DE202010008271U1

DE202010008271U1 - Didactic teaching material

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Publication number: DE202010008271U1
Application number: DE201020008271
Authority: DE
Original assignee: Elabo Trainingssysteme Au GmbH; Elabo Trainingssysteme Aus- und Weiterbildung GmbH
Current assignee: Elabo Trainingssysteme Au GmbH; Elabo Trainingssysteme Aus- und Weiterbildung GmbH
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2020-08-13

Abstract

Lehrmittel mit auf einer Tafel (Board) (2) angeordneten elektrischen Funktionselementen einschließlich eines Eingangs (3) für eine Spannungsversorgung, wobei die Funktionselemente einen Regelkreis mit einem Sollwertgeber (5), einer Regler-Einrichtung (30), einer Regelstrecken-Einrichtung (50) und mindestens einer Rückführungsleitung (80) bilden, wobei die Regelstrecken-Einrichtung (50) eine Mehrzahl unterschiedlicher und vom Benutzer auswählbarer Regelstrecken (55, 60, 65, 70, 75) für vorzugsweise unterschiedliche Regelgrößen umfasst, und wobei Mittel (58a, 58b; 62; 67; 73; 76; 10) zum Erzeugen von Störgrößen für zumindest einen Teil der Regelstrecken (55, 60, 65, 70, 75) vorgesehen sind.Teaching means with on a board (2) arranged electrical functional elements including an input (3) for a power supply, wherein the functional elements a control circuit with a setpoint generator (5), a regulator device (30), a controlled system means (50 ) and at least one return line (80), wherein the controlled system (50) comprises a plurality of different and user selectable controlled systems (55, 60, 65, 70, 75) for preferably different controlled variables, and wherein means (58a, 58b 62; 67; 73; 76; 10) are provided for generating disturbance variables for at least part of the controlled systems (55, 60, 65, 70, 75).

Description

Die Erfindung betrifft ein didaktisches Lehrmittel mit auf einer Tafel (sog. Board) aufmontierten Funktionselementen, die üblicherweise in der Berufswelt verwendete Industrieteile vereinfacht darstellen. Derartige Lehrmittel, die üblicherweise auf der Vorderseite mit der Realität nahekommenden Schaltplänen und Symbolen versehen sind (während die Funktionselemente häufig auf der nicht sichtbaren Rückseite angebracht sind), werden insbesondere in Berufsschulen eingesetzt, um Schülern anhand kompakter und authentischer Funktionsmodelle Praxisnähe bieten zu können und sie zugleich Aufgabenstellung unterschiedlicher Komplexität lösen zu lassen. Diese Lehrmittel sind plattenförmig aufgebaut und üblicherweise sowohl vertikal vor den Schülertischen als auch horizontal bzw. schräg aufzustellen.The The invention relates to a didactic teaching aid with on a board (so-called board) aufmontierten functional elements, which are usually simplified represent industrial parts used in the professional world. such Teaching materials, usually on the front with the reality-related schematics and Symbols are provided (during the functional elements frequently on the invisible back are used), especially in vocational schools, to students offer practicality based on compact and authentic functional models to be able to and at the same time let them solve problems of varying complexity. These teaching aids are plate-shaped constructed and usually both vertically in front of the students' tables as well as horizontally or obliquely set up.

Derartige Lehrmittel für beispielsweise Schüler der Automatisierungs- und Betriebstechnik und Mechatroniker sind bislang in einem Koffer untergebracht, wobei jedes Lehrmittel eine unterschiedliche Funktion übernimmt. Auf einem Lehrmittel ist beispielsweise die Stromversorgung einschließlich Spannungskonverter untergebracht, auf anderen jeweils ein Regler oder ein Messgerät oder ein Regelkreis.such Teaching materials for for example, students automation and industrial engineering and mechatronics are previously housed in a suitcase, with each teaching aid one different function takes over. On a teaching tool, for example, the power supply including voltage converter housed on each other, a controller or a measuring device or a Control loop.

