Metodická přiručka - Projektové vyučování

Transkript

PROJEKTOVÉ VYUČOVÁNÍ
Metodická příručka
Kolektiv autorů:
Ing. Josef Malinka
Ing. Jana Horáková
Stanislav Sýkora
Bc. Antonín Pálka
Ing. Helena Jagošová
Jan Podškubka
Ing. Stanislav Velfl
Ing. Zdeněk Velfl
Uherské Hradiště, 2011
OBSAH:
Výuka odborných předmětů a předmětu praxe ....................................................................6
Úvod .......................................................................................................................................6
Výukové metody.....................................................................................................................7
Projektové vyučování .............................................................................................................8
Řešitelské týmy.....................................................................................................................14
Prvky firemní strategie a firemního vzdělávání v projektové výuce....................................17
Metodika projektového vyučování .......................................................................................19
Shrnutí ..................................................................................................................................24
ÚROVEŇ U1 ...........................................................................................................................25
Logické obvody kombinační ..................................................................................................27
Návrh projektu (příprava učitele – zadávajícího) .................................................................29
Příklad realizace projektu .....................................................................................................31
Zobrazovací jednotka LED ...................................................................................................41
Řízení dvojčinného válce elektromagnetickým ventilem s vratnou pružinou ..................55
Návrh projektu (příprava učitele – metodika) ......................................................................57
Montáž a demontáž rozebíratelných spojů ..........................................................................65
Návrh projektu (příprava učitele - zadávajícího)..................................................................67
Přepínač hvězda /trojúhelník ................................................................................................85
ÚROVEŇ U2 .........................................................................................................................111
Pulsní regulátor napětí, lineární regulátor.........................................................................113
Návrh projektu (příprava učitele - zadávajícího)................................................................115
Příklad realizace projektu ...................................................................................................117
Seznámení se s tvorbou ladder diagramů ..........................................................................129
Čítače v prostředí programovatelných automatů .............................................................145
Analýza činnosti neznámého pneumatického obvodu.......................................................157
Návrh projektu (příprava učitele – zadávajícího) .............................................................. 159
Příklad realizace projektu................................................................................................... 161
Výroba a montáž paralelní svěrky ..................................................................................... 167
Odstranění nahodilé chyby při měření délkových rozměrů a určení pravděpodobné
odchylky měření ................................................................................................................... 185
Návrh projektu (příprava učitele - zadávajícího) ............................................................... 187
ÚROVEŇ U3 ........................................................................................................................ 203
Stavba regulovatelného zdroje stejnosměrného napětí .................................................... 205
Nýtovací zařízení .................................................................................................................. 217
Návrh a výroba ramene otočného mechanismu pneumatické linky ............................... 227
NC program pro frézování dutiny zápustky pro výkovek ozubeného kola ................... 247
Spuštění stroje do časového intervalu ................................................................................ 267
Ovládání pohybu válce z terminálu.................................................................................... 283
Integrovaný stabilizátor LM317 - PCB.............................................................................. 299
Nápojový automat LKO ...................................................................................................... 333
6
Výuka odborných předmětů a předmětu praxe
Úvod
Absolventi odborných škol mají několik možností, jak pokračovat ve svém životě dál. Mohou
nastoupit do firem jako zaměstnanci, mohou se věnovat samostatné výdělečné činnosti,
založit si firmu nebo mohou pokračovat ve svém dalším vzdělávání na vyšších nebo vysokých
školách. Odbornost, které se budou věnovat, může být stejná jako ta, na kterou byli
připravováni, anebo může být zcela odlišná.
Úkolem odborných škol je, aby své žáky připravovaly na jimi zvolenou odbornost v souladu
s reálnou praxí. Absolvent odborné školy by měl splňovat požadavky a nároky jak svého
budoucího zaměstnavatele, tak i škol při dalším studiu.
Aby absolvent jako začínající technik získal potřebné znalosti, dovednosti a schopnosti, mělo
by být těmto požadavkům přizpůsobeno jeho vzdělávání. Tím je rozuměn nejen obsah výuky
odborných předmětů, ale i způsob vzdělávání žáků.
Obsah je většinou vázán na požadavky a možnosti regionu, ale absolvent může hledat
zaměstnání i mimo něj. Obsah by tedy neměl být v této fázi omezující, ale ani příliš obecný.
Volba způsobu vzdělávání, metod výuky musí být taková, aby budoucí technik rozuměl
činnostem a principům rozličných technických zařízení, aby technikovo myšlení přinášelo
nové neotřelé nápady, efektivní řešení různých situací, aby byl absolvent svému
zaměstnavateli prospěšný, popřípadě aby úspěšně zvládal další studium.
K vytvoření vhodných podmínek pro kvalitní vzdělávání určitě přispěje i tato příručka, návod
nebo metodika, která se zabývá projektovým vyučováním. Seznamuje učitele odborných
předmětů a praxe s jednou s mnoha vyučovacích metod, která se zabývá projekty nebo také
samostatnými pracemi. V příručce je na základě poznatků s projektovým vyučováním na
základních školách, na základě poznatků a zkušeností s mnohaletou výukou předmětu
závěrečný projekt na naší škole a na základě poznání firemních vzdělávání a přístupů při
řešení projektů, podrobně rozpracována struktura a metodika tvorby projektu. Celá práce je
doplněna příklady ve formě výukových modulů z různých odborných oblastí
.
7
Výukové metody
Na odborných školách všeho typu se výukou odborných předmětů zabývají učitelé, kteří
původně vykonávali jiná odborná povolání. K učitelské praxi je přivedl buďto zájem o
vyučování nebo něco jiného. V každém případě nesměřovalo jejich prvotní vzdělávání
k učitelství. Přesto, že každý z těchto techniků musel projít doplňkovým pedagogickým
studiem, ne všichni mají v sobě zafixovány například návyky k používání co nejširší palety
výukových metod.
Výběr výukové metody může v dané situaci výrazně ovlivnit proces vzdělávání žáků.
Minimálně může podnítit to téměř nejdůležitější a to zájem žáků o výuku. Určitě si každý při
své práci povšiml, že na některé činnosti žáci reagují lépe na jiné zase hůře. Někdy jsou velmi
nepozorní a neukáznění, jindy se zájmem sledují činnost učitele. Určitě by bylo velmi
zajímavé zjistit, jakým vyučovacím metodám dávají studenti přednost. V knize „Moderní
vyučování“ uvádí autor Geoffrey Petty, na straně 112 tabulku s údaji, které získal
M. Hebditch při průzkumu, jakým vyučovacím metodám dávají žáci přednost. Průzkum byl
proveden u žáků ve věku jedenáct až osmnáct let. Rozhodně stojí za to si údaje pročíst a
zamyslet se nad nimi.
Jakému stylu výuky dávají žáci přednost
Styl (typ) výuky
Skupinová diskuse
Divadlo
Výtvarné práce
Desing
Pokusy
Alternativy (možnost volby)
Počítače
Zkoumání pocitů (empatie)
Čtení anglické literatury
Praktické myšlenky
Laboratorní práce
Studium v knihovně
Grafy, tabulky, atd.
Ruční práce
Zahradnické práce
Úkoly s otevřeným koncem
Témata
Výroba předmětů
Samostatná práce
Vynalézání
Uspořádání údajů
Empatie
Pozorování
Pracovní listy
Mají rádi
%
80
70
67
63
61
61
59
59
57
52
50
50
46
43
43
43
41
41
41
39
37
35
30
28
Nemají rádi
%
4
9
9
4
11
4
22
11
9
9
11
24
15
17
20
20
11
11
26
20
20
30
13
17
Nerozhodnutí
%
17
22
26
33
28
33
20
30
35
37
37
26
37
39
35
37
48
43
35
41
43
35
57
52
8
Vyhledávání informací
Práce s přístroji
Stanovené termíny
Časové rozvrhy
Analyzování
Teorie
Slohové práce
Přednášky
26
24
24
17
17
15
13
11
30
26
50
41
35
39
28
70
43
46
26
41
46
43
54
19
Údaje zpracoval M. Hebditch na základě vlastního dotazníku, předkládaného roku 1990
žákům Gillinghamské školy (Dorset , jižní Anglie)
Přesto, že údaje nejsou z České republiky a nejsou právě současné, vystihují to, co žáci dělají
rádi a co rádi nemají určitě i v dnešní době.
Žáci jsou rádi aktivní, rádi spolu hovoří, vyrábějí předměty, jsou tvůrčí a konají činnosti.
Nemají v lásce pasivní metody. Pasivní metody je nenutí k činnosti, pasivní metody je vedou
k pasivitě. Samozřejmě, že není možné se bezezbytku vyhnout činnostem, kdy potřebujeme
přenášet na žáky i informace nezáživné, přestože jsou skutečně pro další vývoj a rozvoj velmi
důležité. Proto je dobré, když učitel vládne celou paletou vyučovacích metod a umí tyto
efektivně používat a hlavně jejich vhodnou volbou umí pružně reagovat na různé situace a
problémy, ke kterým při výuce často dochází.
Na tomto místě je nutno podotknout, že se dále nebudu rozepisovat o jednotlivých
vyučovacích metodách. Na toto téma bylo napsáno mnoho knih a publikací, které jsou běžně
dostupné. Šlo jenom o to připomenout a zdůraznit, že pokud uděláme vše pro aktivní přístup
žáků k získávání znalostí a dovedností, bude je škola více bavit a budou určitě dosahovat
lepších výsledků. Motivace žáků bude na vysoké úrovni.
K výraznému zvýšení motivace žáků může významným způsobem přispět mimo jiné i
projektová metoda. Tato metoda umožňuje učiteli u žáků rozvíjet širokou škálu dovedností,
ale rovněž při špatně řízených činnostech, může touto metodou promarnit spoustu příležitostí
a času. Pro správné využití projektového vyučování považuji za důležité, se s ním podrobněji
seznámit.
Projektové vyučování
Vývoj didaktických systémů (koncepcí vyučování)
V historii didaktických systémů lze na základě toho, zda byl více kladen zřetel k činnostem
učitele nebo naopak k činnostem žáků, rozpoznat dvě krajní alternativy vyučovacích
koncepcí.
1. Systém tradiční (didaktika herbartovská) – zaměřuje pozornost převážně na činnosti
učitele, žák je chápán jako manipulovatelný objekt vyučování.
2. Systém progresivistický (didaktika deweyovská) – zaměřuje pozornost převážně na
činnosti žáků a učitele odsouvá do pozadí, do role podněcovatele, projektanta,
9
konzultanta, poradce, koordinátora a examinátora (diagnostika) a žák má být co
nejaktivnějším subjektem učení.
3. Systém současný – role subjektu výchovy a vzdělávání se jen postupně, ale důsledně
přenáší z učitele na žáky. Snaží se plnit požadavky efektivního výchovného
vzdělávání.
Koncepce Johna Deweye (1859 – 1952), amerického filozofa a pedagoga, který je
představitelem odporu proti koncepci Johanna Friedricha Herbarta (1776 – 1841) německého
idealistického filozofa a pedagoga, položila základy tak zvané projektové metodě.
Projektovou metodu později rozpracoval a rozšířil W. H. Kilpatrick (1871 – 1965). Projekty
jsou rozsáhlejší problémy praktické povahy, jejímž cílem je do všech podrobností promyšlené
a naplánované splnění termínované práce.
Projekt
Stanislav Velínský (1899 – 1991) ve své práci „Soustavy individualizovaného učení“ vydané
v Brně v roce 1932 napsal, že projekt je určitě a jasně navržený úkol, který můžeme předložit
žáku tak, aby se mu zdál životně důležitý tím, že se blíží skutečné činnosti lidí v životě.
Václav Příhoda (1899 – 1979) považuje projekt za vlastní podnik žáků, který dává vyučování
jednotný cíl a přispívá k jeho životnosti. V knize „Reformní praxe školská“ Příhoda napsal, že
projekt představuje koncentrované úkoly zahrnující organicky stmelené učivo z různých
předmětů nebo pouze z téhož předmětu. Projekt musí mít určitý praktický cíl a uspokojivé
zakončení.
Rudolf Žanta (1934) se o projektu vyjadřoval podobně.
M. Pash ve své knize „Od vzdělávacího procesu k vyučovací hodině“ vydané nakladatelstvím
Portál píše, že projekt je výroba skutečného produktu, který představuje souhrn dosavadních
zkušeností získaných v dané oblasti. Geoffrey Petty v knize „Moderní vyučování“ vydané
nakladatelstvím Portál v roce 1993, považuje za projekt práce v rozsahu 12 – 60 hodin. J.
Henry ve své práci „Teaching Through Projects“ uvádí následujících šest kritérií, které by
mohly definovat projekt:
Žák:
1.
2.
3.
4.
(obvykle) vybírá téma projektu
vyhledává vlastní zdroje materiálu
prezentuje závěrečný projekt – produkt
vede svou práci samostatně
Projekt:
5. má rozsáhlejší podobu, trvá delší dobu
Učitel:
6. přijímá roli poradce
10
Zajímavá je rovněž definice projektu, kterou uvádí Mgr. Jana Kratochvílová, Ph. D.
v publikaci „Teorie a praxe projektové výuky“. Projekt je zde definován následovně:
Projekt je komplexní úkol (problém), spjatý s životní realitou, s nímž se žák identifikuje a
přebírá za něj odpovědnost, aby svou teoretickou i praktickou činností dosáhl výsledného
žádoucího produktu (výstupu) projektu, pro jehož obhajobu a hodnocení má argumenty, které
vycházejí z nově získané zkušenosti.
Určitě by se daly najít definice projektu i od jiných autorů, kteří se zabývali či zabývají
projekty, ale není účelem této práce zacházet do takové hloubky. Podstatné je si uvědomit roli
projektu ve výuce. Uvědomit si, že projekt byl a je považován za velmi zajímavý a silný
prostředek ve výuce. Z toho mála co jsem zde uvedl je zřejmé, že jednoznačná a jediná
definice projektu neexistuje. Jedná se vždy jen o názory jednotlivců, ke kterým se přiklání
jejich sympatizanti. Rozhodně lze ale najít ve většině názorů jak domácích, tak i zahraničních
celou řadu styčných bodů.
Projektová metoda
„Projektová metoda je vyučovací metoda, v níž jsou žáci vedeni k samostatnému zpracování
určitých projektů a získávají zkušenosti praktickou činností a experimentováním. Projekty
mohou mít formu integrovaných témat praktických problémů ze životní reality nebo praktické
činnosti vedoucí k vytvoření nějakého výrobku, výtvarného, či slovesného produktu.“ Tuto
definici je možno nalézt v „Pedagogickém slovníku“ autorů J. Průchy, E. Walterové a J.
Mareše. Přičemž metodu výuky vymezují ve své práci „Výukové metody“ J. Maňák a V.
Švec jako uspořádaný systém vyučovací činnosti učitele a učebních aktivit žáků směřujících
k dosažení daných výchovně vzdělávacích cílů.
Mgr. Jana Kratochvílová, Ph. D. v publikaci „Teorie a praxe projektové výuky“ vnímá projekt
jako podnik žáka a na projektovou metodu nahlíží jako na uspořádaný systém činností učitele
a žáků, v němž dominantní roli mají učební aktivity žáků a podporující roli činnosti učitele,
kterými směřují společně k dosažení cílů a smyslu projektu. Komplexnost činností vyžaduje
využití různých dílčích metod výuky a různých forem práce.
Z výše uvedených definic je opět vidět snaha o přesné vymezení projektu a projektové
metody. V této fázi je patrno, že projektová metoda není jednoduchá metoda. Projektová
metoda zřejmě vyžaduje rozsáhlé přípravné činnosti, které umožní její efektivní využívání. Na
projektovou metodu se musí připravit jak vyučující, tak i žák.
Projektová výuka
Projekt je chápán jako podnik žáka. Podstatným rysem projektové výuky je, že žáci projekt
realizují od jeho plánování až po vytvoření odpovídajícího produktu, konkrétního výstupu
projektu a svoje zkušenosti zprostředkovávají druhým.
Za zmínku stojí se seznámit s organizací projektového vyučování podle W. Kilpatricka,
v jehož pojetí je řešení projektu rozděleno do čtyř fází: záměr – plán – provedení – hodnocení.
11
V rozšířeném pojetí vypadá celá situace takto:
1. Plánování projektu
a) Definovat podnět
b) Zvolit výstup projektu
c) Zpracovat časové rozvržení projektu
d) Promyslet prostředí projektu
e) Vymezit účastníky projektu
f) Promyslet organizaci projektu
g) Zajistit podmínky pro projekt
h) Promyslet hodnocení
2. Realizace projektu
a) Postupuje se podle předem prodiskutovaného plánu
b) Pedagog vystupuje v roli poradce
3. Prezentace výstupu projektu
a) Písemná, ústní, praktický výrobek
b) Výstavka, videozáznam, kniha, časopis, model, přednáška, internetové stránky
c) Pro rodiče, spolužáky, ve škole, pro veřejnost, pro jiné instituce
4. Hodnocení projektu
a) Jedná se o hodnocení celého procesu - naplánování projektu, jeho průběhu i
výsledku a to z pohledu žáků i učitele
b) Hodnocení projektu se opírá o předem vytvořená kritéria
c) Z hodnocení by měla vyplynout opatření do budoucna, a to v rovině žáka i učitele
Typologie projektů
V celé historii projektové výuky vznikla celá řada projektů, které je možno v dnešní době
třídit podle nejrůznějších hledisek. Našim požadavkům vyhovuje rozlišování projektů podle
dvou zásadních kritérií: podle tématu projektu a zajištění materiálu k jeho realizaci. Toto
rozlišení navrhla na základě své zkušenosti se studenty a projekty na Univerzitě otevřeného a
distančního vzdělávání v Londýně autorka J. Henry. Hovoří o projektech dvou typů:
• Strukturovaný projekt – student obdrží definované téma, je rovněž specifikován postup
pro sběr informací a jejich zpracování;
• Nestrukturovaný projekt – student si volí téma sám, shromažďuje si vlastní materiál,
který zpracovává, třídí, analyzuje a prezentuje výsledek své práce a to na základě
informací, které si sám opatřil, roztřídil a zpracoval. Postup zpracování není
specifikován, je zcela volný dle volby studenta.
Tyto dva typy projektů se liší mírou svobody studenta a odlišnou rolí učitele, který studentovi
ovlivňuje obsah a způsob zpracování projektu v procesu řízení zpracování pedagogického
procesu.
12
Ucelenou typologickou řadu představil u nás J. Valenta, kterou jsem převzal z publikace Mgr.
Jany Kratochvílové, Ph. D. „Teorie a praxe projektové výuky“.
Hledisko třídění
Navrhovatel projektu
Účel projektu
Informační zdroj projektu
Délka projektu
Prostředí projektu
Počet zúčastněných na projektu
Způsob organizace projektu
Typy projektů
• spontánní žákovské
• uměle připravené
• kombinace obou předchozích typů
• problémové
• konstruktivní
• hodnotící
• směřující k estetické zkušenosti
• směřující k získání dovedností (i sociálních)
• volný (informační materiál si žák obstarává sám)
• vázaný (informační materiál je žákovi poskytnut)
• kombinace obou typů
• krátkodobý (maximálně jeden den)
• střednědobý (maximálně jeden týden)
• dlouhodobý (více jak jeden týden, méně jak měsíc)
• mimořádně dlouhodobý (více jak měsíc)
• školní
• domácí
• mimoškolní
• individuální
• společné (skupinové, třídní, ročníkové – mezitřídní,
meziročníkové, celoškolní
• jednopředmětové
• vícepředmětové
Výhody a nevýhody projektové výuky
Každý, kdo se kdy zabýval projekty a projektovou výukou, dříve nebo později poznal její
výhody a nevýhody. Pro potřeby využití projektové výuky na středních školách se mi zdá
nejvhodnější hodnocení autorky J. Henry.
Tato autorka uvádí následující pozitiva projektů, které přímo vyzývají k používání projektů
v rámci studia:
1. Učí se vyšším kognitivním dovednostem – dovednosti pro organizování, analýza,
syntéza, hodnocení.
2. Projekt je přípravou pro svoji profesi.
3. Projekt nabízí studentům autonomii a podporuje vědomí zodpovědnosti.
4. Projekt motivuje vhodně zvolenými aktivitami.
5. Projekt učí studenty hodnocení.
13
Za nedostatky projektové metody J. Henry považuje:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Náročnost požadavků na studenta.
Časovou náročnost na zpracování projektů.
Potřebu dohledu nad projektem.
Potřebu propracovaného návrh na zdárný průběh projektu.
Přípravná cvičení – průpravu pro projekt.
Obtíže spjaté s hodnocením projektů.
Časová náročnost hodnocení.
8. Popřípadě zvláštní výdaje spjaté s realizací projektu.
Na naší škole je vyučován ve čtvrtém ročníku oborů elektrotechnika a strojírenství předmět
„Závěrečný projekt“, a v oboru technické lyceum zpracovávají žáci ve třetím ročníku tzv.
ročníkový projekt a ve čtvrtém ročníku v rámci maturitní zkoušky vytváří žáci dlouhodobou
maturitní zkoušku. Předmět „Závěrečný projekt“ má charakter projektového vyučování se
všemi typickými znaky a rovněž ročníkový projekt a dlouhodobá maturitní práce obsahují
podstatné znaky projektů. Na základě námi získaných zkušeností se můžeme s hodnocením
projektové výuky autorky J. Henry zcela ztotožnit.
Otázkou je, zda negativa projektové metody nepřevládají nad jejími přednostmi. Co do počtu
zřejmě ano, ale co do kvality je přínos projektové metody zcela převažující. Určitě stojí za to,
se projektovou výukou zabývat a určitě stojí za to, tuto metodu vhodně začlenit do mnohdy
nepříliš zajímavě vedeného vyučování.
Podrobně se zabývá výhodami a nevýhodami projektové výuky Mgr. Jana Kratochvílová ve
své publikaci „Teorie a praxe projektové výuky“. Ve své práci rozepisuje dopady předností
projektové výuky na žáka, učitele, proces učení se a na okolní prostředí. Ve stejném rozsahu
hodnotí i negativa či obtíže projektové výuky. Na základě vyhodnocení dopadů projektové
výuky konstatuje, že její pozitiva výrazně převažují nad negativy.
Obtíže, které provázejí projektovou metodu, vycházejí často z nepostačující teoretické
vybavenosti učitelů i žáků k řešení projektů a nesprávné informovanosti okolí, které pak
aktivity spojené s řešením projektů nevnímá pozitivně. Pokud si však nedostatky projektové
výuky dokážeme uvědomovat, můžeme je i účinně kompenzovat.
J. Kratochvílová nabízí tyto kompenzace:
1. Profesní přípravu učitelů na projektovou výuku, toto nabízí z části naše publikace.
2. Zvyšování povědomí okolí o projektech a jejich řešení. Je dobré informovat své okolí
včas o svých záměrech, protože projekt je pro žáky zátěž, která může po určitý čas
odpoutávat jejich pozornost od jiných aktivit.
3. Využívání mnoha dalších vyučovacích metod, které kompenzují právě nedostatky
metody projektové. Pozor na „přeprojektování“, projektová metoda dle R. Žanty není
všelék, ani všespasitelná, je jednou z mnoha možných vzdělávacích metod, jejichž
smysluplné využívání vede ke kýženému cíli, vzdělanému, dovednostmi, umem a
zájmem vybavenému absolventovi.
4. Vytváření vhodných podmínek pro projektovou metodu. Zde uvedu alespoň ty
podmínky, které já považuji za nezbytné.
14
a) Předně je to zájem učitele použít tuto metodu, zájem podložený dobrou přípravou
a trpělivostí něco změnit.
b) Nezbytná je podpora ze strany vedení školy, pedagogů, rodičů a okolí.
c) Vytvoření potřebného prostoru v osnovách předmětu, kde chci metodu aplikovat.
Na tuto podmínku je potřeba opravdu dbát a počítat s tím, že vždy se může něco
zvrtnout. Například narazíme na naprostou nechuť žáků tímto způsobem pracovat.
d) Dobrá příprava žáků na řešení projektu. Žáky je dobré pomocí dílčích úkolů
postupně připravovat na projektovou činnost, na řešení úkolu, jehož zadání
zahrnuje celý komplex činností, které mohou přesahovat jejich doposud nabyté
znalosti, hranice jednoho předmětu a mnohdy zasahují i do jiných oborů. Chcemeli mít s projektem úspěch, měli bychom začít s projektovou přípravou žáků co
nejdříve, nejlépe již v prvním ročníku odborné školy.
Úkolem odborných škol je připravit žáky tak, aby se co nejrychleji začlenili do pracovních
kolektivů a stali se užitečnými. V současné době se ze strany zaměstnavatelů přidává
k odborným požadavkům i požadavek na práci v týmu. Absolvent odborné školy, by měl být
alespoň základním způsobem připraven na týmovou práci. S týmovou prací se žáci mohou
seznámit právě při řešení projektu, při projektovém vyučování.
Řešitelské týmy
Týmová spolupráce
Projekty je možno třídit podle různých hledisek na různé typy. Jedním z hledisek třídění je i
počet zúčastněných na projektu. Podle tohoto hlediska projekt může být individuální nebo
společný. Pod pojmem společný rozumíme skupinu žáků, třídu, skupinu složenou z žáků
z více tříd apod. Nikde se zatím nehovořilo o týmu. Přesto požadavek na schopnost
absolventů pracovat v týmu existuje. Co je vlastně tým? Je tým totéž co skupina nebo se nějak
liší. Je to pro nás podstatné nebo ne. Tým je určitě skupinou, ne každá skupina však tvoří tým.
Skupinu je možno například direktivně vytvořit. Dobře pracující tým však direktivně
nevytvoříme, dobře pracující tým se buduje.
Termín tým možná bude pro celou řadu učitelů při projektové činnosti nepřijatelný a budou se
raději uchylovat ke slovu skupina. Ale přesto všechno i práce ve skupině se může, postupem
času přeměnit v týmovou spolupráci. V knize Soni Hermochové „Teambuilding“, kterou
vydalo v roce 2006 nakladatelství Grada Publishing, a. s., kde se autorka velmi podrobně
zabývá týmy a týmovou spoluprací, mimo jiné píše, kdy užíváme termínu tým. „Tým má dva
a více členů, má známý, definovaný cíl, k jehož dosažení je třeba koordinace členů týmu“.
Dále píše, že k tomu, aby týmy byly úspěšné, přispívají:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Jasně formulované cíle.
Přiměřená vnitřní struktura.
Členové připravení k úkolu.
Klima podporující spolupráci.
Podpora a uznání „zvenčí“.
Kompetentní vedení.
15
1. Jasně formulované cíle – Základní podmínkou spokojenosti a úspěchu je, aby
skupina měla jasný, hodnotný a důležitý cíl. Převedeno do výuky, zadání projektu
musí být jasné, srozumitelné a smysluplné. V této souvislosti se často uvádí výrok
Paula Lazaruse, ředitele divadla a televize v New Yorku: „Je lépe mít jasnou
představu a neuspět než nemít koncepci, protože i z neúspěchu se lze poučit využít ho
při vytváření dalších cílů.
2. Vnitřní struktura týmu – V dobře fungujícím týmu mají jednotliví členové jasně
definované role, vzájemná komunikace je efektivní, existuje systém sledování
individuálních výkonů a je kladen důraz na to, aby hodnocení nebylo subjektivní, ale
založené na faktech.
3. Připravenost členů týmu k plnění úkolu – K rozhodnutí, koho do týmu přijmout
mají ovlivňovat především odborné a osobnostní předpoklady, zejména orientace na
výsledky, sociální dovednosti, schopnost plánovat a organizovat, orientace na skupinu
– schopnost spolupracovat, zralost a zodpovědnost.
4. Klima podporující spolupráci – Základem týmu je týmová spolupráce, která se
vyznačuje především dobrými vzájemnými vztahy a důvěrou. Vzájemná otevřenost,
čestnost, vzájemný respekt, předvídatelnost reakcí jsou znakem dobrého klimatu.
Důvěra je velmi důležitá a je také velmi křehká, když je porušena je velmi těžké ji
opět obnovit. K důvěře se lidé postupně propracovávají. Vzájemná důvěra umožňuje
členům týmu plně se soustředit na plnění úkolu. Pro udržení důvěry je důležité
komunikovat včas o všech poruchách, nespokojenostech, odlišnostech v hodnocení
atd. Důležitá je zde role vedoucího, který by měl být schopen rozpoznat vznikající
poruchy ve vztazích, činnostech apod. Při vzájemné důvěře je potom možné včasné
řešení kritických stavů.
5. Externí podpora a uznání – Jsou-li úspěšné týmy chváleny a oceňovány vede to ke
zvýšení jejich motivace k ještě vyššímu a kvalitnějšímu výkonu. Absenci chvály a
uznání nesou jak týmy, tak i jejich jednotliví členové poměrně těžce a neúspěšné týmy
dokonce na tuto skutečnost svádějí svůj neúspěch.
6. Kompetentní vedení – Důsledné vedení, osobnost toho, kdo tým vede a styl, jakým
svou roli realizuje, jsou významnými faktory ovlivňujícími jak atmosféru týmu, tak
jeho výkony. Jak najít toho správného vedoucího týmu, tím se zabývají odborníci na
celém světě.
Výše uvedeným stručným přehledem jsem chtěl upozornit na důležitost týmu a týmové
spolupráce. Význam týmové spolupráce je nedozírný, existuje obrovská řada činností, která
by bez tohoto prvku nebyla vůbec myslitelná. Otázkou ovšem je, jakým způsobem postupovat
při vytváření týmů ve škole, za účelem řešení projektů, kdo vybere skupinu žáků pro příslušný
projekt, jakých použije při výběru kritérií, kdo přidělí jednotlivým členům skupiny role, kdo
bude vedoucím týmu. Uvedené informace je možno velmi dobře využít při rozdělování žáků
do skupin (týmů). Je velmi dobré seznámit žáky se smyslem a organizací týmové práce
s týmovou spoluprací.
16
Vytvoření týmu
Při výuce odborných předmětů s využitím projektové metody budeme velmi často zadávat
společný projekt pro skupinu žáků. Bude záležet na konkrétní situaci, zda budou skupiny žáků
dvoučlenné, tříčlenné či vícečlenné. Učitel v zásadě může postupovat dvěma způsoby. Buďto
žáky do skupiny vybere sám, nebo umožní žákům jejich vlastní výběr.
O tom jakým způsobem postupovat při výběru členů týmu pojednává již dříve zmíněná
autorka Soňa Hermochová ve své knize „Teambuilding“. Určitě bychom nalezli i jinou
literaturu s touto tématikou. Nechci zde dělat reklamu žádnému z těchto děl, ani nechci tyto
práce do této publikace přepisovat. Pouze bych doporučil přečíst si některé tyto práce, lze se
tím vyhnout některým chybám, které jsou pak příčinou těžkých zklamání. Poměrně zajímavou
publikací je i kniha Doc. PhDr. Hany Kasíkové CSc. „Učíme (se) spoluprací spolupráci“.
V knize autorka píše mimo jiné, že kooperativní skupinové projekty jsou založeny na pěti
základních elementech stejně jako celé kooperativní učení. O co tady jde? Kooperativní učení
využívá skupinové formy, ve které se organizuje skutečná spolupráce členů skupiny k posunu
učení každého z nich. Jinak řečeno vytvoříme-li skupinu, jakýmkoliv způsobem, mělo by při
činnosti skupiny, při řešení projektu, docházet ke vzájemnému obohacování všech členů
skupiny, bez ohledu na jejich znalostní či dovednostní úroveň. Práce ve skupině (týmu), je-li
efektivní, přináší užitek všem, vznikne dobré řešení projektu, a vpřed se posunou jak žáci
silní, tak i žáci slabí. Přitom, a to je důležité, jsou týmu prospěšní všichni.
Zpátky ke vzpomenutým pěti základním elementům. Autorka píše: „Kooperativní učení
funguje tehdy, je-li založeno na dodržení pěti základních elementů. Soulad těchto elementů
zajišťuje žádoucí pokrok v učení“. Pět elementů:
1. Interakce tváří v tvář – žáci mají mít možnost blízké komunikace. Výzkumy ukázali,
že ve skupině mají být žáci rychleji i pomaleji se učící, motivovanější i méně
motivovaní. Skupina má být namíchaná, heterogenní.
2. Pozitivní vzájemná závislost – vzniká vazba jednoho na druhého, ze které mají
prospěch oba, oba se učí, žák je úspěšný tehdy, pokud i ostatní žáci ze skupiny uspějí
a skupina je úspěšná, pokud uspěje i jednotlivec.
3. Individuální odpovědnost – individuální skládání účtů, žák, který se učí ve skupině,
prokazuje svůj pokrok v učení a dokazuje, že se prostřednictvím spolupráce s jinými
něco učí nebo již naučil.
4. Dovednosti pro práci v malé skupině – dovednostem spolupracovat žáky učí učitel
pomocí jednoduchých činností s následným ověřováním porozumění. Bez dovednosti
spolupracovat je činnost týmu nemožná.
5. Reflexe skupinové činnosti – skupina je schopna popsat vlastní činnost, zdůvodnit
rozhodnutí, zhodnotit svoji práci.
Autorka dále na základě výše uvedeného uvádí následující shrnutí:
V kooperativní výuce tedy:
• Učitel rozdělí třídu na několik menších heterogenních skupin
• Stanoví pro jejich činnost cíle v rovině věcné a sociální
17
• Vytvoří předpoklady pro to, aby žáci mohli pracovat na základě pozitivní vzájemné
závislosti a pro individuální skládání účtů
• Monitoruje činnost skupin
• Dá prostor pro hodnocení i prostřednictvím reflexe skupin
Shrnutí
V této fázi je vhodné malé shrnutí. Víme, na čem závisí dobrá a úspěšná činnost týmu a dále
víme jakým způsobem postupovat při vytváření týmů. Vůbec nevadí, že podklady, ze kterých
čerpám, přímo nesouvisí s projektovou výukou. První zdroj, kniha „Teambuilding“, se
vztahuje k činnostem ve firmách, v praktickém životě. Druhý zdroj, kniha „Učíme (se)
spoluprací spolupráci“, řeší problematiku kooperativních strategií na základních školách. Obě
díla, i při letmém čtení, ukazují, že mají s projektovou výukou a zvláště s týmovou spoluprací
a vytvářením týmu celou řadu styčných bodů. Tyto poznatky je možno v plné míře přenést do
projektové výuky a prokázat tak existenci vazeb mezi školou a praxí.
Další poznámky k volbě týmů uvedu v části publikace, která se zabývá metodikou projektové
činnosti.
Prvky firemní strategie a firemního vzdělávání
v projektové výuce
Školy jsou považovány za svět, který je vzdálen reálnému životu. Produktem škol pak jsou
absolventi, jejichž připravenost na nástup do praxe není právě dostatečná. Je tomu skutečně
tak? Jsou opravdu absolventi květinami, vypěstovanými ve skleníkových podmínkách,
neschopnými přežít v reálném světě. Jsou možnosti škol tak slabé, že nejsou schopny přiblížit
svým žákům skutečný život? Jednoznačná odpověď na tyto otázky, která by byla společná pro
všechny školy, asi neexistuje. Některé školy jsou svou povahou blíže ke skleníku, jiné zase
blíže k praxi. Nechtěl bych zde podrobně rozebírat všechny typy škol. Pro mne jsou zajímavé
školy odborné, školy, jejímž učitelům je určena naše publikace. Navíc učitelům odborných
předmětů a předmětu praxe, kteří mají zájem ještě více přiblížit svůj předmět a i vzdělávání
žáků požadavkům praxe pomocí projektové metody. V této kapitole se podíváme na to, zda
mohou projektovou metodu obohatit nejrůznější firemní strategie a postupy, popřípadě, zda
může projektové vyučování čerpat ze zkušeností firemního vzdělávání.
Firemní strategie
Ve školách se snažíme pracovat se žáky tak, aby absolventi měli co nejvíce znalostí a
dovedností potřebných k úspěšnému zařazení do praktického života a dokázali dlouhodobě
zabezpečit svou existenci na požadované úrovni. K tomu využíváme nejrůznějších
vyučovacích metod a postupů a nejrůznějších výukových pomůcek a zařízení. Víme, že velmi
důležitá je práce se samotnými žáky ve smyslu zvyšování jejich motivace k učení. V podstatě
se zabýváme strategií, pomocí které chceme dosáhnout předem stanoveného cíle.
18
Velmi podobně postupují ve své činnosti i firmy. Vznikají firemní strategie, které mají rovněž
směřovat firmu směrem k předem stanovenému cílu. Cílem firmy je dlouhodobě, nejlépe
stále, vydělávat dostatek peněz. V postupech při vytváření firemních strategií je možné nalézt
stejné činnosti jako při projektovém vyučování, zvláště při plánování a realizaci komplexních
dlouhodobých projektů. Z knihy „Firemní strategie pro praxi“ Jaroslava Charváta uvádím
například tyto činnosti:
• Analýza vnějšího a vnitřního prostředí – analýza projektu, SWOT analýza.
• Týmová práce – tým je skupina lidí se vzájemně se doplňujícími dovednostmi, kteří jsou
oddáni společnému účelu, pracovním cílům a přístupu k práci za něž jsou vzájemně
odpovědni (Katzenbach a Smith, 1993). Týmová práce se uplatňuje jak v celé firmě, tak
v jednotlivých týmech.
• Rozdělení a plnění rolí v týmech.
• Motivace lidí – co bude motivovat lidi ve firmě k tomu, aby se podíleli na tvorbě
strategie, a jak motivovat lidi k tomu aby plnili cíle firmy.
Ve stejné knize Jaroslav Charvát uvádí následující postup při řešení problému – řešení
procesu tvorby strategie:
• Problém – definice problému, jeho správné pochopení. K tomu lze využít všech
vhodných technik jako například brainstorming, brainwriting apod.
• Teoretický průzkum problému – studium literatury, odborných článků.
• Průzkum terénu – získávání informací od lidí z vlastní firmy, jiných firem, od
zákazníků, dodavatelů a podobně.
• Analýza situace – zhodnocení stavu (popis stávajícího stavu a definování cílového
stavu).
