Generelle prinsipper.

Læreplanene for VG2 og VG3 automatisering har ikke noe klart skille mellom målene for sluttkompetanse innenfor en del ulike læringstema. Det synes rimelig å starte opp med utvikling av en grunnleggende kompetanse i VG2 som så kan utvikles videre i VG3, fram mot det som man kanskje kan kalle et «fagbrevnivå» som sluttkompetanse etter VG3.

Dette prinsippet gjelder for flere sentrale læringstema som for eksempel styringsteknikk, reguleringsteknikk og elenergi.

I VG3 automatisering så kommer det inn et nytt fagtema i faget automatiserte systemer. Dette er «robotisering». Læreplanen for VG3 automatisering har også et nytt fag som ikke er nevnt i læreplanen for VG2 automatisering. Dette er «mekaniske arbeider».

De to læreplanene har få mål for sluttkompetanse som går ut på at eleven skal kunne forklare eller redegjøre for eller vise teoretisk forståelse som et mål i seg selv. Det finnes på den annen side en lang rekke «praksismål» som forutsetter at eleven også har en helhetlig teoretisk forståelse for installasjonens eller maskinens virkemåte.

Teori og praksis kan neppe læres «hver for seg», men bør i størst grad integreres inn i hverandre som «teori kombinert med praksis» eller som «praksis kombinert med teori. Prinsippet er i alle tilfeller at læringsaktivitetene skal lede fram til en helhetlig teoretisk, praktisk kompetanse og systemforståelse.

Læringsaktivitene bør vel fordeles mellom VG2 og VG3 slik at de gir en helhetlig og sammenhengende oppbygging av en helhetlig praktisk-teoretisk kompetanse fram mot et «fagbrevnivå» etter VG3.

Selv om det ikke er særlig mange «dedikerte krav om teoretisk kompetanse» i de to læreplanene så er det allikevel slik at den tverrfaglige eksamen for VG2 automatisering kan ha betydelig krav til teoretisk kompetanse, samtidig som det også er slik at den sentralt utgitte tverrfaglige eksamen for VG3 automatisering er en teoretisk oppgave. (Som dog pleier å inneholde en del praktiske problemstillinger som eleven skal kunne resonnere i forhold til.)

I oversikten under så er det listet opp et forslag til «operasjonelle delmål» for en nødvendig teoretisk kompetanse for å bygge opp til de helhetlige og tverrfaglige sluttkompetansemålene som læreplanene etterspør. Opparbeidelsen av denne teoretiske forståelsen kan skje på forskjellig måte for eksempel alt vesentlig som praksis og erfaringsbasert læring, eller med en noe større innslag av tradisjonelle forelesninger med påfølgende praksisperioder.

Når man fordeler praktiske mål for kompetanse mellom VG2 og VG3 automatisering, så må man ta med i betraktning at det forekommer, ikke så sjeldent, at elevene bytter skole mellom VG2 og VG3. Man bør vel også ta med i betraktning at det kanskje er forholdsvis vanlig at den tverrfaglige eksamen etter VG2 inneholder forholdsvis store deler av «det samlede teoripensum» for VG2 og VG3. På denne måten har det kanskje lett for å bli slik at VG2 blir til et forholdsvis «teoritungt studium» mens VG3 kanskje brukes mer til repetisjon og utdyping av teori og til noe mer avanserte læringsoppdrag.

Det forholder seg jo også slik at VG3 automatisering inneholder et helt nytt «fagtema» og et helt nytt «fag» i forhold til VG2. Dette er «robotisering» og «mekaniske arbeider», slik at dette lærestoffet hører naturlig hjemme i forbindelse med gjennomføringen av VG3 automatisering.

 

Operasjonelle delmål for teoretisk kompetanse:

Regelverket

Generell teori:

• Arbeidsmiljøet
• Elektrofaglige myndigheter (DSB og DLE)
• Bygning og maskin
• Norge og Europa
• CE-Merking
• Regelverkets struktur – Lov – Forskrift – Norm

Lovtekstene

• El-tilsynsloven
• Plan og bygningsloven
• Ekomloven
• Her mangler vi vel en lov om produkter?