Die genannten Lehr- und Lernmittel haben sich vielfach bewährt. Es besteht allerdings das Bedürfnis, derartige Lehrmittel weiter zu verbessern, insbesondere anschaulicher und einfacher handhabbar zu schaffen. Diese Aufgabe stellt sich die vorliegende Erfindung.The These teaching and learning tools have proven themselves many times. It However, there is a need to further improve such teaching materials, in particular illustrative and easier to manage. This task arises the present invention.

Die vorgenannte Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.The The aforementioned object is achieved by the features of claim 1.

Erfindungsgemäß wird ein komplettes Trainingssystem für die Aus- und Weiterbildung im Fachbereich Regelungstechnik als komplettes Board zur Verfü gung gestellt. Besonders vorteilhaft ist, dass für die Vermittlung von Grundkenntnissen im Bereich Steuern/Regeln keine zusätzlichen Gerätschaften erforderlich sind. Alle Funktionen inklusive Messgeräte sind integriert. Beispielsweise kann ein Board realisiert werden, bei dem Drehzahlen in Umdrehungen pro Minute, Temperaturen in Grad Celsius und Füllstände in Prozent dargestellt werden. Diese Messgrößen können als Sollwerte vorgegeben und als Istwerte gemessen werden, wobei nach Soll-Ist-Vergleich die resultierende Regelabweichung auf die Reglereinrichtung geschaltet wird. Aber auch einfachere Steueraufgaben (ohne Rückführung der Istwerte) lassen sich mittels dem erfindungsgemäßen Lehrmittel erledigen. Im Folgenden wird jedoch insbesondere auf die Regelfunktionalität eingegangen.According to the invention is a complete training system for the education and training in the field of control engineering as a complete Board available posed. Particularly advantageous is that for the teaching of basic knowledge in the field of taxes / rules no additional equipment required are. All functions including measuring devices are integrated. For example, a board can be realized with the speeds in revolutions per minute, temperatures in degrees Celsius and fill levels in percent being represented. These measurands can be considered Setpoint values are predetermined and measured as actual values, whereby Target-actual comparison of the resulting control deviation on the controller device is switched. But also simpler tax tasks (without repatriation of the Actual values) can be done by means of the teaching aid according to the invention. in the However, the following will deal in particular with the regulatory functionality.

Da die Regelstrecken-Einrichtung erfindungsgemäß eine Mehrzahl unterschiedlicher und vom Benutzer auswählbarer Regelstrecken für entsprechend unterschiedliche Regelgrößen umfasst, kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Regelvorgängen einschließlich der Einbringung von Störgrößen realisiert werden. Auf einem einzigen Board lassen sich somit eine Vielzahl unterschiedlicher, praxisnaher Regelungsaufgaben lösen, so dass bisher vorgesehene Verkabelungen zwischen mehreren Boards, die zudem nur jeweils eine Regelgröße berücksichtigten, nicht mehr notwendig sind.There the controlled system device according to the invention a plurality of different and user-selectable Controlled systems for correspondingly includes different control variables, can a variety of different control processes including realized the introduction of disturbances become. On a single board can thus be a variety solve different, practice-oriented control tasks, so that previously provided cabling between multiple boards, which also only considered one controlled variable each time, no longer necessary are.

Die mehreren Regelstrecken des erfindungsgemäßen Lehrmittels sind besonders bevorzugt aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Drehzahlregelstrecke, Lichtregelstrecke, Temperaturregelstrecke, Füllstandsregelstrecke, und Positionsregelstrecke. Diese Regelstrecken decken einen Großteil von typischen Anwendungsfallkonstellationen ab und sind somit ideal für die Ausbildung von Berufs- und Fachschülern.The several control systems of the teaching material according to the invention are particularly preferably selected from the following group: speed control system, Light control system, temperature control system, level control system, and position control system. These Controlled systems cover a large part from typical use case constellations and are thus ideal for the Training of vocational and technical students.

Vorzugsweise umfasst eine vorgenannte Drehzahlregelstrecke einen Motor-Generatorsatz mit vorzugsweise digitaler Abtastscheibe zur Generierung des Tachosignals und eine zuschaltbare, vorzugsweise elektronisch realisierte Schwungmasse. Die Einbringung von Störungen ist hierbei vorzugsweise von Hand oder mittels eines Testfunktionsgenerators möglich. Die beschriebene Ausgestaltung einer Drehzahlregelstrecke ist somit äußerst anschaulich und einfach zu bedienen.Preferably For example, an aforementioned speed control system comprises a motor-generator set with preferably digital scanning disc for generating the tacho signal and a switchable, preferably electronically realized flywheel. The Incorporation of disturbances is hereby preferably by hand or by means of a test function generator possible. The described embodiment of a speed control system is thus extremely vivid and easy to use.