• Varianty řešení – hledání cest, které vedou se stávajícího stavu do požadovaného.
• Výběr nejvhodnější varianty – po vyhodnocení více variant vybíráme tu, která nejlépe
vyhovuje našim požadavkům.
• Implementace projektu – zvolenou variantu musíme dostat do praxe.
Výše uvedený postup je využitelný při řešení problémů nejrůznějšího charakteru a určitě je
použitelný i při řešení školních projektů. Je otázkou, zda tyto postupy vznikali na půdě škol či
v praxi. Zřejmě se školní a firemní prostředí prolínají v daleko větší míře, než jsou si mnohdy
obě strany schopny a ochotny připustit. Je dobré si však tyto skutečnosti uvědomovat, protože
škola je zřejmě blížeji firmě než si myslíme. Toho může být důkazem i následující odstavec.
Firemní vzdělávání
V rámci řešení tohoto projektu jsme navštívili i několik firem, kde jsme měli možnost se
seznámit s firemním vzděláváním. Firmy, které se dovedou postarat o svůj růst a rozvoj,
kladou velký důraz na práci s lidmi. Své zaměstnance chápou jako nejcennější zdroje, které
firma má. Jedině pomocí lidí může firma úspěšně naplňovat své cíle. Proto se firmám vyplácí
mnohostranná péče o své zaměstnance. Firmám se vyplácí například investice do jejich
vzdělávání a odborného výcviku.
19
V jedné belgické firmě mají elektrotechnické vzdělávací středisko. Slouží jednak pro potřeby
vzdělávání firemních zaměstnanců a jednak se v něm vzdělávají i pracovníci jiných firem.
Středisko rovněž dobře slouží i pro rekvalifikace. Prošli jsme silnoproudé odborné pracoviště
a pracoviště kde, probíhala výuka programování programovatelných automatů. Obě
pracoviště byla na první pohled dobře materiálně zabezpečena. Učebny byly vybaveny
soudobou technikou, panely, na kterých bylo možno provádět zapojování motorů, popřípadě
počítači a programovatelnými automaty, které ovládaly jednoduchá zařízení jako elektrické
motory či elektropneumatické prvky. Školení lidé, žáci, měli k dispozici studijní materiály,
pracovní listy a instruktora. Vyučovací metoda byla svým charakterem velmi blízká
projektovému vyučování. Studijní materiály obsahovaly pouze informace, které jsou nezbytně
nutné pro zvládnutí zadaného úkolu. Výuka je zcela podřízena svému záměru, naučit žáku
praktickým v praxi požadovaným činnostem. Tento systém se v rámci firemního vzdělávání
osvědčuje. Žáci jsou školeni jenom pro svou specializovanou činnost. Úroveň studijních
materiálů i pracovních listů byla profesionální, jak po stránce obsahové, tak po stránce
grafické.
Samozřejmě, že nejde zcela seriozně mezi sebou porovnávat tyto dvě vzdělávací formy,
formu firemní a formu školní, ale je úplně jasné že se tyto formy výrazně prolínají. Ve
firemním vzdělávání je možno vidět výrazný vliv školy a školnímu vzdělávání by rozhodně
prospěly mnohé praktické přístupy firem.
Shrnutí
Na základě výše uvedeného stručného pohledu na firemní strategii a vzdělávání je možné
konstatovat, projektová metoda, pokud ji budeme správně používat, rozhodně výrazným
způsobem obohatí výuku na odborných školách a přiblíží jí tak reálnému životu, praxi.
Projektová metoda má šanci pronikavě zvýšit zájem žáků o studium daného oboru, zvýšit
touhu po vzdělávání jak teoretickém, tak praktickém, prostě zvýšit motivaci žáků.
Metodika projektového vyučování
S doposud uvedených informací o projektovém vyučování, o projektové metodě a projektech
by se mohlo zdát, že se jedná o složité a těžko zvládnutelné činnosti. Projektová metoda
vyžaduje komplexní přístup, bez důkladné přípravy učitele, který musí nejen dokonale
promyslet zadání projektu, ale musí postupně k této činnosti připravit i žáky, nenaplní naše
očekávání. Učitelovi odborné kompetence se projektováním rozhodně výrazně rozšíří o práci
s jednotlivými žáky a práci s týmy.
Jak se pustit do projektového vyučování a přitom nezažít hned napoprvé rozčarování a
zklamaní, v tom by mohla být pomocníkem mimo jiné i tato publikace. Na tomto místě bych
rád uvedl jeden z možných postupů při návrhu projektu a práci s žáky, jednoduše předkládám
návod, jak na to. Předkládám metodiku projektového vyučování. Metodiku jsem si
nevymyslel. O projektech toho bylo napsáno již tolik, že patrně již nikdo nikoho něčím
novým v této oblasti nepřekvapí. Spíše jde o využití dosavadních poznatků a zkušeností
získaných mnohými učiteli a výzkumníky za celou dlouhou existenci projektového
20
vyučování. V této publikaci jsem koncentroval, podle mne, snad to nejpodstatnější, co by měl
začínající učitel o této metodě vědět.
K vytvoření metodiky jsem využil příklady projektů studentů učitelství 1. stupně PdF MU
Brno, kteří se touto formou připravovali na projektovou výuku. Příklady uvedla Mgr. Jana
Kratochvílová ve své publikaci „Teorie a praxe projektové výuky“.
Příprava návrhu projektu
Tabulka, kterou uvádím níže, by měla pomoci učitelovi při přípravě projektu. V podstatě nás
vede přípravou krok za krokem a napomáhá k tomu, aby nebyla opomenuta některá
z podstatných věcí. Jak jsem již uvedl několikrát, důkladná příprava se vyplatí a je nezbytná.
Při přípravě je možno využít celou tuto publikace, zvláště tabulku uvedenou v kapitole
typologie projektů.
Název:
Autoři:
Realizace:
Typ projektu:
Uvedeme název projektu
Kdo je autorem
Kde je projekt realizován, kým a kdy
podle navrhovatele
• spontánní žákovské
• uměle připravené
• kombinace obou předchozích typů
podle účelu
• problémové
• konstruktivní
• hodnotící
• směřující k estetické zkušenosti
• směřující k získání dovedností (i sociálních)
podle informačních zdrojů
• volný (informační materiál si žák obstarává sám)
• vázaný (informační materiál je žákovi poskytnut)
podle délky
• krátkodobý (maximálně jeden den)
• střednědobý (maximálně jeden týden)
• dlouhodobý (více jak jeden týden, méně jak měsíc)
• mimořádně dlouhodobý (více jak měsíc)
podle prostředí
• školní
• domácí
• mimoškolní
podle počtu zúčastněných
• individuální
• společné (skupinové, třídní, ročníkové – mezitřídní, meziročníkové,
celoškolní
podle organizace
• jednopředmětové
• vícepředmětové
21
Smysl
projektu:
Výstup:
Předpokládané
cíle:
Předpokládané
činnosti:
Organizace:
Předpokládané
výukové
metody:
Předpokládané
pomůcky:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
co mají žáci udělat, co se žáci naučí
cíle projektu, např. technická dokumentace, realizace zařízení, apod.
kognitivní (poznávací): žák:
afektivní (postojové): žák:
psychomotorické (výcvikové): žák:
sociální (komunikační): žák:
co žáci udělají, co budou dělat
kde budou pracovat, jak budou pracovat (individuálně, v týmu)
výčet možných metod
např. poznámkový sešit, učebnice, firemní dokumentace, atd.
prezentace pro žáky ve skupině, apod.
žáci v týmu, učitel – dobře promyslet, přesně definovat
Seznámení žáků s projektem – plánování projektu
Žáci jsou seznámeni nejlépe písemnou formou (pracovní formulář) s přesným názvem a
zadáním projektu. Nepodceňovat, zadání musí být žákům jasné a srozumitelné, žáci musí
vědět co mají dělat. Pracovní formulář může vypadat například takto:
Název projektu:
Nýtovací zařízení (výstižný a stručný)
(Vyplní zadavatel)
• Navrhněte
elektropneumatické
řízení
pro
částečně
automatizované nýtovací zařízení
• Dvě součástky mají být spojeny nýtem, spojované části s nýtem
budou vloženy do zařízení ručně a snýtované části budou rovněž
ručně se zařízení vytáhnuty.
• K nýtování bude použito dvou válců, válec A přidrží obě části a
válec B provede nýtování (viz nákres)
• Proces nýtování má být spuštěn stiskem tlačítka
• Stisk tlačítka musí být blokován, aby nedošlo k úrazu
Výstup projektu:
• Funkční zapojení dle schématu
(Vyplní zadavatel)
• Popis činnosti obvodu
• Stavový diagram
Rozbor
a Poznámky žáků k rozboru projektu:
plánování
(Rozbor provádí učitel ve spolupráci s žáky – ujasnění zadání, vymezení
projektu:
požadovaných znalostí, zpracování časového rozvržení projektu,
(Vyplní žáci)
doporučení informačních zdrojů, vytvoření týmů, rozdělení úkolů mezi
členy týmu, způsob a podmínky hodnocení)
Klíčové znalosti a dovednosti:
• princip dvojčinného válce
• způsoby řízení válce
• princip bistabilního ventilu 5/2 N. O. ovládaného vzduchem
Zadání projektu:
(Vyplní
zadavatel.
Zadání má být jasné,
srozumitelné,
jednoznačné
nejen
zadavateli, ale hlavně
žákům)
22
Datum zahájení:
• schematické značky pneumatických prvků a čtení pneumatických
schémat
• manuální zručnost při práci se stavebnicí
• stavové diagramy
Časové rozvržení projektu:
• celkem šest vyučovacích hodin
1. týden (škola – 3 vyučovací hodiny)
• zadání projektu a jeho plánování (rozbor), rozdělení do týmů,
porovnávací test, zahájení práce v týmech
• porovnávací test, sestavení obvodu a ověření jeho funkce,
odevzdání výstupů, hodnocení
Informační zdroje:
• vázané (informační materiál je žákovi poskytnut) – poznámkový
sešit, skripta, učebnice
• volné (materiál si žák zajišťuje sám)
Podmínky a způsob hodnocení projektu:
• úroveň technické dokumentace - učitel
• sestavení pneumatického modelu a správná funkce – učitel
• popis činnosti obvodu a možných rizik – učitel, ostatní spolužáci
• praktická ukázka činnosti obvodu s vysvětlením – ostatní
spolužáci
3. prosince 2009
Datum
10. prosince 2009
ukončení:
Poznámky k činnostem souvisejících s rozborem zadání.
Rozbor provádíme společně s žáky (se skupinou žáků, týmem), je dobré s nimi podrobně
probrat a prodiskutovat jednotlivé body zadání projektu a výstupů projektu, diskuse může být
doplněna o nákresy a skici, záleží na povaze projektu. Zadavatel musí mít jistotu, že ze strany
žáků došlo k pochopení projektu. Je to nezbytně nutné, může se totiž stát, že až při této
činnosti zadavatel odhalí nedostatky či dokonce chyby v zadání. Ty je potom nutno korigovat
a zadání upravit. Do úprav se mohou v této fázi zapojit i žáci, pokud se vyučující dobře
připravoval, dokáže své omyly a nedostatky uspokojivě vysvětlit. Žáci tím, že se již i podílí
na upřesnění zadání, mohou získat vyšší motivaci.
Součástí rozboru může být i to, že si žáci sami pod vedením učitele ujasní rozsah svých
znalostí a dovedností, které budou potřebovat pro zdárné řešení projektu. Zjistí se, že mají
například základní znalosti, které si budou muset v průběhu řešení rozšiřovat. K tomu je
donutí okolnosti. V této chvíli je na místě probrat i informační zdroje. Mohou to být
informační zdroje dodané od zadavatele nebo si je mohou žáci na základě typů, nebo i bez
nich shánět sami.
Vytvoření týmů, u této aktivity může nastat několik situací:
• Členy týmů vybere učitel. Tým sestaví podle svých představ tak, aby byl heterogenní,
aby pracoval správně, aby se na řešení projektu podíleli všichni členové týmu dílem,
který odpovídá jejich znalostem a schopnostem. Práce v týmu by měla přinést každému
23
jednotlivci užitek. Podle toho zadávající může i rozdělit role v týmu. Zadávající se tak
jednoznačně stává manažerem týmu, anebo ne.
• Tvorbu týmu ponechá na žácích, kteří pouze plní požadavek na počet členů týmu.
Uvedl jsem dvě krajní možnosti jak vytvořit tým. Z vlastních zkušeností doporučuji spíše
tvorbu týmu řízenou, snižuje se tak riziko jeho nefunkčnosti. Všechno ovšem záleží na tom,
jak učitel žáky zná a jaké mají žáci zkušenosti s projektovou činností.
Počet členů týmu doporučuji volit v rozsahu dva až čtyři, více ne. Při vyšším počtu členů
hrozí situace, že pracovat bude jeden nebo dva a zbývající členové se povezou. Tento fakt se
většinou zjistí až v závěru projektu.
Časové rozvržení projektu provede podle předem promyšleného plánu zadavatel společně se
členy týmu. Většinou zadavatel jednoznačně určí termín odevzdání projektu a data
průběžných kontrol. Podrobnější časový rozpis udělají žáci a předloží ho ke konzultaci
zadavateli. Tím se stane časový plán činností závazným. Může se stát, že při plánování dojde
ke špatnému odhadu délky trvání jednotlivých dílčích činností a je ohrožen termín plnění.
Toto se skutečně stát může a je potřeba s tím počítat již při prvotním plánování projektu
učitelem. V časovém plánování se zdokonalíte až získáním prvních zkušeností.
Nakonec je třeba žáky seznámit se způsobem hodnocení projektu. Jednoznačně vyslovit své
požadavky na výstupy projektu, předejdete tak mnohým dohadům a nedorozuměním při
závěrečném hodnocení. Za důležité považuji zapojit do hodnocení členy týmu a rovněž
například ostatní spolužáky.
Při zadání prvního projektu, kdy žáci nemají zkušenosti s touto činností je dobré se na řízení
projektu podílet v plné míře a ukazovat žákům možnou cestu. Nenechávejte je tápat, žáci by
se mohli této činnosti v budoucnu vyhýbat a mohli mít z ní obavy.
Porovnávací test
V případě kdy chceme, nějakým způsobem doložit přínos projektové činnosti zařadíme na
začátek, a na konec projektu porovnávací test. Test může posloužit žákům i učiteli pro
porovnání znalostí před projektem a po jeho ukončení. Výsledky testů mohou být nebo nejsou
zahrnuty do hodnocení. Osobně bych do hodnocení test první rozhodně nezařadil. Žáky to
může odrazovat, a to přece nechceme. Projekt by měl být podnikem skupiny žáků, na kterém
pracují s radostí, s chutí a bez obav z represe.
Prezentace výstupů projektu
Je důležitou součástí projektu. Členové týmu mají možnost seznámit své okolí, spolužáky,
učitele, rodiče se svou prací. Na prezentaci by se měli podílet všichni členové týmu, aby
ukázali, že projektu rozumí, že výstup projektu je skutečně jejich společným dílem, že projekt
jim přinesl užitek.
Forma prezentace může být různá. V dnešní době se nabízí spousta vhodných prostředků,
jako jsou zvukové či datové nahrávky, simulace, předvedení projektu na modelu nebo
v nejlepším případě předvedení plně funkčního řešení.
24
Účast a podíl na prezentaci přináší členům týmů další užitečné dovednosti a schopnosti, které
zúročí právě v praktickém životě. Naučí se hovořit o své práci o svých úspěších i neúspěších,
naučí se obhajovat svoji práci a pozici, naučí se vystupovat na veřejnosti a to všechno určitě
není málo.
Hodnocení projektu
Je provedeno podle předem dohodnutých pravidel. Při vyhodnocení si žáci rovněž mohou
srovnat výsledky vstupního a výstupního testu.
Shrnutí
Předkládaná práce si neklade za cíl vyčerpávajícím způsobem informovat čtenáře
o projektovém vyučování. Na toto téma bylo napsáno a ještě bude napsáno, spousta děl. Naše
publikace si klade za cíl pouze jediné, oslovit učitele odborných předmětů na středních
odborných školách, kteří hledají cesty jak svoji výuku více přiblížit k praxi, jak ji udělat
atraktivnější, jak více zaujmout žáky a jak je lépe připravit na jejich další život. Příprava na
odborné technické profese je náročná a může svými požadavky leckteré žáky odrazovat.
Výuku odborných předmětů je potřeba žákům přiblížit a činit ji zajímavou, aniž by docházelo
k nežádoucímu snižování nároků na žáky. Tohoto můžeme dosáhnout například zařazením do
procesu výuky další metody, například metodu projektovou.
Zájemci o projektovou výuku v této práci najdou základní informace o projektové metodě,
o firemních přístupech k řešení projektů, firemním vzdělávání. Práce určitě poskytne dostatek
inspirace pro další studium této problematiky. Mimo jiné poskytuje vyučujícím metodiku jak
na to, včetně celé řady praktických příkladů. Závěrem bych chtěl požádat všechny ty, kteří
napoprvé s projektem neuspějí, aby tuto metodu neodsuzovali a nevyřadili ji z rejstříku svým
metod. Projektové vyučování má rozhodě své místo ve výuce a v budoucnu určitě nezapadne.
Seznam použité literatury:
PETTY, G. Moderní vyučování Přel. Š. Kovařík 3. vydání Praha: Portál, 2004
ISBN 80-7178-978-X
KRATOCHVÍLOVÁ, J. Teorie a praxe projektové výuky Brno: Spisy Pedagogické fakulty
Masarykovy univerzity svazek č. 100, 2006
OBST, O. Obecná didaktika (text pro účastníky korespondenčního studia) Olomouc:
Univerzita Palackého v Olomouci, Pedagogická fakulta, 1994
HERMOCHOVÁ, S. Teambulding 1. vydání Praha: Grada, 2006 ISBN 80-247-1155-9
KASÍKOVÁ, H. Učíme (se) spoluprací spolupráci 1. vydání Praha: Aisis, 2007
CHARVÁT, J. Firemní strategie pro praxi 1. vydání Praha: Grada, 2006 ISBN 80-247-1389-6
ÚROVEŇ U1
Projektová výuka odborných předmětů na střední odborné škole
s učebními obory
Logické obvody kombinační
Lektoři: Ing. Jana Horáková
29
Návrh projektu (příprava učitele – zadávajícího)
Název:
Logické obvody, kombinační
Autoři:
Ing. Jana Horáková (vyučující odborného předmětu)
Realizace:
Střední odborná škola s učebními obory
2. ročník (obor elektrotechnika)
elektrotechnika, číslicová technika (odborný výcvik)
• podle navrhovatele: uměle připravený
• podle účelu: problémový, směřující k získání dovedností
(i sociálních)
• podle informačních zdrojů: kombinovaný (informační materiál si
zajistí žák sám, informační zdroje jsou poskytnuty učitelem)
• podle délky: krátkodobý (3 vyučovací hodiny)
• podle prostředí: školní (speciální učebna)
• podle počtu zúčastněných: dvoučlenná skupina (tým)
• podle organizace: jednopředmětové
Ověřit si základní funkce Boolovy algebry na kombinačních logických
obvodech
• realizovat zapojení kombinačních obvodů
• nakreslit pravdivostní tabulky
• prověřit funkci na základě pravdivostních tabulek
• zvládnout samostatnou práci se stavebnicí
Kognitivní (poznávací): žák:
• vytvoří pravdivostní tabulku na základě znalostí Boolovy algebry
• dokáže nakreslit schéma zapojení podle tabulky
Afektivní (postojové): žák:
• provede hodnocení výsledků své práce
Psychomotorické (výcvikové): žák:
• sestaví elektrický obvod na stavebnici
Sociální (komunikační): žák:
• spolupracuje při práci ve skupině
• komunikuje s konzultantem (většinou zadavatel projektu)
• získávání a třídění informací
• sestavení tabulek
• sestavení schémat obvodů
• sestavení fungujícího modelu
• závěrečné zhodnocení práce
Typ projektu:
Smysl projektu:
Výstup:
Předpokládané
cíle:
Předpokládané
činnosti:
30
• práce ve škole ve speciální učebně
• individuální práce, práce ve dvojici
Předpokládané
• metody slovní – rozhovor, přednáška, práce s textem (poznámky
výukové metody:
v sešitu, učebnice, firemní katalog), brainstorming, diskuse
• metody praktické – grafické činnosti, praktické činnosti
• metody řešení problémů
poznámkový sešit, učebnice, firemní dokumentace, výuková stavebnice
Předpokládané
pomůcky:
Organizace:
Způsob
prezentace
projektu:
prezentace pro žáky ve skupině
Způsob
hodnocení:
V rámci skupiny – společné hodnocení vytvořené simulace
Učitel – hodnocení vytvořené simulace, spolupráce žáků.
31
Příklad realizace projektu
Popis výchozí situace
Projekt byl zadán žákům druhého ročníku oboru elektrotechnika. Cvičení probíhá
v prostorách dílen a učebna je vybavena výpočetní technikou a elektrotechnickými
stavebnicemi. Osnova předmětu umožňuje zařazovat do výuky projekty – projektovou metodu
vyučování.
U počítače a stavebnice je možné, aby byli maximálně dva žáci. Z toho vyplývá volba
dvoučlenného (maximálně tříčlenného) týmu.
Z hlediska náročnosti je projekt použitelný i na odborných středních školách se zaměřením
na strojírenství a elektrotechniku.
zadáním projektu. Pracovní formulář může vypadat například takto:
Název projektu:
Práce s kombinačními logickými obvody
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
Ověřte funkci logických obvodů NAND, NOR, NOT, AND, OR
Udělejte pravdivostní tabulky pro jednotlivé obvody.
Nakreslete schematické značky jednotlivých logických obvodů.
Najděte v katalogu součástky pro uvedené logické obvody.
Nakreslete blokové schémata zapojení pro stavebnici a příslušné
logické obvody.
Další úkoly pro nadanější žáky:
Realizujte zapojení z autotestu na začátku hodiny
Udělejte pravdivostní tabulku pro třívstupový NAND a NOR
Nakreslete schéma pro NAND pomocí AND a NOT
Jakým obvodem se dá realizovat ještě NOT?
• Pravdivostní tabulky
• Schematické značky
• Bloková schémata zapojení
• Seznam součástek
• Popis činnosti zapojení
Poznámky žáků k rozboru projektu:
požadovaných znalostí, zpracování časového rozvržení projektu, doporučení
informačních zdrojů, vytvoření dvoučlenných týmů, rozdělení úkolů mezi členy
týmu, způsob a podmínky hodnocení)
• základní znalosti Boolovy algebry
32
•
•
•
•
tvorba pravdivostních tabulek
práce s internetem
práce s katalogem
schematické značky elektrických prvků a kreslení elektrických
schémat
autotest – 10 min
vytvoření týmů – 5 min
vyhledávání informací - 20 min
obsluha stavebnice – 15 min
samostatná práce, řešení úlohy – 70 min
vyhodnocení práce v týmu – 5 min
autotest – 10 min
učebnice číslicové techniky, odborná učebna, připojení k internetu,
katalog číslicových součástek
Datum zadání:
• odevzdání předepsané technické dokumentace
• sestavení modelu na stavebnici
• správnost a srozumitelnost vyhotovené dokumentace – učitel
• provedení a funkce obvodu – učitel a spolužáci
Datum
7. ledna 2010
7. ledna 2010
ukončení:
Porovnávací test
Porovnávací test může být použit k posouzení přínosu projektu v rozvoji jejich odborných
znalostí a dovedností. Porovnávací test je vhodné zařadit jako vstupní test, na začátku
projektu a jako výstupní test na jeho konci.
Porovnávací test není vhodný pro každý typ projektu, jeho zařazení je nutno zvážit, rovněž je
dobré se zamyslet, zda výsledky testu zahrnout do výsledného hodnocení, či nikoli. Obava
z výsledků testů by mohla ovlivnit přístup žáků k projektům.
V tomto případě test může posloužit učiteli pro dobré porovnání znalostí žáků před projektem
a po jeho ukončení. Výsledky testů nejsou zahrnuty do hodnocení.
33
Příklad testu:
Autotest na začátku a konci hodiny:
1. Kolik stavů má číslicová logika?
2. a+a=
3. a.a=
4. a.0=
5. a.1=
6. a+1=
7. a+0=
8. Vysvětlete pojem funkce AND
9. Vysvětlete pojem funkce OR
10. Vysvětlete pojem funkce NAND
11. Vysvětlete pojem funkce NOR
12. Vysvětlete pojem funkce NOT
Porovnání výsledků:
Srovnají se oba testy a vyhodnotí se jak se znalosti změnily v průběhu hodiny. Dále se
vyhodnotí rychlost práce v týmu a způsob rozdělení práce mezi žáky.
Učební text – co potřebuje znát řešitel
Logické obvody NAND, NOR, NOT, AND, OR patří mezi základní stavební prvky číslicové
techniky. Sestavíme pravdivostní tabulky pro všechny obvody. Nakreslíme schéma zapojení
pro stavebnici. Zapojíme jednotlivé obvody a ověříme funkci podle pravdivostních tabulek.
Použijeme tato logické obvody:
7400 4x dvojvstupé NAND
7402 4x dvojvstupé NOR
7404 6x NOT
7408 4x dvojvstupé AND
7432 4x dvojvstupé OR
7420 2x čtyřvstupé NAND.
Dále použijeme volič logických stavů, logickou sondu, zdroj napětí +5V a propojovací
kablíky. Vše realizujeme stavebnicí Dominoputer.
34
Příklad řešení projektu
Nejdříve zhotovíme pravdivostní tabulky pro zadané logické prvky.
Žáci pracují v týmu. Střídají se při tvorbě tabulek. Tabulky vytváří podle znalostí
z předchozích předmětů. Mohou si pomáhat odbornou literaturou.
Pravdivostní tabulky:
AND
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
0
0
0
1
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
1
1
1
0
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Y
0
1
1
1
B
0
1
0
1
Y
1
0
0
0
NAND
OR
NOR
A
0
0
1
1
NOT
A
0
1
Y
1
0
35
Čtyřvstupový NAND
A
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
B
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
C
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
D
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Y
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
36
Schematické značky:
Žáci tvoří schématické značky, tím se zdokonalují v kreslícím programu.
NAND
AND
NOR
OR
NOT
NAND
Týmy postupně zapojují součástky do obvodu Dominoputeru, ověřují funkci zapojení podle
pravdivostních tabulek. Po ověření funkce nakreslí bloková schémata v kreslícím programu.
Blokové schéma zapojení:
Příklad pro NAND
Poznámka:
Blokové schéma zapojení je uvedeno pro NAND. Další bloková schémata jsou obdobná.
37
Blokové schémata pro další úkoly:
A+A=A
A.A=A
A.0=0
38
A.1=A
A+1=1
A+0=A
39
Schéma pro realizaci NAND pomocí AND a NOT
Jiné způsoby realizace NOT pomocí NOR a NAND
40
Každý tým odevzdá předepsané výstupy ke kontrole. Dokumentace je přístupná k nahlédnutí i
ostatním týmům. Jednotlivé skupiny provedou montáž svého obvodu a předvede jeho
funkčnost.
Hodnocení projektu
Je provedeno podle předem dohodnutých pravidel. Při vyhodnocení si žáci rovněž srovnají
výsledky vstupního a výstupního testu.
Slovník použitých slov
not
negace
true
pravda
false
nepravda
or
nebo, logický součet
and
a, logický součin
input
vstup
output
výstup
digital
číslicový
on
zapnuto
off
vypnuto
Literatura
Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku, Europa-Sobotáles
cz,s.r.o, 2005, ISBN 80-86706-10-9
SCHMIT D. A KOLEKTIV,
Zobrazovací jednotka LED
Lektor: Jan Podškubka
43
Název:
Autoři:
Jan Podškubka (vyučující předmětu odborný výcvik)
Realizace:
3. ročník elektrikář – tříletý učební obor
Tematický celek - číslicová technika (odborný výcvik)
• podle účelu: problémový, směřující k získání dovedností (i
sociálních)
• podle informačních zdrojů: volný (informační materiál si zajistí
žák sám)
• podle délky: krátkodobý (4 hodiny v průběhu učebního dne)
• podle prostředí: školní (učebna odborného výcviku)
• podle organizace: jednopředmětové (vícepředmětové)
Sestavení kombinačního logického obvodu a kontrola jeho funkce
Typ projektu:
Smysl projektu:
Výstup:
Předpokládané
cíle:
Předpokládané
činnosti:
Nakreslit elektrické schéma obvodu
Zapojit jednotlivé prvky dle schématu a zkontrolovat funkci
Provést výpočet vybraných součástí
Sestavit soupisku použitého materiálu, stanovit jeho cenu podle
obchodního katalogu
• pozná a objasní funkci sestaveného obvodu - dekoderu
• sestaví elektrický obvod
získávání a třídění informací
vytvoření výkresové dokumentace
sestavení funkčního obvodu
oživení a kontrola funkce obvodu dle funkční tabulky
závěrečné zhodnocení práce
44
práce ve škole ,ve speciální učebně
individuální práce, práce ve dvojici
metody slovní – rozhovor, přednáška, práce s textem (poznámky
Předpokládané
výukové metody: v sešitu, učebnice, firemní katalog), brainstorming, diskuse
metody praktické – grafické činnosti, praktické činnosti
metody řešení problémů
poznámkový sešit, učebnice, firemní dokumentace, nepájivé kontaktní
Předpokládané
pole, sada vybraných součástek, logická sonda, multimetr , napájecí
pomůcky:
zdroj 5V/1A
Organizace:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
V rámci skupiny – společné hodnocení vytvořené dokumentace a
sestaveného obvodu
Učitel – hodnocení vytvořené dokumentace, obvodu, spolupráce žáků.
45
Projekt byl zadán žákům třetího ročníku učebního oboru elektrotechnika se zaměřením na
slaboproud, v části předmětu odborný výcvik zaměřeného na číslicovou techniku. Teoretická
výuka číslicové techniky je součástí předmětu elektronika s dotací tři hodiny týdně.
V hodinách odborného výcviku se žáci dělí na skupiny s maximálním počtem deseti žáků.
Praktická výuka probíhá v prostorách dílen. Každá učebna je vybavena potřebnou technikou a
materiálem. K doplnění teoretických poznatků mají žáci k dispozici příruční odbornou
knihovnu, připojení k internetu.
Osnova předmětu umožňuje zařazovat do výuky projekty – projektovou metodu vyučování.
Jednotlivé obvody žáci zapojují na nepájivé kontaktní pole. Na jednom poli mohou efektivně
pracovat dva, nejlépe jeden žák. Z toho vyplývá volba maximálně dvoučlenného týmu.
Týmová práce se uplatní zejména při oživování , testování sestaveného obvodu a přípravě
teoretických úloh.
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
• S využitím převodníku kódu BCD na kód sedmisegmentových
LED zobrazovačů 7447 a zobrazovací jednotky LED SA10
EWA sestavte obvod pro zobrazení jedné číselné dekády.
Obvod sestavte na nepájivém kontaktním poli.
• V katalogovém listu vyhledejte a určete vhodný pracovní bod
pro zobrazovací jednotku . Pro Vámi navržený pracovní bod
vypočítejte odpor předřadných rezistorů.
• Při volbě pracovního bodu berte v úvahu vlastnosti výstupů
dekodéru
• Měřením ověřte pravdivostní funkční tabulky. K měření využijte
logické sondy, nebo voltmetru
• Schéma zapojení zobrazovací jednotky
• Výpočet předřaného rezistoru pro zvolený pracovní bod LED
segmentu
• Soupiska použitého materiálu, s uvedením ceny
• Zápis kontroly funkce
• Zapojení obvodu zobrazovací jednotky na kontaktním poli
46
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
• čtení elektro schémat a zapojování
• znalost funkce kombinačních obvodů – dekodéru
• schematické značky elektrických prvků a kreslení elektrických
schémat
Datum zadání:
• 4 hodiny
• volné – žák si informační materiál zajistí sám
• vázané – žák obdrží pracovní dokumentaci
• sestavení obvodu, přehlednost, funkce
Datum
7. ledna 2010
7. ledna 2010
ukončení:
Porovnávací test
Příklad testu 1:
1.
2.
3.
4.
Popiš co představuje logický obvod
Popiš logický signál logiky TTL
Definuj kombinační logický obvod
Popiš vlastnosti logických obvodů typu TTL
47
Příklad testu 2:
1.
2.
3.
4.
Uveď příklad použití dekodéru
K čemu slouží pravdivostní tabulka
K čemu slouží předřadné rezistory u LED segmentovky
Zdůvodni funkci rezistorů R8-R11
Řešitel – žák musí mít základní znalosti z činnosti funkce kombinačních logických obvodů,
ovládá čtení elektrotechnických schémat, umí používat nepájivé kontaktní pole.
Teoretický úvod
Obvod 7447 je dekodér kódu BCD 1248 na signály pro buzení sedmisegmentových
zobrazovačů LED. Obsahuje dekodér s řídící logikou a výstupní budiče segmentů. Na vstupy
označené A0 až A3 se přivádí hodnota kódu BCD čísla, které se má zobrazit na displeji
v dekadické podobě. Aktivní výstupy dekodéru budou mít úroveň L. Výstupní budiče
dekodéru jsou v zapojení s otevřeným kolektorem, to umožňuje přímé připojení výstupů a
až g k příslušným segmentům zobrazovače, v zapojení se společnou anodou na kladné
napětí. Napětí může dosahovat 30 V. Proud tekoucí výstupem dekodéru nesmí překročit
40 mA .K omezení proudu výstupů zapojujeme mezi výstup dekodéru a jednotlivé segmenty
zobrazovače rezistory. Úroveň L na vstupu LT (lamp test) nastaví na výstupech a až g
úroveň L a zobrazí všechny segmenty displeje, při úrovni H na vstupu RBO. Vstup RBO
nastavený na úroveň L umožní zhasnutí všech segmentů displeje, nezávisle na ostatních
vstupech.Vstup RBO může být zároveň i výstupem, který nabývá úrovně L, pokud je
obvodem dekódována takzvaná nevýznamná nula vstupy A0 = A1 = A2 = A3 = L a RBI = L.
Úroveň L na vstupu RBI obvodu říká, že pokud budou na vstupech BCD úrovně L, tak se
jedná o bezvýznamnou nulu a ta se nebude zobrazovat.Displej nezobrazí „0“ a zůstane
zhasnutý.Tímto způsobem je možné potlačit nuly, které nechceme zobrazovat.
Například u čtyřmístné zobrazovací jednotky údaj 000.3 můžeme zobrazit jako 0.3. Tím
dosáhneme snížení spotřeby a zvýšení čitelnosti.Této funkce dosáhneme tak, že vstup RBI u
dekodéru nejvyššího řádu připojíme na úroveň L a výstup RBO spojíme se vstupem RBI
řádu nižšího, tak postupujeme až k dekodéru, u kterého chceme nulu zobrazovat.U něj
připojíme vstup RBI na úroveň H.
Podobně lze postupovat i při potlačení nevýznamných nul za desetinnou tečkou, ale od čísla
s nejnižší hodnotou. Vývod RBO je také možno použít k řízení jasu displeje modulace
PWM, v tomto případě není nutné připojovat rezistory k omezení proudu segmenty.
48
Jednotka SA10 – EWA v zapojení se společnou anodou, je složená ze sedmi zobrazovacích
segmentů. Každý segment je podsvětlován třemi LED diodami zapojenými do série. Anody
diod všech segmentů jsou vzájemně propojeny na vývody s označením A Katody segmentů
najdeme na vývodech pod označením a, b, c, d, e, f, g. K rozsvícení segmentu dojde
připojením příslušné katody na zdroj napětí, v našem případě na 0 V, anoda na +V.
K omezení proudu diodami a tím zamezení poškození diod musí být katodě předřazen
rezistor, nebo proud řízen jiným způsobem. Další podrobnosti najdete v katalogovém listu.
49
LT RBI
D
C
B
A
RBO
a
b
c
d
e
f
g
Schéma zapojení zobrazovací jednotky
50
0
H
H
L
L
L
L
H
L
L
L
L
L
L
Z
1
H
X
L
L
L
H
H
Z
L
L
Z
Z
Z
Z
2
H
X
L
L
H
H
H
L
L
Z
L
L
Z
L
3
H
X
L
L
H
H
H
L
L
L
L
Z
Z
L
4
H
X
L
H
L
L
H
Z
L
L
Z
Z
L
L
5
H
X
L
H
L
H
H
L
Z
L
L
Z
L
L
6
H
X
L
H
H
L
H
Z
Z
L
L
L
L
L
7
H
X
L
H
H
H
H
L
L
L
Z
L
Z
Z
8
H
X
H
L
L
L
H
L
L
L
L
L
L
L
9
H
X
H
L
L
H
H
L
L
L
Z
Z
L
L
10
H
X
H
L
H
L
H
Z
Z
Z
L
L
Z
L
11
H
X
H
L
H
H
H
Z
Z
L
L
Z
Z
L
12
H
X
H
H
L
L
H
Z
L
Z
Z
Z
L
L
13
H
X
H
H
L
H
H
L
Z
Z
L
Z
L
L
14
H
X
H
H
H
L
H
Z
Z
Z
L
L
L
L
15
H
X
H
H
H
H
H
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Pravdivostní tabulka dekodér .
Zobrazované znaky
V pravdivostní tabulce jsou uvedeny požadované kombinace segmentů pro zobrazení určitého
čísla.
51
Princip zapojení displeje ve statickém režimu.
52
Pracovní list 1
Tabulky naměřených hodnot
a
b
c
d
e
f
g
h
a
b
c
d
e
f
g
h
a
b
c
d
e
f
g
h
a
b
c
d
e
LT
RBI
D
C
B
A
RBO
x
x
x
x
x
x
L
LT
RBI
D
C
B
A
RBO
H
L
L
L
L
L
L
LT
RBI
D
C
B
A
RBO
L
x
x
x
x
x
H
D
C
B
A
RBO
LT RBI
0
H
H
L
L
L
L
H
1
H
X
L
L
L
H
H
2
H
X
L
L
H
H
H
3
H
X
L
L
H
H
H
4
H
X
L
H
L
L
H
5
H
X
L
H
L
H
H
6
H
X
L
H
H
L
H
7
H
X
L
H
H
H
H
8
H
X
H
L
L
L
H
9
H
X
H
L
L
H
H
10
H
X
H
L
H
L
H
11
H
X
H
L
H
H
H
12
H
X
H
H
L
L
H
13
H
X
H
H
L
H
H
14
H
X
H
H
H
L
H
15
H
X
H
H
H
H
H
f
g
53
Příklad návrhu pracovního bodu LED displeje.
