Übungsaufgaben zur Inbetriebnahme von Baugruppen und Geräten: Checklisten, Prüfpläne und Abgleich

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und Geräten: Checklisten, Prüfpläne und Abgleich“.

Bauplan: Halte Dich an Aufbau, Kompetenzstufen, Operatoren,
Anforderungsbereiche, Punkte und Zeitschätzung, die im Artikel
https://oer-informatik.de/aufgaben-aufbau beschrieben sind.

Fachliche Grundlage:
- https://oer-informatik.de/inbetriebnahme
- https://oer-informatik.de/strom-spannungsmessung
- https://oer-informatik.de/oszilloskop
- https://oer-informatik.de/fehlersuche
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/inbetriebnahme-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- Inbetriebnahme
- Sichtkontrolle
- Checkliste
- Prüfplan
- Prüfprotokoll
- Inbetriebnahmeprotokoll
- Messpunkt
- Abgleich
- Trimmer
- PWM

Kompetenzstufe: Basiskompetenz (alternativ: Kernkompetenz, Profilkompetenz, Expertise)
Anzahl: 1 Aufgabe mit Teilaufgaben
Bearbeitungszeit in Minuten ca.: <5 bis 30 min>
Szenario: eines der Szenarien aus dem Bauplan

Vorgehen:
1. Lies zuerst die verlinkten Artikel. Kannst Du keine Webseiten
   abrufen, sag mir das, statt zu raten.
2. Steht bei einer Angabe noch ein Platzhalter in <…>, frag mich
   zuerst danach. Richte Punkte und Zahl der Teilaufgaben nach der
   Bearbeitungszeit (ca. 0,9 min je Punkt).
3. Gib je Aufgabe Titel mit Kompetenzstufe, Ausgangssituation und
   Teilaufgaben mit Operator und Punktzahl aus, dazu die geschätzte
   Bearbeitungszeit.
4. Gib die Beispiellösungen mit Punkteverteilung erst aus, wenn ich
   danach frage.

Geg.: Dämmerungsschalter, Versorgung 12\ \mathrm{V}; -C1, -R2, -R1, -R3, -K2, Fassung für -K1; Stromaufnahme ohne IC höchstens 3\ \mathrm{mA}

Ges.: Vorgehen vor dem ersten Einschalten

Je Schritt in sinnvoller Reihenfolge 1 Punkt:

• Vorbereiten: Schaltplan, Bestückungsplan, Datenblätter und Inbetriebnahmeanweisung bereitlegen, Sollwerte heraussuchen, Messmittel und Werkzeug bereitstellen.

• Sichtkontrolle: Bestückung, Polung, Einbaulage und Lötstellen mit der Lupe prüfen.

• Kurzschlussprüfung: spannungsfrei den Widerstand zwischen +12\ \mathrm{V} und Masse messen; es darf kein Kurzschluss vorliegen.

• Netzgerät einstellen: IC noch nicht stecken, LED-Streifen noch nicht anschließen, am Netzgerät erst die Spannung im Leerlauf einstellen, dann die Strombegrenzung knapp über 3\ \mathrm{mA} (z. B. 10\ \mathrm{mA}); erst danach die Platine anschließen.

Ges.: je zwei Werkzeuge und Prüf- bzw. Messmittel

Je zwei richtige Nennungen 1 Punkt, z. B.:

• Werkzeuge: Abgleichschraubendreher aus Kunststoff, Lötstation mit Entlötlitze, Seitenschneider, IC-Zange, Lupe.

• Prüf- und Messmittel: Labornetzgerät mit Strombegrenzung, Digitalmultimeter, Oszilloskop, Messleitungen mit Prüfspitzen und Krokodilklemme.

Ges.: je ein Prüfmerkmal

Je Bauteil 1 Punkt, z. B.:

• -C1: Polung richtig, der Minus-Streifen zeigt zum Minus-Pad; Wert und Spannungsfestigkeit passen.