Eine vorgenannte Lichtregelstrecke umfasst vorzugsweise mindestens eine dimmbare LED als Raumbeleuchtung und einen Helligkeitssensor, wobei auch hier bevorzugt Störungen von Hand oder mittels eines Testfunktionsgenerators ausführbar sind.A The aforementioned light control path preferably comprises at least one dimmable LED as room lighting and a brightness sensor, wherein here, too, interference prefers can be performed manually or by means of a test function generator.

Bei einer vorgenannten Temperaturregelstrecke sind vorzugsweise ein Heizwiderstand und ein Temperatursensor vorhanden, vorzugsweise in der Nachbildung eines Wärmeschranks. Störungen können beispielsweise durch Öffnen der Schranktür realisiert werden.at an aforementioned temperature control line are preferably a Heating resistor and a temperature sensor present, preferably in the replica of a warming cabinet. Disturbances can for example by opening the cabinet door realized become.

Eine vorzugsweise digital realisierte Füllstandsregelstrecke umfasst vorteilhafterweise einen Füllstandsbehälter mit variablem Zu- und Ablauf. Dieser lässt sich beispielsweise mittels LED-Bargraf und ein Zu- und Ablauf jeweils durch ein LED-Lauflicht darstellen. Störungen sind vorzugsweise von Hand oder mittels eines Testfunktionsgenerators ausführbar.A preferably comprises digitally realized level control system advantageously a level container with variable inlet and outlet. This can be, for example, by means of LED bar graph and an inlet and outlet each represented by a LED running light. disorders are preferably manually or by means of a test function generator executable.

Eine vorgenannte Positionsregelstrecke umfasst vorzugsweise ein Motor-Potentiometer mit einer Skalenscheibe. Störungen können beispielsweise durch ein Verstellen der Skalenscheibe realisiert werden.An aforementioned position control path preferably comprises a motor potentiometer with a dial. Disturbances can be realized, for example, by adjusting the scale disc the.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der Regler-Einrichtung sowohl kontinuierliche als auch diskontinuierliche Regelglieder enthalten. Alternativ kann auch nur einer der beiden Reglertypen vorgesehen sein.According to one preferred embodiment of Invention are in the regulator device both continuous and discontinuous control elements contain. Alternatively, only one of the two controller types be provided.

Die Regler-Einrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass ein proportional wirkendes analoges Regelglied (P-Regler), ein integral wirkendes analoges Regelglied (I-Regler), ein differential wirkendes analoges Regelglied (D-Regler), ein digitales Zweipunkt-Regelglied und/oder ein digitales Dreipunkt-Regelglied vorhanden sind.The Regulator device is preferably designed such that a proportionally acting analog control element (P-controller), an integral acting analog control element (I-controller), a differential acting analog control element (D controller), a digital two-point control element and / or a digital three-point control element are present.

Es bietet sich an, die analogen Regeleinrichtungen in Reihe und parallel schaltbar auszubilden, da hierdurch die Zahl der möglichen Anwendungen und damit der Lerneffekt gesteigert werden kann.It lends itself to the analog control devices in series and in parallel switchable form, as this is the number of possible Applications and thus the learning effect can be increased.

Um dem Schüler die Handhabung zu erleichtern und gleichzeitig die Kompaktheit des erfindungsgemäßen Lehrmittels zu erhöhen, weist dieses bevorzugt mindestens eine Sollwertanzeige, eine Istwertanzeige und/oder eine Stellgrößenanzeige auf. Somit hat der Schüler alle relevanten Größen direkt vor sich und sieht, welchen Einfluss welche seiner Handlungen haben.Around the student to facilitate handling while maintaining the compactness of the teaching aid according to the invention to increase, this preferably has at least one setpoint display, an actual value display and / or a control value display on. Thus, the student has all relevant sizes directly before himself and see what influence his actions have.