Při návrhu pracovního bodu LED displeje vycházíme z údajů doporučovaných výrobcem.
Z katalogu určíme proud segmentu pro daný jas. Zvolíme proud Ik = 15 mA.
Z grafu odečteme úbytek na diodě segmentu při proudu Ik = 15 mA.
Úbytek bude přibližně 3 V.
z toho Rp = Uka/Ik
Hodnota předřadného rezistoru bude Rp = 3/0,015 = 200 Ohmů
Z řady rezistorů E12 volíme rezistor 220R
Seznam materiálu
HL1
LED display
SA11-EWA
1 ks
25 Kč
R1, R2, R3, R4,
R5, R6, R7
R8, R9, R10, R11
Rezistor 0,6 W
220R
7 ks
7 Kč
Rezistor 0,6 W
470R
4 ks
4 Kč
NL1
Dekodér
7447
1 ks
25 Kč
SW1
Spínač DIP 4
1 ks
15 Kč
C1
elektrolytický kondenzátor
100µ/16V
1 ks
2 Kč
C2
keramický kondenzátor
100n/50V
1 ks
1 Kč
Každý tým odevzdá předepsané výstupy ke kontrole. Dokumentace vytvořená jednotlivými
týmy je přístupná k nahlédnutí i ostatním. Jednotlivé skupiny provedou montáž svého obvodu
a předvedou jeho funkčnost.
Hodnocení projektu
Je provedeno podle předem dohodnutých pravidel. Pokud je využito testů Při vyhodnocení si
žáci rovněž srovnají výsledky vstupního a výstupního testu.
ANTOŠOVÁ, DAVÍDEK. Číslicová technika České Budějovice Kopp 2003 ISBN 80-7232-206-0
Datasheet 7447 Fairchild Semiconductor
Řízení dvojčinného válce
elektromagnetickým ventilem s vratnou
pružinou
Lektor: Ing. Josef Malinka
Ing. Zdeněk Velfl
57
Název:
Autoři:
Realizace:
Typ projektu:
Smysl projektu:
Výstup:
Předpokládané
cíle:
Předpokládané
činnosti:
Řízení dvojčinného válce elektromagnetickým ventilem s vratnou
pružinou
Ing. Josef Malinka (vyučující odborného předmětu)
pneumatické mechanismy (odborný výcvik) – předmět
sociálních)
žák sám)
• podle délky: krátkodobý (4 vyučovací hodiny v průběhu dvou
týdnů)
Sestavit funkční zapojení obvodu s využitím výukové stavebnice
Nakreslit schéma pneumatického ovládání
Nakreslit schéma elektrického řízení
Zapojit pneumatické a elektrické součásti a zkontrolovat funkci
Nakreslit stavový diagram
Sestavit soupisku použitého materiálu
• objasní základy bistabilní funkce obvodu
• vytvoří bistabilní obvod s využitím monostabilního prvku
• sestaví pneumatický a elektrický obvod
sestavení fungujícího modelu
Řízení dvojčinného válce elektromagnetickým ventilem s vratnou pružinou
58
práce ve škole ve speciální učebně, mimo školu
Předpokládané
Předpokládané
s pneumatickými prvky
pomůcky:
Organizace:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
vytvořeného modelu.
Učitel – hodnocení vytvořené dokumentace, modelu, spolupráce žáků.
59
Projekt byl zadán žákům třetího ročníku oboru elektrotechnika se zaměřením na
programovatelné automaty v rámci předmětu pneumatické mechanismy. Tento předmět je
vyučován tři hodiny týdně, z toho jedna hodina je teoretická a dvě hodiny jsou praktická
cvičení. V praktických cvičeních jsou žáci děleni na dvě skupiny. Maximální počet žáků ve
skupině je 15. Cvičení probíhá v prostorách dílen a učebna je vybavena výpočetní technikou a
elektropneumatickými stavebnicemi. Osnova předmětu umožňuje zařazovat do výuky
projekty – projektovou metodu vyučování.
Pneumatické prvky se montují na panely. U jednoho panelu mohou efektivně pracovat dva,
v krajním případě tři žáci. Z toho vyplývá volba dvoučlenného (maximálně tříčlenného) týmu.
Z hlediska náročnosti je projekt použitelný i na odborných učilištích se zaměřením na
strojírenství a elektrotechniku.
Název projektu:
Řízení dvojčinného válce elektromagnetickým ventilem se
zpětnou pružinou
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
• Pomocí dvou elektrických tlačítek vydávejte povely pro
vysouvání a zasouvání pístu dvojčinného válce. Činnost válce
ovládejte elektromagnetickým 5/2 ventilem v klidu otevřeným
s vratnou pružinou.
• Stisknutím prvního tlačítka M dojde k přestavení ventilu a
vysunutí pístu. Píst musí zůstat vysunutý, i když bude tlačítko M
uvolněno. Stisknutím druhého tlačítka P se píst zasune zpět.
• Pokud budou stisknuta obě tlačítka současně, nesmí dojít
k přestavení ventilu a tím k vyjetí pístu válce. Tlačítko P musí
mít přednost před tlačítkem M.
• Schéma pneumatického ovládání
• Schéma elektrického řízení
• Soupiska použitého materiálu
• Funkční zapojení
60
•
•
•
•
Datum zadání:
princip dvojčinného válce
způsoby řízení válce
princip ventilu 5/2 N. O.
schematické značky pneumatických prvků a kreslení
pneumatických schémat
• schematické značky elektrických prvků a kreslení elektrických
schémat
• celkem šest pracovních dnů
1. den (škola – 2 vyučovací hodiny)
2. a 3. den (ve volném čase)
• samostatná práce v týmech
• konzultace s možností použití stavebnice
5. den (ve volném čase)
6. den (2 vyučovací hodiny)
• sestavení pneumatického modelu
Datum
7. ledna 2010
14. ledna 2010
ukončení:
61
Porovnávací test
Příklad testu:
1. Nakreslete schematickou značku dvojčinného válce a ventilu 5/2, který je v klidové
poloze otevřený a má vratnou pružinu
2. Popište dvojčinný ventil
3. Vysvětlete označení 5/2 ventil
4. Co zobrazuje stavový diagram zařízení
Řešitel – žák musí mít základní znalosti principů pneumatických prvků, pneumatického a
elektropneumatického ovládání pohybu pístů pneumatických válců a ovládání ventilů,
kreslení schémat pneumatického a elektrického řízení.
Ve dvojčinném pneumatickém válci působí stlačený vzduch střídavě na opačné strany pístu.
Pracovní pohyb je možný v obou směrech.
Dvojčinné válce jsou řízeny pomocí 4/2 nebo 5/2 ventilů.
K řízení válce má být použit elektromagnetický 5/2 ventil v klidovém stavu otevřený
s vratnou pružinou. Označení 5/2 znamená, že ventil je pěticestný dvoupolohový (má pět
propojovaných cest a dvě pracovní polohy). Přivedením napětí na cívku elektromagnetu
ventilu, dojde k přestavení jeho pracovní polohy. Po přerušení napětí se ventil vrátí,
působením vratné pružiny zpět, do klidové polohy. Tento ventil je možno nazvat rovněž jako
monostabilní.
62
K nakreslení pneumatického a elektrického schématu je možno využít k tomu určených
editorů, které většinou zdarma dodávají výrobci pneumatických prvků a zařízení. V našem
případě byla využit demoverze simulačního programu FluidSIM, který společně vyvinuli
University of Paderborn, Festo Didactic GmbH 8 Co. KG, a Art Systems Software GmbH,
Paderborn.
Stavový diagram je plošný diagram se dvěma souřadnými osami, popisující časový sled stavů
(pracovní postup) jedné nebo více pracovních jednotek (nebo jednotek pohonů) a jejich
logické souvislosti.
Na vodorovnou osu jsou vynášeny po sobě jdoucí kroky nebo časový průběh, na svislou osu
je vynášen stav, např. poloha, tlak, úhel natočení.
Schéma pneumatického ovládání
Schéma elektrického řízení
63
Soupiska použitého materiálu
ks
označení
název
1
SAl 2027
Dvojčinný válec
1
SAl 2052
5/2 monostabilní ventil
1
SAl 2036
Spínací tlačítko
1
SAl 2034
Rozpínací tlačítko
1
SAl 2038
Skříňka se 3 relé se 4 spínacími kontakty
Stavový diagram
1
2
3
4
5
6
1
M
0
1
P
0
1
Y1
0
+
A
-
64
funkčnost.
Hodnocení projektu
Slovník pojmů
dvojčinný válec
double acting cylinder
5/2 monostabilní ventil
5/2 monostable valve
spínací tlačítko
pushbutton NO
rozpínací tlačítko
pushbutton NC
relé (cívka relé)
relay (coil)
spínací kontakty
contact NO (Normally Open)
rozpínací kontakty
contact NC (Normally Closed)
stavový diagram
functional diagram
soupiska použitého materiálu
materials
KOPÁČEK, J. ŽÁČEK, M. Cvičení z řízení pneumatických systémů 1. vydání Ostrava: VŠB –
Technická univerzita Ostrava, 2004 ISBN 80-248-0692-4
KOPÁČEK, J. ŽÁČEK, M.
Pneumatická zařízení strojů 1. vydání Ostrava: VŠB – Technická
univerzita Ostrava, 2004 ISBN 978-80-248-0442-2
KOLEKTIV AUTORŮ,
Stlačený vzduch a jeho využití 2. vydání
SMC Industrial Automation cz s.r.o.
SCHMID, D. A KOLEKTIV Řízení
a regulace pro strojírenství a mechatroniku 1. vydání Brno:
Sobotáles, 2005 ISBN 80-86706-10-9
Montáž a demontáž rozebíratelných spojů
Lektor: Ing. Helena Jagošová
67
Návrh projektu (příprava učitele - zadávajícího)
Název:
Autoři:
Ing. Helena Jagošová (vyučující odborného předmětu)
Realizace:
3. ročník (obor zámečník)
Technologie, Strojnictví, Odborný výcvik, ICT
• podle účelu: problémový, směřující k získání dovedností
(odborných i sociálních)
• podle informačních zdrojů: volný i vázaný (informační materiál si
z části zajistí žák sám a zčásti je mu poskytnut)
• podle délky: dlouhodobý (8 vyučovacích hodin v průběhu měsíce)
• podle prostředí: školní (dílna odborného výcviku, ICT učebna)
• podle počtu zúčastněných: 15ti členná skupina (tým)
• podle organizace: vícepředmětové
Ukotvit a rozšířit základní teoretické kompetence získané během
absolvování prvních dvou ročníků oboru Strojní mechanik ve Strojnictví
a Technologii, hlavně praktickým procvičování v dílně, dále orientovat
se v problematice pořizování požadovaných dílců a
praktické
procvičení ICT kompetencí vypracováním prezentace postupu montáže,
zpracováním její fotodokumentace, dodržování BOZP
Provést montáž konkrétního rozebíratelného spoje
Správně, věcně a odborně požádat o výdej ze skladu (výdejny)
Poznat nutnost dodržování BOZP
Zdokumentovat postup montáže
Vytvořit prezentaci montážní práce a odborně ji představit
Kognitivní (poznávací): žák,
• požádá o výdej ze skladu
• rozdělí jednotlivé výrobní a montážní práce
Afektivní (postojové): žák,
• smontuje spoj
• zdokumentuje postup
Sociální (komunikační): žák,
• komunikuje s dodavatelem (výdejnou) součástí a pracovních
prostředků
• prezentuje svoji práci
Typ projektu:
Smysl projektu:
Výstup:
Předpokládané
cíle:
Předpokládané
68
• vytvoření dokumentace postupu montážních prací - prezentace
práce ve škole v dílně a v ICT učebně, mimo školu
Organizace:
individuální práce, práce ve skupině
opakování a upevňování učiva – odborné terminologie
Předpokládané
výukové metody: nácvik hledání technických údajů v Strojírenských tabulkách
nácvik pohybových a praktických činností - nácvik montážních prací
aktivní samostatná práce žáků v týmu
prezentace – aplikace ICT
diagnostika a klasifikace
poznámkový sešit, učebnice (učební texty), Strojírenské tabulky,
Předpokládané
materiál, součásti, nářadí, měřidla, žádanky o výdej ze skladu, případně
pomůcky:
žádanky o nákup součástí, fotoaparát, dataprojektor, PC
Způsob
prezentace
projektu:
činnosti:
Způsob
hodnocení:
smontovaného spoje, hodnocení spolupráce se skladem (výdejnou)
Učitel – hodnocení vytvořené dokumentace, spoje, spolupráce žáků,
pružnosti při řešení problémů s pořízením potřebných součástí,
materiálu nebo pracovních prostředků, hodnocení BOZP
69
Projekt byl zadán žákům třetího ročníku Středního odborného učiliště učebního oboru
Zámečník v rámci předmětu Technologie.Tento předmět je vyučován v teoretickém
vyučování 4 hodiny týdně. Zvolené téma projektu má vazbu na teoretické vědomosti žáků
získané také v předmětu Strojnictví, který je vyučovaný ve 2. ročníku a rovněž se opírá
o praktické kompetence získané během studia ve všech ročnících na Odborném výcviku.
Projekt je typickým příkladem úzké spolupráce teoretické a praktické výuky, proto jej lze
použít jak pro praktické doplnění teoretické výuky, tak k prezentování praktických činností
v Odborném výcviku. V tomto případě bude řešen v rámci prvního případu, tedy v předmětu
Technologie. Žáci jsou děleni na dvě skupiny, maximální počet žáků ve skupině je 15.
Cvičení probíhá v prostorách dílen i teoretické výuky a na učebně ICT.
Spoje se budou montovat na pracovištích Odborného výcviku, kde mají žáci k dispozici i
fiktivní sklad materiálů, součástí a pracovních prostředků – výdejnu. Je třeba , aby si na
hodině teoretické výuky Technologie nejdříve zopakovali a ukotvili dosud získané
kompetence, ujasnili cíle projektu, vytvořili týmy, naučili vyhledávat a vyplňovat formuláře
pro zadání požadavků o výdej ze skladu, případně o nákup požadovaných součástí nebo
materiálů. Dalším prvkem projektu příklad mezipředmětových vztahů, protože se žáci musí
orientovat v četbě výkresové dokumentace, musí svoji práci zdokumentovat a představit
pomocí prezentace zpracované v powerpointu.
Z hlediska náročnosti je projekt použitelný i na středních odborných školách se zaměřením na
strojírenství.
70
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
Montáž a demontáž rozebíratelných spojů – šroubové spoje
Proveďte montáž rozebíratelných spojů podle zadané výkresové
dokumentace – šest typů šroubových spojů
O potřebný materiál, součásti a pracovní prostředky požádejte ve
skladu (výdejně), pokud nejsou momentálně dispozici, požádejte o
jejich nákup, na žádosti použijte formuláře ze školní databáze
Sled montážních prací zdokumentuje fotografováním pomocí
zapůjčeného školního digitálního fotoaparátu
Fotodokumentaci zpracujte do prezentace, pomocí které předvedete
svoji pracovní činnost
Dodržujte BOZP
smontované spoje
prezentace
• spoje (rozebíratelné, nerozebíratelné), jejich druhy a vlastnosti
• kompetence v poznávání základních strojních součástí a jejich
vlastností a zákonitostí jejich použití ve spojích
• čtení výkresů sestav, případně montážních výkresů
• kompetence v používání montážních přípravků a nářadí, měřidel
• ICT kompetence
• znalost BOZP
• celkem 8 pracovních dnů
1. den (škola – 1vyučovací hodina)
• zadání projektu a jeho plánování (rozbor)
• rozdělení do týmů
• vyhledávání formulářů (žádanek)
2. den (škola – 1vyučovací hodina)
• porovnávací test
• zahájení práce v týmech
• konzultace se zadavatelem
4. den (škola – 2 vyučovací hodiny) – montáž
1. skupina – příprava 1, 2 a 3. typu šroubového spoje spojená
71
Datum zadání:
s výrobou děr pro šrouby do spojovaných materiálů
2. skupina – příprava 4, 5 a 6. typu šroubového spoje spojená
s výrobou děr pro šrouby do spojovaných materiálů
• čtení výkresové dokumentace, vyhledávání ve Strojních
tabulkách
• příprava pracoviště, materiálů, součástí, pracovních prostředků
• vypsání žádanek do skladu (výdejny)
• výrobní a montážní práce
• pořizování fotodokumentace
samostatná práce v týmech
6. den (2 vyučovací hodiny) - montáž
1. skupina – montáž 1, 2 a 3. typu šroubového spoje
2. skupina – montáž 4, 5 a 6. typu šroubového spoje
• čtení výkresové dokumentace, vyhledávání ve Strojních
tabulkách
• příprava pracoviště, materiálů, součástí, pracovních prostředků
• vypsání žádanek do skladu (výdejny)
• výrobní a montážní práce
• pořizování fotodokumentace
• samostatná práce v týmech (zpracovávání fotodokumentace a
tvorba prezentace)
9. den (1 vyučovací hodina)
• dokončení pracovních aktivit žáků na projektu
• ověřování funkčnosti smontovaných spojů
• prezentace
• odevzdání výstupů
10. den (1 vyučovací hodina)
• hodnocení
• volné i vázané – informační materiál si z části zajistí žák sám a
z části je mu poskytnut
• odevzdání spojů
• odevzdání prezentací
• správnost a srozumitelnost vyhotovené práce a prezentací –
učitel
• průběh práce, srozumitelnost a věcnost prezentací – učitel a
spolužáci
Datum
ukončení:
72
Porovnávací test
Příklad testu:
1) popište tento spoj a napište jeho název:
2) metrický závit není:
a) M 10
b) Tr 20x4(2)
c) W 1“
3) K čemu se ve šroubovém spoji používají podložky
4) Vysvětlete, co je na obrázcích a dejte jim správné názvy
5) Toto je: čepový spoj
a) kolíkový spoj
b) perový spoj
73
6) Vysvětlete co je na obrázku (viz úkol č.5)
7) Vypište druhy kolíků a nakreslete je:
8) Kolík je uložený ve spoji:
a) s vůlí
b) těsně
9) Napište k čemu se používají pružiny a nakreslete zkrutnou pružinu
10) Klín těsní :
a) dosedacími plochami
b) boky
c) netěsní
11) Perový, klínový spoj a spoj s drážkovou hřídelí se používá na
12) Najděte tabulkách správné názvy a ČSN (EN, ISO) následujících součástí:
74
Žák musí mít základní znalosti z problematiky spojování součástí a materiálů a montáží
rozebíratelných spojů.
ROZEBÍRATELNÉ SPOJE
Spoj je funkční spojení spojovací součásti a spojovaného materiálu nebo součástí.
Druhy spojů:
Rozebíratelné – při demontáži se nepoškodí, lze je použít opakovaně, k častému a rychlému
rozebírání, jsou to tyto spoje:
a) šroubové
b) kolíkové
c) čepové
d) perové
e) klínové
Nerozebíratelné – trvalé spojení součásti, nelze je rozebrat bez poškození spojovací součásti
nebo základního materiálu součásti, jsou to tyto spoje:
a)
b)
c)
d)
e)
nýtové
svarové
pájené
lepené
tlakové (nalisované)
Spojovací součásti jsou převážně normalizovány.
Z hlediska fyzikální postaty funkce rozlišujeme spoje:
1. se silovým stykem (šroubové, svěrné, tlakové, klínové, pružné). Pro demontáž je
nutno vynaložit odpovídající protisíly
2. s tvarovým stykem (kolíkové, čepové, pérové). Vzniká spoluzáběrem stykových
ploch součástí. Lze s přidáním tvarových prvků nebo bez přidání tvarových prvků.
Demontáž je velmi snadná
3. s materiálovým stykem (svarové, pájené, lepené). Jsou to spoje nerozebíratelné,
vytvořené pomocí přídavného materiálu. Demontáž je možná pouze porušením
materiálu
75
ZÁSADY MONTÁŽE A DEMONTÁŽE ROZEBÍRATELNÝCH SPOJŮ
Každá montáž i demontáž rozebíratelného spoje má svoje pravidla všeobecná a specifická pro
konkrétní druh spoje (viz výše rozdělení). Všeobecně platí:
1.
2.
3.
4.
před montáží se seznámíme s montážní výkresovou dokumentací
pracujeme se správným nářadím
pracujeme tak, aby náklady na vznik spoje byly optimální
dodržujeme BOZP
ZÁSADY MONTÁŽE ŠROUBOVÝCH SPOJŮ
1. výroba průchozí díry – je větší než průměr šroubu, její velikost určíme z tabulek
podle ČSN EN 20273 ( 02 1050)
díry většinou vrtáme v každém dílci zvlášť, pokud není na výkresu sestavy uvedeno
vrtáno společně při montáži, jen u součástí , kde záleží na jejich přesné poloze,
upravujeme díry vyhrubováním a vystružováním
2. výroba zahloubení válcového nebo kuželového, pro šrouby se zapuštěnou hlavou
zahloubení se dělá buď vrtákem s upraveným vrcholovým úhlem 90° nebo 60°, nebo
záhlubníky, přitom je třeba dbát na přesné soustřednost díry s vrtaným zahloubením,
protože vyosení by způsobovalo deformaci šroubu při utahování
3. při výrobě zahloubení pro šestihrannou hlavu musíme počítat s průměrem
trubkového klíče
4. sešroubováním je třeba závity prohlédnout, očistit, a vyzkoušet, zda lze matici
našroubovat, pak namazat vhodným mazivem
5. při montáži
šroubů s maticemi nejdříve šroub prostrčíme dírou a rukou
našroubujeme matici na šroub, až dosedne na spojovanou součást, takto postupujeme
u všech šroubů na spoji, pak dotahujeme klíčem na dvakrát , střídavým pořadím
6. závrtné šrouby jsou zvláštními typy šroubů, protože mají závit na obou koncích,
jeden nich se zašroubovává do materiálu, aby se zabránilo samovolnému uvolnění je
na tomto konci buď větří střední průměr závitu nebo má větší stoupání, na druhý se
zašroubuje utahovací matice. U závrtných šroubů je nutné dodržet souosost děr a
kolmost závitu, jinak se šroub prohýbá, což se kontroluje úhelníkem. Šroub se do
díry nejdříve zašroubuje rukou, ale jen třemi až čtyřmi závity, pak utahujeme klíčem,
pokud jde šroub zašroubovat více nebo naopak jej lze zašroubovat jen dvěma závity,
musí se takové šrouby vyměnit. Utažení šroubu do materiálu se provádí buď dvěma
proti sobě utaženými maticemi a klíčem nebo se na vyčnívající konec našroubuje
speciální maticové pouzdro, do něj se našroubuje šroub se šestihrannou hlavou, za
kterou se pak pomocí klíče závrtný šroub dotáhne, pak se na něj nasadí druhý
spojovaný materiál a celý spoj se dotáhne maticí, při zašroubovávání do materiálu
šroub mažeme jen velmi málo, kdyby byl totiž závit šroubu příliš velký, mohlo by
76
dojít k roztržení součásti tento způsob spojení součástí není vhodný tam, kde se spoj
často demontuje
MONTÁŽ ZÁVITOVÉHO SPOJE
Způsoby montáže (utahování) šroubového spoje:
a) ručně klíči, šroubováky – k utahování šroubů matic se používají různé druhy
šroubováků a klíčů a to podle tvaru matice nebo hlavy šroubu.
b) mechanizovaně elektricky nebo pneumaticky poháněnými utahováky
MODELY ŠROUBOVÝCH SPOJŮ
77
VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE ŠROUBOVÝCH SPOJŮ
78
79
80
81
82
83
Každý tým odevzdá předepsané výstupy (modely spojů, prezentace) ke kontrole. Vše je
k dispozici ostatním týmům, aby se žáci druhého týmu seznámili se spoji a jejich montáží ,
které neprováděli.
Hodnocení projektu
Slovník pojmů
šroub
screw
matice
nut
podložka
substate
kolík
pin
pero
slip tngue
klín
wedge
závlačka
cotter
spoj
Field joint
Výkres
mechanical drawing
Montáž
mounting
Seznam použité literatura
ANDRÉ J., BEČKA J., BIROVSKÝ O., URBAN B.
Provozuschopnost výrobních zařízení II.,
SNTL 1987
BARTOŠ J., NOVÁK V., ŠLÉGL M.
DOLEČEK J., HOLOUBEK
: Části strojů, SNTL1969
Z. : Strojnictví I., SNTL 1988
FRISCHNERZ, A., KNOUREK J., SKOP O.Technologie
zpracování kovů 1, SNTL 1996,
ISBN 80-902110-0-3
FREISLEBEN B.:
HEIDINGER K.
Základy strojnictví, Albra 2004, ISBN 80-7361-001-9
: Technologie oprav strojů a zařízení, SNTL 1988
MIČKAL K., KOLÁŘ P.
OUTRATA j.
: Strojní montáže, SNTL 1987
: Zámečník, SNTL 1987
OUSEK R., KARIES B.:
Technologie oprav strojů a zařízení, SNTL 1989, ISBN-80-03-00137-4
Výkresová dokumentace a fotodokumentace je práce žáků 3. ročníku oboru Mechanik
seřizovač pro CNC obráběcí stroje - SOČ 2008 Rozebíratelné spoje
Přepínač hvězda /trojúhelník
Lektor: Bc. Antonín Pálka
87
Název:
Přepínač Y/D
Autoři:
Bc. Antonín Pálka (vyučující odborného předmětu)
Realizace:
3. ročník
programování PLC
sociálních)
• podle informačních zdrojů: vázaný (informační materiál zajistí
učitel)
týdnů)
Navrhnout silové a ovládací schéma přepínače Y/D a napsat program pro
PLC automat
Typ projektu:
Smysl
projektu:
Sestavení ovládacího obvodu
Program pro PLC Step7-MicroWin
Seznámení s PLC Simatic S7-200
Předpokládané Kognitivní (poznávací): žák:
cíle:
• ověří si znalost práce s Multisimem
• vytvoří program pro PLC a ověří jeho funkci
• připojí PLC a ověří funkčnost programu na simulátoru
Předpokládané Ověření znalostí při sestavení ovládacího obvodu
Seznámení s programem pro programování PLC Step7-MicroWin
činnosti:
Seznámení s PLC Simatic S7-200
Umět číst silová schémata
Umět pracovat s Multisimem
Vytvoření dokumentace
práce ve škole ve speciální učebně
Organizace:
Výstup:
Přepínač hvězda/trojúhelník
88
v sešitu, firemní katalog), brainstorming, diskuse
• metody praktické – ověření programu pro PLC na simulátoru
Předpokládané poznámkový sešit, počítačová učebna, dataprojektor, zdroj DC 24V,
PLC automat S7-200, propojovací kabel TCP/IP, simulátor vstupů pro
pomůcky:
S7-200, propojovací šňůry pro připojení napájení a simulátor chodu
motoru.
Způsob
prezentace
projektu:
Předpokládané
výukové
metody:
Způsob
hodnocení:
programu .
Učitel – hodnocení vytvořené dokumentace, funkce zařízení a
spolupráce žáků.
89
Projekt je zadán žákům třetího ročníku oboru elektrotechnika v rámci předmětu programování
PLC automatů. Maximální počet žáků ve skupině je 15. Učební osnova předmětu umožňuje
zařazovat do výuky projekty.
Na základě slovního zadání nakreslíme dvě schémata.
První schéma – silový obvod bude ukazovat zapojení stykačové kombinace pro přepínání
rozběhu motoru z hvězdy do trojúhelníka automaticky po uplynutí nastaveného času.
Druhé schéma – k nakreslenému silovému obvodu navrhneme ovládací schéma. Časovač
můžeme volit ze dvou typů a to TON nebo TOFF. Pokud máme k dispozici program pro PLC,
který má v sobě nainstalován simulátor (např. GX IEC Developer FX od Mitsubishi) můžeme
kreslit ovládací schéma přímo do programu pro řízení PLC a zde provést odladění navrženého
ovládání. My budeme používat program Step7 pro PLC od Siemens, Simatic S7-200, který
nemá instalován simulační program, a tak si navržené schéma odladíme v Multisimu. Pokud
nám program bude pracovat správně, přepíšeme jej do programovacího jazyka Step7.
Správnost ověříme za pomoci vyrobeného simulátoru rozběhu motoru.
Časové rozvržení:
Úvod
Zadání
Rozbor
Samostatná práce
Nakreslení silového obvodu (sešit)
Multisim Timer TON
Timer TOFF
Sestavení obvodu
Ověření funkce
Step 7-MicroWin
Připojení S7-200
celkem
10 minut
15 minut
20 minut
15 minut
5 minut
5 minut
45 minut
15 minut
40 minut
10 minut
180 minut
Zadání práce
Nakreslete schéma silového zapojení stykačové sestavy pro rozběh motoru přepnutím z
hvězdy do trojúhelníka. K tomuto silovému zapojení navrhněte ovládací obvod, který
automaticky přepne běh motoru po stlačení tlačítka Start a uběhnutí časového limitu 5s do
trojúhelníka a zastaví tento motor stlačením tlačítka Stop, nebo působením tepelné
(nadproudové) ochrany. Navržené ovládací schéma překreslete do programovacího jazyka
Step7 (LAD-liniové schéma) programovatelného automatu Simatic S7-200. Připojte
ověřovací přípravek rozběhu motoru k Simaticu, nahrajte vytvořený program do Simaticu a
ověřte funkčnost navrženého obvodu řízení.
90
Postup:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Rozbor
Nakreslit schémata
Odladit navržené schémata ovládání
Zapojit S7
Napsat program ve Step7 a LAD
Nahrát vytvořený program do S7
Odzkoušet program na simulátoru motoru
Rozbor problému:
Napájecí napětí volíme DC 24V. Cívky stykačů rovněž DC 24V.
Stykače si označíme následovně:
K1 – stykač připojující napájení
K2 – stykač zapínající Hvězdu
K3 – stykač zapínající Trojúhelník
T1 – časovač (Timer)
Mikrotlačítka Stop a Start jsou v Multisimu ovládána tlačítky na klávesnici. V našem příkladu
je tlačítko Stop ovládáno tlačítkem'A' a Start tlačítkem 'S'.
Pro názornost jsme v příkladu uvedli dvě možnosti navržení ovládání s rozdílným časovacím
obvodem. Jednou TON a podruhé TOFF.
Pro práci v Step7 využijeme ještě možnost použít SR/RS klopný obvod. Také je třeba si
rozmyslet, jak použijeme vypínače na simulátoru vstupů na S7, protože ve schématech nejsou
vypínače, ale tlačítka a to spínací a rozpínací.
Silové schéma
Toto schéma si studenti nakreslí do sešitů a připomenou si funkci přepínače Y/D.
Poznámka: Připomeneme studentům normalizovanou svorkovnici 3f as. motorů. A nutnost
hardwarového blokování stykačů.
91
Ovládací schéma
92
MULTISIM-TON
Obr. Přepínač s časovačem TON – simulace neběží
Obr. Přepínač s časovačem TON – simulace zapojení Hvězda
93
Obr. Přepínač s časovačem TON – simulace zapojení Trojúhelník
Multisim-TOFF
Obr. Přepínač s časovačem TOFF – simulace neběží
94
Obr. Přepínač s časovačem TOFF – simulace zapojení Hvězda
Obr. Přepínač s časovačem TOFF – simulace zapojení Trojúhelník
95
Simatic S7-200
Vnitřní uspořádání PLC
96
Centrální jednotka (CPU)
Poskytuje automatu inteligenci. Zajišťuje základní komunikační funkce. Paměťový prostor
má dvě základní části. První je určena pro uložení uživatelského programu, dat a tabulek –
programová paměť. Druhá část je operační zápisník – operační paměť- registry. Jsou zde
uloženy obrazy vstupů a výstupů.
Jako programovací přístroj je dnes nejčastěji použit počítač. Některé PLC lze programovat
pomocí tlačítek a malého displeje přímo na PLC.
Zpracování programu:
START
Načtení
Input
Zapsání
Output
Pokud nastane změna na vstupu během vykonávání příkazu, na výstupu se to neprojeví.
97
Vývojové prostředky:
I2.0
I2.1
Q0.5
I2.2
FBD
I2.0
I2.1
I2.2
Q0.5
STL
I2.1
I2.0
Q0.5
I2.2
LAD
Vývojové prostředky programu Step7, jak ukazuje obrázek, jsou tři. Na první místě je zobrazen jazyk
funkčních bloků a je označován zkratkou FBD (Function Block Diagram). Na druhém místě je
uveden jazyk strojových instrukcí, označován jako STL (Structured Text) a na posledním místě je
uveden jazyk LAD (Ladder Diagram), který je nejjednodušší pro začátečníky, a proto ho
doporučujeme pro náš příklad. Vývojový prostředek Step7 pro S7-200 umožňuje přepínání mezi
jednotlivými jazyky.
98
Vývojové prostředí
Komponenty jsou na pracovní plochu umísťovány z knihovny instrukcí a to přetažením na
místo, kde se nachází umísťovací obdélník.
Připojení PC/PPI kabelu
Připojte konektor RS-232 ke komunikačnímu portu počítače COM. Konektor RS-485 připojte
k portu 0 nebo k portu 1 jednotky S7-200. Zajistěte, aby DIP přepínače PC/PPI kabelu byly
nastaveny tak, jak je vyobrazeno na obrázku.
99
Navázání komunikace – mezi PC a PLC.
V levém sloupci s ikonami se nachází ikona pro navázání komunikace s PLC. Poklepáním na
tuto ikonu se otevře okno communications ve kterém zkontrolujeme nastavení protokolu a
následně také zkontrolujeme nastavení převodníku, který je součástí připojovacího kabelu
TCP/IP. Pokud máme zkontrolováno a nastaveno, můžeme 2xkliknout na modré šipky
v pravém sloupci okna. Pokud se spojení podaří, v okně se objeví číslo nalezené CPU např.
CPU S7-222.
Step7-MicroWin nemá možnost použít simulaci a proto, pro ověření funkce programu je
nutno připojit PLC. Při tomto ověření funkce se dá však s výhodou použít monitorování
chodu programu. V roletovém menu vybereme příkaz Debug(Odladit) / Program Status (Stav
Programu).
100
Výběr komponent z knihoven
Klopný obvod SR/RS:
Input
Output
Reset
Po připojení TRUE na vstup se výstup KO překlopí z FALSE do TRUE. Pokud se napětí na
vstupu nyní změní na FALSE zůstává výstup KO na hodnotě TRUE. Hodnotu TRUE na
výstupu lze vrátit na hodnotu FALSE jedině hodnotou TRUE na vstupu Reset.
Nyní se můžeme pustit do sestavení programu pro Simatic. Můžeme, buď úplně přepsat
schéma odladěné v Multisimu, nebo si můžeme pohrát ještě trochu s logikou a zkusit použít
SR/RS klopný obvod. Na následujících obrázcích je uvedena varianta s klopnými obvody.
101
Ukázka programu pro - Přepínač Y/D
Ukázka označení kontaktů a cívek
Ix.x
vstupní kontakty
Qx.x
výstupní cívky
Tx
časovače
Mx.x
pomocná paměť
aj.
102
Program – přepínač Y/D
Pro kontrolu běhu programu vytvoříme v prvních třech networcích prográmek 'cyklus'.
Pokud tedy program správně pracuje v Simaticu, pak LED-ka na výstupu Q0.0 bliká.
Nyní se můžeme pustit do tvorby programu pro samotný přepínač Y/D.
103
104
Tímto je program za použití SR klopných obvodů v LAD hotov.
Ukázka programu v FBD
105
Ukázka programu v STL
Kompilace – před nahráním programu do S7 provedeme kompilaci, která odstraní nadbyteč-nosti a
zahlásí případné chyby.
Download
Pokud dopadla kompilace dobře, přepneme S7 do Stop a provedeme Download.
106
Pokud byl Download úspěšný, program vypíše hlášení v okně zpráv. Můžeme tedy přepnout
S7 do režimu RUN.
Svorkovnice S7
Jsou-li na simulátoru vstupu použity vypínače jako tlačítka rozpínací (v klidu sepnutá) pro S0
a F4 pak použijeme i v resetovacích obvodech kontakty v klidu sepnuté.
107
Kontrolní otázky
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Proč se používá přepínání Y/D
Nakreslete a označte svorkovnici 3f as. Motoru
Co je (co obnáší) plná výbava stykače
Jak pracuje nadproudová ochrana
K čemu se používá hardwarové blokování stykačů
K čemu slouží řádkování ve výkresech
Jak se připojuje S7 k PC
Co napovídá označení časovače TON
Jak pracuje klopný obvod RS nebo SR a jaký je mezi nimi rozdíl
ZÁVĚR
Ladění a ověřování ovládacího obvodu pro přepínač v Multisimu proběhlo úspěšně a
nevyskytly se žádné komplikace. Jen je potřeba dávat pozor na to, s jakým typem časovače se
rozhodneme pracovat. Rovněž práce s programem Step7 není náročná, vyžaduje jen dobře
nastavit komunikaci a pak dobře propojit Simatic se simulátorem.
Výstupy Q0.1, Q0.2 a Q0.5 je možno připojit na cívky stykačů (DC 24V) a provést ještě
hardwarové blokování těchto stykačů. My jsme provedly kontrolu na simulátoru motoru a
program pracoval správně.
Tento příklad je vhodný pro ověření logického myšlení studentů a seznamuje studenty s
programovými prostředky a využívání PC při práci v elektrotechnice.