Forskriftene

• Forskrift om elforetak
• FEL-Forskrift for lavspenningsanlegg
• Maskinforskriften
• FSE – Elsikkerhet.
• FEU – Forskrift om elektrisk utstyr (Lovhjemmel)
• Ekomforskriften

Normer:

• NEK400:2014
• NEK399:2014
• NEK-EN-60204-1
• NEK405-Kontroll
• Tavlenormen
• NEK700:2012

Informasjonsteknologi (IKT)

• PC-Hardware
• Operativsystemer – Generelt
• Windows
• Linux
• Kablet nettverk
• Trådløst nettverk
• Datakommunikasjon (OSI Modellen)
• Klient-server systemer
• Webserveren (Apache eller en annen)
• CMS (WordPress eller annet)
• Virtualisering (Virtualbox eller annet)
• Teknisk tegneprogram

 

Elenergi

Grunnteori

• Ohms lov.
• Effektformelen
• Seriekoblingen
• Parallellkoblingen
• Serieparallellkoblingen
• Kirchoffs Spenningslov
• Kirchoffs strømlov
• Resistans i kabel
• Spenningsfall i kabel
• Belastningsstrøm – Beregne
• Belastningstyper – Induktiv – Resistiv – Kombinert
• Fasekompensering

Fordelingssystemer:

• IT-Systemet
• TT-Systemet
• TN-Systemet

Komponenter

• Automatsikringen
• Jordfeilvernet
• Overspenningsvernet
• Knivsikringen
• Transformatoren
• 24V Strømforsyning
• Asynkronmotoren
• Frekvensomformeren

Jordingssystemer

• Prinsipper for jording
• Jording av bygninger
• Jording av systemer
• Utjamningsforbindelser

Bygningsinstallasjoner.

• Regelverket
• Elektriske inntak
• Fordelingssystem i bygninger
• Fordelingstavlen
• Beregning av belastninger
• Dimensjonering av elektriske kurser
• Sluttkontroll

Installasjon på maskiner

• Regelverket
• Maskintavlen
• Hovedstrøm
• Styrestrøm
• Dimensjonering av kurser
• Sluttkontroll

 

Styringsteknikk

 

Kontaktorstyring

• Kontaktoren
• Motorvernet
• Styrestrøm
• Hovedstrøm
• Feilsøking – Uten spenning.
• Feilsøking – Med spenning.
• Holdekretsen
• Dreieretningsvenderen
• Stjerne-trekant-venderen
• Dokumentasjon – Arrangement – Hovedstrøm – Styrestrøm – Rekkeklemmetabell – Komponentliste

 

PLS Styring

Grunnleggende

• Hardware – Oppbygging
• Software – Hovedprinsipper
• Ladder
• Blokkprogrammering
• Instruksjonsliste
• Sekvensstyring
• Forskjellige typer PLS
• Mekaniske prosessbrytere
• Elektroniske prosessbrytere – NPN og PNP
• Induktive prosessbrytere
• Kapasative prosessbrytere
• Digitale innganger
• Digitale utganger
• Oppkobling 24V PLS
• Oppkobling 230V PLS
• Distribuerte INN-UT enheter

Ladder programelementer

• OG-Funksjonen
• ELLER-Funksjonen
• IKKE-Funksjonen
• Holdekretsen
• S/R-Vippa
• Forrigling
• Timeren
• Telleren

Eksempler

• Holdekretsen – Helhetlig utførelse
• Dreieretningsvenderen
• Stjerne-Delta venderen
• En enkel sekvensstyring

Analoge inn-utganger

• Analoge innganger – Virkemåte
• Analoge innganger – Linearisering og skalering
• Analoge utganger – Virkemåte
• Analoge utganger – Skalering