• -R2: Einbaurichtung, der Kathodenring liegt auf der im Bestückungsdruck markierten Seite.

• IC-Fassung: Kerbe bzw. Pin-1-Markierung zeigt in Richtung der Markierung im Bestückungsdruck, alle Pins verlötet.

• Lötstellen: glänzend und kegelförmig, keine Lötbrücken zwischen benachbarten Pins, keine kalten Lötstellen, keine Zinnreste.

Ges.: Bedeutung von „CC“, weiteres Vorgehen

„CC“ (constant current) heißt: Das Netzgerät arbeitet in der Strombegrenzung. Die Platine würde mehr als 10\ \mathrm{mA} aufnehmen, deshalb hat das Netzgerät die Spannung auf 0{,}8\ \mathrm{V} abgesenkt; \underline{\underline{\text{auf der Platine liegt ein Fehler vor}}}, wahrscheinlich ein Kurzschluss oder ein verpoltes Bauteil (1 Punkt).

Vorgehen (2 Punkte): sofort ausschalten, Platine spannungsfrei erneut sichtprüfen (verpolter Elko -C1, Lötbrücke) und zwischen +12\ \mathrm{V} und Masse den Widerstand messen; den Fehler beseitigen, dann mit Strombegrenzung erneut einschalten und die Stromaufnahme kontrollieren.

Ges.: Abgleich und Prüfung der Schaltschwelle

• Multimeter (DC) an den Vergleichseingang des Komparators bzw. den Abgleichmesspunkt legen und -R3 mit dem Kunststoff-Abgleichbesteck langsam drehen, bis dort \underline{\underline{6{,}0\ \mathrm{V}}} anliegen (1 Punkt).

• Prüfen: Den Fotowiderstand -R1 langsam abdunkeln und an -X3 die Spannung beobachten. Der LED-Streifen muss einschalten, wenn die Spannung an -X3 6{,}0\ \mathrm{V} unterschreitet, und beim Beleuchten wieder ausschalten (1 Punkt).

• Einstellung ggf. mit Sicherungslack sichern, Schaltschwelle und Ergebnis ins Prüfprotokoll eintragen (1 Punkt).

Geg.: Küchentimer 5\ \mathrm{V}, Feinsicherung 500\ \mathrm{mA} träge; Tasten MIN, SEK, START/STOP; Summer; Echtzeituhr mit Knopfzelle 150\ \mathrm{mAh}, nutzbar 80\ \%, Mindestdauer 5\ \mathrm{a}, gemessen 2{,}2\ \mathrm{\mu A}

Ges.: Prüfhandlungen und erwartete Ergebnisse

Je Zeile Handlung 1 Punkt und Ergebnis 1 Punkt, z. B.:

Ges.: Prüfung der Pufferung

• Uhrzeit einstellen bzw. mit einer Referenzuhr vergleichen und notieren (1 Punkt).

• Netzteil abziehen und das Gerät eine festgelegte Zeit (z. B. eine Stunde) ohne Versorgung lassen (1 Punkt).

• Wieder einschalten: Die Uhrzeit muss \underline{\underline{\text{weitergelaufen und richtig}}} sein. Zusätzlich die Spannung der Knopfzelle messen (Nennspannung etwa 3\ \mathrm{V}) und das Ergebnis protokollieren (1 Punkt).