Seznam použitých symbolů
PLC
OU
S7
TON
TOFF
DC
TCP/IP
LAD
FBD
STL
Y/D
CPU
KO
Programable Logic Control
Odborné učiliště
Simatic řady 7
Časovač se zpožděným vypnutím
Časovač se zpožděným zapnutím
Stejnosměrný proud
Komunikační protokol
Programovací jazyk – liniové schéma
Programovací jazyk – funkční bloky
Programovací jazyk – strojové instrukce
Hvězda / Trojúhelník
Central Processor Unit
Klopný obvod
108
Seznam použité literatury
Manuál NI Circuit Design Suite, [on line] dostupné na: http// www.ni.com/multisim
Manuál Step7- MicroWin, Simatic S7, Siemens
KLAUZ TKOTZ A KOLEKTIV: Příručka pro elektrotechnika, Europa Sobotáles, Praha 2002
Slovník pojmů
shield
solid
DRC
align
Pop-up
solder
merge
arrow
filled
above
over
below
sub group
bright
shortest
daisy chain
thickness
ways
through
spacing
course
toggle
ochrana
pevný,trojrozměrný
kontrola návrhových pravidel
seřadit,zarovnat
vysunování
pájka,pájet
sloučit
šipka
plný,vyplněný
nahoře
přes
dole,pod
podskupina
jasný
nejkratší
uzavřený cyklus
tloušťka,síla
cesty,způsoby
skrz
rozestup
běh,chod
knoflík,tlačítko
109
Přílohy
Fotografie simulátoru motoru a simulátoru vstupů Simaticu
Obr. Simulátor vstupů
Obr. Zapojení simulátoru vstupů a simulátoru motoru Y/D
Fotografie přípravku stykačů pro přepínač Y/D
ÚROVEŇ U2
s učebními obory s maturitou
Pulsní regulátor napětí, lineární regulátor
115
Název:
Podškubka Jan (vyučující odborného předmětu)
Střední odborná škola s učebními obory s maturitou
3. ročník mechanik elektrotechnik – čtyřletý studijní obor
Odborný výcvik
Typ projektu:
sociálních)
žák sám)
• podle délky: krátkodobý (8 vyučovacích hodin v průběhu dvou
týdnů)
• podle prostředí: školní (speciální učebna),domácí- zpracování
podkladů
Smysl projektu: Sestavit funkční zapojení obvodů s využitím výukové stavebnice
Zapojit jednotlivé prvky dle schématu a zkontrolovat funkci
Výstup:
Změřit vybrané parametry, vzájemně porovnat a vyhodnotit přednosti
jednotlivých řešení
Předpokládané
cíle:
• objasní základy pulsních integrovaných regulátorů
• objasní základy spojitých integrovaných regulátorů
• sestaví elektrický obvod
Předpokládané
sestavení funkčního zařízení
činnosti:
měření napětí a proudů
výpočty
Organizace:
Předpokládané
Autoři:
Realizace:
116
Předpokládané
pomůcky:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
poznámkový sešit, učebnice, firemní dokumentace, výukové stavebnice
s elektronickými prvky
vytvořených obvodů.
Učitel – hodnocení vytvořené dokumentace, obvodů, spolupráce žáků.
117
Projekt je zadáván žákům třetího ročníku čtyřletého studijního oboru elektrotechnik se
zaměřením na slaboproud v předmětu odborný výcvik v rámci tematického celku zaměřeného
na napájecí zdroje. Teoretická výuka problematiky napájecích zdrojů je součástí předmětu
elektronika s dotací dvě hodiny týdně. V hodinách odborného výcviku se žáci dělí na skupiny
s maximálním počtem žáků 10. Praktická výuka probíhá v prostorách dílen. Každá učebna je
vybavena potřebnou měřící, výrobní technologií a materiálem.
Osnova předmětu umožňuje zařazovat do výuky projekty – projektovou metodu vyučování.
Při realizaci tohoto projektu je vhodné, aby bylo zapojení realizováno na desky plošných
spojů. Při montáži pracuje každý žák samostatně, týmová práce je vhodná při oživování,
měření a vytěžování podkladů pro zpracování popisů funkce obvodů a návrhů možných
dalších konstrukčních řešení .
Z hlediska náročnosti je projekt po úpravě zadání použitelný i na odborných učilištích se
zaměřením na elektrotechniku.
Název projektu:
Pulsní regulátor napětí, lineární regulátor montáž a měření
(Vyplní zadavatel)
Zadání
projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup
projektu:
(Vyplní zadavatel)
• Podle zadané technické dokumentace sestavte obvod
regulovatelného zdroje stejnosměrného napětí
• Sestavený obvody připojte k napětí, ověřte jejich funkci, změřte
vybrané parametry
• Naměřené hodnoty zpracujte do tabulek , porovnejte
• Z volně dostupných zdrojů vypracujte popis zapojení a funkce
obvodů
• Sestavený funkční obvod zdroje
• Popis zapojení, popis funkcí jednotlivých částí zdroje
• Soupiska použitého materiálu s cenou jednotlivých prvků
• Zápis měření na zdroji,
118
Rozbor
projektu:
(Vyplní žáci)
informačních zdrojů, vytvoření dvoučlenných týmů, rozdělení úkolů mezi členy týmu,
způsob a podmínky hodnocení)
• čtení elektrických a montážních schémat
• manuální zručnost při práci
• znalost základních montážních prací a technologických postupů
• znalost příslušných norem a předpisů
• znalost měření voltmetrem, ampérmetrem
• celkem tři pracovní dny
1. den (škola – 2vyučovací hodiny)
3. den (škola – 7vyučovacích hodiny)
Datum zadání:
• sestavení obvodů
Datum
7. ledna 2010
14. ledna 2010
ukončení:
Porovnávací test
119
Příklad testu:
1. Blokové uspořádání lineárního zdroje stabilizovaného napětí
2. Funkce bloku stabilizátoru
3. Blokové uspořádání stabilizátoru
4. Měření základních parametrů na zdrojích napětí
5. Co vyjadřuje zatěžovací charakteristika zdroje
6. Co je to účinnost zdroje
7. Princip pulsního regulátoru
8. Výhody a nevýhody pulsních regulátorů
9. Srovnání napájecích zdrojů s lineárním a pulsním regulátorem
10. Příklady použití napájecích zdrojů s lineárním a pulsním regulátorem
Otázky v testu lze operativně modifikovat podle potřeby a studijních schopností žáků.Test je
vhodné zařadit do programu dvakrát, na začátku projektu a pak pro kontrolu výsledku na jeho
závěru.
Práce na tomto projektu vyžaduje základní teoretické znalosti z oblasti zdrojů napětí se
spojitým a pulsním regulátorem. Řešitel musí zvládat základní práce a technologické operace
v elektronice, čtení technické dokumentace, montáž a pájení na desky plošných spojů, měření
elektrických veličin s použitím vhodných měřících přístrojů. Je seznámen s měřením na
zdrojích a to měření zatěžovací charakteristiky, zvlnění a účinnosti.
120
Popis funkce spojitého stabilizovaného zdroje napětí.
Zdroj napětí je zapojen v klasickém uspořádání, můstkový usměrňovač, kapacitní filtr,
integrovaný stabilizátor napětí s nastavitelným výstupním napětím osazeným integrovaným
obvodem typu LM317. Za pomoci tohoto stabilizátoru lze sestavit zdroje s výstupním
stabilizovaným napětím od 1,2 V do 37 V.
Pro výpočet požadovaného výstupního napětí můžeme použít níže uvedený vztah, nebo
tabulku.
Kde proud
Iadj = 50 µA
Uref = 1,25 V R1 volíme 240 Ω
Základní zapojení 3-vývodového stabilizátoru LM317.
Další podrobnější údaje najdeme v technické dokumentaci výrobců.
121
Popis funkce nespojitého (pulsniho) stabilizovaného zdroje napětí.
Obvod je řešen jako doplněk napájecího zdroje s nestabilizovaným výstupním napětím.
Doplněním zdroje o modul pulsního stabilizátoru získáme napáječ s vyšší účinností,
s menšími či žádnými požadavky na chladicí plochu regulačního prvku. Vysoké účinnosti
obvodu je dosaženo zvláštním pracovním režimem regulačního prvku,kdy pracuje pouze ve
funkci spínače - sepnut,vypnut. Stabilní velikost výstupního napětí je udržována změnou
frekvence spínání regulačního prvku – vyšší kmitočet vyšší výstupní napětí a opačně.
K dokonalému vyhlazení výstupního napětí je použil LC filtr.
Stabilizátor je osazen obvodem MC34063 v zapojení měniče typu step down. Výpočet
pracovního režimu stabilizátoru a jednotlivých prvků je náročnější na znalosti, které jsou
mimo rámec našeho zadání.Pro volbu jednotlivých prvků lze použít specializovaného
software dosažitelného na stránkách výrobce obvodu.
Tabulka mezních hodnot obvodu.
122
Blokové schéma obvodu.
Příklad software pro výpočet jednotlivých prvků obvodu ze zadaných parametrů.
123
124
125
126
127
funkčnost.
Hodnocení projektu
Value
Input
Output
Ground
Adjust
Absolute maximum ratings
Power supply voltage
Comparator input voltage range
Switch collector voltage
Switch emitter voltage
Switch collectorto emitter voltage
Driver collector voltage
Driver collector current
Switch current
Power dissipation
Operating ambient temperature range
Storage teperature range
Drive collector
Timing kapacitor
Switch emitter
hodnota
vstup
výstup
zem , společná svorka
nastavit
mezní parametry, maximální hodnoty
napájecí napětí
rozsah vstupního napětí
spinací napětí na kolektoru
spinací napětí na emitoru
spinací napětí mezi kolektorem a emitorem
vstupní napětí kolektoru
vstupní proud kolektoru
spínací proud
ztrátový výkon
rozsah provozních teplot
teplota okolí
vstup kolektoru
časovací kapacita
spinač emitor
Literatura
Datasheet LM317 Fairchild Semiconductor
Datasheet MC 34063A Motorola
MC34063A development aid,[on line] dostupné na
http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml
Seznámení se s tvorbou ladder diagramů
131
Název:
Autoři:
Realizace:
programovatelné automaty (odborný výcvik)
Typ projektu:
sociálních)
žák sám)
Smysl projektu:
Zvládnout práci s ladder diagramy v simulačním programu a na
programovatelném automatu AMiNi4DS
Výstup:
realizovat kontaktní schémata pomocí ladder diagramu
vytvořit si základní představu o vstupech a výstupech PLC
prověřit funkci základních prvků pomocí simulačního programu
zvládnout samostatnou práci s novým programem
vybrat nejvhodnější způsob naprogramování v konkrétním PLC
realizovat zapojení
nakreslit schémata zapojení
Předpokládané
cíle:
• naučí se pracovat s neznámým programem na základě předchozích
zkušeností
• dokáže nasimulovat jednoduché zapojení
• převede nasimulované zapojení na konkrétní zařízení
• realizuje a ověří funkci zapojení
• zvládne si vyhledat nápovědu k programu
• nerozlišuje mezi nápovědou v českém a anglickém jazyku
Seznámení se s tvorbou ladder diagram
132
• sestaví elektrický obvod na simulátoru
• naprogramuje jej
• realizuje zapojení
• komunikuje s firemní technickou podporou
Předpokládané
činnosti:
Organizace:
Předpokládané
Předpokládané
pomůcky:
poznámkový sešit, učebnice, firemní dokumentace, výuková simulační
program
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
V rámci skupiny – společné hodnocení vytvořené simulace, realizace
programu a konkrétního zapojení
Učitel – hodnocení vytvořené simulace, realizace programu a
konkrétního zapojení, spolupráce žáků.
133
programovatelné automaty v rámci předmětu programovatelné automaty. V praktických
cvičeních jsou žáci děleni na dvě skupiny. Maximální počet žáků ve skupině je 15. Cvičení
probíhá v prostorách dílen a učebna je vybavena výpočetní technikou, programovatelnými
automaty, zdroji, kontaktními poli a indikačními zařízeními. Osnova předmětu umožňuje
zařazovat do výuky projekty – projektovou metodu vyučování.
U počítače je možné, aby byli maximálně dva žáci. Z toho vyplývá volba dvoučlenného
(maximálně tříčlenného) týmu.
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání
projektu:
(Vyplní zadavatel)
Navrhněte spouštění motoru Tlačítkem Start se zapne a tlačítkem Stop
se vypne. Nasimulujte obvod ve free plc simulátoru. Realizujte projekt
na AMiNi4DS a zapojte jej.
Nasimulujte, realizujte na AMiNi4DS a zapojte paralelní kontakty,
sériové kontakty a schodišťový přepínač. Zamyslete se a odůvodněte
jaké logické funkce předchozí zadání s kontakty představuje.
Sami si vymyslete varianty pro kontakty ve výchozí poloze sepnuto a
výstup negovaný.
Vytvořte schéma a nasimulujte podle výrazu: y=(ab+c+d)(e+fg)h.
Pro nadanější žáky:
Zjistěte, jak pracuje zapojení na přiloženém schématu? K čemu slouží
(L) a (U)?
Přeložte výrazy:
latch, unlatch, one shot instruction, coil, addition instruction,
subtraction instruction, division instruction, equal to instruction
move, jump, label
Výstup projektu: Schémata elektrických zařízení
(Vyplní zadavatel)
Pravdivostní tabulky
Výstupní funkce
Popis činnosti zapojení
134
Proměnné a aliasy pro AMiNi4DS
program pro AMiNi4DS
realizace a odskoušení
Rozbor
projektu:
(Vyplní žáci)
(Rozbor provádí učitel ve spolupráci s žáky – ujasnění zadání,
vymezení požadovaných znalostí, zpracování časového rozvržení
projektu, doporučení informačních zdrojů, vytvoření dvoučlenných
týmů, rozdělení úkolů mezi členy týmu, způsob a podmínky
hodnocení)
základní znalosti Boolovy algebry
práce s internetem
znalosti anglického jazyka
schematické značky elektrických prvků a kreslení elektrických schémat
základy ladder diagramů
orientace ve firemní literatuře
• autotest – 10 min
• vytvoření týmů – 5 min
• vyhledávání informací - 20 min
• obsluha simulačního programu – 15 min
• obsluha AMiNi4DS – 35 min
• samostatná práce, řešení úlohy – 170 min
• vyhodnocení práce v týmu – 5 min
technický slovník A/Č, firemní materiály AMiT
odevzdání předepsané technické dokumentace
sestavení modelu na simulátoru
sestavení programu
realizace zapojení
správnost a srozumitelnost vyhotovené dokumentace – učitel
provedení a funkce obvodu – učitel a spolužáci
Datum zadání:
7. ledna 2010
Datum
ukončení:
7. ledna 2010
135
Porovnávací test
Příklad testu:
Autotest na začátku hodiny:
13. schematická značka spínacího tlačítka
14. schematická značka vypínacího tlačítka
15. značka vypínacího tlačítka v ladder diagramu
16. značka spínacího tlačítka v ladder diagramu
17. značka pro přímý výstup v ladder diagramu
18. značka pro negovaný výstup v ladder diagramu
19. Značení vstupů u PLC
20. Značení výstupů u PLC
23. Vysvětlete pojem funkce XOR
24. Vysvětlete pojem funkce NOT
Autotest na konci hodiny:
1. Realizace funkce AND pomocí kontaktů
2. Realizace funkce NAND pomocí kontaktů
3. Realizace funkce OR pomocí kontaktů
4. Realizace funkce NOR pomocí kontaktů
5. Realizace funkce XOR pomocí kontaktů
6. Realizace funkce NOT pomocí kontaktů
136
Simulační program je na stránkách http://www.plcsimulator.net. Je nutné se zaregistrovat.
Kromě samotného simulátoru je zde nápověda pro ovládání programu a technická nápověda
s popisem základních funkcí PLC.
Simulační program má vstupy realizovány jako tlačítka. Tj. při sepnutí zůstane trvale sepnuté,
dokud jej znova nestlačíme. Návrh Ladder diagramu v simulačním programu odpovídá ladder
diagramům u většiny firemních PLC. Kreslí se zleva (vstupy) doprava (výstupy). Postupná
realizace se provádí shora dolů.
Ovládání programu je v anglickém jazyku.
Technická dokumentace k PLC AMiNi4DS je k dispozici v učebně a na stránkách firmy.
Program pro programování PLC je volně ke stažení na stránkách http://www.amit.cz.
Technická podpora i dokumentace je v českém jazyce.
Prvky pro realizaci jsou v učebně k dispozici.
137
Vytvoříme týmy podle úrovně žáků. Musí mít přibližně stejné technické schopnosti, aby
nenastalo,že jeden bude pracovat a druhý ne.
Slabší týmy učitel částečně vede. Cílem je, aby každý tým dosáhl výsledku. Je možné
připustit diskusi mezi týmy. V žádném případě nepřipustit opisování výsledků.
Schéma zapojení – motor:
Nejjednodušší zapojení pro motor. Tlačítka jsou trvale zapnuta nebo vypnuta.
Pomocí simulačního programu ověří, zda je řešení v pořádku. Porovnají s pravdivostní
tabulkou.
Pravdivostní tabulka:
Vytváří po domluvě jeden z týmu v grafickém nebo jiném programu.
Motor
I/0
I/1
O/0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
tlačítko v klidovém stavu zapnuté se píše s negací
DetStudio
Vytváří jeden, ovšem podle společného cíle. Druhý žák kontroluje zapojení.
138
Následuje zapojení PLC do obvodu. Podílejí se všichni členové týmu. Po zapojení je nutné
ověřit činnost. Pokud je zapojení funkční, jeden z členů týmu kreslí schéma zapojení, druhý
uklízí pracoviště.
Schéma zapojení s AMiNi4DS
Poznámka: kontakt vypni, je v klidu rozpojený, protože negaci zajišťuje proces RS automatu.
Schéma zapojení - Simulace kontaktů
Do simulátoru jsou zapojeny kontakty podle zadání.Ověřováním pomocí tlačítek a žárovek
vytvoří žáci pravdivostní tabulky a porovnají je s odbornou literaturou.
139
Pravdivostní tabulky:
Nakreslení taulek provede jeden z členů týmu.
Kontakty sériově AND
I/0
0
0
1
1
I/1
0
1
0
1
O/0
0
0
0
1
Kontakty paralelně OR
I/3
0
0
1
1
I/4
0
1
0
1
O/1
0
1
1
1
Schodišťový spínač XOR
I/5
0
0
1
1
I/6
0
1
0
1
O/2
0
1
1
0
O/2=I/5.I/6+I/6.I/5
DetStudio
Jeden člen týmu zadává, druhý jej kontroluje.
Společně zapojují a ověřují funkci.Pokud je zapojení funkční, jeden z členů týmu kreslí
schéma zapojení, druhý uklízí pracoviště.
140
Kontakty a, b – funkce AND, funkce OR, funkce XOR.
Simulace výrazu: y=(ab+c+d)(e+fg)h
y – O/0
a – I/0
b – I/1
c – I/2
d – I/3
e – I/4
f – I/5
g – I/6
h – I/7
Postup při realizaci je stejný jako u předchozího. Tým už pracuje daleko efektivněji než u
předchozího úkolu.
141
DetStudio
142
Další úkoly pro nadanější žáky:
Pokud týmy budou vytvářeny podle stejných schopností členů, budou slabé a silné týmy. Pro
silné týmy je víc úkolů, aby se žáci zdokonalili. Pro průměr je to výzva být lepší.
1. Zjistěte, jak pracuje dané zapojení. K čemu slouží (L) a (U)?
143
(L) - Latch output – blokovaný výstup. po stisknutí I/0 se nastaví výstup O/0 na log 1 a
zůstává zaplý i po vypnutí I/0 a zapnutí I/2. Vypne se až sepnutím I/1. v druhé větvi je
nastavený (U) UnLatch output- sepnutím I/1 se výstup vypíná – log 0.
latch
unlatch
západka, asynchronní klopný obvod
uvolnit západku
one shot instruction
jeden dávkový příkaz
coil
addition instruction
subtraction instruction
division instruction
equal to instruction
cívka
součet
odečet
dělení
rovná se
move
jump
label
přesun
skok
jmenovka
funkčnost.
Hodnocení projektu
IKT komponenta
V rámci tohoto projektu žáci pracují s IKT technikou ve dvou rovinách. První je samotné
programování. Přímo v simulátoru na internetu vytvářejí řešení úlohy. Dále v programu Det
studio programují úlohu, pomocí počítačové sítě jí přenášejí do automatu. Druhou rovinou je
zpracování projektu, kde IKT využívají k tvorbě textů, schémat, vzorců a tabulek.
free
volný
basic
základní
arithmetic
aritmetický
logic
logický
counter
čítač
timer
časovač
144
untitled
neoznačený, bez titulku
comment
komentář
run
běh
below
dole, pod
open
otevřený
save
uložit
close
zavřít
scan
skenovat, obraz
help
pomoc
Literatura
Amit, [on line] dostupné na: http://www.amit.cz
Online PLC Simulator, [on line] dostupné na: http://www.plcsimulator.net
DIETMAR SCHMIT A KOLEKTIV, Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku, EuropaSobotáles cz,s.r.o, 2005, ISBN 80-86706-10-9
Čítače v prostředí programovatelných
automatů
147
Název:
Čítače v prostředí programovatelných automatů
Autoři:
Realizace:
Typ projektu:
sociálních)
žák sám)
Smysl projektu:
Využití čítačů v průmyslové praxi, realizace čítače v prostředí
programovatelných automatů. Využití simulačního programu ve výuce
programovatelných automatů.
Výstup:
Prověřit funkci základních prvků pomocí simulačního programu
Realizovat sekvenční klopné obvody pomocí ladder diagramu
Nakreslit stavové diagramy
Předpokládané
cíle:
• naučí se pracovat s neznámým programem na základě předchozích
zkušeností
• dokáže nasimulovat zapojení na základě požadavku
• sestaví elektrický obvod na simulátoru
Čitače v prostředí programovatelných automatů
148
Předpokládané
činnosti:
Organizace:
Předpokládané
Předpokládané
pomůcky:
poznámkový sešit, učebnice, firemní dokumentace, výuková simulační
program
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
V rámci skupiny – společné hodnocení vytvořené simulace
Učitel – hodnocení vytvořené simulace, spolupráce žáků.
149
programovatelné automaty v rámci předmětu programovatelné automaty. Tento předmět je
vyučován tři hodiny týdně, praktická cvičení. V praktických cvičeních jsou žáci děleni na dvě
skupiny. Maximální počet žáků ve skupině je 15. Cvičení probíhá v prostorách dílen a učebna
je vybavena výpočetní technikou a elektropneumatickými stavebnicemi. Osnova předmětu
umožňuje zařazovat do výuky projekty – projektovou metodu vyučování.
Název projektu:
Čítače v prostředí programovatelných automatů
(Vyplní zadavatel)
Zadání
projektu:
(Vyplní zadavatel)
1. Navrhněte čítač M5. Po načtení pátého impulzu, rozsvítí se
výstražné světlo a čítač na další impulzy nereaguje. Čítač lze
restartovat tlačítkem ovládaným obsluhou.
2. Navrhněte čítač M5. Po načtení pátého impulzu (odpovídá počtu
výrobků v krabici), se rozjede motor, který vysune válec a odsune
krabici s výrobky. Čítač automaticky čítá od začátku. Není
možnost restartu v průběhu čítání.
krabici s výrobky. Čítač automaticky čítá od začátku. Je možnost
restartu v průběhu čítání.
krabici s výrobky a zároveň svítí výstražné světlo. Čítač
automaticky čítá od začátku. Je možnost restartu v průběhu čítání.
Výstup
projektu:
(Vyplní zadavatel)
Schémata zapojení na simulátoru
Výstupní funkce
Stavový diagram
Popis činnosti zapojení
Rozbor
150
projektu:
(Vyplní žáci)
znalost práce čítačů
práce s internetem
základy ladder diagramů
technický slovník A/Č
sestavení modelu na simulátoru
Datum zadání:
7. ledna 2010
Datum
ukončení:
7. ledna 2010
P orovnávací test
151
Příklad testu:
Autotest na začátku a konci hodiny:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
co znamená čítač modulo 5
schematická značka čítače
popis funkce čítače
rozdíl mezi sekvenčními a kombinačními logickými obvody
čítače vpřed
čítače zpět
asynchronní čítače
synchronní čítače
Simulační program je na stránkách http://www.plcsimulator.net. Je nutné se zaregistrovat. Kromě
samotného simulátoru je zde nápověda pro ovládání programu a technická nápověda
s popisem základních funkcí PLC.
Simulační program má vstupy realizovány jako tlačítka. Tj. při sepnutí zůstane trvale sepnuté,
dokud jej znova nestlačíme. Návrh Ladder diagramu v simulačním programu odpovídá ladder
diagramům u většiny firemních PLC. Kreslí se zleva (vstupy) doprava (výstupy). Postupná
realizace se provádí shora dolů.
Ovládání programu je v anglickém jazyku.
152
Vytvoříme nejlépe dvojčlenné týmy. Snažíme se vytvořit sourodé dvojice. Oba společně
čtou nápovědu, pomáhají si slovníkem a domlouvají se na zapojení. Vhodná je diskuse.
Týmy mohou spolupracovat také s jinými týmy. V učebně je „pracovní ruch“Učitel je
v roli usměrňovatele myšlenkových postupů žáků.
1) Čítač M5. Po načtení pátého impulzu, rozsvítí se výstražné světlo a čítač na další
impulzy nereaguje. Čítač lze restartovat tlačítkem ovládaným obsluhou.
Schéma zapojení
Tým si zapisuje a překládá pojmy kterým nerozumí.
Counter – adresa ovládaného vstupu
Preset – nastavená hodnota, po kterou se čítá
Accum – nastavená dolní hodnota, od které začne čítání
RES – reset čítače, udává se adresa ovládaného vstupu
I/0 – vstup počítání impulzů
I/1 – tlačítko obsluhy pro restart čítače¨
O/0 - výstup pro výstražné světlo
CU – výstup pro čítání nahoru
DN - výstup pro dokončení čítání
Stavový diagram
Jeden z týmu pomocí vhodného programu vytváří stavový diagram.
1
2
3
4
5
I/0
RES
I/1
Výstražné světlo
O/0
153
2) Čítač M5. Po načtení pátého impulzu (odpovídá počtu výrobků v krabici), se rozjede
motor, který vysune válec a odsune krabici s výrobky. Čítač automaticky čítá od
začátku. Není možnost restartu v průběhu čítání.
Schéma zapojení
Na zapojení opět pracují společně.
Tým si zapisuje a překládá pojmy kterým nerozumí.
O/0 - výstup pro motor
DN – výstup pro dokončení čítání
Stavový diagram
Druhý z týmu vytváří stavový diagram.
1
2
3
4
5
1
2
I/0
RES
C/0
Motor
O/0
154
3) Čítač M5. Po načtení pátého impulzu (odpovídá počtu výrobků v krabici), se rozjede
motor, který vysune válec a odsune krabici s výrobky. Čítač automaticky čítá od
začátku. Je možnost restartu v průběhu čítání.¨
Práce týmu je stejná jako u předchozích úloh.
Schéma zapojení
Stavový diagram
1
2
3
4
5
1
1
I/0
RES
RES
C/0
Motor
O/0
155
4) Navrhněte čítač M5. Po načtení pátého impulzu (odpovídá počtu výrobků v krabici),
se rozjede motor, který vysune válec a odsune krabici s výrobky a zároveň svítí
výstražné světlo. Čítač automaticky čítá od začátku. Je možnost restartu v průběhu
čítání
Schéma zapojení
O/1 – výstup výstražné světlo
Stavový diagram
1
2
3
4
5
1
1
I/0
RES
RES
C/0
Motor
O/0
S
O/1
156
funkčnost.
Hodnocení projektu
IKT komponenta
programování. Přímo v simulátoru na internetu vytvářejí řešení úlohy. Druhou rovinou je
zpracování projektu, kde IKT využívají k tvorbě textů, schémat, vzorců a tabulek.
select
vybrat
instruction
pokyn, instrukce
up
nahoru, zvýšit
down
dolu, snížit
create
vytvořit
on-delay
zpoždění nástupné hrany
off-delay
zpoždění sestupné hrany
valid
platný
reset
nulovat, obnovit
counter
počítadlo, čítač
move
přesun
jump
skok
label
jmenovka
over
přes, nad
latch
blokování, závora
Literatura
Online PLC Simulator, [on line] dostupné na: http://www.plcsimulator.net
DIETMAR SCHMIT A KOLEKTIV, Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku, EuropaSobotáles cz,s.r.o, 2005, ISBN 80-86706-10-9
Analýza činnosti neznámého
pneumatického obvodu
Lektoři: Ing. Josef Malinka
Ing. Zdeněk Velfl
159
Název:
Analýza činnosti neznámého pneumatického obvodu
pneumatické mechanismy (odborný výcvik)
Typ projektu:
sociálních) a nových znalostí
• podle informačních zdrojů: vázaný (informační materiál je žákovi
poskytnut)
• podle délky: krátkodobý (2 a 2 souvislé vyučovací hodiny)
Smysl projektu: Popsat činnost neznámého obvodu, poznat funkci nových
pneumatických prvků
Sestavit funkčního zapojení dle schématu
Výstup:
Vytvořit popis funkce obvodu
Popsat funkci přepínacího ventilu a dvoutlakého ventilu
Nakreslit stavový diagram
Předpokládané
cíle:
• sestaví pneumatický obvod dle schématu
• objasní funkci obvodu
• sestaví pneumatický obvod
Předpokládané
činnosti:
Organizace:
práce ve dvojici
metody slovní – rozhovor, práce s textem (poznámky v sešitu, učebnice,
Předpokládané
výukové metody: firemní katalog), brainstorming, diskuse, vysvětlování
metody praktické – nácvik pracovních dovedností
metody názorně demonstrační – předvádění činností
Předpokládané
Autoři:
Realizace:
160
pomůcky:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
prezentace pro žáky ve skupině – praktická ukázka s vysvětlením
obvodu, vysvětlení funkce nových prvků obvodu
Žáci v týmu – provedou sebehodnocení své činnosti, co nového se
naučili
Učitel – hodnocení kvality výstupů a spolupráce žáků
161
vyučován tři hodiny týdně, z toho jedna hodina je teoretická a dvě hodiny jsou praktická
cvičení. V praktických cvičeních jsou žáci děleni na dvě skupiny. Maximální počet žáků ve
skupině je 15. Cvičení probíhá v prostorách dílen a učebna je vybavena výpočetní technikou a
elektropneumatickými stavebnicemi. Osnova předmětu umožňuje zařazovat do výuky
projekty – projektovou metodu vyučování.
Není nutno, aby se projektu zúčastnili všichni žáci. Projekt může být nabídnut dobrovolníkův,
kteří vytvoří skupinu – řešitelský tým.
Žáci dovedou pracovat s pneumatickou stavebnicí, umí číst pneumatické výkresy a vytvářet
podle nich zapojení. Znají princip činnosti dvojčinného válce a jeho řízení 5/2 ventilem.
Dosud se nesetkali s přepínacím a dvoutlakým ventilem.
Z hlediska náročnosti je projekt použitelný i na odborných učilištích s odpovídajícím
technickým zaměřením.
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
• Podle přiloženého schématu zapojení pneumatického obvodu
zapojení realizujte na pneumatické stavebnici a uveďte jej
(Vyplní zadavatel)
v činnost
• Činnost zapojení analyzujte a vytvořte podrobný a přehledný popis
činnosti obvodu
• Na základě podrobné analýzy nakreslete zjednodušený stavový
diagram
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
• Popis funkce přepínacího ventilu a dvoutlakového ventilu
• Zjednodušený stavový diagram
Rozbor
a Poznámky žáků k rozboru projektu:
plánování
projektu:
Zadání
projektu:
(Vyplní žáci)
162
Datum zahájení:
• princip ventilu 3/2 N. C. s vratnou pružinou ovládaného tlačítkem
• princip škrtícího ventilu se zpětným ventilem
schémat
• celkem čtyři vyučovací hodiny
• popis činnosti obvodu, popis funkce přepínacího a dvoutlakového
ventilu a stavový diagram – učitel
• praktická ukázka činnosti obvodu s vysvětlením – žáci ve skupině
3. prosince 2009
Datum
10. prosince 2009
ukončení:
Porovnávací test
V tomto případě test může posloužit žákům a učiteli pro porovnání znalostí před projektem a
po jeho ukončení. Výsledky testů nejsou zahrnuty do hodnocení.
Příklad testu:
1.
2.
3.
4.
Vysvětlete způsoby řízení dvojčinného válce
Popište, jakým způsobem se reguluje rychlost pohybu pístu válce
Vysvětlete pojem obvod s obouručním ovládáním
Vysvětlete pojem obvod s ovládáním ze dvou míst
163
Řešitel – žák musí mít základní znalosti principů pneumatických prvků, pneumatického
ovládání pohybu pístů pneumatických válců a ovládání ventilů, kreslení schémat
pneumatického řízení.
Dvojčinný válec
5/2 ventil
V uvedeném zapojení je použit bistabilní 5/2 ventil ovládaný pneumaticky v klidu otevřený
(N. O., ze zkratky Normally Open). Z označení 5/2 vyplývá, že ventil má 5 pracovních
přípojů, dvě polohy a dva řídící vstupy.
Označení přípojů a vývodů:
Pracovní výstupy
Přívod stlačeného vzduchu
Odvod vzduchu, výfuk do atmosféry
Ovládací (řídící) vstupy
2, 4
1
3, 5
12, 14
3/2 ventil
Dále jsou v zapojení použity ventily 3/2 N. C. s vratnou pružinou ovládaného tlačítkem. Jedná
se o třícestný dvoupolohový ventil v klidu uzavřený (N. C. – Normally Closed).
V klidovém stavu je přívod stlačeného vzduchu přes ventil uzavřen.
164
Škrtící ventil se zpětným ventilem
Reguluje průtok stlačeného vzduchu pouze jedním směrem. Používá se k řízení rychlosti
pohybu pístu válce. Je vhodné ho zařazovat na výstup z dvojčinného válce.
Směrem zleva doprava prochází stlačený vzduch přes škrtící ventil (zpětný ventil je uzavřen)
a jeho průtok může být regulován. Zprava doleva je vzduch zpětným ventilem veden mimo
škrtící ventil a není regulován.
Stavový diagram
Na vodorovnou osu jsou vynášeny po sobě jdoucí kroky nebo časový průběh, na svislou osu
je vynášen stav, např. poloha, tlak, úhel natočení.
Popis činnosti obvodu
Po sestavení obvodu na panelu stavebnice bylo zkoušením zjištěno, že píst válce A se vysune
pouze v případě, když jsou stisknuta současně tlačítka S1 a S2. Jedná se o obvod
165
s obouručním ovládáním vysouvání pístu válce. Tohoto se využívá například u lisů. Stiskem
tlačítka S3 nebo S4 se píst zasune. Zasouvání je tak možno ovládat ze dvou různých míst.
Prvek V1 je dvoutlakový ventil, má dva řídící vstupy 1 a jeden výstup 2. Stlačený vzduch
může na výstup proudit jen tehdy, jsou-li pod tlakem oba vstupy. Je-li pod tlakem pouze jeden
vstup, je průchod na výstup uzavřen. Dvoutlakový ventil bývá používán jako logický člen
AND.
Prvek V2 je přepínací ventil, má dva řídící přívody 1 a jeden výstupní vývod 2. Stlačený
vzduch proudí na výstup od toho přívodu, ve kterém je větší tlak. Plní funkci logického členu
OR.
Škrtící a zpětný ventil V4 je zařazený tak, že můžeme regulovat rychlost vysouvání pístu
válce. Píst se může vysouvat pomalu. Při zasouvání se píst pohybuje maximální rychlostí.
Stavový diagram
1
2
3
4
5
6
7
1
S1
0
1
S2
0
1
S3
0
1
S4
0
+
A
-
Ve stavovém diagramu je vyznačeno, že při současném stisku tlačítek S1 a S2 se začne
vysouvat píst nastavenou rychlostí, naopak pokud stiskneme tlačítko S3 nebo S4 píst se
zasune. V diagramu je znázorněna rozdílná rychlost vysouvání a zasouvání pístu. Vysouvání
pístu je pomalejší, zasouvání rychlejší.
166
Tým sestaví na panelu stavebnice obvod a vysvětlí jeho činnost a funkci jednotlivých prvků
obvodu. Odevzdá učiteli písemně zpracovaný postup a stavový diagram.
Hodnocení projektu
Slovník pojmů
přepínací ventil
shuttle valve (OR valve)
dvoutlakový ventil
AND valve
dvojčinný válec
bistabilní 5/2 ventil N. O.
5/2 bistable valve N.O. (Normally Open)
3/2 ventil s tlačítkem
3/2 valve, operand by a push button
stavový diagram
functional diagram
škrtící ventil se zpětným ventilem
one way flow control valve
Použitá literatura
KOPÁČEK, J. ŽÁČEK, M.