Avansert bruk av PLS

• Regulering ved hjelp av PLS
• Distribuerte inn-ut enheter
• Prosessnettverk

 HMI

• Oppkobling av grafikk mot digitale inn/utganger
• Oppkobling av grafikk mot analoge inn/utganger

 

Måleteknikk – Håndverktøy

• Måling av resistans
• Måling av DC spenning 0-24V
• Måling av AC spenning 0-400V
• Måling av strøm i området 0-24 mA
• Måling av strøm i 230/400V hovedstrømkurser.
• Måling av kontinuitet i ledere og jordledere i mΩ området.
• Måling av isolasjonsresistans med 500V/1000V prøespenning.
• Måling av temperatur
• Måling av trykk

 

Måleteknikk – Instrumentering

• Sammenheng mellom måleteknikk og reguleringsteknikk
• Måletransmitterens funksjon og oppbygging
• Standard signalformat – Analoge målesignaler
• Omforming fra analoge til digitale måleverdier.
• Oppkoblingsprinsipper – 2, 3 og 4 leder
• Måling av trykk
• Prinsipper for kalibrering
• Kalibrering av trykktransmitter
• Måling av nivå
• Måling av temperatur – resistanstermometer – termoelement – termistor
• Kalibrering av resistanstermometer
• Måling av gjennomstrømning
• Smart-transmitteren
• Hart-kommunikatoren

 

Reguleringsteknikk

• Styring og regulering
• Reguleringstekniske grunnprinsipper – tilbakekoblede systemer
• Mannen i dusjen – Manuell regulering av temperatur
• En enkel automatisk mekanisk regulering
• Den regulerte prosessen – dødtid – tidskonstant
• PID-Regulatoren
• En automatisk nivåregulering med reguleringsventil
• En automatisk nivåregulering med frekvensomformer
• AV/På regulering kontra kontinuerlig regulering.
• Regulering av temperatur som AV/På regulering.
• Regulering av temperatur som kontinuerlig regulering.
• Regulering av trykk som AV/PÅ regulering.
• Regulering av trykk som kontinuerlig regulering.
• Regulering av gjennomstrømning
• Kaskaderegulering
• Multivariabel regulering
• Posisjonsregulering
• Master-Slave reguleringssystemer

 

Pneumatikk

• 3/2 ventilen
• 5/3 ventilen
• Avstruping (tidsforsinkelse)
• Arbeidssylinderen
• Sammensatte styringssystemer

 

Elektropneumatikk

• 3/2 ventilen
• 5/3 ventilen
• Sammensatte styringssystemer

 

Hydraulikk

• 3/2 ventilen
• 5/3 ventilen
• Avstruping (tidsforsinkelse)
• Arbeidssylinderen
• Sammensatte styringssystemer

Elektrohydraulikk

• 3/2 ventilen
• 5/3 ventilen
• Sammensatte styringssystemer

Robotisering

• Industrirobotens oppbygging og virkemåte
• Programmering av industrirobot
• Igangkjøring av industrirobot.
• ROV
• (Note: Innplassering av robot i produksjonscelle er så langt utelatt.)

 

Mekaniske arbeider

• Verkstedmaskkiner og vedlikeholdsteknikk – teorigrunnlag
• Stål og stållegeringer
• Aluminium og aluminiumslegeringer
• Arbeide på reguleringsventiler – teorigrunnlag
• Arbeide på hydrauliske og pneumatiske styringsventiler – teorigrunnlag
• Arbeide på hydrauliske og pneumatiske arbeidssylindre – teorigrunnlag

Internkontroll og kvalitetsstyring

• Internkontrollforskriften – Prinsipper
• ISO9000 – Prinsipper

 

Vedlikeholdssystemer

• Preventive vedlikeholdssystemer

 

Praktiske oppgaver og prosjekter

Generelle prinsipper

For å nå fram til de tverrfaglige og helhetlige kompetansemålene som læreplanen for VG2 og VG3 automatisering beskriver så vil det være av sentral og stor viktighet at alle eller de fleste av de operasjonelle teorimålene kan relateres til en helhetlig og praktisk virkelighet.