Ges.: größte zulässige Stromaufnahme I_\mathrm{max}, Beurteilung

\begin{aligned} &\text{(I)} && Q_\mathrm{nutz} = 0{,}8 \cdot Q_\mathrm{N} \\ &\text{(II)} && Q_\mathrm{nutz} = I_\mathrm{max} \cdot t \end{aligned}

Mindestdauer in Stunden: t = 5\ \mathrm{a} \cdot 8760\ \frac{\mathrm{h}}{\mathrm{a}} = 43\,800\ \mathrm{h}

I in II einsetzen und nach I_\mathrm{max} umstellen (2 Punkte):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} 0{,}8 \cdot Q_\mathrm{N} & = & I_\mathrm{max} \cdot t & \color{gray}{:t} \\ I_\mathrm{max} & = & \dfrac{0{,}8 \cdot Q_\mathrm{N}}{t} = \dfrac{0{,}8 \cdot 150\ \mathrm{mAh}}{43\,800\ \mathrm{h}} \approx 0{,}00274\ \mathrm{mA} = \underline{\underline{2{,}74\ \mathrm{\mu A}}} & \end{array}

Die gemessenen 2{,}2\ \mathrm{\mu A} liegen unter 2{,}74\ \mathrm{\mu A}: \underline{\underline{\text{Die Pufferung hält die Vorgabe ein}}} (1 Punkt). Selbstentladung und Temperatur verkürzen die Zeit in der Praxis; der Abstand zum Grenzwert ist deshalb erwünscht.

Ges.: zwei Möglichkeiten zur Prüfung der Teilschaltung

Je Möglichkeit 1 Punkt, z. B.:

• Den Summer direkt an eine passende Gleich- bzw. Rechteckspannung (Funktionsgenerator) legen; ertönt er, liegt der Fehler in der Ansteuerung.

• Mit dem Oszilloskop das Signal vom Mikrocontroller-Ausgang über den Treibertransistor bis zum Summer verfolgen und feststellen, wo es verschwindet.

• Den Ansteuereingang der Treiberstufe über einen Widerstand gezielt auf High legen und prüfen, ob der Transistor durchschaltet (Spannung am Summer).

Geg.: PWM \geq 400\ \mathrm{Hz}, 5\ \mathrm{V}; Stufe 3: g = 37{,}5\ \% \pm 2 Prozentpunkte; Blinktakt 2{,}00\ \mathrm{Hz} \pm 5\ \%

Ges.: Anschluss und Einstellung des Oszilloskops

• Tastkopf (Teiler 10 : 1, am Oszilloskop ebenfalls 10 : 1 eingestellt) mit der Spitze an -X5, die Masseklemme an den Massepunkt der Platine (1 Punkt).

• Kanal 1 auf DC-Kopplung, Ablenkkoeffizient so, dass 5\ \mathrm{V} mehrere Teilungen hoch sind (z. B. 2\ \mathrm{V/div}), Nulllinie unten auf dem Schirm (1 Punkt).

• Zeitbasis so, dass ein bis zwei Perioden sichtbar sind (bei etwa 500\ \mathrm{Hz} z. B. 0{,}5\ \mathrm{ms/div}), Trigger auf Kanal 1, steigende Flanke, Pegel etwa in der Mitte der Amplitude (1 Punkt).

Ges.: T, f, t_\mathrm{i}, g, \hat{u}

Abgelesen: Periode 4 Teilungen, Impuls 1,5 Teilungen, Höhe 2,5 Teilungen (je Größe 1 Punkt, Frequenz und Tastgrad zusammen 1 Punkt):

T = 4 \cdot 0{,}5\ \mathrm{ms} = \underline{\underline{2{,}00\ \mathrm{ms}}} \qquad f = \frac{1}{T} = \frac{1}{2{,}00\ \mathrm{ms}} = \underline{\underline{500\ \mathrm{Hz}}}

t_\mathrm{i} = 1{,}5 \cdot 0{,}5\ \mathrm{ms} = \underline{\underline{0{,}750\ \mathrm{ms}}} \qquad g = \frac{t_\mathrm{i}}{T} = \frac{0{,}750\ \mathrm{ms}}{2{,}00\ \mathrm{ms}} = \underline{\underline{37{,}5\ \%}}

\hat{u} = 2{,}5 \cdot 2\ \mathrm{V} = \underline{\underline{5{,}00\ \mathrm{V}}}

Ges.: \overline{u}, Beurteilung

\overline{u} = g \cdot \hat{u} = 0{,}375 \cdot 5{,}00\ \mathrm{V} \approx \underline{\underline{1{,}88\ \mathrm{V}}}

(1 Punkt) Frequenz 500\ \mathrm{Hz} \geq 400\ \mathrm{Hz}, Tastgrad 37{,}5\ \% genau auf dem Sollwert, Amplitude 5\ \mathrm{V} (1 Punkt): \underline{\underline{\text{Der rote Kanal hält die Vorgaben ein}}} (1 Punkt).