Pneumatická zařízení strojů 1. vydání Ostrava: VŠB – Technická
KOLEKTIV AUTORŮ,
Sobotáles, 2005 ISBN 80-86706-10-9
Výroba a montáž paralelní svěrky
Lektoři: Ing. Helena Jagošová
Stanislav Sýkora
169
Název:
Autoři:
Realizace:
Ing. Helena Jagošová, Ing. Sýkora (vyučující odborného předmětu)
2. ročník obor Strojírenství, případně Mechanik seřizovač pro CNC
stroje, odborný výcvik
sociálních)
žák sám)
• podle délky: krátkodobý (18 vyučovacích hodin v průběhu týdne)
• podle prostředí: školní (učebna odborného výcviku, praxe)
• podle počtu zúčastněných: 5 čtyřčlenných skupina (týmů)
ukotvit a rozšířit základní teoretické kompetence získané během
absolvování prvních dvou ročníků oboru Strojírenství případně,
Mechanik seřizovač v Technologii, Strojnictví a Technické dokumentaci
– navrhnout, nakreslit technickou dokumentaci a vyrobit svěrku
praktickým procvičováním teoretických kompetencí na soustruhu,
frézce a vrtačce v dílně, také orientovat se v problematice tvorby
výrobního postupu a jeho praktické realizace, dodržování BOZP
Typ projektu:
Smysl projektu:
Výstup:
Předpokládané
cíle:
Navrhnout funkční paralelní svěrku
Nakreslit výkres sestavy pro montáž
Nakreslit výrobní výkresy částí svěrky
Navrhnout technologický postup výroby svěrky
Vyrobit svěrku
Smontovat svěrku
Kognitivní (poznávací), žák:
• nakreslí výkres
• navrhne technologický postup
Afektivní (postojové), žák:
Psychomotorické (výcvikové, žák:
• vyrobí dílec
• smontuje celek
• měří a kontroluje správnost rozměrů
Sociální (komunikační), žák:
• spolupracuje s ostatními týmy
170
Předpokládané
činnosti:
Organizace:
Předpokládané
výukové metody:
1. tým
• nakreslení výkresu sestavy (podklad pro montáž)
• navržení TP montáže
• montáž svěrky
• kontrola funkčnosti
2. a3. tým
• nakreslení výrobních výkresů čelistí
• navržení TP čelistí
• výroba čelistí
• měření a kontrola
4. a 5 tým
• nakreslení výrobních výkresů šroubů
• navržení TP šroubů
• výroba šroubů
práce ve škole v dílně, na učebně, samostatná práce ve škole i doma
práce v týmu a spolupráce jednotlivých týmů
• opakování a upevňování učiva – základní technologie obrábění
• nácvik hledání technických údajů v Strojírenských tabulkách
• nácvik pohybových a praktických činností - praktický nácvik
obrábění
• aplikace teoretických a praktických kompetencí při kreslení
výkresů, navrhování TP, výrobě dílců a sestavování celku
• aktivní samostatná práce žáků v týmu
• diagnostika a klasifikace
• metody praktické – grafické činnosti, praktické činnosti
Předpokládané
pomůcky:
učebnice Strojní obrábění II., sešit, Strojírenské tabulky,stroje, nástroje,
měřidla, školní databáze formulářů pro žákovské práce (tabulka na TP)
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
171
Projekt byl zadán žákům druhého ročníku oboru Strojírenství na SOŠ, případně oboru
Mechanik seřizovač pro CNC obráběcí stroje na SOU čtyřletý učební obor s maturitou
v rámci předmětů Praxe či Odborný výcvik, jejichž výuka probíhá v prostorách školních
dílen, vybavených strojním parkem pro obrábění, případně na učebně vybavené výpočetní
technikou. Žáci jsou rozděleni do pěti týmů po čtyřech členech, předpokládá se přesná
spolupráce jak jednotlivých členů v týmu, tak spolupráce mezi týmy. Osnova předmětů
umožňuje zařazovat do výuky projekty – projektovou metodu vyučování.
Z hlediska náročnosti je projekt použitelný i na Středních odborných učilištích i SOŠ se
zaměřením na strojírenství.
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
• Nakreslete výkres sestavy paralelní svěrky a výrobní výkresy
nenormalizovaných součástí svěrky
• Navrhněte Technologický postup výroby částí a montáže svěrky
• Vyrobte části svěrky
• Smontujte svěrku a ověřte její správnou funkci
• výkresová dokumentace
• technologické postupy výroby a montáže
• hotový výrobek
• základní znalosti zobrazování součástí a kreslení výkresů sestav
a výrobních výkresů
• znalost vytvoření výrobního postupu
• obsluha výrobních strojů
• kompetence v obráběcích technologiích a určování řezných
podmínek
• umět změřit vyrobené součásti
• znalost a dodržování BOZP
• 18 hodin, celkem pět pracovních dnů
1. den (učebna– 6 vyučovacích hodin)
• zadání projektu a jeho plánování (rozbor),
• rozdělení do týmů,
• porovnávací test,
172
Datum zadání:
• zahájení práce v týmech
• tvorba výkresové dokumentace
3. den (učebna– 6 vyučovacích hodin)
• tvorba TP
6. den (dílna - 6 vyučovacích hodin)
• výroba částí svěrky
• montáž svěrky a ověření její funkce
• odevzdání výstupů
• hodnocení
• přesnost a kvalita provedení svěrky
• provedení a funkcesvěrky– učitel a spolužáci
Datum
ukončení:
Porovnávací test
Příklad testu:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Vypište náležitosti výkresu sestavy a výrobního výkresu
Vysvětlete jaký musí TP být, jaké potřebujete podklady pro jeho tvorbu, jak se TP člení
Vypište druhy TP podle různých kriterií
Napište co musí obsahovat podrobný TP pro sériovou výrobu
Popište technologii frézování rovinných a šikmých ploch
Popište technologii soustružení vnějších válcových ploch
Popište technologii vrtání a ručního řezání vnějších i vnitřních závitů
Vyjmenujte měřidla pro měření délek a úhlů, u každého uveďte přesnost s jakou měří
173
Žák musí mít základní kompetence z :
1) Technické dokumentace - kreslení strojních součástí na výkresech sestav a výrobních
výkresech
2) Tvorby technologických postupů
3) Technologií strojního obrábění (vrtání, soustružení, frézování)
4) Měření a kontroly
5) Orientace ve Strojírenských tabulkách a technické literatuře
ZADÁNÍ
Zhotovte zámečnickou svěrku:
• Nakreslete výkres sestavy paralelní svěrky a výrobní výkresy nenormalizovaných
součástí svěrky
• Navrhněte Technologický postup výroby částí a montáže svěrky
• Vyrobte části svěrky
• Smontujte svěrku a ověřte její správnou funkci
• Výrobní čas 18 hodin
174
Výkresová dokumentace:
175
176
177
178
179
Technologický (výrobní) postup výroby:
Formulář na zapisování výrobního postupu není normalizovaný a každá firma si jej sestavuje
podle svých potřeb, pak se tedy jednotlivé TP mohou od sebe lišit.
Příklad č. 1 – formulář na TP strojní výroby:
Operace
číslo
Popis práce
Nářadí,
nástroje,
Měřidla,
pomůcky
Řezné podmínky
v
n
s
Příklad č .2 – formulář na TP ruční výroby:
180
Pro naše účely je použitý zjednodušený školní formulář pro tvorbu TP:
Technologický postup
Název dílce
Číslo výkresu
výroby
Rameno horní
4M-HOR-02/01
Popis práce operace
1. Řezat materiál na délku 102 mm
2. Upnout do svěráku a frézovat na délku 101 mm a frézovat na
tloušťku 15mm
3. Přepnout a frézovat na tloušťku 15 mm
6. Přepnout, sklopit vřeteno pod úhlem 15° 7´ a frézovat šikmou
plochu
plochu
plochu
9. Frézovat na délku 100 mm
10. Orýsovat středy otvorů pro M8
11. Vrtat otvory pro M8 skrz materiál, srazit hrany v otvorech
12. Řezat závit M8
13. Upnout, sklopit vřeteno pod úhlem 45° a frézovat sražení
2 x 45°
2 x 45°
15. Upnout, sklopit vřeteno pod úhlem 45°a frézovat sražení
2 x 45°
SOŠT UH
Stroj, nástroj
Pásová pila
Frézka vertikální
válcová čelní ∅20
Válcová čelní ∅20
Nádrh, důlčík,
kladivo
Sloupová vrtačka
vrták ∅ 6,4,
záhlubník
Vratidlo, sadové
závitníky M8
181
Název dílce
Číslo výkresu
výroby
Rameno spodní 4M-HOR-02/02
2. Upnout do svěráku a frézovat na délku 101 mm a frézovat na
tloušťku 15 mm
plochu pod úhlem 15° 7´
9. Přepnout a frézovat na délku 100 mm
10. Orýsovat střed otvoru ∅8,4
11. Vrtat otvor ∅ 8,4 skrz materiál a ojehlit
12. Frézovat zahloubení ∅ 6 do hloubky 4 mm a ojehlit
2 x 45°
2 x 45°
2 x 45°
Název součásti
výroby
Šroub M8
2. Upnout s vysunutím 15 mm, zarovnat čelo
Číslo výkresu
4M-HOR-02/03
3. Navrtat středící důlek
4. Vysunout 110 mm ze sklíčidla, zapřít hrotem a soustružit ∅7,9
na délku 105 mm
5. Řezat závit M8 na délku 103 mm
6. Přepnout a zarovnat čelo na délku 120 mm, srazit hranu 1x45°
7. Orýsovat střed otvoru ∅6H7 a odůlčíkovat
8. Vrtat otvor ∅5,75
9. Vystružit otvor ∅6H7
SOŠT UH
Stroj, nástroj
Pásová pila
Frézka vertikální,
válcová čelní ∅20
Nádrh, důlčík,
kladivo
Sloupová vrtačka,
vrták ∅8,4,
záhlubník
Frézka vertikální,
drážkovací fréza ∅6
SOŠT UH
Stroj, nástroj
Pásová pila
Soustruh,
ohnutý uběrací nůž
Středící vrták
Přímý uběrací nůž
Závitořezná čelist
M8, přípravek pro
řezání závitů
Ohnutý uběrací nůž
Nádrh, důlčík
Sloupová vrtačka,
vrták ∅5,75
Výstružník ∅6H7
182
výroby
Název součásti
Šroub M8
s dříkem
Číslo výkresu
4M-HOR-02/04
2. Upnout s vysunutím 15 mm, zarovnat čelo
3. Soustružit ∅6 na délku 15 mm
4. Navrtat středící důlek
5. Vysunout 110 mm ze sklíčidla, zapřít hrotem a soustružit ∅7,9 na
délku 105 mm
6. Srazit hranu 1x45°
7. Řezat závit M8 na délku 103 mm
8. Přepnout a zarovnat čelo na L 120 mm, srazit hranu 1x45°
9. Orýsovat střed otvoru ф6H7 a odůlčíkovat
10. Vrtat otvor ∅5,75
11.
Vystružit otvor ∅6H7
Technologický postup montáže
Název součásti
svěrka
Číslo výkresu
4M-HOR-02/00
1. Namazat závity šroubů, pozice 1,2
2.
3.
4.
5.
Sešroubovat pozici 3 s pozicemi 2 a 1 v uvedeném pořadí
Našroubovat pozici 4
Kontrola rovnoběžnosti 1 a 2
Nasunutí kolíků pozice 5 do hlav šroubů 3, 4
SOŠT UH
Stroj, nástroj
Pásová pila
Soustruh,
ohnutý uběrací nůž
Středící vrták
Závitořezná čelist
M8, přípravek pro
řezání závitů
Nádrh, důlčík
Sloupová vrtačka,
vrták ∅5,75
Výstružník ∅6H7
SOŠT UH
Stroj, nástroj
Ruční maznice,
vazelína
ručně
ručně
posuvné měřítko
ručně
Každý tým odevzdá předepsané výstupy ( výkresovou dokumentaci, technologické postupy,
hotový výrobek) ke kontrole. Vše je k dispozici ostatním týmům, aby se všichni žáci
seznámili s prací všech týmů.
Hodnocení projektu
183
Slovník pojmů
technologický postup
technological process
soustružení
turning
frézování
milling
vrtání
driliing
výkres
mechanical drawing
montáž
mounting
stroj
machine
nástroj
instrument
rozměr polotovaru
stock size
měření
measurement
Literatura
DRIENSKÝ D., FÚRIK P., LEHMANOVÁ T., TOMAIDES J.
FRISCHHERZ A., PIEGLER H., PRAGAČ J.
Strojní obrábění I, SNTL 1986
Technologie zpracování kovů 2, SNTL 1996,
ISBN 80-902110-1-1
HLUCHÝ M., HANĚK V.
Strojírenská technologie , 2.díl, Scientia 2001
LEINVEBER J., VÁVRA P.
ŠVAGR J., VOJTÍK J.
Strojnické tabulky , Albra 2007
Technologie ručního zpracování kovů, SNTL 2000, ISBN 80-03-00197-8
Nabídkový katalog nástrojů pro obrábění firmy NAREX Ždánice spol. s r.o.
Výkresová dokumentace a tabulky technologických postupů je z prací žáků Střední
průmyslové školy Uherské Hradiště obor Strojnictví a SOŠT Uherské Hradiště obor
Mechanik seřizovač pro CNC obráběcí stroje
Odstranění nahodilé chyby při měření
délkových rozměrů a určení
pravděpodobné odchylky měření
Lektor: Ing. Helena Jagošová
187
Název:
Odstranění nahodilé chyby při měření délkových rozměrů a určení
pravděpodobné odchylky měření
Ing. Helena Jagošová (vyučující odborného předmětu)
Autoři:
Realizace:
4. ročník (obor Mechanik seřizovač pro CNC obráběcí stroje)
Laboratorní cvičení
Typ projektu:
sociálních)
• podle informačních zdrojů: volný (informační materiál si zajistí žák
sám)
• podle délky: krátkodobý (4 vyučovací hodiny v průběhu dvou týdnů)
• podle prostředí: školní (speciální učebna - Laboratoř)
• podle počtu zúčastněných: čtyřčlenná skupina (tým)
Smysl projektu: upevnit a procvičit měření délkových rozměrů pomocí posuvky a
mikrometru,
eliminovat nahodilou chybu a pravděpodobnou odchylku měření, poznat
prakticky, co je nahodilá chyba měření a možnosti jejího vzniku, pochopit
statistické zákonitosti vzniku a velikosti nahodilých chyb, výpočet
aritmetického průměru a jeho pravděpodobnou odchylku na měření
konkrétní součásti při měření měřidly s různou přesností - posuvkou a
mikrometrem
Nakreslit a zakótovat měřenou součást
Výstup:
Změřit dvěma měřidly rozměry zadané součásti
Provést výpočet aritmetického průměru měření a vypočítat jeho
pravděpodobnou odchylku
Vypracovat protokol měření
Předpokládané Kognitivní (poznávací): žák,
cíle:
• popíše podstatu měření s posuvkou a mikrometrem
• provede určení velikosti chyby měření
Afektivní (postojové), žák,
• pracuje přesně a pečlivě
Psychomotorické (výcvikové), žák,
• měří velikosti požadovaných rozměrů
• provádí účelové výpočty
• vypracuje protokol
Sociální (komunikační). žák:
Předpokládané získávání a třídění informací
kreslení obrazu součásti
činnosti:
měření posuvkou a mikrometrem
určení chyby měření a její odchylky
vypracování protokolu měření
188
Organizace:
individuální práce, práce ve skupině
Předpokládané opakování a upevňování učiva
praktický nácvik laboratorní úlohy pozorováním a měřením
výukové
výpočtová a grafická činnost
metody:
aktivní samostatná práce žáků v týmu
diagnostika a klasifikace
metody slovní – rozhovor, přednáška, práce s textem (poznámky v sešitu,
učebnice, firemní katalog), brainstorming, diskuse
Předpokládané poznámkový sešit, učebnice Strojnická měření, učebna laboratorního
pomůcky:
cvičení, posuvka, mikrometr, měřené součásti, PC, kalkulátor, připojení
k internetu, školní databáze formulářů pro žákovské práce
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
prezentace přesnosti měření dvěma různými měřidly a odstranění nahodilé
chyby měření pro žáky ve skupině
V rámci skupiny – společné porovnání přesnosti měření různými měřidly
Učitel – hodnocení obsahu vytvořeného protokolu měření
189
Projekt byl zadán žákům čtvrtého ročníku učebního oboru a maturitou oboru Mechanik
seřizovač pro CNC obráběcí stroje v rámci předmětu Laboratorní cvičení. Tento předmět je
vyučován tři hodiny týdně, vždy po teoretickém probrání určité kapitoly je k ní provedeno
praktické měření. Při laboratorním měření sou žáci děleni do skupin (týmů) po čtyřech.
Měření probíhá ve speciální učebně pro tato laboratorní měření, která je vybavena
potřebnými měřidly , měřícími přístroji a výpočetní technikou. Osnova předmětu umožňuje
zařazovat do výuky projekty – projektovou metodu vyučování.
Z hlediska náročnosti je projekt použitelný i na středních odborných školách se zaměřením na
strojírenství.
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Odstranění nahodilé chyby při měření délkových rozměrů a
určení pravděpodobné odchylky měření
Změřte dva délkové rozměry na zadané součásti (jeden z nich je
celková délka) a dva průměry na zadané součásti dvěma různými
měřidly (posuvné měřítko, mikrometr)
Proveďte opravu nahodilé chyby určením aritmetického průměru
měření a určete jeho pravděpodobnou odchylku
Vypracujte protokol měření
190
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
Datum zadání:
protokol měření, který musí obsahovat:
• uložené zadání měření
• popis použitých metod měření uvedenými měřidly
• výkres měřené součásti
• popis měření
• tabulky naměřených hodnot
• výpočet pravděpodobné chyby aritmetického
naměřených hodnot
• vyhodnocení celého měření
průměru
• měření délek posuvkou a mikrometrem
• chyby měření, druhy chyb
• statistické zákonitosti vzniku nahodilé chyby
• odstranění nahodilé chyby výpočtem aritmetického průměru a
určení jeho pravděpodobné odchylky
• celkem 7 pracovních dnů
1. den (škola – 1 vyučovací hodina)
• zadání projektu a jeho plánování (rozbor)
• rozdělení do týmů
• ústní, frontální opakování teorie vztahující se k projektu
• příprava tabulek pro zapisování výsledků měření
• laboratorní měření
• zápisy do připravených tabulek
• zpracování získaných hodnot měření
• vypracování protokolu
7. den (škola – 1 vyučovací hodina)
• odevzdání protokolů
• porovnávací test, hodnocení
• odevzdání protokolu se všemi náležitostmi
• náročnost práce a zhotovení protokolu – učitel a spolužáci
Datum
ukončení:
191
Porovnávací test
z výsledků testů by mohla ovlivnit přístup žáků k projektům.V tomto případě test může
posloužit učiteli pro dobré porovnání znalostí žáků před projektem a po jeho ukončení.
Výsledky testů nejsou zahrnuty do hodnocení.
Příklad testu:
1. Popište posuvku, mikrometr
2. Popište postup měření a vysvětlete jakou přesností měří
3. Vysvětlete co je nahodilá a systematická chyby měření, objasněte příčiny jejich
vzniku a napište jak se odstraňují
4. Vypočítejte aritmetický průměr měření a jeho pravděpodobnou odchylku
Žák musí mít základní znalosti z problematiky spojování součástí a materiálů a montáží
rozebíratelných spojů.
MĚŘENÍ DÉLEK
Druhy měřidel pro měření délek :
1. Přímá – ukazují absolutní hodnotu měřené veličiny ( posuvka, mikrometr, kalibry)
2. Pevná – jsou vyrobena pouze na jednu délku (kalibry, základní měrky)
3. Nepřímá – zjišťovaný rozměr měří přes převod (mechanický, elektrický nebo
pneumatický), měří buď absolutní hodnoty nebo jsou komparační
CHYBY MĚŘENÍ
Výsledek každého měření, i když se měří sebe nákladnějšími a velmi přesnými měřidly, se
vždy liší od správné hodnoty. Rozdíl mezi správnou hodnotou a hodnotou naměřenou je
chyba.
Druhy chyb:
Chyby systematické – jsou způsobené měřidlem, použitou metodou nebo samotným
pozorovatelem, je vždy stejné hodnoty, je pravidelná, je nebezpečná pokud se včas neodhalí,
protože zkresluje měření aniž bychom to poznali, protože se, ale o její existenci ní ví, lze ji
lehce eliminovat správnou korekcí měřícího přístroje a pokud to nelze, musíme změnit
metodu měření
192
Chyby nahodilé – jsou způsobené nepravidelnými, náhodnými vlivy, které se mohou různě
měnit, proto se výsledky jednotlivých měření navzájem liší a nedovedeme přesně určit
přesnou příčinu těchto odchylek, dají se značně potlačit správným zpracováním naměřených
výsledků měření, k jejich stanovení je nutné použít metody počtu pravděpodobnosti, protože
výskyt nahodilých chyb se řídí Gaussovou křivkou
Na vodorovné ose je vynesena velikost chyb, na svislé jejich četnost. Z tvaru křivky vyplývá,
že kladné chyby jsou stejně časté jako záporné a naopak. Správné hodnotě se nejvíce blíží
aritmetický průměr vypočítaný z jednotlivých měření. Podle Gaussovy teorie chyb se
nejpravděpodobněji vyskytne taková chyba ϑ , že polovina chyb bude menší než ϑ , polovina
větší. Taková chyba se nazývá pravděpodobná chyba jednotlivého měření.
Její velikost je:
n
ϑ= ±
2
3
Σ ( xi − x ) 2
1
n −1
Pravděpodobná chyba aritmetického průměru bude menší:
n
ϑ=±
2
3
Σ ( xi − x ) 2
1
n( n − 1)
Jako výsledek měření se tedy uvádí aritmetický průměr hodnot jednotlivých měření a k němu
se připojuje pravděpodobná chyba aritmetického průměru ϑ . V uvedeném průměru se
ponechá ještě to desetinné místo (nebo řád), na který má chyba vliv (viz. příklad).
193
Příklad výpočtu pravděpodobné chyby
Měření výhřevnosti bylo provedeno celkem pětkrát. Výsledek byl sestaven do tabulky .
Číslo měření
Naměřená
hodnota
xi
1
2
3
4
5
n=5
14 851
14 864
14 882
14 870
14 883
Aritmetický
průměr x
14 870
Odchylka od
průměru
xi - x
Čtverec
odchylky
(xi - x )2
- 19
-6
+ 12
0
+ 13
Součet odchylek
361
36
144
0
169
Součet čtverců
odchylek
n
Σ ( xi − x ) =0
1
n
Σ ( xi − x ) 2 =710
1
Pravděpodobná chyba aritmetického průměru je
n
ϑ= ±
2
3
Σ ( xi − x ) 2
1
n −1
=±
2
710
2
= ± 5,95 = ± 3,97 =& ± 4
3 5(5 − 1)
3
Výsledek měření hodnoty je tedy:
H=14 870 ± 4 kJ kg -1
Vidíme, že výpočtem pravděpodobné chyby se výsledek měření značně zúžil, a i když
jednotlivá měření kolísala mezi hodnotami 14 851 a 14 883, tj. v rozmezí 32 kJ kg -1, je
pravděpodobná chyba výsledku jen ± 4 kJ kg -1 .
Podmínky laboratorní práce
Důležitosti kontroly musí odpovídat i uspořádání měřící laboratoře. Na přesnost práce nemá
vliv jen vybavení laboratoří měřidly a přístroji, ale i jakost prostoru laboratoře. Rozhodují jak
podmínky vnější, tj. umístění laboratoří – nejvhodnější je umístit laboratoř do přízemí nebo
sklepních prostor nebo ochránit proti otřesům, ,tak i podmínky vnitřní např. izolací proti
změnám teplot, udržováním stálé vlhkosti a čistoty. Další činitelé ovlivňující správné měření
rekvalifikace pracovníků a dodržování postupu měření.
Zápis o měření
O měření se vyhotoví protokol, který má obsahovat tyto hlavní údaje:
1. Stručný popis měření (měřící metoda, schéma zapojení, postup měřená)
2. vnější podmínky měření (místo, datum, laboratoř, teplota, tlak, vlhkost, čas)
3. použitá měřidla (rozsahy, citlivost, výrobní čísla) pro dodatečnou kontrolu
4. výsledky měření a jejich matematické či grafické zpracování
5. rozbor měření a zhodnocení výsledků
6. jména kontrolujících
194
2.3. Příklad řešení projektu
Formulář zprávy o měření
PŘEDMĚT:
P.Č.:
SOŠ TECHNICKÁ
NÁZEV PRÁCE:
VYPRACOVAL:
ČÍSLO
ÚKOLU:
DATUM ZADÁNÍ:
TŘÍDA:
POČET
LISTŮ:
HODNOCENÍ
:
DATUM
ODEVZDNÁNÍ:
195
ZADÁNÍ:
Změřte dva délkové rozměry (jeden z nich je celková délka) a dva průměry na zadané součásti
dvěma měřidly (posuvné měřítko, mikrometr). Proveďte opravu nahodilé chyby a určete
odchylku měření.
Zadaná součást:
VYPRACOVÁNÍ:
POUŽITÉ METODY MĚŘENÍ:
Posuvné měřítko
V určitém rozsahu lze měřit vnitřní i vnější délky. Jejich měřící plochy jsou rovinné a
rovnoběžné, na hlavním pevném měřítku má hlavní milimetrovou a palcovou stupnici. Na
pomocném posuvném měřítku má nonius. Přesnost měření je určen noniovým dělením, je to
poměr velikosti jednoho dílku hlavního měřítka, k celkovému počtu dílků noniové stupnice.
Při měření se nejprve odečte velikost v celých mm k počátku nuly nonia, dále se zjistí, který
dílek nonia se kryje s dílkem na hlavní stupnici, ten pak udává zbývající desetinnou část
měřeného rozměru.
196
Mikrometr
Hlavní stupnice je dělena po 0,5mm a obvod matice měřícího bubínku je dělena na 50 dílků,
pootočí-li se bubínek o 1 dílek posune se měřící dotyk o 0,01mm. Při měření se měřená
součást opře o pevný dotyk a otáčením matice se pohyblivý dotyk posouvá až dosedne na
druhou stranu měřené součásti, dotažením nám oznámí řehtačka, měřidlo zajistíme aretací a
odečítáme rozměr.
MĚŘENÍ:
Měřidlo:
Měřená hodnota:
Číslo
měření
posuvka
délka 76,6 mm
Naměřená
hodnota
Aritmetický průměr
xi
x
Odchylka od průměru
xi − x
Čtverec odchylky
(x
i
−x
)
2
1
76,5
-0,08
0,0064
2
76,6
0,02
0,0004
3
76,55
-0,03
0,0009
4
76,6
0,02
0,0004
5
76,65
0,07
0,0049
Součet odchylek
Součet čtverců
odchylek
0
0,013
76,58
n=5
Pravděpodobná chyba aritmetického průměru:
∑ (x
n
2
ϑ=±
3
1
i
−x
n(n − 1)
)
2
=±
2 0,013
2
= ± 0,0255 = ±0,017mm
3 5(5 − 1)
3
197
Měřidlo:
Měřená hodnota:
Číslo
měření
posuvka
délka 9 mm
Naměřená
hodnota
xi
x
Čtverec odchylky
(x
xi − x
i
−x
)
2
1
9,05
0,05
0,0025
2
9
0
0
3
8,95
-0,05
0,0025
4
9
0
0
5
9
0
0
Součet odchylek
Součet čtverců
odchylek
0
0,005
9
n=5
∑ (x
n
ϑ=±
2
3
i
−x
2
=±
1
n(n − 1)
Měřidlo:
Měřená hodnota:
Číslo
měření
)
2 0,005
2
= ± 0,0158 = ±0,0105mm
3 5(5 − 1)
3
posuvka
průměr 15,9 mm
Naměřená
hodnota
xi
x
Odchylka od
průměru
xi − x
Čtverec odchylky
(x
i
−x
)
2
1
15,95
0,06
0,0036
2
15,9
0,01
0,0001
3
15,85
-0,04
0,0016
4
15,9
0,01
0,0001
5
15,85
-0,04
0,0016
Součet odchylek
Součet čtverců
odchylek
0
0.007
15,89
n=5
∑ (x
n
2
ϑ=±
3
i
1
−x
n(n − 1)
)
2
=±
2 0,007
2
= ± 0,0187 = ± 0,0124 mm
3 5(5 − 1)
3
198
Měřidlo:
Měřená hodnota:
Číslo
měření
posuvka
průměr 12 mm
Naměřená
hodnota
xi
x
xi − x
Čtverec odchylky
(x
i
−x
)
2
1
12
-0,09
0,0081
2
11,95
-0,14
0,0196
3
11,95
-0,14
0,0196
4
12,5
0,41
0,1681
5
12,05
-0,04
0,0016
Součet odchylek
Součet čtverců
odchylek
0
0,217
Čtverec odchylky
12,09
n=5
∑ (x
n
2
ϑ=±
3
i
−x
)
2
1
n(n − 1)
Měřidlo:
Měřená hodnota:
Číslo
měření
=±
2 0,217
2
= ± 0,1041 = ±0,0694mm
3 5(5 − 1)
3
mikrometr
délka 76,6 mm
Naměřená
hodnota
xi
x
xi − x
(x
i
−x
)
2
1
76,57
-0,028
0,000784
2
76,62
0,022
0,000484
3
76,59
-0,008
0,000064
4
76,6
0,002
0,000004
5
76,61
0,012
0,000144
Součet odchylek
Součet čtverců
odchylek
0
0,00148
76,598
n=5
∑ (x − x )
n
2
ϑ=±
3
i
1
n(n − 1)
2
=±
2 0,00148
2
= ± 0,00860 = ± 0,0057 mm
3 5(5 − 1)
3
199
Měřidlo:
Měřená hodnota:
Číslo
měření
mikrometr
délka 9 mm
Naměřená
hodnota
xi
x
Čtverec odchylky
xi − x
(x
i
−x
)
2
1
9,04
0,034
0,001156
2
9,02
0,014
0,000196
3
8,96
-0,046
0,002116
4
9,01
0,004
0,000016
5
9
-0,006
0,000036
Součet odchylek
Součet čtverců
odchylek
0
0,00352
9,006
n=5
∑ (x
n
ϑ=±
2
3
i
−x
)
2
=±
1
n(n − 1)
Měřidlo:
Měřená hodnota:
Číslo
měření
2 0,00352
2
= ± 0,01327 = ±0,0088mm
3 5(5 − 1)
3
mikrometr
průměr 15,9 mm
Naměřená hodnota
xi
x
Čtverec odchylky
xi − x
(x
i
−x
)
2
1
15,93
0,018
0,000324
2
15,9
-0,012
0,000144
3
15,92
0,008
0,000064
4
15,91
-0,002
0,000004
5
15,9
-0,012
0,000144
Součet odchylek
Součet čtverců
odchylek
0
0,00068
15,912
n=5
∑ (x
n
ϑ=±
2
3
1
i
−x
n(n − 1)
)
2
=±
2 0,00068
2
= ± 0,00583 = ±0,00389mm
3 5(5 − 1)
3
200
Měřidlo:
Měřená hodnota:
Číslo
měření
mikrometr
průměr 12 mm
Naměřená hodnota
xi
x
Odchylka od
průměru
Čtverec
odchylky
xi − x
(x
i
−x
)
2
1
11,97
0,014
0,000196
2
11,96
0,004
0,000016
3
11,94
-0,016
0,000256
4
11,98
0,024
0,000576
5
11,93
-0,026
0,000676
Součet odchylek
Součet čtverců
odchylek
0
0,00172
11,956
n=5
∑ (x
n
ϑ=±
2
3
1
i
−x
n(n − 1)
)
2
=±
2 0,00172
2
= ± 0,00927 = ±0,00618mm
3 5(5 − 1)
3
ZÁVĚR:
Při této laboratorní práci jsem si zopakoval názvosloví částí měřidel, správné postupy měření
a správné odčítání hodnot z měřidel. Dále jsem si procvičil a osvojil zápis naměřených
hodnot, výpočet aritmetického průměru těchto naměřených hodnot, výpočet odchylky od
průměru, výpočet čtverce odchylky a součet těchto odchylek. Dále jsem si osvojil výpočet a
stanovení pravděpodobné chyby aritmetického průměru.
ostatním týmům.
Hodnocení projektu
201
měření
measurement
chyba měření
measurement error
délka
length
průměr
diameter
rozměr
proportion
jednotka
unit
aritmetický průměr
arithmetic mean
odchylka měření
average deviation
posuvka
sling keeper
mikrometr
micrometer
Literatura
FRISCHNERZ, A., KNOUREK J., SKOP P. Technologie zpracování kovů 1, SNTL 1996,
ISBN 80-902110-0-3
JANYŠ B., RAFTL K. Soustružník, SNTL 1974
Šulc J. a kol. Technologická a strojnická měření, SNTL 1980
ŠVAGR J., VOJTÍK J. Technologie ručního zpracování kovů, SNTL 2000, ISBN 80-03-00197-8
Ukázka zprávy o měření je z prací žáků 4. ročníku oboru Mechanik seřizovač pro CNC
obráběcí stroje v předmětu Laboratorní cvičení
ÚROVEŇ U3
s maturitou
Stavba regulovatelného zdroje
stejnosměrného napětí
207
Název:
Stavba regulovatelného zdroje stejnosměrného napětí
Autoři:
Jan Podškubka (vyučující odborného předmětu)
Realizace:
Střední odborná škola s maturitou
3. ročník oboru mechanik elektrotechnik – čtyřletý studijní obor
Tematický celek – napájecí zdroje (odborný výcvik)
sociálních)
žák sám)
• podle délky: krátkodobý (8 vyučovacích hodin v průběhu jednoho
dne)
• podle prostředí: školní (speciální učebna odborného výcviku)
Sestavit funkční zapojení obvodu zdroje, nastavit a změřit vybrané
parametry
Z volně dostupných pramenů získat popis funkce obvodu
Montáž regulovatelného napájecího zdroje
Oživení a nastaveni zdroje
Měření vybraných parametrů
Z volně dostupných materiálů napsat popis funkce obvodu
Sestavit soupisku použitého materiálu s uvedením typu a cenou
• montáž a pájení elektronického obvodu
• oživení obvodu
• měření na zdroji
• sběr informací o funkci obvodu
Typ projektu:
Smysl projektu:
Výstup:
Předpokládané
cíle:
• sestaví mechanický a elektrický obvod
Předpokládané
činnosti:
Organizace:
získávání a třídění informací z oblasti spojitých zdrojů napětí
čtení a vyhodnocení výkresové dokumentace
sestavení fungujícího zařízení, oživení zařízení, měření
práce ve škole ve speciální učebně, při vyhledávání informací – domácí
příprava
208
Předpokládané
výukové metody: v sešitu, učebnice, firemní katalog, internet, odborné časopisy ),
brainstorming, diskuse
poznámkový sešit, učebnice, výrobní dokumentace – elektrické a
Předpokládané
montážní schéma
pomůcky:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
V rámci skupiny – společné hodnocení jednotlivých výrobků
Učitel – hodnocení vytvořené dokumentace a spolupráce žáků.
209
Projekt je zadáván žákům třetího ročníku čtyřletého studijního oboru elektrotechnik se
zaměřením na slaboproud, v předmětu odborný výcvik, v rámci tematického celku
zaměřeného na napájecí zdroje. Teoretická výuka problematiky napájecích zdrojů je součástí
předmětu elektronika s dotací dvě hodiny týdně. V hodinách odborného výcviku se žáci dělí
na skupiny s maximálním počtem žáků 10. Praktická výuka probíhá v prostorách dílen. Každá
učebna je vybavena potřebnou technikou a materiálem. Osnova předmětu umožňuje zařazovat
do výuky projekty – projektovou metodu vyučování.
Při realizaci tohoto projektu je vhodné, aby bylo zapojení realizováno na desku plošných
spojů. Při montáži pracuje každý žák samostatně, týmová práce je vhodná při oživování,
měření a získávání podkladů pro prezentaci funkce obvodu a návrhu dalších možných
konstrukčních řešení .
Z hlediska náročnosti je projekt po úpravě zadání použitelný i na odborných učilištích se
zaměřením na elektrotechniku.
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání
projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup
projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor
projektu:
(Vyplní žáci)
Montáž regulovatelného zdroje stejnosměrného napětí
• Podle zadané technické dokumentace sestavte obvod
regulovatelného zdroje stejnosměrného napětí
• Sestavený obvod připojte k napětí, ověřte jeho funkci, změřte
vybrané parametry
• Naměřené hodnoty zpracujte do tabulek
• Z volně dostupných zdrojů vypracujte popis zapojení a funkce
obvodu, navrhněte další možná řešení
• Sestavený funkční obvod zdroje
• Popis zapojení, popis funkcí jednotlivých částí zdroje
• Soupiska použitého materiálu s cenou jednotlivých prvků
• Zápis měření na zdroji
(Rozbor provádí učitel ve spolupráci s žáky – ujasnění zadání,
vymezení požadovaných znalostí, zpracování časového rozvržení
projektu, doporučení informačních zdrojů, vytvoření dvoučlenných
týmů, rozdělení úkolů mezi členy týmu, způsob a podmínky hodnocení)
210
• čtení elektrických a montážních schémat
• manuální zručnost při práci
• znalost základních montážních prací a technologických postupů
• znalost příslušných norem a předpisů
• znalost měření voltmetrem, ampérmetrem
1 den ( škola – 8 vyučovacích hodiny )
zahájení práce v týmech
2 den ( škola – 8 vyučovacích hodiny )
• prezentace výrobku
• popis zapojení..
• volné – žák si informační materiál zajistí sám s využitím
internetu,školní knihovny..
Datum zadání:
• sestavení obvodu
• funkce obvodu
• výsledky měření
březen 2010
březen 2010
Datum
ukončení:
Porovnávací test
Řešitel – žák musí mít základní znalosti funkce a vlastností elektronických prvků, dobrou
orientaci v obvodovém řešení zpětnovazebních napájecích zdrojů .
211
212
213
Popis zapojení
Uvedené zapojení zdroje stejnosměrného napětí se dá rozdělit do těchto bloků: usměrňovač,
regulační obvod pro řízení proudu a napětí a zdroj záporného napětí.
Usměrňovací část zdroje je tvořena klasickým integrovaným Graetzovým můstkem, na na
jehož vstup je přivedeno střídavé napětí v rozmezí 15–24 V. Pojistka Fu1 je zapojena na
vstupu zdroje,chrání zdroj před poškozením při trvalém přetížení. Zelená LED1 indikuje
přítomnost střídavého napětí na vstupu a stejnosměrného napětí na výstupu můstku, je
zapojená do série s rezistorem R1. Kondenzátor C1 filtruje usměrněné napětí, C2 blokuje
parazitní kmitočty. Záporný pól napájení integrovaného obvodu NA2 LM741 je připojen na
napětí z násobiče C3, VD2, VZ1 a C4, stabilizované Zenerovou diodou VZ2. Rezistor R7
omezuje proud diodou VZ2.
Integrovaný obvod IC2 LM317T je ústředním členem regulačního obvodu, má napěťový
rozsah 1,2–37 V. tranzistor VT1 umožňuje výšení výkonu. Výstupní napětí se řídí změnou
napětí na regulační elektrodě obvodu NA1 LM317T proměnným napětím z výstupu
operačního zesilovače NA2 řízeného potenciometrem RP2 a rezistorem R7. Hodnota
rezistoru R7 určuje maximální hodnotu výstupního napětí. Oddělovací dioda VD3 zabraňuje
vyřazení z činnosti elektronické pojistky, ke kterému by došlo při nulovém napětí na výstupu
NA2.