En måte å organisere den praktiske opplæringen på, det er ved å bygge den opp rundt et forholdsvis omfattende «årsprosjekt» eller «hovedprosjekt», som har en tverrfaglig karakter, og som omfatter læreplanene med en viss bredde og dybde.

Dessuten så vil det også være behov for en del forholdsvis mindre praksisoppgaver og prosjekter der elevene til dels bygger opp en nødvendig «grunnkompetanse» til sitt hovedprosjekt og også for å dekke inn deler av læreplanen som ikke inngår i «hovedprosjektet».

 

VG2 Automatisering

Hovedprosjekt

Hovedprosjektet for VG2 automatisering kan typisk være å planlegge, dokumentere, kjøre i gang og optimalisere en nivå reguleringssløyfe med PLS styring og HMI. Samtidig så bør prosjektet inneholde såpass mye innhold fra faget elenergisystemer til at prosjektet dekker forholdsvis store deler av læreplanen for VG2 automatisering.

Støtteprosjekter

Innledende praktisk læringsoppdrag for å opparbeide grunnkompetanse

En del elever som har gjennomført «kryssløp» fra VG1 TIP har i praksis en nokså svak elektrobakgrunn. Også andre elever kan ha behov for en «repetisjon» og «å lære det hele fra bunnen av».

Her kan man for eksempel starte opp med et fagnivå noenlunde tilsvarende VG1 elektrofag, for eksempel med en dreieretningsvender eller en enkel styring for en varmepumpe med av/på-regulering. (Termostatfunksjon pluss høytrykks og lavtrykksbryter.)

Gjennomgang av eksisterende bygningsinstallasjon

Det kan vel i praksis være nokså vanskelig å gjennomføre så omfattende praksisprosjekter i faget elenergisystemer som det læreplanen kanskje strengt talt stiller krav om. Det som der i mot er kanskje noe mer praktisk gjennomførbart det er å gå gjennom en eksisterende elektrisk installasjon i et litt mindre industribygg eller lignende og så dokumentere og beskrive denne. Denne gjennomgangen av «helt anlegg» vil så kunne kombineres med praktiske arbeider på litt mindre anlegg, typisk «elektriske installasjoner på maskiner».

Reguleringssløyfe for temperatur.

læreplanen stiller krav om at elevene skal kunne arbeide på og kjøre i gang minst to forskjellige typer reguleringsløyfer basert på kontinuerlig regulering. Hovedprosjektet vil jo kunne inneholde en nivåregulering. Reguleringsprosjekt no 2 kan for eksempel være en kontinuerlig temperaturregulering.

Kravet i læreplanen er å «planlegge, dokumentere og sette i drift» minst 2 forskjellige reguleringssløyfer. I forbindelse med hovedprosjektet som er en nivåregulering så kan elevene for eksempel arbeide sammen to og to, over forholdsvis lang tid, slik at det blir en god mulighet for utdypende arbeidsoppgaver.

Når det gjelder «reguleringssløyfe no 2» altså «reguleringssløyfe for temperatur, så holder det kanskje at en klasse på 14-16 elever deler på 1 eller 2 slike reguleringsløyfer for kontinuerlig regulering av temperatur.

Kalibrering av trykktransmitter.

For at dette temaet skal bli forstått og husket godt nok så kan det nok være en fordel å skille dette ut som et eget læringsoppdrag, der elevene gjennomfører en kalibrering av en trykktransmitter, steg for steg etter et arbeidsunderlag.

Kalibrering av temperaturtransmitter.

I likhet med «kalibrering av trykktransmitter» så kan det nok være lurt å gjennomføre «kalibrering av temperaturtransmitter» som et eget læringsoppdrag, der elevene får bruke en kalibreringsovn ut i fra en detaljert arbeidsbeskrivelse.