Ges.: f des Blinktakts, Bewertung, Richtung der Trimmerverstellung

Abgelesen: Periode 4,4 Teilungen bei 100\ \mathrm{ms/div} (1 Punkt):

T = 4{,}4 \cdot 100\ \mathrm{ms} = 0{,}440\ \mathrm{s} \qquad f = \frac{1}{T} = \frac{1}{0{,}440\ \mathrm{s}} \approx \underline{\underline{2{,}27\ \mathrm{Hz}}}

(1 Punkt) Abweichung:

\frac{2{,}27\ \mathrm{Hz} - 2{,}00\ \mathrm{Hz}}{2{,}00\ \mathrm{Hz}} \cdot 100\ \% \approx \underline{\underline{+13{,}6\ \%}}

Zulässig sind \pm 5\ \%, also höchstens 2{,}10\ \mathrm{Hz}: \underline{\underline{\text{n. i. O.}}} (1 Punkt). Die Frequenz ist zu hoch, die Periodendauer zu kurz; Du verstellst den Trimmer in Richtung \underline{\underline{\text{größerer Widerstand}}}, bis T = 0{,}500\ \mathrm{s} (5 Teilungen) angezeigt wird (1 Punkt).

Geg.: SPS mit Eingängen -S1, -B1, -B2, Hilfskontakt -Q2; Ausgänge -Q1, -P1, -P2; Funktionsbeschreibung

Ges.: Angaben je Prüfschritt

Je zwei Angaben 1 Punkt, z. B.:

• laufende Nummer und eindeutige Prüfhandlung (was wird betätigt bzw. hergestellt?),

• Bedingung bzw. Ausgangszustand (Betriebsart, Stellung der Geber),

• Prüf- oder Messmittel und Messpunkt,

• Sollzustand bzw. Sollwert mit Toleranz,

• Spalten für Istwert bzw. Zustand, Bewertung „i. O.“/„n. i. O.“ und Bemerkung, Datum und Zeichen der prüfenden Person.

Ges.: Prüfplan mit mindestens fünf Prüfschritten

Fünf vollständige Prüfschritte mit Handlung und Prüfmittel je 1 Punkt, eindeutige, prüfbare Sollzustände 2 Punkte, sinnvolle Reihenfolge von der Grundstellung über den Normalbetrieb zu den Störfällen 1 Punkt. Beispiel:

Geg.: Magnetventil -K4: öffnet bei Wassermangel, schließt 2\ \mathrm{min} nach dem Schließen von -B1

Ges.: zusätzliche Prüfschritte

Je Prüfschritt 1 Punkt, z. B.:

• 7: -S1 „Automatik“, -B1 öffnen: -K4 öffnet (Ventil hörbar, Wasser fließt), -P2 blinkt.

• 8: -B1 wieder schließen und Zeit mit der Stoppuhr messen: -K4 bleibt 2\ \mathrm{min} offen und schließt dann (Sollwert z. B. 120\ \mathrm{s} \pm 5\ \mathrm{s}).

• 9: -S1 auf „Aus“ bei offenem -B1: -K4 bleibt geschlossen bzw. schließt (Verhalten laut Pflichtenheft).