Die Funktionalität des erfindungsgemäßen Lehrmittels wird weiter gesteigert, wenn verschiedene Stellgrößen über einen Stellgrößen-Addierer zuschaltbar sind. Es lassen sich somit beispielsweise mehrere Stellgrößen überlagern. Auch kann der Effekt einer externen Stellgröße allein untersucht werden.The functionality of the teaching aid according to the invention is further increased when different control variables over a Manipulated variables adder are switchable. It can thus be superimposed, for example, multiple control variables. Also, the effect of an external manipulated variable alone can be examined.

Bei besonders leicht und anschaulich zu handhabenden Ausführungsformen sind zumindest einige der Funktionselemente mit Brückensteckern miteinander verschaltbar. Mittels solcher Stecker lassen sich schnell und unkompliziert Regler-Einrichtungen und/oder Regelstrecken auswählen, ganz wie es die Aufgabenstellung erfordert. Bei entsprechend eingestecktem Brückenstecker ist somit beispielsweise der P-Regler aktiviert, während der I-Regler nicht eingebunden ist. Bei der Regelstrecken-Einrichtung kann beispielsweise eine der oben genannten Regelstrecken mittels entsprechend eingestecktem Brückenstecker mit der ausgewählten Regler-Einrichtung betrieben werden, während die anderen Regelstrecken nicht mit Brückensteckern in den Regelkreislauf eingebunden und daher inaktiv sind. Brückenstecker haben auch den Vorteil, dass keine im Arbeitsfeld hängenden Kabel verwendet werden müssen. Die vorgenannten Vorteile sind aber auch für den Fall gegeben, wenn anstelle von Brückenstecker – teilweise oder ausschließlich – Kabel benutzt werden. Es ist hierbei vorteilhaft, wenn die externen Kabel in die Brückenkontakte einsteckbar sind.at particularly easy and clear to handle embodiments are at least some of the functional elements with bridge plugs together interconnected. By means of such connectors can be quickly and easily Select controller devices and / or controlled systems, just like the task requires. When appropriately plugged bridge connector is thus, for example the P-controller is activated while the I controller is not integrated. For the plant equipment For example, one of the above-mentioned systems can according to plugged bridge connector with the selected Regulator device operated while the other control systems not with bridge plugs involved in the control loop and therefore are inactive. bridge plugs also have the advantage that no hanging in the work area Cables must be used. The aforementioned advantages are also given for the case, if instead of jumper plugs - partially or exclusively - cable to be used. It is advantageous if the external cables in the bridge contacts are pluggable.

Es ist vorteilhaft, wenn zumindest ein vollständiger Regelkreis ausschließlich über Brückenstecker realisierbar ist.It is advantageous if at least one complete control loop exclusively via jumper is feasible.

Speziell ist zumindest eines der nachfolgenden Paare von Funktionselementen mittels Brückensteckern miteinander verschaltbar: Sollwertgeber und Sollwertanzeige; Sollwertgeber oder Sollwertanzeige und Regelglieder der Regler-Einrichtung; mindestens ein Regelglied und eine Stellgrößenanzeige; mindestens ein Regelglied der Regler-Einrichtung und eine Regelstrecke, und/oder jede Regelstrecke und mindestens ein Regelglied der Regler-Einrichtung (Rückführung).specially is at least one of the following pairs of functional elements by means of bridge connectors interconnected: setpoint generator and setpoint display; Setpoint generator or setpoint indication and control elements of the regulator device; at least a control element and a control value display; at least a control element of the controller device and a controlled system, and / or Each controlled system and at least one control element of the regulator device (feedback).

Die genannten Signalverschaltungen sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sowohl mit Brückensteckern als auch mit Verbindungskabeln über dieselben Steckerbuchsen bzw. Brückenkontakte auf der Tafel realisierbar.The mentioned signal interconnections are according to a preferred embodiment both with bridge connectors as well as with connection cables over the same sockets or bridge contacts feasible on the board.