Při činnosti elektronické pojistky je záporné napětí z výstupu NA2 pinu 6 vedeno přes LED
diodu LED2, která indikuje omezení proudu. Je-li pojistka v nečinnosti, oddělují diody LED2
a D6 kladné výstupní napětí NA2 od vstupu regulace NA1. Hodnotou rezistoru R3 je určen
svit LED2. Rezistory R8,R4 a potenciometrem RP2 se řídí omezení proudu. Rezistory R9 a
R8 symetrizují vstupy operačního zesilovače. Úbytek napětí na rezistoru R6 se využívá pro
funkci elektronické pojistky.
Na výstupu zdroje je zapojen filtrační kondenzátor C8 a paralelně dioda VD4, která slouží
k ochraně před připojením napětí opačné polarity na výstup zdroje.
Potenciometrem RP1 regulujeme velikost výstupního napětí, potenciometrem RP2 se
nastavuje maximální hodnota výstupního proudu.
214
Další možná obvodová řešení
215
Seznam součástek
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8,R9
R10
R11
rezistor
metal 0,6 W
C1
C2,C6,C9
C3,C8
C4
C5
C7
kondenzátor
VD1
VD2,VD4
VD3
VZ1
VZ2
HL1
HL2
diodový můstek
dioda
VT1
tranzistor
NA1
NA2
integrovaný obvod
RP1
RP2
odporový trimr
S1.S2
CHL1
Fu1
svorka
chladič
pojistka
2k2
150R
330k
120k
680R
0R47
27k
12k
47R
220R
1 ks
1 ks
1 ks
1 ks
1 ks
1 ks
1 ks
2 ks
1 ks
1 ks
1mF/35V
100n/50V
47µ/50V
100µ/25V
47pF
1µF
1 ks
3 ks
2 ks
1 ks
1 ks
1 ks
KBU8K
1N4007
1N4148
BZX25V12
C8V2 PH
1 ks
2 ks
1 ks
1 ks
1 ks
1 ks
1 ks
BD244
1 ks
int. stabilizátor
oper. zesilovač
LM317T
MC1458
1 ks
1 ks
PT15NH
10k7/N
50k/N
1 ks
1 ks
1A/250
2 ks
1 ks
1 ks
metal 3 W
metal 0,6 W
kondenzátor
elektrolytický
keramický
elektrolytický
keramický
foliový
zenerova dioda
LED dioda
zelená
rudá
držák pojistky
šroub M3x5
podložka 3 mm
matice M3
deska plošných spojů
drátová propojka
Cu cínovaný vodič Ø 0,4
2 ks
2 ks
2 ks
2 ks
1 ks
3 ks
216
ostatním týmům. Jednotlivé skupiny provedou montáž svého obvodu a předvedou jeho
funkčnost.
Hodnocení projektu
Literatura
KREJČIŘÍK A. Napájecí zdroje 1 Praha: Ben – technická literatura 2002 ISBN 80-86056-02-3
Nýtovací zařízení
Lektoři: Ing. Josef Malinka
Ing. Zdeněk Velfl
219
Název:
Autoři:
Realizace:
pneumatické mechanismy
sociálních) a nových znalostí
• podle informačních zdrojů: kombinovaný (informační materiál je
žákovi z části poskytnut a z části si ho žák obstarává sám)
• podle délky: krátkodobý (3 a 3 souvislé vyučovací hodiny)
• podle počtu zúčastněných: tříčlenná skupina (tým)
Navrhnout a sestavit elektropneumatický obvod s bistabilním ventilem
Typ projektu:
Smysl
projektu:
nakreslit schéma pneumatického a elektrického obvodu
sestavit funkční zapojení dle schématu
vytvořit popis funkce obvodu
nakreslit stavový diagram
Předpokládané kognitivní (poznávací): žák:
cíle:
• navrhne schémata zapojení
• sestaví pneumatický obvod dle schématu
• objasní funkci obvodu
afektivní (postojové): žák:
psychomotorické (výcvikové): žák:
• sestaví elektropneumatický obvod
sociální (komunikační): žák:
Předpokládané vytvoření výkresové dokumentace
činnosti:
Organizace:
práce v týmu
Předpokládané metody slovní – rozhovor, práce s textem (poznámky v sešitu, učebnice,
firemní katalog), brainstorming, diskuse, vysvětlování
výukové
metody praktické – nácvik pracovních dovedností
metody:
metody názorně demonstrační – předvádění činností
Výstup:
220
Předpokládané poznámkový sešit, učebnice, firemní dokumentace, výuková stavebnice
pomůcky:
Způsob
prezentace
projektu:
prezentace pro žáky ve skupině – praktická ukázka s vysvětlením obvodu,
vysvětlení funkce nových prvků obvodu
Způsob
hodnocení:
žáci v týmu – provedou sebehodnocení své činnosti, co nového se naučili
učitel – hodnocení kvality výstupů a spolupráce žáků
221
vyučován jako tříhodinový blok jednou týdně. Výuka má převážně charakter praktických
cvičení. Žáci jsou děleni na dvě skupiny. Maximální počet žáků ve skupině je patnáct. Výuka
probíhá v prostorách dílen a učebna je vybavena výpočetní technikou a elektropneumatickými
stavebnicemi. Osnova předmětu umožňuje zařazovat do výuky projekty – projektovou metodu
vyučování.
Není nutno, aby se projektu zúčastnili všichni žáci. Projekt může být nabídnut dobrovolníkův,
kteří vytvoří skupinu – řešitelský tým.
Žáci dovedou pracovat s pneumatickou stavebnicí, umí kreslit pneumatické a elektrické
obvody a vytvářet podle nich zapojení. Znají princip činnosti dvojčinného válce a jeho řízení
5/2 ventilem, znají způsob vytváření řídících reléových obvodů.
Z hlediska náročnosti je projekt použitelný i na středních odborných učilištích
s odpovídajícím technickým zaměřením.
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
• Navrhněte elektropneumatické řízení pro částečně automatizované
nýtovací zařízení
• Dvě součástky mají být spojeny nýtem, spojované části s nýtem
budou vloženy do zařízení ručně a snýtované části budou rovněž
ručně se zařízení vytáhnuty.
• K nýtování bude použito dvou válců, válec A přidrží obě části a
válec B provede nýtování (viz nákres)
• Proces nýtování má být spuštěn stiskem tlačítka
• Stisk tlačítka musí být blokován, aby nedošlo k úrazu
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor a
plánování
projektu:
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
(Vyplní žáci)
informačních zdrojů, vytvoření týmů, rozdělení úkolů mezi členy týmu, způsob a
podmínky hodnocení)
222
schémat
• celkem šest vyučovacích hodin
• volné (materiál si žák zajišťuje sám)
Datum zahájení:
• úroveň technické dokumentace - učitel
• popis činnosti obvodu a možných rizik
• praktická ukázka činnosti obvodu s vysvětlením – žáci ve skupině
3. prosince 2009
10. prosince 2009
Datum
ukončení:
Porovnávací test
V tomto případě test může posloužit žákům a učiteli pro porovnání znalostí před projektem a
po jeho ukončení. Výsledky testů nejsou zahrnuty do hodnocení.
Příklad testu:
1. Vysvětlete způsoby řízení dvojčinného válce
2. Nakreslete schéma elektrického řízení dvojčinného válce
Řešitel – žák musí mít základní znalosti principů pneumatických prvků, pneumatického
ovládání pohybu pístů pneumatických válců a ovládání ventilů, kreslení schémat
pneumatického řízení. Musí znát základy elektrického reléového řízení a kreslení
elektrotechnických schémat.
223
Dvojčinný válec
Bistabilní 5/2 ventil
V uvedeném zapojení je použit bistabilní 5/2 ventil ovládaný elektricky v klidu otevřený (N.
O., z výrazu Normally Open). Z označení 5/2 vyplývá, že ventil má 5 pracovních přípojů, dvě
polohy a dvě ovládací cívky elektromagnetu.
2
Y1
4
Y2
31 5
Označení přípojů a vývodů:
Pracovní výstupy
2, 4
Přívod stlačeného vzduchu
1
Odvod vzduchu, výfuk do atmosféry 3, 5
Cívky elektromagnetu
Y1, Y2
Elektrický ovládací obvod
V ovládacím obvodu bude použito manuálně ovládané tlačítko, koncové spínače a přístrojová
relé se spínacími a rozpínacími kontakty.
Stavový diagram
Na vodorovnou osu jsou vynášeny po sobě jdoucí kroky nebo čas, na svislou osu je vynášen
stav, např. poloha, tlak, úhel natočení.
224
Konstrukční nákres a rozbor činnosti nýtovacího zařízení
A
B
Vkládání a vyjímání spojovaných součástí musí být bezpečné. V době vkládání nebo vyjímání
součástí nesmí dojít ke spuštění cyklu nýtování. Tomu lze zabránit blokováním stisku
startovacího tlačítka. Pracovní prostor můžeme například zabezpečit bezpečnostní závorou
s koncovým spínačem. Závora zabraní vstupu do pracovní oblasti během nýtování a koncový
spínač neumožní start nýtování, dokud nebude závora zavřena.
Schéma pneumatického zapojení
a1
a0
A
2
b0
B
4
2
Y1
Y2
b1
4
Y3
Y4
31 5
31 5
Schéma elektrického řízení
+24 V
S2
1
2
S1
K1
3
K1
4
K1
5
K1
6
K1
a0
b1
K1
Y1
b0
a1
Y2
Y3
Y4
0V
S
R
2
3
5
4
6
225
Popis činnosti obvodu
Pneumatický obvod se skládá ze dvou dvojčinných válců. Válce jsou řízeny pomocí
elektricky ovládaných 5/2 bistabilních ventilů.
Po vložení spojovaných části s nýtem do pracovního prostoru, se uzavře bezpečnostní zábrana
a dojde k sepnutí spínače S2. Koncový spínač a0 je sepnut, a1 rozepnut, b0 sepnut a b1 je
sepnut.
Stisknutím tlačítka S1 dojde ke spuštění cyklu nýtování přes sepnutý a0 a b1 je aktivována
cívka relé K1. Spínací kontakty K1 se sepnou a rozpínací kontakty K1 se rozepnou. Cívky
elektromagnetů ventilů Y2 a Y4 budou odpojeny, rovněž cívka Y3 zůstane kontaktem a1
odpojena. Cívka Y1 je připojena k napětí a píst válce A se začne vysouvat.
Koncový spínač a0 se rozpojí. Píst A dosáhne koncové polohy a kontakt a1 připojí cívku Y3.
Píst válce B se začne vysouvat, koncový spínač b0 se rozpojí. Po dosažení koncové polohy
pístem B se rozpojí kontakt b1 a odpadne cívka relé K1 a její kontakty se vrátí do výchozích
stavů. V tuto chvíli je k napětí připojena pouze cívka elektromagnetu Y4 a ta vrací píst válce
B do výchozí polohy. Po zasunutí pístu B dojde k sepnutí kontaktu b0 a začne zasouvání pístu
A do výchozí polohy. Obvod ukončil cyklus.
Spuštění dalšího cyklu je podmíněno dosažením výchozí polohy pístů (a0) a uzavřením
bezpečnostní zábrany (S2).
Stavový diagram
1
A
+
2
3
4
5
6
a1
a0
+
b1
B
b0
b0
S1
Ve stavovém diagramu je vyznačena činnost válců. Stisknutí tlačítka S1 způsobí vysouvání
pístu B. Sepnutí koncového spínače a1 je podmínkou pro vysunutí pístu B. Dosažení koncové
polohy rozepne spínač b1, píst B se zasune a sepnutí b0 je příčinou zasunutí pístu A.
Tým sestaví na panelu stavebnice obvod a vysvětlí jeho činnost a funkci jednotlivých prvků
obvodu. Odevzdá učiteli písemně zpracovaný postup a stavový diagram.
Hodnocení projektu
226
Slovník pojmů
nýtovací zařízení
riveting device
nýt
rivet
dvojčinný válec
5/2 bistabilní ventil N. O.
5/2 bistable valve N.O. (Normally Open)
koncový spínač
limit switch
cívka
coil
elektromagnet
solenoid
píst
piston
Použitá literatura
KOPÁČEK, J. ŽÁČEK, M. Pneumatická zařízení strojů 1. vydání Ostrava: VŠB – Technická
KOLEKTIV AUTORŮ,
Sobotáles, 2005 ISBN 80-86706-10-9
Návrh a výroba ramene otočného
mechanismu pneumatické linky
Lektoři: Stanislav Sýkora
229
Název:
Návrh a výroba ramene otočného mechanismu pneumatické linky
Autoři:
Sýkora Stanislav (vyučující odborného předmětu)
Realizace:
3. ročník (obor strojírenství)
Programování CNC strojů (učební praxe)
sociálních)
sám)
• podle délky: krátkodobý (8 vyučovacích hodiny v průběhu dvou
týdnů)
• podle počtu zúčastněných: tříčlenná skupina (tým)
Vytvořit NC program pro výrobu ramene otočného mechanismu
frézováním
Typ projektu:
Smysl
projektu:
Nakreslit výrobní výkres ramene (případně upínacího přípravku)
Vytvořit NC program pro výrobu ramene (resp. upínacího přípravku)
cíle:
• pochopí princip mechanismu a navrhne funkční prvek
• vytvoří NC program pro dané součásti
• seřídí stroj k výrobě součásti
činnosti:
vytvoření funkčního NC programu
výroba navržené součásti
Organizace:
Předpokládané metody slovní – rozhovor, přednáška, práce s textem (poznámky v sešitu,
výukové
metody:
Výstup:
230
Předpokládané poznámkový sešit, manuály, firemní dokumentace, PC s příslušným
softwarem, CNC frézka s nástroji
pomůcky:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
vyrobené součásti .
231
Projekt byl zadán žákům třetího ročníku oboru strojírenství se zaměřením na počítačovou
podporu konstrukce. Tento předmět je vyučován tři hodiny týdně v rámci předmětu Učební
praxe. Žáci jsou děleni na dvě skupiny. Maximální počet žáků ve skupině je 15. Cvičení
probíhá v prostorách dílen a učebna je vybavena výpočetní technikou a CNC stroji. Osnova
předmětu umožňuje zařazovat do výuky projekty – projektovou metodu vyučování.
Z toho vyplývá volba dvoučlenného (maximálně tříčlenného) týmu.
Z hlediska náročnosti je projekt použitelný i na těch odborných učilištích se zaměřením na
strojírenství, kde se studenti učí programovat CNC stroje.
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
Návrh a výroba ramene otočného mechanismu pneumatické
linky
• Pneumatická linka třídí dle rozměru výrobky na dobré a špatné.
Součástí této linky je otočný stůl a úchopová hlavice. Navrhni
rameno, které tyto dva komponenty spojí.
• Rozměry ramene jsou dány vzdáleností osy otočného stolu a
místa, ve kterém dochází k rozdělení výrobků na dobrý a špatný.
• Tvar ramen navrhni dle svého uvážení.
• Výrobní výkres ramene (resp. přípravku pro výrobu)
• NC program pro výrobu ramene (přípravku).
• Výrobek ramene.
• chápat principy programování CNC strojů
• vytvořit NC program a odladit jej
• dokázat navrhnout požadovanou součást
• nakreslit výrobní výkres součásti
• umět seřídit CNC stroj k výrobě
• celkem pět pracovních dnů
porovnávací test, zahájení práce v týmech (1vyučovací hodina)
• práce v týmech na návrhu součásti (2 vyučovací hodiny)
232
• samostatná práce v týmech (výrobní výkresy, obrys součásti
s podpůrnými body a jejich souřadnicemi)
• tvorba NC programu a jeho odladění (1vyučovací hodina)
• příprava a seřízení stroje k výrobě (1 vyučovací hodina)
• vlastní výroba součásti (1 vyučovací hodina)
• samostatná práce v týmech (příprava prezentace projektu)
5. den ( 2 vyučovací hodiny)
• porovnávací test, prezentace projektu, odevzdání výstupů,
hodnocení
Datum zadání:
• odevzdání vyrobené součásti
• výroba součásti – učitel a spolužáci
Datum
16.února 2010
2. března 2010
ukončení:
Porovnávací test
Příklad testu:
1.
2.
3.
4.
5.
Jak nazýváme počátek souřadného systému CNC stroje
Jaký je rozdíl mezi funkcemi G2 a G3.
Co jsou to pevné cykly a jakou mají všechny stejnou vlastnost.
Proč při programování používáme funkce dráhových korekcí
Jaký je rozdíl mezi programem a podprogramem.
233
Řešitel – žák musí mít základní znalosti principů programování CNC strojů, konstrukce
součástí mechanismů, seřizování CNC strojů.
SOUŘADNÝ SYSTÉM FRÉZKY
Souřadný systém XYZ je definován v souladu s normami ISO jako pravoúhlý, pravotočivý.
Osa Z je vždy rovnoběžná s osu vřetene, osa X vždy leží v rovině upínacího stolu. Souřadný
systém pro svislou i vodorovnou polohu vřetene včetně vyznačení kladných směrů je na
následujícím obrázku.
G0 RYCHLÉ POLOHOVÁNÍ
Adresy: X Y Z A
Příklady zápisu:
N24 G0 X51 Y5.67 Z48.275
Funkce G0 se používá pro rychlé přestavení nástroje mimo záběr. Funkce G0 vykonává
současný pohyb v osách X Y Z tak, že výsledná dráha pohybu je přímková.
G1 LINEÁRNÍ INTERPOLACE
Adresy: X Y Z F
Příklady zápisu:
N10 G1 X6.33 Y7.40 Z-76.50 F200
Funkce G1 je základní pohybová funkce určená pro obrábění. Pohyb nástroje se vykonává
opět po přímce jako u funkce G0, ale rychlost pohybu je volitelná a zadává se adresou F posuv.
G2 KRUHOVÁ INTERPOLACE VE SMĚRU HODINOVÝCH RUČIČEK
G3 KRUHOVÁ INTERPOLACE PROTI SMĚRU HODINOVÝCH RUČIČEK
Adresy: X Y Z R/(I J K) F
Příklady zápisů:
N10 G3 X46.7 Y25.89 R31.5 F300
234
N50 G2 X15.7 Y56.9 I13.7 J2.6 F140
Funkce G2 a G3 vykonávají současný pohyb ve dvou osách tak, že výsledná dráha pohybu
leží na kružnici. Nejčastěji se používá kruhová interpolace mezi osami X a Y, možná je i
kombinace XZ YZ. Obdobně jako u předchozích funkcí je možno programovat buď absolutně
(v příslušných adresách se potom zapisují souřadnice koncového bodu kruhového oblouku),
nebo přírůstkově (zapisuje se délka dráhy v jednotlivých osách).
Pro úplný popis kruhové dráhy je možno použít dvou způsobů, které se střídavě používají u
řídících systémů: programovat ještě adresu R (poloměr kruhového oblouku), nebo adresy
interpolačních parametrů I J K (vždy pouze dvojice parametrů odpovídající rovině kruhového
oblouku), které udávají polohu středu kruhového oblouku. Při absolutním programování jsou
adresy I J K souřadnice středu vzhledem k počátku souřadnic, při přírůstkovém programování
jsou vztaženy k počátečnímu bodu kruhového oblouku.
G26 SKOK DO PODPROGRAMU
Adresy: L H
Příklad zápisu:
N60 G25 L200 H3
Podprogramy se nejčastěji používají pro urychlení zápisu programu, ve kterém se některé
tvarové prvky vícekrát opakují. Část programu pro obrobení těchto opakujících se prvků se
zapíše pouze jednou jako tzv. podprogram a na vhodném místě se funkcí G26 vyvolá.
Podprogramy se zapisují za hlavní program, který musí být ukončen funkcí M30. Každý
podprogram musí být ukončen funkcí M17.
Funkce G26 zapsaná v hlavním programu vyvolá skok v běhu programu na adresu L
podprogramu. Po ukončení podprogramu funkcí M17 se řídící systém vrátí do hlavního
programu na blok, který následuje za blokem, ze kterého byl skok proveden. Adresa H
umožňuje několikanásobné opakování podprogramu. Pokud adresa H není zapsána systém
provede podprogram pouze jednou.
G40 ZRUŠENÍ KOREKCE
Adresy: bez adres
Příklad zápisu:
N78 G40
Funkcí G40 se ruší dosud nastavené korekce (G41 nebo G42). Funkci je vhodné aplikovat
vždy při dokončení kontury s požadovanou korekcí na průměr nástroje před odjetím do
výchozího bodu. Při spuštění programu je funkce G40 vždy nastavena automaticky a je
vypsána v oknu Programované funkce.
G41 KOREKCE ZPRAVA
G42 KOREKCE ZLEVA
Adresy: bez adres
Příklady zápisu:
N25 G41
N66 G0 X10 Y12 Z106 G42
235
Funkce G41 a G42 umožňují programovat požadovaný tvar obrobku bez ohledu na použitý
průměr nástroje. Funkce zabezpečí přesunutí skutečné dráhy nástroje na ekvidistantu k dráze
programované. Funkce G41 se používá pokud má obráběná plocha ležet vpravo od dráhy
nástroje, funkce G42 pro plochu ležící vlevo od dráhy nástroje. Obě funkce G41 a G42
korigují dráhu zapsanou funkcemi G0, G1, G2, G3, pro jiné funkce jejich použití nemá smysl
PEVNÉ CYKLY
Skupina funkcí G71 až G85 se souhrnně nazývá pevné cykly. Tyto funkce umožňují výrazně
zkrátit pracnost programování často se opakujících tvarů a zkrátit celkovou délku programu.
Každý pevný cyklus má určenou sekvenci pohybů, tzv. úseků, kterou by jinak bylo nutno
programovat funkcemi G0, G1, G2, G3 a G4.Společnou vlastností všech cyklu je návrat do
výchozího bodu (tedy bodu, ve kterém byl cyklus volán) po ukončení cyklu. Všechny cykly je
možno zadat jak v absolutních tak přírůstkových souřadnicích.
G73 CYKLUS PRO OBDÉLNÍKOVÉ VYBRÁNÍ
Adresy: X Y Z U F
Příklad zápisu:
N16 G73 X25 Y18.7 Z-10 W3 F180
Funkce G73 slouží k vyfrézování obdélníkové dutiny v materiálu postupným frézováním po
vrstvách. Rozměry dutiny se zadávají pomocí adres X Y Z. Adresa W udává hloubku
materiálu odebraného v jedné vrstvě. Funkce G73 začíná v bodě, který je umístěn nad
libovolným teoretickým rohem požadovaného vybrání. Do tohoto bodu musí být nástroj
zaveden předcházejícími bloky programu. Pokud je zadán nulový průměr, systém vyhlásí
chybu. Pokud by zadaný průměr nástroje byl větší než šířka nebo délka vybrání, vyhlásí
systém opět chybu.Velikost překrytí stop nástroje při frézování je dána nastavením
v uživatelských konstantách.
G75 CYKLUS PRO KRUHOVÉ VYBRÁNÍ
Adresy: D Z W F
Příklad zápisu:
N60 G75 D40 Z-5 W2 F80
Funkce G75 se používá pro výrobu kruhového vybrání o průměru D a hloubce Z (zadané
absolutně nebo přírůstkově) postupným frézováním po třískách W. Cyklus začíná a končí nad
středem kruhového vybrání.
G77 CYKLUS PRO FRÉZOVÁNÍ VNITŘNÍCH ZÁVITŮ
Adresy: DZWHF
Příklady zápisu:
N102 G77 D30 Z10 W2.5
N54 G77 D45 Z-15.4 W3 H1 F120
Funkce G 77 slouží k vyfrézování vnitřního závitu hřebínkovou frézou. Nástroj se při
frézování pohybuje po šroubové dráze jednoho závitu plus nutné překrytí. V adrese D se
236
zapisuje velký průměr závitu, v adrese W stoupání závitu. Adresa Z určuje konečnou polohu
nástroje při výběhu ze závitu. Frézování začíná ve výchozí poloze v ose budoucího závitu ve
výšce, která je zhruba o hodnotu stoupání W posunutá od konečné polohy. Pomocí adresy H
se určuje smysl stoupání případně další parametry závitu. H0 určuje pravý závit H1 levý závit.
(pokud není H zapsáno, platí H0.) Celkový sled pohybů ve funkce G77 je tento: Nájezd v ose
Z do výchozí polohy pro frézování, nájezd nástroje šroubovým pohybem obloukem na
požadovaný průměr D, frézování šroubovým pohybem v délce jednoho závitu, výjezd
šroubovým pohybem ze závitu do osy otvoru, vyjetí z otvoru do výchozí polohy cyklu.
G81 VRTACÍ CYKLUS
Adresy: Z F
Příklad zápisu:
N58 G81 Z-15 F70
Funkce G81 se používá pro jednodušší zápis vrtací operace. Nástroj se pohybuje pracovním
posuvem v ose Z do zadané hloubky a potom se rychloposuvem vrací do výchozího bodu.
G83 VRTACÍ CYKLUS S VÝPLACHEM
Adresy: Z W F
Příklad zápisu:
N80 G83 Z-60 W7 F50
Funkce G83 se používá pro rychlý zápis sledu pohybů pro postupné vrtání hlubokého otvoru,
při kterém je třeba několikrát vrtání přerušit a nástroj vysunout pro odstranění třísek. Celková
hloubka otvoru se zadává v adrese Z (absolutně nebo přírůstkově), v adrese W se zadává
hloubka vrtaná najednou.
M3 START VŘETENA DOPRAVA
M4 START VŘETENA DOLEVA
Adresy: S
Příklad zápisu:
N4 M3 S2750
Funkce M3 (M4) spouští otáčení vřetena otáčkami zapsanými v adrese S. V případě, že se již
vřeteno otáčí, nastavuje funkce otáčky nově zadané. Funkce má trvalou platnost buď do
zastavení vřetena funkcí M5 nebo do ukončení programu, popřípadě do ručního zásahu
v režimu ruční řízení.
M5 ZASTAVENÍ VŘETENA
Adresy: bez adres
Příklad zápisu:
N300 M5
Funkce M5 zastaví otáčení vřetena. Běh programu pokračuje po dosažení nulových otáček.
237
M6 VÝMĚNA NÁSTROJE
Adresy: T
Příklad zápisu:
N7 M6 T5
Funkce M6 zastaví běh programu na neomezenou dobu, zastaví otáčení vřetena, vypíše
hlášení VYMĚNA NÁSTROJE a umožní tak ruční nebo automatickou výměnu nástroje. Po
opětovném spuštění běhu tlačítkem START (nebo po ukončení cyklu automatické výměny)
se vřeteno roztočí na původní otáčky a v ose Z se provede posunutí odpovídající rozdílu mezi
délkovou korekcí dosud nastavenou a délkovou korekcí nového nástroje. Potom řídící systém
přejde na další blok programu
M8 SPUŠTĚNÍ CHLAZANÍ
M9 VYPNUTÍ CHLAZENÍ
Adresy: bez adres
Příklad zápisu:
N12 M8
M17 KONEC PODPROGRAMU
Adresy: bez adres
Příklad zápisu:
N250 M17
Funkcí M17 se povinně ukončuje každý podprogram. Funkce vrací řídící systém zpět na blok
následující za blokem, ze kterého byl skok do podprogramu proveden.
238
Seřízení CNC frézky VMC 100 (výrobce Emco Maier, Rakousko)
Po spuštění stroje je nutno aktivovat Referenční bod stroje.
Aktivace se provádí v Ruční režimu stroje tímto způsobem:
1.
2.
3.
4.
Tlačítkem CE smazat chybové hlášení
Tlačítkem AUX ON aktivovat ochranné obvody
Aktivovat tlačítko REFERENZ
Stisknout tlačítko CYCLE START
Odměření vzdálenosti rohu svěráku od Nulového bodu stroje (osy X,Y)
Provádí se v Ručním režimu pomocí dotykové sondy nebo excentrického dotykového měřidla
(EDM) a měřícího systému stroje.
Excentrické dotykové měřidlo
X´,Y´……hodnoty naměřené pomocí měřícího systému stroje
X, Y …..hodnoty skutečné
X = X´- poloměr EDM
Y = Y´- poloměr EDM
Poznámka: maximální otáčky pro měření – 700ot/min
239
Odměření nulového bodu obroku od Nulového bodu stroje (osa Z)
Provádí se v Ručním režimu pomocí dotykové sondy nebo nulového nástroje a měřícího
systému stroje.
Nulový nástroj
Měření vzdálenosti v ose Z
Z……naměřená vzdálenost
Poznámka: měření provádíme bez spuštěných otáček najíždíme na tenký papírek položený na
povrch obrobku.
Zápis naměřených hodnot do tabulky PSO (posunutí nulového bodu)
Naměřené hodnoty zapisujeme do tabulky PSO. Tabulka má 5 řádků a každý řádek odpovídá
jedné z funkcí, které v programu posunují počátek souřadného systému.
Tabulka PSO
Číslo řádku
1
2
3
4
5
X
245,621
Y
89,325
Z
51.658
Odpovídající fce
G54
G55
G57
G58
G59
240
Načte-li řídící systém v NC programu např. G54, posune počátek souřadného systému o
hodnoty, které jsou zapsány v tabulce PSO na prvním řádku.
Zápis naměřených hodnot do tabulky PSO
Zápis se provádí v Režimu EDIT a tabulka se vyvolá stisknutím tlačítek SHIFT+PSO.
Příslušný řádek se aktivuje stisknutím klávesy odpovídající řádku (1-5).
Odměření délkových korekcí nástrojů
Toto měření provádíme v RUČNÍM režimu. Porovnáváme délky jednotlivých nástrojů vůči
nulovému nástroji a tyto rozdíly délek se automaticky zapisují do tabulky nástrojových dat na
příslušné řádky (např. přiřadíme-li nástroji délkovou korekci 10, zapíše se rozdíl na 10. řádek
tabulky korekcí).
Postup při měření:
Krok první: nulovým nástrojem najedeme na povrch součásti, při dotyku nástroje povrchu
zadáváme:tlačítka SHIFT + TO a zapíšeme číslo korekce (pro nulový nástroj vždy 00) a
potvrdíme.
Krok druhý: nastavíme další nástroj do pracovní polohy, najedeme čelem nástroje na povrch
obrobku a zadáváme: SHIFT + TO 05 a potvrdíme
Tímto způsobem odměříme postupně všechny nástroje, které bude při obrábění používat.
241
Návrh ramene:
Tabulka souřadnic podpůrných bodů:
Podpůrné body
P1
P2
P2´
P3
P4
P5
P6
P7
X
-26.5
-52.5
-121.0
-113.0
-122.0
-122
-116.235
-55.572
Y
-27.5
-10.127
-41.493
-21.507
-18.503
-36.497
-42.493
-44.873
242
P8
P9
P10
P11
P12
P13
P14
P15
P0
Ps
-49.755
-49.755
-55.572
-116.235
-27.480
-128.5
-128.5
-27.480
-25.0
20.0
-36.676
-13.705
-10.127
-12.507
-2.519
-6.484
-48.516
-52.481
10.0
20.0
Program :
/polotovar : 130 x 55 x 20, nulový bod : v pravém horním rohu
N10
N20
N30
N40
N50
N60
N70
N80
N90
N100
N110
N120
N130
N140
N150
N160
N170
N180
N190
N200
N210
N220
N230
N240
N250
N260
N270
N280
T01
G0
G26
G0
G26
G0
G26
G0
G26
G0
G26
G0
T02
G0
G81
G0
G81
G0
G81
G0
G81
G0
t03
G0
G83
G0
G83
G0
M3
X-160
L610
X-160
L610
X-160
L610
X-160
L610
X-160
L610
X-160
s1500
X-116
X-112
X-116
X-26.5
Y-40
S400
z-2
Y-40
Z-4
Y-40
Z-6
Y-40
Z-8
Y-40
z-10
Y10
Z10
/čtyřbřitá fréza d32
/středící vrták
Y-18.5 Z-8
Z-12
Y-27.5 Z-8
Z-12
Y-36.5 Z-8
Z-12
Y-27.5 Z2
Z-3
Y10
Z5
X-26.5
s800
X-26.5 Y-27.5 Z2
Z-23
W9
X-116 Y-36.5 Z-8
Z-23
W9
X-112 Y-27.5 Z-8
F30
F30
F30
F30
/vrták d5
F60
F60
243
N290
N300
N310
N320
N330
N340
N350
N360
N370
N380
N390
N400
N410
N420
N430
N440
N450
N460
N470
N480
N490
N500
N510
N520
N530
G83
G0
G83
G0
t04
G0
G81
G0
G81
G0
G81
G0
G81
G0
T05
G0
G77
G0
G77
G0
G77
G0
G77
G0
M30
N610
N620
N630
N640
N650
N660
N670
N680
N690
G0
G1
G1
G2
G2
G1
G1
G0
m17
X-116
X-116
s400
X-116
X-112
X-116
X-26.5
X-26.5
S100
X-26.5
D6
X-116
D6
X-112
D6
X-116
D6
X-116
Z-23
W9
Y-18.5 Z-8
Z-23
W9
Y10
Z5
F60
F60
/záhlubník
Y-18.5 Z-8
Z-12
Y-27.5 Z-8
Z-12
Y-36.5 Z-8
Z-12
Y-27.5 Z2
Z-3
Y10
Z5
F30
F30
F30
F30
/hřebínková fréza M6
Y-27.5 Z2
Z-23
Y-36.5 Z-8
Z-23
Y-27.5 Z-8
Z-23
Y-18.5 Z-8
Z-23
Y10
Z5
X-147 Y-40
X-70
Y-40
X-57.5 Y-27.5
X 4.5
Y-27.5
X-57.5 Y-27.5
X-70
Y-10
X-147 Y-10
X-160 Y-40
W1
F60
W1
F60
W1
F60
W1
F60
F100
F100
R31
F100
R31
F100
F100
F100
244
Návrh přípravku pro výrobu ramene:
Tabulka souřadnic podpůrných bodů přípravku:
Podpůrné body
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
P9
P10
P11
X
-147.0
-70.0
-57.5
4.5
-70.0
-147.0
-116.0
-112.0
-116.0
-26.5
-116.0
Y
-40.0
-40.0
-27.5
-27.5
-10.0
-10.0
-18.5
-27.5
-36.5
-27.5
10.0
245
Program :
/polotovar:130x55x12, nulový bod:v pravém horním rohu
N10
T01
M3
S2000
/středící vrták
N20
G0
X-26.5 Y-27.5 Z2
N30
G81
Z-3
F40
N40
G0
X-25
Y10
Z5
N50
m6
T02
s800 /vrták d5
N60
G0
X-26.5 Y-27.5 Z2
N70
G83
Z-16
W8
F50
N80
G0
X-25
Y10
Z5
N90
M6
T03
s600 /dvoubřitá fréza d16
N100
G0
X-52.5 Y-13.5 Z1
N110
G73
X-120.0 Y-41.5 Z-13
W2
F80
N120
G0
X-26.5 Y-27.5 Z1
N130
G75
D30
Z-13
W2
F80
N140
G0
X-25
Y10
Z1
N150
m6
T04
s1000 /čtyřbřitá fréza d10
N160
G0
X-113 Y-21.5 Z1
N170
G1
X-113 Y-21.5 Z-2
F50
N180
G26
L690
N190
G1
X-113 Y-21.5 Z-4
F50
N200
G26
L690
N210
G1
X-113 Y-21.5 Z-6
F50
N220
G26
L690
N230
G1
X-113 Y-21.5 Z-8
F50
N240
G26
L690
N250
G1
X-113 Y-21.5 Z-10
F50
N260
G26
L690
N270
G1
X-113 Y-21.5 Z-12
F50
N280
G26
L690
N290
G1
X-113 Y-21.5 Z-12
F50
N300
G26
L690
N310
G0
X-113 Y-21.5 Z2
N320
G0
X20
Y20
Z5
N330
m30
n500
N510
N520
N530
n540
N550
N560
G42
G1
G1
G1
G1
G3
G40
X-26.5
X-128.5
X-128.5
X-26.5
X-26.5
Y-2.519 Z-2
Y-6.484 Z-2
Y-48.516 Z-2
Y-52.481 Z-2
Y-2.519 Z-2
A0
A0
A0
A0
R25
F100
F100
F100
F100
F100
246
N570
N690
n700
N710
N720
N730
N740
N750
N760
N770
N780
N790
N800
N810
G0
G41
G1
G1
G3
G1
G3
G2
G3
G1
G3
G40
G0
M17
X-30
Y15
Z5
X-122 Y-18.503
X-122 Y-36.497
X-116.235 Y-42.493
X-55.572 Y-44.873
X-49.755 Y-36.676
X-49.755 Y-18.324
X-55.572 Y-10.127
X-116.235 Y -12.507
X-122 Y-18.503
X-113
A0
R6
R6
R25
R6
R6
F100
F100
F100
F100
F100
F100
F100
F100
F100
Y-21.507
funkčnost.