Ges.: Aufgabe des Inbetriebnahmeprotokolls, drei Inhalte, zwei weitere Protokolle

Aufgabe (1 Punkt): Das Inbetriebnahmeprotokoll \underline{\underline{\text{weist nach}}}, dass die Anlage nach Vorgabe in Betrieb genommen, vollständig geprüft und funktionsfähig übergeben wurde; mit den Unterschriften bestätigen beide Seiten den Zustand bei der Übergabe. Bei Anlagen mit SPS ist es deshalb immer zu erstellen.

Inhalte (drei richtige Nennungen 2 Punkte), z. B.: Anlage und Standort, Programmstand der SPS und eingestellte Parameter (z. B. Nachlaufzeit von -K4), durchgeführte Prüfschritte mit Ergebnissen, festgestellte Mängel und ihre Beseitigung, Datum und Unterschriften von prüfender und übernehmender Person.

Weitere Protokolle (1 Punkt): Prüfprotokoll der elektrischen Sicherheit (z. B. Erstprüfung nach DIN VDE 0100-600), ausgefüllter Prüfplan der Funktionsprüfung als Prüfprotokoll, Messprotokoll (z. B. Einstellstrom des Motorschutzschalters, Isolationswiderstand).

Geg.: Sollwerte, Toleranzen und Messwerte laut Messprotokoll; U_\mathrm{REF} = 1{,}25\ \mathrm{V}, R_1 = 240\ \Omega, R_2 = 330\ \Omega + R_\mathrm{T} mit R_\mathrm{T} = 0 \dots 200\ \Omega

Ges.: relative Abweichungen, Bewertung

\text{Abweichung} = \frac{U_\mathrm{ist} - U_\mathrm{soll}}{U_\mathrm{soll}} \cdot 100\ \%

Beispiel MP3:

\frac{3{,}18\ \mathrm{V} - 3{,}30\ \mathrm{V}}{3{,}30\ \mathrm{V}} \cdot 100\ \% \approx \underline{\underline{-3{,}64\ \%}}

Je Zeile 1 Punkt, Formel 1 Punkt:

Ges.: grafische Darstellung

Balkendiagramm der Abweichungen mit beschrifteten Achsen (1 Punkt), Toleranzbereiche je Messpunkt eingetragen (1 Punkt), Werte richtig, MP3 als Überschreitung erkennbar (1 Punkt):

Ges.: R_\mathrm{T} für U_\mathrm{A} = 3{,}30\ \mathrm{V}, aktuelle Einstellung

\begin{aligned} &\text{(I)} && U_\mathrm{A} = U_\mathrm{REF} \cdot \left(1 + \dfrac{R_2}{R_1}\right) \\ &\text{(II)} && R_2 = 330\ \Omega + R_\mathrm{T} \end{aligned}

I nach R_2 umstellen (2 Punkte):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} U_\mathrm{A} & = & U_\mathrm{REF} \cdot \left(1 + \dfrac{R_2}{R_1}\right) & \color{gray}{:U_\mathrm{REF}} \\ \dfrac{U_\mathrm{A}}{U_\mathrm{REF}} & = & 1 + \dfrac{R_2}{R_1} & \color{gray}{-1} \\ \dfrac{U_\mathrm{A}}{U_\mathrm{REF}} - 1 & = & \dfrac{R_2}{R_1} & \color{gray}{\cdot R_1} \\ R_2 & = & R_1 \cdot \left(\dfrac{U_\mathrm{A}}{U_\mathrm{REF}} - 1\right) = 240\ \Omega \cdot \left(\dfrac{3{,}30\ \mathrm{V}}{1{,}25\ \mathrm{V}} - 1\right) \approx 394\ \Omega & \end{array}

Mit II (1 Punkt):

R_\mathrm{T} = R_2 - 330\ \Omega = 394\ \Omega - 330\ \Omega = \underline{\underline{64{,}0\ \Omega}}

Mit gerundeten Zwischenergebnissen ergibt sich: R_\mathrm{T} = 64{,}0\ \Omega
Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: R_\mathrm{T} \approx 63{,}6\ \Omega

Aktuell (1 Punkt): R_2 = 240\ \Omega \cdot \left(\dfrac{3{,}18\ \mathrm{V}}{1{,}25\ \mathrm{V}} - 1\right) \approx 371\ \Omega, also R_\mathrm{T} \approx 41\ \Omega. Du musst den Trimmer \underline{\underline{\text{um etwa } 23\ \Omega \text{ vergrößern}}}; das liegt gut im Einstellbereich von 0 bis 200\ \Omega.