Besonders bevorzugt ist ein Testfunktionsgenerator in das Lehrmittel integriert, um periodische Signale in den jeweilig verschalteten Regelkreis, vorzugsweise mittels Verbindungskabeln, zu erzeugen und einzuspeisen. Mittels eines Funktionsgenerators lassen sich verschiedenste Stellgrößen-Signalformen (Sinus, Dreieck, Rechteck) vorgeben, um dem Schüler ein Verständnis von Ursache und Wirkung an die Hand geben zu können.Especially Preferably, a test function generator is integrated into the teaching material, to periodic signals in the respective interconnected control loop, preferably by means of connecting cables to produce and feed. By means of a function generator, a wide variety of manipulated variable signal forms can be obtained Pretend (sine, triangle, rectangle) to give the student an understanding of To give cause and effect to the hand.

Es bietet sich bevorzugt an, das erfindungsgemäße Lehrmittel derart auszubilden, dass es in ein pultförmiges Tischgehäuse oder in einen H-Profil-Rahmen angeordnet werden kann. Es lässt sich somit problemlos in bestehende Schulmöbel integrieren.It offers itself preferably to form the teaching material according to the invention in such a way that it is in a desk-shaped desktop housing or can be arranged in an H-profile frame. It can be thus easily in existing school furniture integrate.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.advantageous Further developments are characterized by the features of the subclaims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert. Die 1 zeigt eine Frontalansicht eines erfindungsgemäßen Lehrmittels 1 mit einer Tafel 2 (sog. Board), das beispielsweise aus Kunststoff besteht oder als MDF-Platte (Mitteldichte Holzfaserplatte) ausgebildet ist. Das Lehrmittel 1 kann in einen sog. H-Profilrahmen (nicht dargestellt) eingeschoben werden, in dem derartige plattenförmige Lehrmittel senkrecht lagern. Gemäß einer Alternative kann das Lehrmittel 1 auch in ein pultförmiges Tischgehäuse (nicht dargestellt) eingebaut werden.In the following the invention will be explained in more detail with reference to a figure. The 1 shows a frontal view of a teaching aid according to the invention 1 with a blackboard 2 (so-called board), which consists for example of plastic or as MDF board (medium-density wood fiber board) is formed. The teaching material 1 can be inserted into a so-called. H-profile frame (not shown) in which such plate-shaped teaching means store vertically. According to one alternative, the teaching material 1 also in a desk-shaped table housing (not shown) to be installed.

Auf der in der 1 sichtbaren Vorderseite der Tafel 2 sind verschiedene Anzeigen, Schalter und Drehknöpfe sowie Kontakte bzw. Buchsen zum Aufbau eines Regelkreises angeordnet. Alle Elemente, die für den Schüler notwendig sind, um das Lehrmittel 1 zu bedienen, sind somit auf der Vorderseite der Tafel 2 angeordnet. Die sonstigen, notwendigen elektrischen Elemente, wie z. B. Spannungskonverter, Regelelektronik, Messgeräte, evtl. Prozessoren, Versorgungs- und Signalleitungen und die sonstigen notwendigen Bauteile zur Realisierung der nachfolgend beschriebenen Funktionen sind auf der Rückseite der Tafel 2 angeordnet. Auf der Tafelvorderseite sind insbesondere auch Bedienungs-, Signal- und Leitungssymbole angebracht, vorzugsweise in Siebdrucktechnik, um dem Schüler die Signalwege zu verdeutlichen und ihn bei Aufbau eines Regelkreises visuell zu unterstützen.On the in the 1 visible front of the blackboard 2 Various displays, switches and knobs and contacts or sockets are arranged to build a control loop. All the elements necessary for the student to complete the teaching tel 1 to use, are thus on the front of the panel 2 arranged. The other necessary electrical elements such. As voltage converters, control electronics, measuring devices, possibly processors, supply and signal lines and other necessary components for the realization of the functions described below are on the back of the panel 2 arranged. On the front panel are also particularly operating, signal and line symbols attached, preferably in screen printing technique to illustrate the students the signal paths and to assist him visually in building a control loop.

Zur gleichfalls besseren Übersichtlichkeit sind auf der Tafel die verschiedenen wesentlichen Einheiten mit deutlich gepunkteter Umrandung visuell markiert, beispielsweise die Regler-Einrichtung. Die schwächeren gepunkteten Umrandungen stellen kleinere Einheiten dar, beispielsweise die einzelnen Regelglieder der Regler-Einrichtung.to are also better clarity on the board the different essential units with clearly dotted border visually marked, for example, the regulator device. The weaker dotted borders represent smaller units, for example the individual control elements of the regulator device.