Hodnocení projektu
Slovník pojmů
souřadnice
nulový bod
nástroj
výrobek
svěrák
CNC stroj
frézka
rychloposuv
měření
obrys, kontura
obrábění
posuv (strojní)
rameno otočného mechanismu
coordinate
zero point
tool
product
vice
CNC machine
milling machine
rapid
measuring
contour
cutting
feed
arm of slewing gear
Literatura:
Manuál řídícího systému Mikroprog [online][cit.12. 12. 2010] dostupné na internetu
<http://www.mikronex.cz/page9.html>
NC program pro frézování dutiny zápustky
pro výkovek ozubeného kola
Lektor: Stanislav Sýkora
249
Název:
Autoři:
Realizace:
Typ projektu:
Smysl
projektu:
NC program pro frézování dutiny zápustky pro výkovek ozubeného
kola
Sýkora Stanislav (vyučující odborného předmětu)
4. ročník (obor strojírenství)
Programování CNC strojů a CAD/CAM systémy
školní rok 2009/2010
• podle účelu: konstruktivní, směřující k získání dovedností (i
sociálních)
• podle informačních zdrojů: vázaný (informační materiál byl žákovi
poskytnut)
• podle délky: krátkodobý (8 vyučovacích hodin v průběhu dvou
týdnů)
• podle organizace: více předmětové
Navrhnout dutinu zápustky pro výkovek ozubeného kola
Nakreslit a zakótovat výkovek ozubeného kola
Nakreslit a zakótovat sestavu dutiny zápustky pro tento výkovek
Vymodelovat horní a spodní část dutiny zápustky
Vytvořit pomocí CAD/CAM systému SURFCAM NC programy pro
výrobu dutin zápustky frézováním
cíle:
• navrhne tvar a velikost výkovku
• navrhne tvar dutiny zápustky
• vytvoří NC program pro obrobení dutiny zápustky
činnosti:
navržení fungujícího modelu
Organizace:
učebnice), brainstorming, diskuse
výukové
Výstup:
NC program pro frézování dutiny zápustky pro výkovek ozubeného kola
250
Předpokládané poznámkový sešit, učebnice, dokumentace
pomůcky:
metody:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
251
Projekt byl zadán žákům čtvrtého ročníku oboru strojírenství se zaměřením na počítačovou
podporu konstrukce v rámci předmětu Programování CNC strojů A CAD/CAM systémy.
Tento předmět je vyučován čtyři hodiny týdně. Žáci jsou děleni na dvě skupiny. Maximální
počet žáků ve skupině je 15. Vyučování probíhá v prostorách dílen a učebna je vybavena
výpočetní technikou s potřebným softwarem. Osnova předmětu umožňuje zařazovat do
výuky projekty – projektovou metodu vyučování.
Volba dvoučlenného (maximálně tříčlenného) týmu vyplynula z náročnosti zadání a
z požadovaných výstupů.
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
NC program pro frézování dutiny zápustky pro výkovek
ozubeného kola
• S využitím svých dosavadních znalostí, výkresu ozubeného kola
a přiložených materiálů navrhni výkovek ozubeného kola
• S využitím svých dosavadních znalostí, výkresu výkovku a
přiložených materiálů navrhni dutinu zápustky
• Vymodeluj dutiny (spodní a horní) zápustky a vytvoř NC
program pro jejich vyfrézování
• Výkres výkovku ozubeného kola
• Výkres sestavy dutiny zápustky
• Modely dutin (spodní a horní) zápustky
• NC programy pro frézování dutin zápustky
• princip zápustkového kování
• postup při návrhu výkovku
• postup při návrhu dutiny zápustky
• pojem dělící rovina a její umístění
• modelování v CAD/CAM systému
• tvorba CNC programu v CAD/CAM systému
• celkem čtyř pracovních dnů
252
Datum zadání:
porovnávací test, zahájení práce v týmech (2 vyučovací hodiny)
• samostatná práce v týmech, návrh výkovku (2 vyučovací hodiny)
• kreslení a kótování výkovku (samostatná práce v týmech)
• kreslení a kótování sestavy dutiny zápustky (samostatná práce
v týmech)
4. den (4 vyučovací hodiny)
• modelování dutin zápustky a tvorba NC programů pro jejich
výrobu ( 3 vyučovací hodiny)
• porovnávací test, odevzdání výstupů, hodnocení (1 vyučovací
hodina)
• simulace procesu frézování dutin zápustky na PC– učitel a
spolužáci
Datum
20. dubna 2010
27. dubna 2010
ukončení:
Porovnávací test
Příklad testu:
1.
2.
3.
4.
Jaké jsou výhody zápustkového kování?
Co je to dělící rovina a kde bývá nejčastěji umístěna?
Vysvětli, proč zápustka musí být dělená?
Které funkce použiješ při tvorbě NC programu?
253
Řešitel – žák musí mít základní znalosti principů zápustkového kování, umět zpracovat
výkres, pracovat s technickou literaturou, ovládat příslušný software.
Návrh výkovku vychází z výrobního výkresu Ozubeného kola Potom se postupuje dle
přiloženého schématu:
Výrobní výkres součásti
Výrobní výkres součásti je výchozím dokumentem pro návrh výkovku.
Návrh výkovku (zápustkového)
1. Výrobní výkres výkovku se kreslí (pokud možno) v měřítku 1:1 v poloze, v jaké leží
v zápustce (ve výrobní poloze).
2. Tvar a umístění dělící plochy (roviny) DR – DR má být pokud možno rovinná a je
nutno určit umístění dělící roviny. Tato se pokládá do roviny dvou největších
vzájemně kolmých rozměrů nebo do roviny souměrnosti výkovku. Dělící rovina se
označuje ležatým křížkem na každé straně výkovku a písmeny DR. Rozdělení
výkovku má být symetrické.
3. Přídavky na obrábění po (mm) se určují podle druhu použitého tvářecího stroje
(viz.tab.1 – ČSN 429030)
4. Pro snadné vyjímaní výkovků a lepší zabíhání materiálu při tváření má výkovek
úkosy (tab.č.2 – ČSN 429030) a závisí zejména na druhu použitého tvářecího stroje
(úkosy pro buchar se dělají dvakrát větší než úkosy pro lis). Podle místa kde se
nachází lze úkosy dělit na vnitřní (bývají přibližně dvakrát větší než úkosy vnější) a
vnější
5. Pokud součást obsahuje otvory, je nutné určit, zda budou předkovány. Vyrobit
zápustkovým kováním průchozí díru není možné a proto u těch otvorů, které se
předkovávají, zůstává v díře přebytečný materiál, který se nazývá blána. Tato blána
se později, v rámci úprav výkovku, proděruje v tzv. děrovací zápustce. Tloušťka
blány tbl se určuje podle ČSN 429030 a tab.č.3.
6. Na všech přechodech (mimo přechodů v dělící rovině) je nutno provést
zaoblení(tab.č.4) – i toto zaoblení určuje ČSN 429030. Rovněž zaoblení patří mezi
technologické přídavky a hodnoty zaoblení mají své mezní výrobní úchylky(tab.č.7).
7. Nyní je možné určit rozměry výkovku, stupně přesnosti a výrobní tolerance i mezní
výrobní úchylky.
8. Výrobní výkres výkovku – konečný tvar součásti se kreslí tenkou čerchovanou čarou,
obrys výkovku, dělící rovina a její označení potom plnou tlustou čarou. Výkres
výkovku musí obsahovat všechny nezbytné rozměry a řezy nutné pro konstrukci
dutiny zápustky. Rozměry na výkrese musí obsahovat všechny úchylky rozměrů a
tvarů, pokud nejsou uvedeny samostatně jako hodnoty platné pro celý výkovek
(tab.č.5) (umístění na výkrese – pravý horní roh pod uvedením drsnosti).
254
Zápustka pro výkovek „ozubené kolo“
Vlastnosti tvářeného materiálu
Z vlastností tvářeného materiálu je pro další výpočet nejdůležitější smrštění materiálu –
výkovek je z oceli 12010 a podle tab. č.6 činí smrštění materiálu pro běžné oceli
zvoleno smrštění 1,3
.
Použitý tvářecí stroj
Viz zadání: buchar
Počet operací potřebných ke zhotovení výkovku (kovací postup)
Kovací postup bude značně zjednodušen – předpokládá se výroba výkovku pouze na jednu
operaci zápustkového kování (vzhledem k tomu, že se jedná o kování na bucharu tak na 3 až 5
rázů).
Tvar a rozměry dutiny
Tvar zápustkové dutiny je dán tvarem výkovku. Rozměry zápustkové dutiny rovněž vyplývají
všechny rozměry dutiny,
z rozměrů výkovku, jsou ovšem upraveny o smrštění materiálu
dávající výkovku vnější tvar budou o smrštění materiálu větší (s kladnými úchylkami) a
rozměry dutiny (předkovací trn), dávající výkovku vnitřní tvar budou o smrštění menší (se
zápornými úchylkami).
V našem případě jsme pro zjištění základních rozměrů zápustky použili metodu konstrukční a
zjištění rozměrů odměřením na výkrese.
Dalším krokem je zjištění tvaru rozměrů výronkové drážky
Tvar a rozměry výronkové drážky
Vzhledem k tomu, že se jedná o kování nepříliš složitého výkovku na bucharu byla zvolena
výronková drážka typ I.(obvyklý).
Určení výšky výronku hv (mm).
hv = (0,015
0,012) x
Kde je zvoleno 0,015 pro malé výkovky
F….. průmět plochy výkovku v ploše kolmé ke směru rázu (cm2)
F=
x
= 3,14 x
F = 69,4 cm2
hv = 0,015 x
= 0,015 x
hv = 0,125 mm
Vypočítaná hodnota hv se potom zaokrouhlí podle tab.č.12
hv = 0,6 mm.
255
Přechod tvaru do dělící plochy rm (mm) :
rm =
+ 0,04xHD
Kde HD ………hloubka dutiny (mm) : HD = 26mm.
rm =
0,04x26
rm = 1,082 mm a takto vypočítaná hodnota se zaokrouhlí na rmmax = 3 mm Z tab.č.12 dále
vyplývají ostatní hodnoty nutné pro konstrukci výronkové drážky:
nz = 3 mm
sm = 6 mm
sz = 18 mm
Opracování zápustky
•
•
•
•
dokončovací dutina Ra =0,8
dosedací plochy Ra = 1,6
můstek Ra = 0,8
ostatní vnější plochy Ra = 12,5
Materiál zápustky a jeho tepelné zpracování
Zvolena nástrojová ocel legovaná pro práci za tepla 19662. Poněvadž zápustková dutina není
hluboká (HD = 26 100 mm) bude základní tepelné zpracování:
ZUŠLECHTĚNO 1500 1600
.
Návrh a výrobní výkres výkovku „ozubené kolo“.
Výchozí údaje – zejména viz výrobní výkres součásti „ozubené kolo“. Jelikož se jedná o
součást z oceli 12010 bude návrh výkovku proveden podle ČSN 429030 Výkovky ocelové
zápustkové.
Přesnost provedení: ČSN 429030.1 – obvyklé provedení
Přídavky na obrábění: přídavky na obrábění p0 = 2 mm (tab.č.1)
Dělící plocha: dělící rovina DR je umístěna do průsečíku dvou největších vzájemně kolmých
rozměrů (viz. Výrobní výkres výkovku „ozubené kolo).
256
Technologické přídavky udává opět ČSN 429030:
Úkosy (tab.č.2)
• vnější: úvnějb =7°
• vnitřní: úvnitb = 10°
• blána – nejmenší tloušťka blány tbl = 7 mm (tab.č.3)
• zaoblení hran a přechodů (mimo přechodů v dělící rovině) : při stanovení zaoblení hran
a přechodů se postupuje podle výkresu a pomocí poměrů
(resp. ) a tab.č.4 se určí
patřičné zaoblení.
=
0,4
=
0,2
=
=
0,5
0,15
Kde: h (H)…….hloubka uvažované dutiny, resp. Uvažovaný rozměr (mm)
f…………..vnější rozměr přináležící k uvažované dutině (mm)
porovnáním takto vypočítaných poměrů s tabulkou č.4 je zřejmé, že poloměry zaoblení
přechodů (vnitřní) Rvýk = 6mm a poloměry zaoblení hran (vnější) rvýk = 2mm. Hodnoty
zaoblení hran a přechodů mají také mezní úchylky uvedené v tab.č.31 (ČSN 429030), takže:
Rvýk = 6
mm
rvýk = 2
mm
257
Tvar a rozměry dutiny
Tvar zápustkové dutiny je dán tvarem výkovku. Rozměry zápustkové dutiny rovněž vyplývají
z rozměrů výkovku, jsou ovšem upraveny o smrštění materiálu
všechny rozměry dutiny,
dávající výkovku vnější tvar budou o smrštění materiálu větší (s kladnými úchylkami) a
rozměry dutiny (předkovací trn), dávající výkovku vnitřní tvar budou o smrštění menší (se
zápornými úchylkami).
Největší průměr dutiny ∅DD (mm)
∅DD = ∅dvýk x 1,013 = 94,6 x 1,013
∅DD = ∅95,8
+0,3
mm
Průměr předkovacího trnu фdpt
∅dpt = ∅Dvýk2 - –
x 1, 013 = 35,4 – 0.354 x 1,013
∅dpt = 35-0,1mm
Průměr dutiny v horní části zápustky фD Dd = 60,1+0,2mm
Hloubka dutiny v dolní zápustce HDdz = 14,2 + 0,05 mm
Hloubka dutiny v horní zápustce celková HDhzc = 26,4 +0,1 mm
Hloubka dutiny v horní zápustce menší HDhzm = 14,2 + 0,05mm
Tvar a rozměry předkovacích trnů odpovídají svými rozměry tvaru a rozměrům předkovaných
dutin ve výkovku, jsou ovšem menší o smrštění materiálu.
258
Tvar a rozměry výronkové drážky
Vzhledem k tomu, že se jedná o kování nepříliš složitého výkovku na bucharu byla zvolena
výronková drážka typ I.(obvyklý).
Určení výšky výronku hv (mm).
hv = (0,015
0,012) x
Kde je zvoleno 0,015 pro malé výkovky
F….. průmět plochy výkovku v ploše kolmé ke směru rázu (cm2)
F=
x
= 3,14 x
F = 69,4cm2
hv = 0,015 x
= 0,015 x
hv = 0,125mm
Vypočítaná hodnota hv se potom zaokrouhlí podle tab.č.12
Přechod tvaru do dělící plochy rm (mm) :
rm =
hv = 0,6mm.
+ 0,04xHD
Kde HD ………hloubka dutiny (mm) : HD = 26mm.
rm =
0,04x26
rm = 1,082mm a takto vypočítaná hodnota se zaokrouhlí na rmmax = 3mm Z tab.č.12 dále
vyplývají ostatní hodnoty nutné pro konstrukci výronkové drážky:
nz = 3mm
sm = 6mm
sz = 18mm
259
Opracování zápustky
• dokončovací dutina Ra =0,8
• dosedací plochy Ra = 1,6
• můstek Ra = 0,8
• ostatní vnější plochy Ra = 12,5
Materiál zápustky a jeho tepelné zpracování
Zvolena nástrojová ocel legovaná pro práci za tepla 19662. Poněvadž zápustková dutina není
hluboká (HD = 26 100mm) bude základní tepelné zpracování:
ZUŠLECHTĚNO 1500 1600
.
NC programy:
Spodní část zápustky
260
Horní část zápustky
261
ostatním týmům. Jednotlivé skupiny provedou simulaci svých NC programů.
Hodnocení projektu
262
Slovník pojmů
ozubené kolo
gear
výkovek
forging
zápustka
swage
kovat (v zápustce)
drop forge
otvor
hole
forma (vstřikolisu)
mould (injection)
drážka
slot, groove
přídavek na obrábění machining allowance
tepelné zpracování
heat-treatment
konstrukce (návrh)
design
dutina (zápustky)
die impression
Literatura
ING, JAN ŠANOVEC,CSC. Technologická cvičení – Návrh technologie zápustkového kování,
Praha1987,SNTL
ING.MOJMÍR KRÁL, ING.MIROSLAV KUBÍČEK Objemové tváření za tepla, materiály vydané a
používané na SŠP Sokolská Brno
263
Přílohy :
Tabulky:
Tab. č. 1: Přídavek na obrábění ploch pro obvyklé provedení výkovků
Největší průměr; střední
hodnota šířky a délky
Výrobku ve směru kolmo
k rázu (mm)
přes
25
40
63
100
160
250
400
630
Největší výška hotového výrobku (mm)
přes
do
do
25
40
63
100
160
250
400
630
1000
25
1,5
1,5
2,0
2,0
2,0
2,5
2,5
2,5
3,0
25
40
63
100
60
250
400
40
63
100
160
250
400
630
3,5
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
4,5
5,0
5,5
6,0
Přídavek na obrábění p0 (mm)
1,5
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,5
2,5
2,0
2,0
2,5
2,5
2,5
2,0
2,5
2,5
2,5
3,0
2,5
2,5
2,5
3,0
3,5
2,5
2,5
3,0
3,5
3,5
2,5
3,0
3,5
3,5
4,0
3,0
3,5
3,5
4,0
4,5
3,5
3,5
4,0
4,5
5,0
Tab. č. 2: Úkosy zápustkových výkovků
Úkosy
Druh tvářecího stroje
Buchary a lisy bez vyhazovače
Lisy s vyhazovačem
Vodorovné kovací stroje
Tab. č. 3. Nejmenší tloušťka blány
Nejmenší rozměr
výkovku ve směru
přes
kolmo k rázu (mm)
do
přes
do
40
40
63
63
100
100
160
160
250
250
400
400
630
630
1000
10
4
5
5
6
8
10
vnější
7
2÷3
0÷5
Největší výška výkovku (mm)
10
25
40
63
100
25
40
63
100 160
Nejmenší tloušťka blány (mm)
5
6
7
9
5
6
7
9
11
6
7
9
11
13
7
9
11
13
15
9
11
13
15
17
13
15
17
20
25
20
25
30
35
25
30
35
40
vnitřní
10
3÷5
0÷5
160
250
250
400
15
17
20
30
40
50
20
25
35
50
60
264
Tab. č. 4: Poloměry zaoblení výkovku Rvýk a rvýk f
Hloubka uvažované
dutiny
(mm)
přes
25
40
63
100
160
250
400
Tab. č. 5:
do
25
40
63
100
160
250
400
630
Poloměry zaoblení hran rvýk a přechodů Rvýk při poměru
hvýk
fvýk
hvýk
fvýk
rvýk
2
3
4
5
8
12
20
30
Rvýk
6
8
10
12
20
30
50
80
rvýk
2
3
4
6
8
16
25
40
hvýk
fvýk
Rvýk
8
10
12
20
25
45
75
120
rvýk
3
4
5
8
16
25
40
65
Popisová tabulka na výkrese výkovku
MEZNÍ ÚCHYLKY (mm)
PŘÍDAVKY (mm)
NEOZNAČENÉ RADIUSY A ÚKOSY (mm)
POVRCHOVÉ DEFEKTY (mm)
PŘESAZENÍ, OTŘEPY, STOPY PO VYHAZOVAČI
(mm)
ZATŘÍDĚNÍ PODLE OČ
TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ
TVRDOST
ČIŠTĚNÍ, ROVNÁNÍ, PROHNUTÍ
PŘEJÍMÁNÍ
Tab. č. : 6
Rvýk
10
12
20
25
40
65
100
150
II
Smrštění materiálu
Materiál
Běžné oceli
Oceli na ložiska
Austenitické oceli
Slitiny mědi
Slitiny hliníku
Hliníkový bronz
Smrštění (%)
1,0÷1,3
1,5
1,5÷2,0
1,0÷1,7
0,6÷1,0
1,0÷1,3
265
Tab.č.7 :
bucharu
Mezní úchylky rozměrů dokončovací dutiny zápustky pro kování na
provedení
jmenovitý
rozměr
(mm)
0 ÷20
21÷80
81÷160
161÷260
261÷360
361÷500
501÷750
751÷1000
1001÷1500
1501÷2000
použité značky:
+
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Tab. č. : 12
P.
Č.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Symbolika
obvyklé
mezní úchylky (mm)
II
+
0,05
0,05
0,1
0,1
0,15
0,15
0,2
0,2
0,25
0,25
0,3
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
= kolmo k rázu
0,03
0,05
0,08
0,1
0,13
0,15
+
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
přesné
mezní úchylky (mm)
II
+
0,03
0,03
0,05
0,05
0,08
0,08
0,1
0,1
0,13
0,03
0,03
0,04
0,05
II = ve směru rázu
Rozměry výronkové drážky zápustky pro buchar
hv
(mm)
0,6
0,8
1,0
1,6
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
8,0
10,0
nz
Pěchování
(mm)
sm(mm)
sz(mm)
3
6
18
3
6
20
3
7
22
3,5
8
22
4
9
25
5
10
28
6
11
30
7
12
32
8
13
35
10
14
38
12
15
40
nz =hloubka zásobníku(mm)
Fvýr(cm2)
0,52
0,69
0,80
1,02
1,36
2,01
2,68
3,43
4,35
6,01
7,68
Fvýr=plocha průřezu výronku(cm2)
266
hv = (0,015 ÷ 0,012) x
0,012………………………….pro velké výkovky
0,015…………………………pro malé výkovky
F………………….průmět plochy výkovku v ploše kolmé ke směru rázu (cm2)
rm =
+ 0.04xHD
HD………………hloubka dutiny
(mm)
rm se zaokrouhluje na některou z hodnot rmmax= 2;3;4;5 a 6mm v závislosti na hmotnosti
beranu
Tab. č. 31 : Mezní úchylky přechodů a hran
Poloměr zaoblení (mm)
přes
do
10
10
32
32
100
Zaoblení přechodů Rvýk
Zaoblení hran rvýk
(mm)
(mm)
Mezní úchylky (mm)
100
267
Spuštění stroje do časového intervalu
268
269
Název:
Autoři:
Typ projektu:
sociálních)
sám)
• podle délky: krátkodobý (6 vyučovacích hodin)
Využít znalosti z předchozích odborných předmětů, použít firemní
Smysl
manuály a vše použít na programovatelném automatu AMiNi4DS. Dále
projektu:
možnost volby vhodného pracovního postupu, zvládnout samostatné
rozhodování a diskusi v týmu.
navrhnout zapojení pro danou úlohu
Výstup:
realizovat elektrické zapojení
cíle:
• naučí se spojit znalosti předchozích předmětů
• dokáže provést rozbor úlohy
• vyzkouší si propojení elektrického obvodu a programovatelného
automatu
• ověří a uvědomí si funkci procesů u PLC
• sestaví schéma zapojení podle zadání
• naprogramuje programovatelný automat
• přenese program z počítače do PLC různými způsoby
• vytvoří dokumentaci
Realizace:
270
řešení logických obvodů
činnosti:
sestavení schématu zapojení
sestavení programu procesu
zapojení pneumatického obvodu ovládaného PLC
Organizace:
výukové
metody:
Předpokládané poznámkový sešit, učebnice, firemní dokumentace, výukový simulační
program
pomůcky:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
V rámci skupiny – společné hodnocení rozboru úlohy, realizace programu
a konkrétního zapojení
Učitel – hodnocení rozboru úlohy, realizace programu a konkrétního
zapojení, spolupráce žáků.
271
Projekt byl zadán žákům čtvrtého ročníku oboru elektrotechnika se zaměřením na
programovatelné automaty, v rámci předmětu programovatelné automaty. V praktických
probíhá v prostorách dílen a učebna je vybavena výpočetní technikou, pneumatickými prvky,
programovatelnými automaty, zdroji, kontaktními poli a indikačními zařízeními. Osnova
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
Motor se spouští dvěma tlačítky současně. Rozdíl mezi stiskem nesmí
být větší než 4 s. Navrhněte zapojení pro programovatelný automat.
Blokové schéma
Logická funkce
Schéma zapojení
Proměnné, aliasy a procesy pro AMiNi4DS
Program pro AMiNi4DS
Realizace a odzkoušení
práce s internetem
schémat
znalosti kombinačních a sekvenčních klopných obvodů
znalosti základních funkcí programovatelných automatů
práce s elektrickými stroji
272
Datum zadání:
• opakování KLO a SLO – 15 min
schémata zapojení
sestavení programu
realizace zapojení
Datum
7. ledna 2010
7. ledna 2010
ukončení:
Porovnávací test
Příklad testu:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
zapojení stejnosměrného motoru
typy stejnosměrných motorů, jejich parametry
časovač, funkce, využití
co je proces
typy procesů, jejich priorita
přenos vstupních a výstupních proměnných v PLC
273
11. Co je proměnná, jejich typy
12. Co je alias
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Navrhněte způsob zapojení stejnosměrného motoru 24V, 0,35A pro AMiNi4DS
Navrhněte způsob zapojení stejnosměrného motoru 12V, 0,15A pro AMiNi4DS
Vysvětlete vliv typu procesu a doby jeho trvání na připojené obvody
Jakou základní vlastnost má proces Int?
Vysvětlete rozdíl v realizaci mezi procesy LA, ST a RS
Co je paměť LIFO, její využití
Řešitel se musí orientovat v řešení logických obvodů a matematice, konkrétně logice. Toto
vše je součástí výuky předchozích ročníků.
Zadaná práce se dá řešit mnoha způsoby a tím je pro projektové vyučování vhodná. Týmy
žáků dle svých schopností, kreativity a znalostí preferují různé typy řešení. Vzniká diskuze,
hledání řešení, žáci jsou vtahováni „bezbolestně“ do učení.
274
Nejdřív je potřeba rozdělit žáky do týmů. Doporučuji dvojčlenný tým, u trojčlenného dochází
k neefektivní činnosti.
Oba v týmu po domluvě určí názvy proměnných a aliasů. Současně se domlouvají na jejich
počtu a tím si ujasňují úkol.
Určení proměnných a aliasů:
Vstupy
Proměnná
Alias
Tlačítko1, bit 0
vstup
@Tl1
Tlačítko2, bit 1
vstup
@Tl2
Vypnutí motoru, bit 2
vstup
@vypni
Výstupy
Proměnná
Alias
Spusti motor, bit 0
vystup
@motor
Blokové schéma
Je nakresleno úplně nejdříve. Navazuje na předchozí úkol – počty proměnných a aliasů.
Logické zadání:
U funkčního týmu zde dochází k bouřlivé diskuzi a několika variantám, podle logického
myšlení žáků. Nakonec však musí dospět ke stejnému výsledku.
Výsledek:
Když stisknu jedno nebo druhé tlačítko, při vypnutém motoru, spustí se časovač.
Když současně budou zaplá tlačítka i časovač, zapne se motor.
Převedeno do Boolovy algebry:
Spuštění časovače = (Tl1 OR Tl2) AND NOT motor
Spuštění motoru = Tl1 AND Tl2 AND motor
275
Schéma zapojení:
Podle domluvy vytvoří jeden z členů týmu, zatímco druhý se věnuje přípravě na zapojení
součástek. Nutno se v tomto střídat!
režie
Řídící program je vykonáván v programovém cyklu. Při
návrhu je nutné počítat s dobou režie a znovunačtením vstupů.
Čtení
vstupů
Můžeme uvažovat dvě varianty: motor je spuštěn spínači (s
aretací) nebo tlačítky (bez aretace).
Provádění
programu
Pro motor spuštěn spínači s aretací.
Tým realizuje programové zapojení úlohy v Det Studiu pro programovatelný automat
AMiNi4DS. Jeden člen týmu zapisuje, ostatní jej kontrolují. Vzájemně se radí. Domlouvají se
na typu a délce procesu.
Proměnné
276
Aliasy
Procesy
Proces je volen typ Hight – rychlý proces, jazyk RS. Tato kombinace představuje proces,
který je rychlý a umožňuje jednoduché a přehledné zapojení.
Provedení procesu
Zapojení je jednoduché, vychází z toho, že spínače zůstanou zapnuty po dobu chodu motoru.
Motor je vypnut vypnutím jednoho z těchto spínačů.
277
Po vytvoření programu, jej přeloží a odešlou na PLC. Zároveň provedou zapojení podle
schématu zapojení. Ověří funkci obvodu. Pokud je obvod funkční, vytvoří dokumentaci
pomocí programů k tomu určených.
Schéma zapojení
Schéma zapojení mají žáci nejdříve v sešitě, při vypracování dokumentace jej převedou do
elektronické podoby.
AMiNi4DS
Ethernet
RJ45
Ethernet
AO
RS485
37
36
35
24V
zdroj
GND
A
B
GND
AGND
AO0.0
AO0.1
AO0.2
AO0.3
PWR
34
33
+24V
GND
RS232
RJ45
RS232
DI
EGND
DI0.0
DI0.1
DI0.2
DI0.3
DI0.4
DI0.5
DI0.6
DI0.7
6
7
8
9
10
11
12
13
14
DO
AI
32
31
30
29
28
27
26
25
24
1
2
3
4
5
AI0.7
AI0.6
AI0.5
AI0.4
AI0.3
AI0.2
AI0.1
AI0.0
AGND
E+24V
DO0.0
DO0.1
DO0.2
DO0.3
DO0.4
DO0.5
DO0.6
DO0.7
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Tl1
Tl2
motor
Pro motor spouštěn tlačítky
Tým realizuje programové zapojení úlohy v Det Studiu pro programovatelný automat
AMiNi4DS. Jeden člen týmu zapisuje, ostatní jej kontrolují. Vzájemně se radí. Domlouvají se
na typu a délce procesu.
Proměnné
278
Aliasy
Procesy
Hlavní proces spuštění. Je proces normal, spouštěný každých 100 ms, přerušovaný rychlým
procesem Hi 50 ms. V procesu normal probíhá spouštění motoru a jeho udržování v chodu.
279
Rychlý proces, slouží k vypnutí motoru
280
Na terminálu se zobrazuje čas, který chybí do stisku druhého tlačítka.
Zobrazení na terminálu
Nastavení terminálu
281
Schéma zapojení
Schéma zapojení mají žáci nejdříve v sešitě, při vypracování dokumentace jej převedou do
elektronické podoby.
AMiNi4DS
Ethernet
RJ45
Ethernet
AO
RS485
37
36
35
A
B
GND
AGND
AO0.0
AO0.1
AO0.2
AO0.3
PWR
34
33
+24V
GND
RS232
RJ45
RS232
DI
EGND
DI0.0
DI0.1
DI0.2
DI0.3
DI0.4
DI0.5
DI0.6
DI0.7
6
7
8
9
10
11
12
13
14
DO
AI
32
31
30
29
28
27
26
25
24
1
2
3
4
5
AI0.7
AI0.6
AI0.5
AI0.4
AI0.3
AI0.2
AI0.1
AI0.0
AGND
E+24V
DO0.0
DO0.1
DO0.2
DO0.3
DO0.4
DO0.5
DO0.6
DO0.7
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Nastavení ladění pro zjištění chyb.
282
funkčnost.
Hodnocení projektu
IKT komponenta
programování. Přímo v programu Det studio programují úlohu, pomocí počítačové sítě jí
přenášejí do automatu. Druhou rovinou je zpracování projektu, kde IKT využívají k tvorbě
textů, schémat, vzorců a tabulek.
if
jestli, když
let
nechat, způsobit
timer
časovač
load
vkládat, zavést program
store
sklad, uložit
on
zapnout, v chodu
off
vypnout, vypnuto
size
velikost
variable
proměnný, parametr
value
hodnota
back
záda, zadní
color
barva
border
okraj, lemování, hranice
custom
uživatelský, zvyklosti
location
poloha, umístění
Literatura
DIETMAR SCHMIT A KOLEKTIV, Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku, EuropaSobotáles cz,s.r.o, 2005
Ovládání pohybu válce z terminálu
Ing. Zdeněk Velfl
285
Název:
Autoři:
Typ projektu:
sociálních)
sám)
• podle délky: krátkodobý (6 vyučovacích hodin)
Využít znalosti z předchozích odborných předmětů, použít firemní
Smysl
manuály a vše použít na programovatelném automatu AMiNi4DS. Dále
projektu:
možnost volby vhodného pracovního postupu, zvládnout samostatné
rozhodování a diskusi v týmu.
navrhnout zapojení SKO pro danou úlohu
Výstup:
vytvořit vývojový diagram pro danou úlohu
realizovat zapojení elektrické a pneumatické
cíle:
• naučí se spojit znalosti předchozích předmětů
• dokáže provést rozbor úlohy
• zvládne převést pravdivostní tabulky, vývojové diagramy, stavové
rovnice a stavové diagramy do konkrétního programu
• vyzkouší si propojení pneumatického obvodu a programovatelného
automatu
• ověří a uvědomí si funkci procesů u PLC
• sestaví tabulky a vývojové diagramy
• naprogramuje programovatelný automat
• přenese program z počítače do PLC různými způsoby
Realizace:
286
• vytvoří dokumentaci
řešení SKO, návrh vývojového diagramu
činnosti:
sestavení programu procesu
zapojení pneumatického obvodu ovládaného PLC
Organizace:
výukové
metody:
Předpokládané poznámkový sešit, učebnice, firemní dokumentace, výukový simulační
program
pomůcky:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
V rámci skupiny – společné hodnocení rozboru úlohy, realizace programu
a konkrétního zapojení
Učitel – hodnocení rozboru úlohy, realizace programu a konkrétního
zapojení, spolupráce žáků.
287
Projekt byl zadán žákům čtvrtého ročníku oboru elektrotechnika se zaměřením na
programovatelné automaty, v rámci předmětu programovatelné automaty. V praktických
probíhá v prostorách dílen a učebna je vybavena výpočetní technikou, pneumatickými prvky,
programovatelnými automaty, zdroji, kontaktními poli a indikačními zařízeními. Osnova
Název projektu:
(Vyplní zadavatel)
Zadání projektu:
(Vyplní zadavatel)
Výstup projektu:
(Vyplní zadavatel)
Rozbor projektu:
(Vyplní žáci)
Pneumatický dvojčinný válec se pohybuje z levé krajní polohy do
pravé krajní polohy. Koncové polohy jsou dány koncovými spínači.
Spuštění a zastavení pohybu válce je ovládáno z terminálu PLC.
Navrhněte dvě varianty realizace. Pomocí sekvenčních klopných
obvodů a zároveň pomocí programu.
Blokové schéma
Pravdivostní tabulky
Schéma zapojení s SKO
Vývojový diagram
Proměnné, aliasy a procesy pro AMiNi4DS
Program pro AMiNi4DS
Realizace a odzkoušení
práce s internetem
288
schémat
znalosti kombinačních a sekvenčních klopných obvodů
znalosti pravidel sestavení vývojových diagramů
znalosti základních funkcí programovatelných automatů
práce s pneumatickými válci a pneumatickými obvody
• opakování KLO a SLO – 15 min
Datum zadání:
sestavení tabulek a vývojového diagramu
sestavení programu
realizace zapojení
Datum
7. ledna 2010
7. ledna 2010
ukončení:
Porovnávací test
289
Příklad testu:
1. schematická značka spínacího tlačítka
2. schematická značka vypínacího tlačítka
3. značka vypínacího tlačítka v ladder diagramu
4. značka spínacího tlačítka v ladder diagramu
5. značka pro přímý výstup v ladder diagramu
6. značka pro negovaný výstup v ladder diagramu
10. Vysvětlete pojem RS, pravdivostní tabulku
11. Vysvětlete pojem vývojový diagram
12. Vysvětlete zapojení dvojčinného pneumatického válce přes ventil 5/2
1.
2.
3.
4.
5.
Co je proměnná, jejich typy
Co je alias
Co je proces a vliv typu procesu a doby trvání
Způsoby realizace koncových spínačů
Jaký vliv má změna tlaku vzduchu na dobu trvání pohybu válce
Řešitel se musí orientovat v řešení sekvenčních klopných obvodů. Znát obecné rovnice pro
RS. Dále musí být schopen sestrojit vývojový diagram. Toto vše je součástí výuky
předchozích ročníků.
Zadaná práce se dá řešit mnoha způsoby a tím je pro projektové vyučování vhodná. Týmy
žáků dle svých schopností, kreativity a znalostí preferují různé typy řešení. Vzniká diskuze,
hledání řešení, žáci jsou vtahováni „bezbolestně“ do učení.
290
Určení proměnných a aliasů:
Žáci si v týmu nejdřív ujasní jaké proměnné budou potřebovat, potom pro jednotlivé bity
proměnných vytvoří aliasy.
Vstupy
Proměnná
Alias
spínač vlevo, bit 0
vstup
@SL
spínač vpravo, bit 1
vstup
@SP
zapnutí z terminálu, bit 0
pomocná
@ZAP
vypnutí z terminálu, bit 1
pomocná
@VYP
Výstupy
Proměnná
Alias
válec vpravo, bit 0
vystup
@VP
válec vpravo, bit 1
vystup
@VL
Pro jednotlivé týmy se další řešení může lišit. Záleží, zda žáci tíhnou k programování, nebo ke
klasické číslicové technice. Učitel, který zde působí jako poradce, musí zvládat všechny
varianty. Uvádím zde dvě varianty řešení. Samozřejmě možností je mnohem víc, to je právě
kouzlo složitějších projektů.
1) ŘEŠENÍ POMOCÍ KLOPNÝCH OBVODŮ.
Tuto možnost si vyberou týmy, preferující „čistou“ číslicovou techniku. Řešení hledají
pomocí pravdivostních tabulek. U sekvenčních obvodů je nutné do vstupních proměnných
zahrnout předchozí stav.
Pravdivostní tabulka:
Zapnutí a vypnutí pohybu:
ZAP VYP
P
P+1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
X
1
1
1
X
291
ZAP,VYP
00
01
11
10
P
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
Tvar rovnice určuje, že se jedná o RS klopný obvod.
Pro pohyb vlevo a vpravo budou pravdivostní tabulky:
Válec vpravo:
SL
SP
VP
VP+1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
X
1
1
1
X
SL,SP
VP
00
01
11
10
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
Jedná se o RS klopný obvod. VP je výstup pro pohyb vpravo, VL je negace VP.
Pro pohyb válce při zapnutém ZAP se využije prvek AND.
292
Schéma zapojení
Žáci si nejdřív schéma nakreslí do sešitu, až při vypracovávaní dokumentace použijí
odpovídající program.
Řešení pomocí RS procesu, výpis aplikace
Volba typu procesu
Pro nakreslené schéma zapojení je nejvýhodnější zvolit proces RS. V podstatě jeho realizace
„kopíruje“ předchozí schéma zapojení.
Zadání proměnných, typ I – integer.
293
Zadání aliasů. V RS procesu musíme použít navíc dvě pomocné proměnné @pom0 a @pom1,
které umožní použít výstup z RS obvodů.
Proces pohyb – řešení úlohy. Je to pouze jedna z možných variant řešení. RS obvody
u programovatelných automatů mají v oproti teoretickým tento rozdíl:
• zakázaný stav R=1, S=1 je řešen typem RS s prioritou R nebo s prioritou S. To
znamená, že pro RS s prioritou R při R=1, S=1 je na výstupu Q=0. Obdobně pro RS
s prioritou S, je pro R=1, S=1, výstup Q=1.
• RS nemá negovaný výstup.