Ges.: Messung an Pin 20 der leeren Fassung

• Im Datenblatt Pin 20 (Versorgung) und Pin 10 bzw. den Masseanschluss suchen und an der Fassung abzählen; die Kerbe markiert die Seite mit Pin 1 und Pin 20 (1 Punkt).

• Multimeter im Gleichspannungsbereich, schwarze Messleitung mit Krokodilklemme fest an Masse bzw. MP-Masse, mit einer dünnen Prüfspitze vorsichtig in die Kontaktfeder von Pin 20 tippen, ohne sie aufzubiegen und ohne den Nachbarpin zu berühren (1 Punkt).

• Messwert mit Messpunkt, Sollwert, Toleranz, Abweichung und Bewertung ins Protokoll eintragen; erst bei „i. O.“ den IC spannungsfrei stecken (1 Punkt).

Geg.: Zentrale mit Akku, -B1, -B2, -S1, Sirene -P4 an -X7, LEDs -P1 bis -P3; Inbetriebnahmeanweisung Schritt 1 bis 5

Ges.: Begründung, Einzelprüfungen

Werden die Komponenten zuerst einzeln geprüft, lässt sich ein Fehler im Gesamtsystem eindeutig einer Ursache zuordnen; ein defekter Melder würde sonst wie ein Fehler der Zentrale aussehen (1 Punkt).

Einzelprüfungen (je 1 Punkt), z. B.:

• -B1: Bewegungsmelder versorgen, im Testmodus vor ihm bewegen; die Melder-LED leuchtet bzw. der Ausgangskontakt schaltet (Durchgangsprüfung).

• -B2: Durchgang am Türkontakt messen: bei geschlossener Tür (Magnet am Kontakt) Durchgang, bei geöffneter Tür kein Durchgang.

Ges.: Zustandstabelle der Sollzustände

Je Zeile 1 Punkt:

Ges.: Abweichung, zwei Ursachen, Vorgehen

Abweichung: Die Zentrale erkennt den Alarm und schaltet den Ausgang (-P3 an, 12{,}1\ \mathrm{V} an -X7 entsprechen dem Sollwert), aber \underline{\underline{\text{die Sirene ertönt nicht}}} (1 Punkt).

Mögliche Ursachen (je 1 Punkt): Unterbrechung in der Sirenenleitung oder lose Ader in einer Klemme, Sirene verpolt angeschlossen, Sirene defekt.

Vorgehen (1 Punkt): Spannung direkt an den Anschlüssen der Sirene messen. Liegt dort keine Spannung an, die Leitung spannungsfrei auf Durchgang prüfen; liegt sie an, die Sirene direkt an eine 12-V-Quelle anschließen bzw. tauschen. Danach Schritt 3 wiederholen und protokollieren.

Ges.: Protokolleintrag

Je Bestandteil 1 Punkt, z. B.:

• Fehler: Prüfschritt 3: -P3 an, Sirene -P4 stumm, an -X7 12{,}1\ \mathrm{V}, an der Sirene 0\ \mathrm{V} (n. i. O.).

• Ursache und Maßnahme: Ader der Sirenenleitung in -X7 nicht festgeschraubt; Ader neu abisoliert, mit Aderendhülse versehen und festgezogen.

• Erneute Prüfung: Prüfschritte 3 bis 5 wiederholt, Sirene ertönt nach 15 s, alle Zustände laut Zustandstabelle (i. O.); Datum und Zeichen.