Die verschiedenen Funktionsgruppen sind mittels 2 mm-Brückenstecker 18 verbindbar, so dass ein Schüler die Verschaltungen selbst vornehmen kann. Die möglichen Einsteckpositionen von Brückensteckern sind in der 1 mit punktierten kleinen Rechtecken dargestellt, die zwei elektrische An schlusspunkte einrahmen. Der tatsächlich in diesem Beispiel realisierte Regelkreis ist durch Brückenstecker 18a–18h (leicht grau hinterlegte kleine Rechtecke) visualisiert.The different function groups are by means of 2 mm jumper plugs 18 connectable, so that a student can make the interconnections themselves. The possible insertion positions of bridge connectors are in the 1 shown with dotted small rectangles framing two electrical connection points. The actual control circuit implemented in this example is through jumper plugs 18a - 18h (slightly gray rectangles) visualized.

Alternativ oder zusätzlich zu Brückensteckern 18 sind auch individuelle Verschaltungen über 2 mm-Verbindungsleitungen möglich.Alternatively or in addition to bridge connectors 18 Individual connections via 2 mm connection cables are also possible.

Auf der Tafel 2 ist ein Spannungseingang 3 zum Anschluss einer Netzspannung vorhanden. Ein oder mehrere (nicht dargestellte) Niederspannungswandler sind auf der Rückseite der Tafel 2 in das Lehrmittel 1 integriert. Mit einem Hauptschalter 4 ist die Stromversorgung für das gesamte Lehrmittel 1 ein- und abschaltbar.On the black board 2 is a voltage input 3 for connecting a mains voltage available. One or more low voltage transformers (not shown) are on the back of the panel 2 in the teaching material 1 integrated. With a main switch 4 is the power supply for the entire teaching material 1 switched on and off.

Unterhalb des Spannungseingangs 3 ist ein mit einem Drehknopf 6 betätigbarer Sollwertgeber 5 angeordnet, der einen stufenlosen Einstellbereich von +/– 100% aufweist. Der Ausgang 8 des Sollwertgebers 5 wird über einen Schalter 7 beaufschlagt.Below the voltage input 3 is one with a knob 6 operable setpoint generator 5 arranged, which has a stepless adjustment range of +/- 100%. The exit 8th of the setpoint generator 5 is via a switch 7 applied.

In der linken unteren Ecke der Tafel 2 ist ein Testfunktionsgenerator 10 angeordnet, mit dem Signale unterschiedlicher Periodizität (Sinus, Dreieck, Rechteck) an verschiedenen Punkten der Tafel 2 eingespeist werden können. Der Ausgang des Funktionsgenerators 10 ist mit dem Bezugszeichen 11, die Masse mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Über Drehknöpfe 13 sind die Frequenz, die Amplitude sowie der Offset einstellbar. Die eingestellte Frequenz ist über eine Anzeige 15 ablesbar.In the lower left corner of the board 2 is a test function generator 10 arranged, with the signals of different periodicity (sine, triangle, rectangle) at different points on the board 2 can be fed. The output of the function generator 10 is with the reference numeral 11 , the mass with the reference number 12 characterized. About knobs 13 the frequency, the amplitude as well as the offset are adjustable. The set frequency is via an indicator 15 read.

Eine Sollwertanzeige 21 und eine Istwertanzeige 22 sind in einer auf der Vorderseite der Tafel 2 als Einheit dargestellten Soll- und Istwert-Anzeigeeinrichtung 20 zusammengefasst. Mittels eines Wahlschalters 23 sind die Soll- und die Istwertanzeige 21, 22 synchron zur Anzeige verschiedener Messgrößen umschaltbar, beispielsweise „Umdrehungen/min”, „Temperatur in °C”, „+/– 100%” entsprechend der nachfolgend zu beschreibenden Beispiele. Ne ben dem Wahlschalter 23 sind drei kleine Lampen neben den entsprechenden Kürzeln (rpm, °C, % – nicht dargestellt) vorgesehen, um den ausgewählten Messparameter zu visualisieren.A setpoint display 21 and an actual value display 22 are in one on the front of the board 2 setpoint and actual value display device shown as a unit 20 summarized. By means of a selector switch 23 are the setpoint and the actual value display 21 . 22 switchable synchronously to the display of different measured variables, for example "revolutions / min", "temperature in ° C", "+/- 100%" according to the examples to be described below. Next to the selector 23 There are three small lamps next to the corresponding abbreviations (rpm, ° C,% - not shown) to visualize the selected measurement parameter.

