Regelung wesentlicher Prozessgrößen als Grundlage für eine gute Ausbildung

Lernen nah an der Industrie

Wissen ist Macht. Dieses geflügelte Wort, das auf den englischen Philosophen Francis Bacon (1561–1626) zurückgeht, kennt in Deutschland jeder. Doch wie erwirbt man das richtige Wissen? Während einer Ausbildung beispielsweise ist es nicht immer einfach, sich genau die Fähigkeiten anzueignen, die später im Berufsalltag auch wirklich nützen. Auf technische Berufe trifft das besonders häufig zu, denn theoretische Inhalte und industrielle Realität sind keineswegs immer deckungsgleich. Fachhochschulen, Berufsschulen aber auch die Lehrwerkstätten in Chemie-, Pharma- oder Automobilindustrie kennen diese Problematik. Für Lerninhalte rund um die Fluidik zeichnet sich hier die Wende ab: Es gibt mittlerweile ein innovatives Trainingssystem, das es ermöglicht, die Regelung wichtiger Prozessgrößen industrienah zu vermitteln, sich flexibel einsetzen lässt und einfach zu bedienen ist.

Wenn während einer Ausbildung mit didaktisch optimierten Systemen experimentiert werden kann, entsteht Handlungskompetenz. Davon ist jedenfalls der Lehrmittelhersteller Lucas-Nülle (vgl. Firmenkasten 1) überzeugt, der heute für die unterschiedlichsten technischen Fachbereiche ein passendes Trainingssystem im Programm hat. Zu den jüngsten Entwicklungen zählt beispielsweise der modular aufgebaute Process Control Trainer (Titelbild), mit dem sich anschaulich die elementaren Grundlagen der Regelungstechnik vermitteln lassen. Das Besondere daran: Die Regelstrecken für Durchfluss, Druck, Füllstand und Temperatur sind aus Industriekomponenten aufgebaut, bilden daher genau den technischen Funktionsumfang ab, den die Auszubildenden später in ihrem beruflichen Umfeld antreffen werden.

„Lehrinhalte lassen sich dadurch sehr praxisnah vermitteln, viel besser als mit abstrakten oder experimentellen Laborgeräten“, erklärt Frank Lang (Bild 2), Produktmanager für die Verfahrenstechnik bei Lucas-Nülle. Mit einem flexiblen Anschluss-System lassen sich unterschiedliche Regelstrecken einfach und schnell wechseln. Das modulare System trägt damit durch seine Flexibilität auch den heutigen Ansprüchen nach verkürzten Praktikumszeiten Rechnung. Zukünftig können bei Bedarf auch noch weitere Regelstrecken integriert werden.

Austauschbare Regelstrecken

„Für die Realisierung unseres industrienahen Process Control Trainers brauchten wir einen Partner, der sich zum einen in der Prozess- und Verfahrenstechnik auskennt, zum anderen aber auch in der Lage ist, unsere doch recht anspruchsvollen Anforderungen an die Module umzusetzen,“ berichtet Lang. So sollten die Regelstrecken schnell auszutauschen sein, dürfen aber nicht versehentlich verwechselt werden, damit sich die Systeme auch für Einsteiger eignen. Anforderungen, die nicht nur für die Hardware, sondern auch für die entsprechenden Software-Bausteine gelten.