Læringsoppdrag innenfor hydraulikk-Pneumatikk

Det framgår av læreplanen at elevene skal kunne bruke hydraulikk og pneumatikk slik at det vil være nødvendig å gjennomføre ett eller flere læringsoppdrag som går ut på å planlegge, bygge opp, dokumentere og sette i drift tekniske anlegg innenfor pneumatikk og hydraulikk.

Eventuelt så kan man kombinere dette fagtemaet med andre fagtemaer, for eksempel programmering og bruk av PLS (og elektropneumatikk/hydraulikk) og/eller i forbindelse med prosjekter og maskinutstyr som er beregnet for vareproduksjon.

Læringsoppdrag innenfor IKT og Datakommunikasjon

For å oppnå praktisk og teoretisk forståelse for hvordan et servere og microprosessorbaserte datamaskiner fungerer, så kan det være nødvendig og hensiktsmessig å gjennomføre et læringsoppdrag som går ut på installere og ta i bruk ett eller flere operativsystem på en eller flere datamaskiner, og så sette opp og konfigurere server og klientfunksjoner.

Videre så kan læringsoppdraget også gå ut på å sette opp og konfigurere et kablet og trådløst informasjonsnettverk og å installere programvare og konfigurere server og klientfunksjoner som kan kjøre på dette nettverket, for eksempel webserver og webbrowser, VNC server og klient og SSH server og klient for fjernstyring av server.

Den lille mikroprosessorbaserte datamaskinen Raspberry PI er for eksempel erfaringsmessig meget godt egnet i en slik sammenheng.

Andre ad-hoc prosjekter og læringsoppdrag.

For å gjøre undervisningen insteressant og variert, så vil det alltid være behov for å gjennomføre noen mindre læringsoppdrag ad-hoc, for å utdype tema innenfor teori. Som eksempel så kan nevnes «programmering og bruk av PLS der det alltid er en mulighet å improvisere mindre læringsoppdrag, som kan sette en «spiss» på skolehverdagen og bidra til litt variasjon.

Elevene vil vel normalt og vanligvis gjennomføre «Prosjekt til fordypning» som utplassering i bedrift. I de tilfellene at det allikevel ikke skjer noen slik utplassering i bedrift så vil det være behov for å ha utstyr og muligheter tilgjengelig slik at det vil være mulig å gjennomføre egnede læringsoppdrag som erstatning for utplasseringen i bedrift.

 

VG3 Automatisering

Hovedprosjekt

Her kan man for eksempel med fordel ta utgangspunkt i en tradisjonell fagprøvestasjon for automatiseringsfaget og bygge opp et kombinert styrings og reguleringssystem som typisk består av en eller flere reguleringssløyfer (eventuelt kaskaderegulering), 4 målemetoder og HMI. Dette kan med fordel være en nivåregulering. En multivariabel regulering er også en mulighet, for eksempel nivå, trykk eventuelt temperatur.

Det vil nok være en god ide å bygge opp et prosessanlegg som automatiseres på litt forskjellig måte, slik at man kan variere og tilpasse det faglige innholdet. For å dekke inn læreplanen med den bredde som læreplanen etterspør, så vil det kanskje være hensiktsmessig å bygge inn både frekvensomformer/asynkronmotor og reguleringsventil som pådragsorgan.

Støtteprosjekter

Robotisering

Programmering og igangkjøring av industrirobot har nå kommet inn som et nytt læreplanmål.

Industriroboter kan nå kjøpes inn som forholdsvis små bordmodeller, som allikevel funksjonsmessig og bruksmessig er forholdvis like de større og dyrere variantene.

Det er således mulig å komme i gang med en undervisning i «robotisering» uten de helt store investeringene.

Læreplanen stiller ikke et krav om at roboten skal inngå som en del av en såkalt «robotcelle» som typisk består av transportbånd for transport av arbeidsstykker, verktøymaskiner og en håndteringsrobot, gjerne med en PLS som overordnet styringsenhet.

Hvis man har knapt med tid så er kanskje et læringsoppdrag som tar vare på en «minimumsimplementering» å foretrekke. Har man tid og ressurser til det så kan man jo bygge opp en komplett robot produksjonscelle, og la dette være utgangspunkt for læringsoppdrag.