Im Anschluss an die Soll- und Istwert-Anzeigeeinrichtung 20 ist auf der Tafel 2 der Eingang 25 einer Reglereinrichtung 30 symbolisiert. Hier wird der Sollwert bzw. die Führungsgröße mit einem gemessenen Istwert („x”, s. unten) verglichen, der am Ausgang einer Regelstrecke ermittelt wird. Die daraus resultierende Regelabweichung wird auf die Reglereinrichtung 30 geschaltet.Following the setpoint and actual value display device 20 is on the blackboard 2 the entrance 25 a regulator device 30 symbolizes. Here, the setpoint value or the reference variable is compared with a measured actual value ("x", see below), which is determined at the output of a controlled system. The resulting control deviation is applied to the controller device 30 connected.

In der Mitte der Tafel 2 ist die genannte Reglereinrichtung 30 angeordnet, die verschiedene Regelglieder 31, 34, 35, 36, 37 aufweist, die entweder alleine oder in Kombination auf die nachfolgend beschriebenen Regelstrecken schaltbar sind. Die bei der dargestellten Ausführungsform vorgesehenen Regelglieder sind (von oben nach unten):

a) P-Regler 31, d. h. ein proportional wirkendes analoges Regelglied mit stufenlosem Einstellbereich;
b) I-Regler 34, d. h. ein integral wirkendes analoges Regelglied mit Einstellbereich in mehreren digitalen Stufen;
c) D-Regler 35, d. h. ein differential wirkendes analoges Regelglied mit Einstellbereich in mehreren digitalen Stufen;
d) Zweipunktregler 36 (2-SP) für langsame Regelstrecken mit Ausgleich;
e) Dreipunktregler 37 (3-SP) für langsame Regelstrecken ohne Ausgleich.

In the middle of the blackboard 2 is the named regulator device 30 arranged, the different rules 31 . 34 . 35 . 36 . 37 which can be switched either alone or in combination with the control systems described below. The control members provided in the illustrated embodiment are (from top to bottom):

a) P controller 31 ie a proportionally acting analog control element with infinite adjustment range;
b) I-controller 34 ie an integrally acting analog control element with adjustment range in several digital stages;
c) D controller 35 ie a differential-acting analog control element with setting range in several digital stages;
d) two-position controller 36 (2-SP) for slow controlled systems with compensation;
e) three-position controller 37 (3-SP) for slow control systems without compensation.

Die P-, I- und D-Regler 31, 34, 35 sind entweder einzeln auf die nachfolgend zu beschreibenden Regelstrecken oder im Addierer 38 in Reihe oder parallel schaltbar. Die Regler 31, 34, 35, 36, 37 sind jeweils manuell über Drehknöpfe 33 einstellbar. Außerdem ist zur besseren Visualisierung nahe jedem Drehknopf 33 ein Symboldiagramm 32 mit Veranschaulichung des Regler verhaltens (proportional, integral, differential, Zwei- oder Dreipunkt) auf der Tafel 2 aufgebracht, vorzugsweise wiederum im Siebdruck.The P, I and D knobs 31 . 34 . 35 are either individually on the control systems to be described below or in the adder 38 in series or parallel switchable. The regulators 31 . 34 . 35 . 36 . 37 are each manually via knobs 33 adjustable. Also, for better visualization, close to each knob 33 a symbol diagram 32 with an illustration of the controller behavior (proportional, integral, differential, two- or three-point) on the board 2 applied, preferably in turn screen-printed.