Vor diesem Hintergrund erwies sich Bürkert Fluid Control Systems (vgl. Firmenkasten 2) als der richtige Partner. Die Fluidikexperten haben nicht nur bewährte und innovative Komponenten für die unterschiedlichen Regelstrecken im Programm, sondern auch die Kompetenz im Systemhaus Menden, den Process Control Trainer mit all seinen Komponenten aufzubauen und Lucas-Nülle geprüft zur Verfügung zu stellen. „Selbst Sonderwünsche lassen sich dabei berücksichtigen, so zum Beispiel, falls unsere Kunden eine andere Anordnung der Komponenten wünschen“, freut sich Lang. Das Grundgerüst des Tisches wird seitens Lucas-Nülle bereitgestellt, um intern einen einheitlichen Grundaufbau der Lehrmittel zu gewährleisten. Es wird dann mit einem 90 l Edelstahlbehälter als Wassertank, einer Peripheralradpumpe sowie einem elektrischen Anschlussschrank inklusive Sicherungen und Klemmbox für die 24-V-Spannungsversorgung der Regelstrecken ausgerüstet. Die als separate Einheiten ausgelegten Regelstrecken lassen sich dann einfach per Bajonettverschluss zwischen den Clamp-Anschlüssen auf der Tischplatte befestigen (Bild 3, 4 und 5). Werkzeug ist dafür nicht notwendig. Kunststofffüße an der Unterseite der Module verhindern Kratzer auf der Edelstahloberfläche des Tisches.

Ventile, Regler und Sensoren wie in der Industrie

In den drei Regelmodulen für Durchfluss, Druck sowie Füllstand und Temperatur sind ausschließlich bewährte, robuste Industriekomponenten verbaut. Vergleichbare Ventile, Regler, Transmitter, Sensoren, Anzeigen und Kontrollleuchten gibt es in jeder prozess- oder verfahrenstechnischen Industrieanlage. Die Lernenden finden damit Praxisbedingungen vor, gleichzeitig wird das Trainingssystem zu einem langjährigen und zuverlässigen Begleiter in der Ausbildungsstätte, in Universitäten und technischen Hochschulen ebenso wie in Berufsschulen oder Lehrwerkstätten der Industrie. Eben überall dort, wo die Regelung der wesentlichen Prozessgrößen die Grundlage für eine gute Ausbildung ist.

„Dazu trägt auch die auf das Trainingssystem abgestimmte Software bei“, so Lang weiter. Das Trainingssystem wird von einem digitalen Labsoft-Kurs begleitet. Die Lernenden werden zunächst in einer interaktiven Lernumgebung an die jeweiligen Themen herangeführt und in ihren Aufgaben unterstützt. Mit Hilfe von virtuellen Instrumenten lassen sich dann die unterschiedlichen Regler über den PC bedienen und beobachten. Mit einem Datenlogger können die Daten am PC bearbeitet und zu anderen Anwendungen exportiert werden, so dass eine vielfältige Nutzung der Regelstrecken möglich ist.

Beachtliche Lerneffekte

Der Lerneffekt ist enorm. Die Auszubildenden lernen beispielsweise Aufbau und Inbetriebnahme einer Durchflussregelung, sehen wie sich die Regelstrecke mit Ventil, Prozessregler, Ventilstellungssensor und Durchflusssensor prinzipiell verhält und können überprüfen, was bei Veränderungen bestimmter Parameter passiert. Es lassen sich charakteristische Kurven aufnehmen und das theoretisch ermittelte Verhalten des Lehrreglers mit dem Industrieregler vergleichen. Bei der Druckregelung werden beim Industrieregler z.B. PI- und PID-Regelverhalten dargestellt und ebenfalls mit dem Lehrregler verglichen.

Auch bei der Füllstandregelung sind verschiedene Szenarien realisierbar. Die vom Füllstand unabhängige Temperaturreglung beispielsweise zeigt, welche Herausforderungen die Durchführung in der Praxis stellen kann. Dazu wurde im Edelstahlbehälter des Regelmoduls ein Heizstab integriert. Die Heizung wird über einen separaten Schutzkontaktstecker aktiviert. Eine Leuchte in der Schaltschranktür visualisiert, wenn die Heizung tatsächlich heizt.

Der Prozess Control Trainer und die drei Regelstrecken sind seit Mai 2021 verfügbar. Lucas-Nülle und Bürkert werden weiter zusammenarbeiten und gemeinsam neue Lösungen entwickeln, die sich dann bei Bedarf nachrüsten lassen. Auszubildende bleiben dadurch auch zukünftig auf dem aktuellen Stand der Technik.

Quelle Titelbild: Lucas-Nülle