 

Mekaniske arbeider.

«Mekaniske arbeider» eksisterer i dag som eget fag på klassetrinnet VG3 automatisering. Fagtema fra faget «mekaniske arbeider» har blitt gitt flere ganger og ganske jamt og regelmessig til eksamen for VG3 automatisering. Hvis man for eksempel får en eksamensoppgave som går ut på å beskrive en reparasjon av en  reguleringsventil, så vil det være helt nødvendig å ha praktisk erfaring med å utføre denne typen arbeid, for å kunne resonnere og forklare rundt dette på en fornuftig måte.

Læringsoppdrag i faget mekaniske arbeider bør ha dette innholdet for å oppfylle kravene i læreplanen:

• Arbeider på reguleringsventiler.
• Arbeider på hydrauliske og pneumatiske arbeidssylindre.
• Arbeider på hydrauliske og pneumatiske styresylindre.

 

Vareproduksjon.

I samtale med Utdanningsdirektoratet så kommer det fram at man ønsker en omlegging eller orientering mot en noe større vektlegging av «vareproduksjon». Noe av problemstillingen i en slik sammenheng det er at de sentralt utgitte eksamensoppgavene for VG3 tradisjonelt og alltid har vært prosessorienterte og fortsatt er det.

En annen faktor det er jo at skolene har en forholdsvis lang tradisjon i det å undervise på prosessorienterte praksismodeller slik at det finnes mange «ferdige og utprøvde løsninger» å forholde seg til slik at denne typen undervisning vil ha en «overkommelig vanskelighetsgrad».

En annen problemstilling det er at en del utprøvde prosessmodeller, for eksempel regulering av nivå, er svært godt egnet til å lære å forstå reguleringstekniske og automasjonstekniske prinsipper. Denne grunnleggende forståelsen vil så kunne ha en «universell anvendelse» i forbindelse med vareproduksjon og i andre sammenhenger.

I alle tilfeller så kan man jo, i den grad tid og ressurser strekker til, forsøke å få til å gjennomføre en del praktiske læringsoppdrag og prosjekter innenfor temaet vareproduksjon, og så dokumentere og på sikt bygge ut dette fagtemaet.

Temaet vareproduksjon kan kanskje også, i forhold til praksisopplæringen kombineres med andre fagtema som for eksempel elenergi, hydraulikk og pneumatikk.

 

Læringsoppdrag for avansert PLS/Teknisk bruk av IKT

I forbindelse med den sentralt utgitte eksamensoppgave for VG3 automatisering så vil det regelmessig og ofte dukke opp forholdsvis avanserte og krevende problemstillinger i forhold til bruk av PLS og avansert teknisk IKT i forbindelse med automatisering. Bruken av en felles sentral PLS som styrer og kommuniserer opp mot et antall distribuerte inn-ut enheter spredt rundt omkring i virksomheten eller i prosessanlegget er et eksempel på slik avansert bruk av teknisk IKT/PLS.

Også i forbindelse med gjennomføring av nyere fagprøver så ser man eksempler på ganske avansert bruk av PLS og andre varianter av «avansert teknisk IKT».

Enten så kan man «bygge inn» slike avanserte løsninger i årets hovedprosjekt eller i andre tverrfaglige læringsoppdrag, eller så vil det være behov for å bygge opp en eller flere treningsstasjoner for «avansert bruk av PLS og IKT» og å utarbeide tilsvarende læringsoppdrag i den forbindelse.

 

Andre ad-hoc praksisprosjekter.

Noen ganger så vil det jo avdekkes gjennom skoleåret at «det skorter på» kunnskaper, kompetanse og forståelse innenfor bestemte fagtema. Andre ganger så kan det være behov for å gjøre undervisningen litt mer spennende og variert.

Det vil sånn sett alltid kunne være en fordel å kunne ha utstyr og muligheter til å improvisere noen litt mindre ekstra praksisøvelser etter ønske og behov.