

Architektur und Arten von analogen Regelsystemen
die Theorie der linearen und stationären analogen Systeme in einer Regelung

Regelkreis im Allgemeinen und einfache Regelungen mit P-, PI- und PD-Regler im praktischen Unterricht

einfache Automaten realisieren

die Theorie der terminierten und determinierten Automaten

----> 3. Klasse Automation

Baugruppen aufgrund ihrer technischen Eigenschaften und der Funktions-Optimierung des Leitsystems auswählen und einbauen

Schnittstellen zum Kontrollsystem

HMI und Schnittstellen zum HMI

Handbücher und Bedienungsanleitungen benutzen

Bedienungsanleitungen und Handbücher

Handbücher zu SPS und grafischer Programmierung und zu Komponenten der Mess-, Steuerung- und Regelungstechnik

 

Überfachliche Zusammenarbeit

Mit Technologie und Projektierung zur Funktionsweise des Mikrocontrollers in der SPS

Mit Elektrotechnik und Elektronik zur Übertragungsfunktion von Systemen (Filter, PID), zur Anpassung von Sensorsignalen und zur Arbeitsweise von Aktoren (Leistungselektronik)

 

Bezug zu überfachlichen Kompetenzen

sich Ziele setzen und geeignete Lernstrategien, Lerntechniken, Strukturtechniken und Planungstechniken auswählen

Präsentationstechniken

Kausallogische Verkettungen

die eigene Rolle in verschiedenen Gruppen

Arbeits- und Lernergebnisse adressatengerecht Dokumentationsformen und dokumentieren und präsentieren

Informationen, Fakten und unterschiedliche Positionen zu relevanten Themen vernetzen und kritisch bewerten

Sach- und Fachkenntnisse aus verschiedenen Bereichen und Quellen sachgerecht erschließen

Merkmale wissenschaftlichen Arbeitens

Analogien und kausale Zusammenhänge ermitteln und darstellen

Problemlösestrategien

auf herausfordernde Situationen planvoll und/oder kreativ reagieren

Entscheidungsmethoden,

Kreativitätstechniken

 

5. Klasse

Fertigkeiten Kenntnisse Lerninhalte 5. Klasse

mit virtuellen Messgeräten arbeiten

Datenlogger und Datenverarbeitungssysteme programmieren

Sensoren

Automatische Messsysteme und Datenlogger
Automatische Datenaufzeichnung
Management der Datenerfassung

Datenaufzeichnung und Auswertung mit Datenlogger

Interfacetechniken zwischen elektronischen Geräten einsetzen

Interface von AD- und DA – Wandlern
Signalabtastung und Auswirkungen auf das Spektrum
Grundlagen von digitalen Signalprozessoren (DSP)

Pegel-, Impedanz- und Frequenzanpassung von analogen und digitalen Signalen
Digitale Filter und digitale Weiterverarbeitung

Datenübertragungen realisieren

Technik der Datenübertragung
serielle Bussysteme in elektronischen Geräten

Schnittstellen kennen und anwenden (RS232, USB, EIB, CAN, iEthernet)

Baugruppen und programmierbare Systeme bei zunehmender Komplexität planen und verwalten

grundlegende Bestandteile von Steuergeräten und Systemschnittstellen

Steuerungs- und Leitebene miteinander verbinden, Bussysteme

Stabilitätsuntersuchungen in die Planung einbauen

Stabilitätskriterien

Stabilität in Regelkreisen und bei Verstärkerschaltungen, feed back loop

die Verwaltung von automatischen Systemen programmieren

objektorientierte Programmiersprachen
die Verwaltung von gesteuerten Geräten

externe Geräte in C oder in grafische Programme einbinden

einfache Regelungssysteme mit integrierten analogen und digitalen Bauelementen entwerfen

proportionale, integrierende und differenzierend Regler

Übertragungsfunktion von LTI-Systemen. Systeme mit Bildbereich beschreiben und analysieren.

Wiederholung von Regelungen und Einführung der digitalen Regelung

Anwendungsprogramme für die Überwachung und Abnahme von elektronischen Systemen entwickeln

Techniken der zeitlichen Verwaltung in der Software

Programme für Test und Überwachung grafisch und mit C erstellen
(Echtzeit und Multitasking)

Mikroprozessor- und Mikrocontrollersystemen mit unterschiedlichen Programmiersprachen programmieren

Hochsprache und Assemblersprache

Wiederholung aller erlernten Programmiertechniken und Sprachen, C, Step7, Assembler, grafisch

branchenspezifische Software anwenden und technische Dokumentation verfassen

Software und technische Normen

Dokumentation und Protokollierung

   

Darstellung erfasster Daten und mathematischer Funktionen in einer höheren Programmiersprache

 

Überfachliche Zusammenarbeit

Mit Technologie und Projektierung zu standardisierten Messverfahren, Schnittstellen und Normen und zur Softwareerstellung bei Schülerprojekten.

Mit Elektrotechnik und Elektronik zu Rauschen und Störungen, zu AD- und DA-Wandlern