294
2) ŘEŠENÍ POMOCÍ PROGRAMU
Tento postup použijí týmy, které tíhnou k programování. Pro sekvenční úlohy se tento způsob
jeví rychlejší.
Vývojový diagram navrhují společně, nejdříve do sešitu, potom jej zpracovávají programem.
Příklad vývojového diagramu.
Řešení pomocí ST procesu, výpis aplikace
Volba typu procesu
Pro program je vhodný proces ST, který umožní plně využít výhod programu. Pozor, proces
ST je pomalý. Nutno zvažovat účel použití.
295
Proměnné a aliasy mohou zůstat stejné jako u předchozího.
Proces Proc00 – řešení úlohy. Je to pouze jedna z možných variant řešení.
Pro oba případy je stejné ovládání terminálu a výsledné schéma zapojení. Oba případy se liší
pouze přístupem programování.
Příklad zadání obrazovky terminálu. Je použitá volba Menu.
296
Výpis skriptu obrazovky.
Schéma zapojení obvodu
AMiNi4DS
Ethernet
RJ45
Ethernet
AO
RS485
37
36
35
A
B
GND
AGND
AO0.0
AO0.1
AO0.2
AO0.3
PWR
34
33
+24V
GND
RS232
RJ45
RS232
DI
EGND
DI0.0
DI0.1
DI0.2
DI0.3
DI0.4
DI0.5
DI0.6
DI0.7
6
7
8
9
10
11
12
13
14
DO
AI
32
31
30
29
28
27
26
25
24
1
2
3
4
5
AI0.7
AI0.6
AI0.5
AI0.4
AI0.3
AI0.2
AI0.1
AI0.0
AGND
E+24V
DO0.0
DO0.1
DO0.2
DO0.3
DO0.4
DO0.5
DO0.6
DO0.7
15
16
17
18
19
20
21
22
23
297
funkčnost.
Hodnocení projektu
IKT komponenta
programování. Přímo v programu Det studio programují úlohu, pomocí počítačové sítě jí
přenášejí do automatu. Druhou rovinou je zpracování projektu, kde IKT využívají k tvorbě
textů, schémat, vzorců a tabulek.
else
jinak
true
pravda
false
nepravda
menu
nabídka, nabídkový seznam
end
konec
event
událost, eventualita
screen
obrazovka
firs
první
control
ovládat, kontrola
item
položka, bod
press
stlačit, tlačit
enter
zadat, vstoupit
or
nebo, logický součet
and
a, logický součin
digital
digitální, číslicový
Literatura
DIETMAR SCHMIT A KOLEKTIV, Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku, EuropaSobotáles cz,s.r.o, 2005
Integrovaný stabilizátor LM317 - PCB
301
Název:
Integrovaný stabilizátor LM317 - PCB
Autoři:
Antonín Pálka (vyučující odborného předmětu)
Realizace:
učební praxe
sociálních)
učitel)
• podle délky: dlouhodobý (13 vyučovacích hodin v průběhu šesti
týdnů)
• podle počtu zúčastněných: dvoučlenná skupina (tým) nebo
individuální
Navrhnout a vyrobit desku plošného spoje (PCB) pro stabilizátor a
seznámit
studenty se základní prací v Multisimu a Ultiboardu
Ověření dostupné technologie výroby PCB
Ověření práce s Multisimem
Ověření práce s editorem PCB - Ultiboard
Procvičení pájení transformátorovou páječkou
Umět realizovat výrobek podle schématu
• ověří si pochopení základů návrhového systému
• vyrobí el. obvod na PCB
• spolupracuje při práci ve skupině pokud byla vytvořena
vytvoření PCB
pájení součástek do PCB
metody slovní – rozhovor, přednáška, práce s textem (poznámky v sešitu,
firemní katalog), brainstorming, diskuse
metody praktické – stříhání, leptání, vrtání, pájení, oživování
Typ projektu:
Smysl
projektu:
Výstup:
Předpokládané
cíle:
Předpokládané
činnosti:
Organizace:
Předpokládané
výukové
metody:
Integrovaný stabilizátor LM317-PCB
302
Předpokládané
pomůcky:
Způsob
prezentace:
Způsob
hodnocení:
poznámkový sešit, firemní manuál Ultiboardu, National Instruments,
Toronto
učebnice – Antonín Juránek, Multisim – Elektronická laboratoř na PC
vyrobené PCB.
Učitel – hodnocení vytvořené dokumentace, umístění součástek, pájení,
funkce zařízení a spolupráce žáků.
303
Projekt je zadán žákům prvního ročníku oboru elektrotechnika v rámci předmětu učební
praxe. Maximální počet žáků ve skupině je 15. Učební osnova předmětu umožňuje zařazovat
do výuky projekty. Součástí projektu je i nastudování základní práce s editorem
schématickým (Multisim10) a editorem PCB (Ultiboard10).
Úvod
10 minut
Zadání – schéma, tabulka, 15 minut
požadavky na desku
Úvod do Multisimu
45 minut
Samostatná práce
S Multisimem
Sestavení obvodu
45 minut
Ověření funkce
15 minut
5 minut
Seznam součástek
Úvod do Ultiboardu
45 minut
Samostatná práce
s Ultiboardem
nakreslení obrysu desky
15 minut
Rozmístění součástek
45 minut
Nastavení autorouteru
35 minut
autorouter
35 minut
Rozlévání Cu
5 minut
výstupy
15 minut
Výroba PCB – dostupnou technologií, metoda 270 minut
dělících čar
celkem
585 minut tj. 13 vyučovacích hodin
Zadání
(Zadání je velmi krátké a jednoduché. Proto je možné ho nadiktovat žákům do sešitů)
Vyrobte desku plošného spoje podle zadaného schématu a podle požadavků zákazníka tj.
metodou dělících čar. Desku osaďte součástkami a odzkoušejte.
Velikost desky je 60 x 50 mm a obsahuje zvláštní otvory.
304
Rozbor:
1. Seznámení se s Multisimem.
Schéma
Tabulka – patice jak SMT, tak THT
2. Po transferu jsou všechny reálné součástky 'nasypány' v editoru PCB nad obrys
desky. Součástky přetahujeme na desku a umísťujeme je tak, aby se 'gumové vodiče'
co nejméně křížily.
3. Seznámení se s Ultiboardem
4. Autorouter – jen pro ukázku – metoda spojových čar
5. Doplníme vodivé plochy – metoda dělících čar
6. Doplníme text
7. Rozlijeme Cu
8. Vytiskneme výkresy
9. Předloha pro výrobu PCB
10. Vyleptáme
11. Vyvrtáme
12. Osadíme součástkami
13. Odzkoušíme
305
1. SEZNÁMENÍ S MULTISIMEM
Úvod
Existuje velké množství programů pro simulaci. Většinou mají společný základ a tím je
neoficiální standard SPICE ( Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) a je tedy
možné přes univerzální textový popis (netlist) převádět schémata mezi různými simulačními
programy (Multisim, Micro-Cap, Tina, PSpice). Algoritmus SPICE vychází z metody
uzlových napětí.
Multisim má podtitul laboratoř v PC a to přesně vystihuje práci s tímto programem.Má
podpořit osvojení teoreticky získaných znalostí.Praktické procvičování úloh však podstatně
zkracuje čas k pochopení a zapamatování si obvodů, úloh a zákonů. My ho použijeme jako
editor schématický, ve kterém můžeme, před jeho transferem do Ultiboardu, spustit simulaci a
ověřit tak správnost zapojení.
Multisim – při kreslení schémat je nutné připojit značku země. Program vyžaduje, aby každý
uzel měl definovanou stejnosměrnou cestu ke společné zemi. Proto se při sériovém spojení
kondenzátorů připojují paralelně k nim velké svodové odpory, uzemňují se obě strany trafa,
popřípadě se obě vinutí trafa spojují velkým odporem atd.
Obsluha programu
Roletové menu
Simulace-start/stop
Popis obrazovky – pracovní prostředí
Součástky reálné
Lišta nástrojů
Design toolbar
Součástky virtuální
Pracovní plocha
Měřící přístroje
Spreadsheet view
306
Roletové menu
1. File
Klasika , nepotřebující komentář
Kam se soubory ukládají a s jakými
koncovkami je uvedeno pod
obrázkem
Nabídka správy projektu
Tisk
Poslední návrh nebo projekt
Soubory se ukládají do 'My Documents' a cesta je následující:
C:\........\ My Documents \ National Instruments \ Circuit Design Suite10.1 \ BCD_7segment
Jméno návrhu
Koncovky souborů jsou:
− Multisim 10 Files ( * . ms10)
− Multisim 10 Project ( * . mp10)
− Multisim 10 Netlist ( * . EWNET)
307
2. Edit
Pozice rohového razítka na výkrese
Pokud je rohové razítko umístěno
na výkrese a je označeno, lze je
editovat.Pokud je označen symbol
je spuštěn editor symbolu.
Pokud je označena součástka,
zobrazí se její vlastnosti, pokud
není označeno nic, zobrazí se Sheet
Properties.
Nabídku Properties (Ctrl + M) lze vyvolat také pravým tlačítkem myši (PTM).
Dialog Sheet Propertis (Vlastnosti Výkresu) a v ní záložku Circuit si podrobněji ukážeme a
popíšeme na následující straně.
Pomocí ní si nastavujeme zobrazení popisů, barvy objektů a pracovní plochy. Na našich PC
máme již některé vlastnosti přednastaveny. Pokud chcete některé změnit jen pro váš návrh,
pak nezafajfkujte Save as default !! Pokud zafajfkujete, pak platí globálně.
308
Ostatní záložky jsou:
Workspace – nastavení parametrů výkresu
Wiring – nastavení šířky spoje a sběrnice
Font – nastavení stylu a velikosti popisů
PCB – nastavení jednotek a počtu vrstev Cu plošného spoje
Visibility- nastavení viditelnosti popisů
309
3. View
Zobrazení na celou obrazovku
Zobrazí tabulku s informacemi o návrhu
Komentář k obvodu
Editace komentáře k obvodu ?!
Toolbars/Destripcion Edit Bar
Tlačítka F8 pro zvětšení, F9 pro zmenšení, F10 pro výběr oknem a hlavně F7 zobrazí vše co
bylo nakresleno velmi urychlují práci. Právě tak i Ctrl + D pro zobrazení omentáře k obvodu.
Pokud chceme vytvořit komentář k obvodu musíme do menu Tools / Description Box
Editor.
310
4. Place
Umístění součástky z knihovny
Umístění uzlu obvodu
Nová stránka projektu
Nabídka slouží k umístění objektů (component) z knihovny.Dále vodičů, sběrnic, uzlů,
konektorů, bloků, podobvodů, stránek, a grafických tvarů.
Komponenty jsou dvojího typu.
Virtuální jsou v modrých čtverečcích a volíme je pokud navrhujeme obvod a nechceme přejít
na výrobu PCB. Součástky nemají rozměr a mají jednodušší možnost měnit jejich hodnotu.
Na černém pozadí se zobrazují bíle.
Reálné – mají rozměr, jinak se však neliší. Volíme je pokud chceme pokračovat ve výrobě
PCB. Na černém pozadí se zobrazují žlutě. Pokud však nebyla přiřazena velikost (No
Footprint) zobrazují se bíle.
311
5. MCU – mikrokontrolerová jednotka
6. Simulace
Dialogové okno měřících přístrojů Instruments je zásadní. Výběrem přístoje je vybrán i typ
analýzy. Výběr možných typů analýz je zobrazen vpravo. Jejich použití je závislé na stupni
znalosti, je nutná znalost podstaty chování součástek v elektrických obvodech a chování
elektronických obvodů za určitých podmínek. Přístroje jsou typu virtuální a jejich vzhled je
blízký reálným přístrojům v laboratoři.
Překlad typů analýz je v knize A. Juránek – Multisim str.24 a v knize je také popis
jednotlivých přístrojů od str. 47.
312
7. Transfer
Výstup do ULTIBOARDU
Dopředná a zpětná komunikace
s Ultiboardem
Převedení do textové podoby
8. Tools
Průvodce-vytváření součástek
Úpravy databáze součástek
Návrh obvodu s časovačem
Kontrola návrhových pravidel
Vymazání označených chyb
Vytvoření symbolu
Vytvoření popisu
313
9. Reports
Seznam součástek – kusovník
Informace o vybrané součástce
10. Options
V této nabídce můžeme nastavovat pracovní prostředí programu.
Cesty ukládání, ..., DIN/ANSI
Vlastnosti výkresu
Zjednodušená verze
Doporučujeme studentům nastavit používání schématických značek podle normy DIN.
Panely součástek - popsáno též v roletovém menu.
1. Reálné
Mají rozměr tz., že jim můžeme přidělit pouzdro. Pokud je pozadí černé, jsou zobrazovány
žlutě. Volíme je pokud chceme přejít na výrobu PCB. Jejich hodnotu lze přepsat pouze
v tolerancích,ve kterých se součástka vyrábí. Jednodušší je tedy vyměnit celou součástku za
jinou a nebo vybírat hodnotu z roletové nabídky.
2. Virtuální
Volíme je, pokud chceme provádět jen simulaci. U virtuálních součástek můžeme libovolně
nastavovat hodnotu. Součástky nemají rozměr, a proto je nelze použít pro transfer do
Ultiboardu. Pokud je pozadí černé, jsou zobrazovány bíle.
314
Další popis Multisimu si vyzkoušíme na konkrétním příkladě. Budeme vyrábět PCB pro
usměrňovač se stabilizátorem do zdroje, I.ročník.
Schéma – zadané
Tabulka – zadaná
315
Vkládání symbolů
Vkládání součástek provádíme výběrem z databáze a to buď přes nástrojové lišty a nebo přes
dvojtlačítko Ctrl + W. Protože budeme vyrábět PCB, musíme všem součástkám přiřadit
pouzdro. Pokud to neuděláme teď, musíme to udělat před tím, než provedeme transfer.
Obr. Výběr součástek z databáze Multisimu
Při pokládání součástek na pracovní plochu můžeme součástky rotovat nebo zrcadlit.
Rotace nejlépe pomocí Ctrl + R, nebo Ctrl + Shift + R.
Zrcadlení v ose X pomocí tlačítek Alt + X, v ose Y pomocí Alt + Y.
Pokud je součástka již umístěna je třeba ji nejprve označit a pak lze opět rotovat, zrcadlit a
přetahovat.
316
Obr. Nakreslené schéma podle předlohy do Multisimu
Rezistory R1 a R2 musíme vypočítat podle toho, jaké chceme výstupní napětí.
Proud cca I0 = 40µA byl změřen Multisimem.
Podle vzorce: U2 = 1,2 + 1,2 R2 / R1 + I0 . R2
Pro 24 V R1 = 100 Ω , R2 = 1k8
Pro 12 V R1 = 200 Ω , R2 = 1k8
Pro 9 V R1 = 220 Ω , R2 = 1k5
Pro 5 V R1 = 220 Ω , R2 = 750 Ω
317
2 NÁVRH
DESKY PLOŠNÉHO SPOJE + TRANSFER
Pro návrh PCB je použit návrhový systém Ultiboard. Deska je navržena jako jednostranná a to
z důvodu technologie výroby. Velikost desky je 60 x 50 mm. Rozmístění součástek je
provedeno tak, aby bylo možné na stabilizátor přišroubovat chladič. Součástky, jak již bylo
zmíněno, jsou jak THT, tak SMT. Z důvodu zatížení spojů, provedeme návrh metodou
dělících čar.
Menu Transfer
Stlačíme v Mmenu tlačítko Transfer a z otevřené nabídky vybereme Transfer to
Ultiboard10.....Počítač nabídne okno Save As, ve kterém můžeme zvolit jméno práce, které
bude mít práce v editoru Ultiboard10 (* . ewnet). Pro náš příklad použijeme jméno
PN_usmer6 tj. stejné jméno jako v Multisimu.
Program nás bude informovat, kolik komponent nebude exportováno.Potvrdíme tl. OK.
Bude tedy v následujícím kroku otevřen Ultiboard10 a nabídnuta tabulka pro volbu jednotek.
318
Vybereme podle obrázku, nebo podle rady učitele.
Na následujícím obrázku můžeme nahlédnout do souboru Netlist.
Transfer ukončen (je nasypáno)
319
3 SEZNÁMENÍ S ULTIBOARDEM
Nyní máme otevřen editor PCB s přednastavenou velikostí desky a s 'nasypanými'
součástkami nad obrysem desky.Velikost PCB bude 60x50mm. Upravíme tedy
přednastavenou velikost na požadovanou. To můžeme vykonat třemi způsoby.
1. Board Wizard – příkaz je umístěn v menu Tools a nebo ikona na nástrojové liště.
Příkaz i ikona jsou podbarvené pokud se na pracovní ploše již nachází obrys desky – board
outline
2. Označit již existující board outline (1x klik) – layers board outline musí být aktivní.
Stávající obrys desky se orámuje vybíracím rámečkem a uchopením myší lze upravit velikost
desky.
3. Přes vlastnosti obdélníka – Rectangle Properties – máme dvě možnosti:
a) PTM klik na board outline a z otevřené nabídky vybereme Properties
b) LTM (2x klik)
V obou případech se dostaneme do tabulky ve které můžeme nastavit Width.. a Height..
v milimetrech.
Následující obrázek ukazuje, jak vypadá obrazovka před přetahováním součástek.
Obr. Návrhový systém Ultiboard
Pokud bychom z nějakého důvodu potřebovali změnit Reference Point, tak se nachází v
menu Design – set reference point.
Máme tedy nakreslen obrys desky a nasypány součástky na pracovní ploše. Zkontrolujeme
velikost patic – Foot Print. Pokud potřebujeme změnit velikosti patic můžeme to ve verzi 11
udělat přímo v Ultiboardu a to v tabulkovém procesoru Spreadsheet View ve sloupci Shape.
Lepší je se vrátit do Multisimu.
320
Vypneme: Force Vectors – silové vektory, které ukazují na nejvíce účinné místo, kam položit
součástku. Fajka musí pryč – 2x klik (ne dvojklik).
Design- Part showing – automatické oddalování součástek
Select and place component
Budeme se zásadně učit vybírat a umísťovat součástky pomocí Spreadsheet View. Protože
máme širokoúhlé monitory budeme ho umísťovat na pravou stranu obrazovky. Tento
tabulkový procesor je pro naši práci velmi důležitý.
Spreadsheet View
Obr. Tabulkový procesor
Nejprve vybereme záložku Parts. A necháme si zapnutý Show Preview. Vybíráme součástky
podle RefDes. V náhledu se nám součástka zobrazí a v pracovní ploše se orámuje. Ve verzi
10 stačí najet kurzorem kamkoli do pracovní plochy a zmáčknout šipku vlevo na klávesnici.
Poté se součástka sama zavěsí na kurzor a možno ji posouvat, rotovat (Ctrl+R) a překlápět
(Alt+S). Součástky umísťujeme na PCB tak, aby se 'gumové vodiče' co nejméně křížily.
Můžeme samozřejmě použít označování a přetahování myší, ale na součástky pak
potřebujeme vidět a tím se zmenšuj pracovní plocha.
Poznámka: Protože používáme i součástky typu SMD umístěné na horní vodivé vrstvě –
Copper Bottom, je třeba součástky THT všechny překlopit – jsou montovány zespodu.
321
Obr. Rozmístění součástek
Poznámka: Před spuštěním autorouteru rozmístíme díry pro uchycení chladiče a pro uchycení
PCB na montážní desku.
4 AUTOROUTER
Spouštíme ho z menu Autoroute / Srart
a nebo z nástrojové lišty touto ikonou:
Nastavení autorouteru:
Šířka vodičů:
322
Nastavení Vias:
Nastavení THT Pads: průměr + vrtání
Nastavení PCB Layers:
Vyhodnocení práce autorouteru:
323
5 VLOŽENÍ TEXTU A POPISŮ DESKY
nebo pomocí ikony na nástrojové liště.
6 ROZLÉVÁNÍ CU
nebo pomocí ikony na nástrojové liště.
324
Hotová PCB metoda spojových čar – jen na zkoušku
7 DOPLNÍME VODIVÉ PLOCHY
Hotová PCB metoda dělících čar
Obr. Metoda dělících čar
325
8 TISK PŘEDLOH – VÝSTUPY
Pokud chceme přenést soubor na jiný PC. Tento je uložen v dokumentech a má koncovku
ewprj.
Cesta: C:\Document and Setings\Student\Dokumenty\National Insruments\Circuit
Design Suite 10.1\PN\ ….........složka – příjmení a jméno studenta\název práce
1. výkres ROZSOU – Barevný tisk→ □No Color
– co chceme, aby bylo šedé v odstínech šedi, je dobré, aby to bylo šedé
i v barvě
– na pořadí vkládání vrstev záleží
Příklad nastavení pro ROZSOU, které jsou na Horní vrstvě.
Náhled příkladu nastavení pro ROZSOU, horní vrstva.
326
Příklad nastavení pro ROZSOU, které jsou na Dolní vrstvě.
Náhled příkladu nastavení pro ROZSOU, dolní vrstva.
327
2. výkres KLIŠÉ – Černobílý tisk→ □No Color (faječka)
Příklad nastavení pro KLIŠÉ – horní vodivá (copper Top)
Náhled příkladu nastavení pro KLIŠÉ – metoda spojových čar
328
9 PŘEDLOHA PRO VÝROBU
Náhled příkladu nastavení pro KLIŠÉ – metoda dělících čar
Ukázka ve 3D – Horní vodivá + SMD součástky
Ukázka ve 3D – Dolní vodivá + THT součástky
329
10 LEPTÁNÍ
Buď chloridem železitým a nebo ředěnou kyselinou chlorovodíkovou.
Budeme leptat kyselinou chlorovodíkovou, kterou budeme ředit:
1. 5 dílů vody
2. 3 díly kyseliny
3. 2 díly peroxidu vodíku
POZOR – kyselinu lijeme do vody. Nikdy naopak!!
Obr. Vyleptaná deska
11 VRTÁNÍ
Všechny otvory předvrtáváme vrtákem o průměru 0,7 mm.
Zvláštní otvory pro uchycení chladiče musíme odvrtat a propilovat.
330
12 OSAZOVÁNÍ SOUČÁSTKAMI
13 CHLADIČ
14 ODZKOUŠENÍ
331
Kontrolní otázky
1. Pokud použijeme Circuit Design Suite pro návrh PCB, ve kterém editoru se musíme
vážně zabývat velikostmi součástek?
2. Velkostmi součástak se musíme vážně zabývat již v editoru schématickém
(Multisim) a to volbou reálných součástek a volbou typu pouzdra.
3. Jaký je rozdíl mezi součástkami reálnýmí a virtuálními? Které vyvoláme kombinací
kláves Ctrl + W ?
4. Co je to Netlist?
5. Popište nejvhodnější způsob přemísťování součástek z prostotu mimo Board Outline
do prostoru uvnitř Board Outline.
6. Jak se zapíná a k čemu používáme Spreadsheet view ?
7. Co se zkrývá pod označěním DRC?
8. Proč jsme volili metodu dělících čar?
9. Jaký příkaz se vykoná stlačením kláves Alt+S ?
Slovník pojmů
shield
solid
DRC
align
Pop-up
solder
merge
arrow
filled
above
over
below
sub group
bright
shortest
daisy chain
thickness
ways
through
spacing
course
toggle
ochrana
pevný, trojrozměrný
seřadit, zarovnat
vysunování
pájka, pájet
sloučit
šipka
plný, vyplněný
nahoře
přes
dole, pod
podskupina
jasný
nejkratší
uzavřený cyklus
tloušťka, síla
cesty,způsoby
skrz
rozestup
běh, chod
knoflík, tlačítko
332
R
PCB
PC
ANSI
DIN
THT
SMT
PTM
LTM
SPICE
Rezistor
Deska plošného spoje
Osobní počítač
American Nation Standards Institute
Německá průmyslová norma
Technologie vrtaných děr
Technologie povrchové montáže
Pravé tlačítko myši
Levé tlačítko myši
Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis
ANTONÍN JURÁNEK, MultiSim, BEN, Praha 03/2008.
Další informace
Katalogový list Shotkzho diody: typ MBRS320 je dostupný z: www.datasheetcatalog.com
Katalogový list integrovaného stabilizátoru: typ LM 317T je na: www.datasheetcatalog.com
Nápojový automat LKO
335
Název:
Nápojový automat – LKO
Autoři:
Realizace:
Antonín Pálka (vyučující odborného předmětu)
učební praxe
sociálních)
učitel)
týdnů)
Sestavit funkční Logický Klopný Obvod – LKO pro nápojový automat
Typ projektu:
Smysl
projektu:
Výstup:
Předpokládané
cíle:
Předpokládané
činnosti:
Organizace:
• Umět sestavit LKO pomocí členů NAND
• Umět minimalizovat pomocí Karnaugových map
• Umět realizovat LKO
• Umět pracovat s Multisimem10
• ověří si znalostí Booleovy algebry
• vytvoří a minimalizuje logickou funkci
• ověří funkci LKO na multisimu
vytvoření LKO
sestavení fungujícího LKO – Multisim
336
Předpokládané
výukové
metody:
Předpokládané
pomůcky:
Způsob
prezentace
projektu:
Způsob
hodnocení:
metody praktické – Prezentace-Multisim
poznámkový sešit, firemní manuál Multisimu, National
Instruments,Toronto
Skriptum – Logické obvody, VŠB Technická universita Ostrava, Zdeněk
Diviš
vytvořeného LKO.
Učitel – hodnocení vytvořené dokumentace, modelu LKO, spolupráce
žáků.
337
Projekt je zadán žákům třetího ročníku oboru elektrotechnika v rámci předmětu učební praxe.
Maximální počet žáků ve skupině je 15. Učební osnova předmětu umožňuje zařazovat do
výuky projekty. Projekt nápojového automatu je rozdělen na dvě části. První část řeší návrh
logického obvodu a druhá část se zabývá výrobou desky plošného spoje. Před samotou
realizací je nutná domácí příprava (minimalizace pomocí Karnaughovy mapy).
Úvod
10 minut
Zadání
20 minut
Rozbor
30 minut
Tabulka
15 minut
Samostatná práce
S Multisimem
Logický konvertor
10 minut
Minimalizace
20 minut
Sestavení obvodu
60 minut
Ověření funkce
15 minut
celkem
180 minut tj. 4 vyučovací hodiny
Zadání
(nejlépe písemnou formou + prezentace)
Sestavte řídící logický kombinační obvod z logických členů NAND pro řízení Nápojového
automatu.
V automatu jsou umístěny tři nádoby. První nádoba s pramenitou vodou a elektromagnetickým ventilem ELV. Druhá nádoba obsahuje malinový sirup a elektromagnetický ventil ELM.
Třetí nádoba s citrónovým sirupem je otevírána elektromagnetickým ventilem ELC.
Zákazník si vybírá pomocí tlačítek TLV pramenitou vodu, TLM malinovku a TLC citronádu.
Vodu vydá automat zdarma, malinovku a citronádu musí zákazník zaplatit. Reference
zaplacení je označena P.
Stisknutím kteréhokoliv z tlačítek a vhozením mince, se zahájí časově omezená operace.
Jestliže je tato operace ukončena dříve než zákazník učinil platnou volbu, je mince vrácena.
Též při nesprávné obsluze je mince vrácena.
338
Postup
1. Rozbor
Máme napsat výrazy pro činnost automatu a funkci návratu mince. (kontrola domácí
přípravy) Nebrat v úvahu zpoždění rozhodovacího procesu.
2. Minimalizace
3. Nakreslíme schéma zapojení LKO
4. Ověříme funkci automatu
1) Rozbor
Zavádíme: 4 vstupní proměnné:
TLV – tlačítko pro vodu
TLM – tlačítko pro malinovku
TLC – tlačítko pro citronádu
P – vyhodnocení placení
4 výstupní proměnné:
ELV
ELM
ELC
ELP
Výstupní funkce
ELV = f1 (TLV,TLM,TLC,P)
ELM = f2(TLV,TLM,TLC,P)
ELC = f3 (TLV,TLM,TLC,P)
ELP = f4 (TLV,TLM,TLC,P)
jsou závislé jen na vstupních hodnotách, jedná se tedy o LKO (logický kombinační obvod).
Všechny funkce a proměnné jsou dvoustavové.
Konvence:
ELV=ELM=ELC = 0
TLV=TLM=TLC = 0
ELP = 0
ELP = 1
P=0
P=1
ventily jsou zavřeny
tlačítka nejsou stlačena
mince je přijata
mince je vrácena
mince nebyla vhozena
je placeno, mince byla vhozena
Následuje sestavení tabulky pravdivosti. Protože máme 4 stupní proměnné, bude mít tabulka
24 = 16 řádků.
Poznámka: Studenti obdrží tabulku a za domácí úkol sestaví výstupní funkce a zminimalizují
je pomocí Karnaughových map. Příští hodinu si mohou porovnat výsledky s minimalizací
pomocí Multisimu.
339
Program Multisim10 používá pro označení vstupních proměnných počáteční velká písmena
abecedy tedy:
A = TLV
B = TLM
C = TLC
D=P
Pravdivostní tabulka
Tabulku předáme žákům v tištěné formě, aby si mohli za domácí úkol sestavit logické funkce
a pomocí Karnaugových map provedli minimalizaci těchto funkcí.
n
TLV
TLM
TLC
P
ELV
ELM
ELC
ELP
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
Žádná činnost
Vhozená mince – počítá se čas
Žádná činnost
Citronáda OK
Žádná činnost
Malinovka OK
Žádná činnost
Vrátit minci – špatná volba
Voda OK – je zdarma
Voda Ok – vrátit minci
Žádná činnost
Citronáda OK
Žádná činnost
Malinovka OK
Žádná činnost
Vrátit minci – špatná volba
Zápis funkcí:
ELV = TLV ⋅ TLM ⋅ TLC ⋅ P + TLV ⋅ TLM ⋅ TLC ⋅ P + TLV ⋅ TLM ⋅ TLC ⋅ P + TLV ⋅ TLM ⋅ TLC ⋅ P +
+ TLV ⋅ TLM ⋅ TLC ⋅ P + TLV ⋅ TLM ⋅ TLC ⋅ P
podle Multisimu:
ELV = ABCD + ABCD + ABC D + ABCD + ABCD + ABCD
ELM = ABCD + ABCD
ELC = ABCD + ABCD
ELP = ABCD + ABCD + ABCD + ABCD
340
2) minimalizace
Minimalizace funkcí je provedena pomocí přístroje Logic converter .
Pro naše 4 výstupní funkce dostáváme následující rovnice:
Voda
ELV = A BC + BCD + BC D
Malinovka
ELM = BC D
Citronáda
ELC = BCD
Placení
ELP = BCD + BCD
Vidíme, že nádoba s vodou se otevře ve třech případech:
1. volba samotné vody
2. volba malinovky
3. volba citronády
Poznámka: Máme zde možnost porovnat minimalizované rovnice studentů.
Zhodnocení metody
Metoda je systematická, nenechává žádné volné případy, což je její hlavní výhoda.
Na příkladu dále vidíme,že v některých případech, je výhodné odvodit závislost některých
funkcí na jiných funkcích.
341
Kreslení schématu zapojení
Pro kreslení schématu využijeme velmi dobře Multisimu a tlačítek na přístroji Logic
converter.
Minimalizovaná rovnice
Tlačítko pro převod schéma z NANDů
Na dalším obrázku vidíme výsledek zmáčknutí tlačítka A|B → NAND. Minimalizovaná
funkce pro sepnutí elektromagnetu pouštějícího vodu nese označení ELV. Minimalizované
funkce pro malinovku (ELM) a pro citronádu (ELC) jsou již ve funkci ELV obsaženy.
Obr. Minimalizovaná funkce vydávání vody ELV
342
Zbývá tedy vyřešit placení (ELP). Opět použijeme Multisim a přístroj Logic converter.
Obr. Minimalizovaná funkce vracení mincí ELP
343
Funkční schéma
Obr. Kompletní LKO pro Nápojový automat sestavený z 2vst. NANDů
Na sestrojení tohoto LKO bychom potřebovali 25 ks 2 vst. NANDů , tedy 7 ks integrovaných
obvodů 74LSOO. Schéma zapojení máme ověřeno a můžeme přistoupit k realizaci LKO
pomocí IO. Zapojení si opět sestavíme v prostředí Multisim10. Ověříme funkci a můžeme
přejít k výrobě PCB. Pokud použijeme vícevstupové (3vst.) NANDy 74LS10, budeme
potřebovat pouze 4 ks IO.
344
Z minimalizovaných funkcí tedy sestavíme LKO za použití vícevstupových NANDů.
Obvod nakreslíme do sešitů a následně překreslíme do simulačního programu Multisim.
Obr. LKO sestavený z vícevstupových NANDů
Poznámka: Pokud budeme chtít postoupit k výrobě PCB, musíme pro sestavení LKO použít
v Multisimu reálné součástky. Pokud chceme použít THT vybíráme pouzdra označená
písmenem N např. 7400N. Pro SMT vybíráme pouzdra označená D např. 7400D.
Navržený a odzkoušený obvod pro výrobu desky plošného spoje (PCB) je uveden na
následující straně. Tímto obvodem je ukončena práce v Multisimu na LKO.
Další, navazující práce jsou:
1.
2.
3.
4.
Transfer do Ultiboardu a výroba PCB pro LKO
Ošetření vstupů, výstupů a časování
Napsat program pro PLC automat
Vizualizace v CW
Nebo je možné práci realizovat jako celek a studenty rozdělit do pracovních týmů.
345
Použití integrovaných obvodů
LKO je odzkoušen se dvěma typy int. obvodů a to 2ks 74LSOO a se 2ks 74LS10.
Závěr
Podle zadání byl sestaven a odzkoušen LKO. Pracovali jsme pouze na řešení LKO bez
ošetření vstupů, výstupů a časování. Obvod je funkční a lze ho použít pro další práce.
346
KARNAUGHOVY MAPY
Následně vypracované minimalizace pomocí Karnaughovy mapy slouží jen pro kontrolu
domácí práce studentů.
Zjednodušení pro ELM
Elektromagnetický ventil ELM otevře nádobu s malinovým sirupem, jestliže zákazník stiskl
tlačítko TLM , nestiskl tlačítko TLC a zaplatil.
Zjednodušení pro ELC
Elektromagnetický ventil ELC otevře nádobu s citronovým sirupem, jestliže zákazník stiskl
tlačítko TLC , nestiskl tlačítko TLM a zaplatil.
347
Zjednodušení pro ELV
Řádky v pravdivostní tabulce 5 a 13 je vlastně funkce ELM a řádky 3 a 11 je vlastně funkce
ELC. Provedeme minimalizaci pouze pro řádky 8 a 9 a využijeme závislosti na
Elektromagnetický ventil ELV otevře nádobu s vodou, když zákazník stlačí tlačítko TLV a
nestlačí TLM a TLC, nebo bude platit některá z předcházejících funkcí.
Zjednodušení pro ELP
Automat vrátí minci, jestliže byla mince vložena a současně byla nesprávně použita tlačítka.
348
Kontrolní otázky
1. Realizujte negaci, součin a součet pomocí NAND.
2. Doplňte tabulku pro NAND.
A
0
0
I
I
B
0
I
0
I
Y
I
I
I
0
3. Napište De Morganovy zákony.
A⋅B = A + B
A + B = A⋅ B
4. Jaký zápis funkce je vhodné použít při návrhu LKO realizovaného pomocí dvouvstupových
NAND. Upravte funkci a nakreslete schéma.
F = C⋅ A+C⋅B⋅ A
Postup:
•
•
•
•
vycházíme z minimálního součtového tvaru
výraz 2x znegujeme a pomocí De Morganových zákonů
upravíme tak, aby obsahoval jen operaci logický součin
pak musíme dílčí součiny obsahující více než dva členy upravit dvojitou negací
Obvod nakreslený ze dvouvstupových NAND vypadá takto:
5. Čím se liší logický kombinační obvod od logického sekvenčního obvodu.
349
LKO
NAND
ELV
ELM
ELC
ELP
TLV
TLM
TLC
P
PCB
LSD
ANSI
CW
PLC
Logický kombinační obvod
Negovaný logický součin
Elektromagnetický ventil pro vodu
Elektromagnetický ventil pro malinový sirup
Elektromagnetický ventil pro citronový sirup
Elektromagnet vrácení peněz
Tlačítko pro volbu voda
Tlačítko pro volbu malinovka
Tlačítko pro volbu citronáda
Proměnná vyhodnocující placení
Deska plošného spoje
Layout SimbolicDesign
American Nation Standards Institute
Control Web
Programovatelný automat
Slovník pojmů
shield
solid
DRC
align
Pop-up
solder
merge
arrow
filled
above
over
below
sub group
bright
shortest
daisy chain
thickness
ways
through
spacing
course
toggle
ochrana
pevný,trojrozměrný
seřadit,zarovnat
vysunování
pájka,pájet
sloučit
šipka
plný,vyplněný
nahoře
přes
dole,pod
podskupina
jasný
nejkratší
uzavřený cyklus
tloušťka,síla
cesty,způsoby
skrz
rozestup
běh,chod
knoflík,tlačítko
350
DIVIŠ ZDENĚK, Logické obvody, VŠB Technická universita Ostrava.
Další informace
Katalogový list integrovaného obvodu: typ 74LS00
Je dostupný z: http://www.oup.com/us/pdf/microcircuits/students/logic/74LS00-motorola.pdf
Katalogový list integrovaného obvodu: typ 74LS10
Je dostupný z: http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/37/487962_DS.pdf
351
Vydala SŠPHZ Uherské Hradiště
2011
Tisk JOKER, Uherské Hradiště
Náklad 50 výtisků
Tato publikace neprošla jazykovou úpravou. Za věcnou, odbornou úroveň a jazykovou úpravu
odpovídají autoři.

Metodická přiručka - Projektové vyučování

Transkript

Podobné dokumenty

ŠVP Strojní mechanik - Střední škola strojní, stavební a dopravní

SIGNATUR A NÁZEV AUTOR NAKLADATELSKÉ ÚDAJE

Přečtěte si celé číslo - Školská fyzika

zk. otázky zima 2009/2010

ŠVP oboru 26-41/M-01 Elektrotechnika