Des Weiteren ist eine Stellgrößenanzeige 45 vorgesehen, auf der – nach Einstecken eines Brückensteckers 18f – die Stellgröße (Ausgang der Reglereinrichtung 30) anzeigbar ist. Die Stellgrößenanzeige 45 kann auch als Digital-Voltmeter frei verwendet werden, indem der Brückenstecker 18f entfernt wird und die Spannung über den freiwerdenden Kontakt in der Nähe der Anzeige 45 und die Masse 48 gemessen wird.Furthermore, there is a control value display 45 provided on the - after inserting a Brü ckensteckers 18f - The manipulated variable (output of the regulator device 30 ) can be displayed. The control value display 45 can also be freely used as a digital voltmeter by using the jumper plug 18f is removed and the voltage across the released contact near the display 45 and the crowd 48 is measured.

Am Kontaktpunkt bzw. externen Anschluss 47 sind zudem Stellgrößen in den Regelkreis einspeisbar.At the contact point or external connection 47 In addition, manipulated variables can be fed into the control loop.

Ein wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Lehrmittels 1 ist neben den mehreren Reglern 31, 34–37 eine Regelstrecken-Einrichtung 50 mit verschiedenen Regelstrecken, mit denen unterschiedliche Lerninhalte vermittelbar sind. Die meisten der Regelstrecken sind als reale Strecken realisiert.An essential part of the teaching aid according to the invention 1 is next to the multiple knobs 31 . 34 - 37 a plant facility 50 with different control systems, with which different learning contents can be communicated. Most of the controlled systems are realized as real routes.

Eine reale Drehzahlregelstrecke 55 besteht vorliegend aus einem auf der Tafelvorderseite angebrachten Motor-Generator-Satz 56 mit einer mittig angeordneten digitalen Abtastscheibe 57 zur Generierung des Tachosignals. Die zugehörige Schaltung ist auf der Vorderseite der Tafel 2 symbolisiert. Dort ist dargestellt, wie eine Stellgröße „y” aus der Reglereinrichtung 30 (wenn ein Brückenstecker 18 entsprechend eingesteckt ist) – oder durch externe Aufschaltung oder über den Funktionsgenerator 10 mit entsprechendem Kabellauf – auf den Motor „M” geschaltet wird, der den Generator „G” antreibt. Eine elektronisch realisierte Schwungmasse „T” ist über einen Schalter 58a auf die Abtastscheibe 57 zuschaltbar. Des Weiteren kann der Generator durch Betätigung eines Schalters 58b belastet werden. Der Schalter 58b wird durch das Symbol „0” dargestellt. Bei Belastung leuchtet eine Lampe 59 auf.A real speed control system 55 consists in this case of a mounted on the front panel motor-generator set 56 with a centrally located digital scanning disc 57 for generating the speedometer signal. The associated circuit is on the front of the panel 2 symbolizes. There is shown how a manipulated variable "y" from the regulator device 30 (if a jumper plug 18 is plugged in) - or by external connection or via the function generator 10 with corresponding cable run - is switched to the motor "M", which drives the generator "G". An electronically realized flywheel "T" is via a switch 58a on the scanning disc 57 switchable. Furthermore, the generator by pressing a switch 58b be charged. The desk 58b is represented by the symbol "0". When loaded, a lamp lights up 59 on.

Der gemessene Istwert „x” (hier: das Tachosignal), der wiederum mit Hilfe eines Brückensteckers 18 abgreifbar ist, ist über eine Rückführungsleitung 80 (angedeutet durch eine Linie auf der Tafelvorderseite) auf den Eingang 25 der Reglereinrichtung 30 schaltbar, auf das auch der Sollwert als Führungsgröße geschaltet wird. Eine Abzweigung des Istwerts bzw. des Ausgangssignals „x” führt zudem zur Istwertanzeige 22.The measured actual value "x" (here: the tacho signal), which in turn with the help of a bridge plug 18 is accessible via a return line 80 (indicated by a line on the front panel) on the entrance 25 the regulator device 30 switchable, to which the setpoint is also switched as a reference variable. A branch of the actual value or the output signal "x" also leads to the actual value display 22 ,

Eine Störung der Drehzahlregelstrecke 55 kann vorliegend mit der Hand durch Betätigen des Schalters 58b erfolgen oder mittels Testfunktionsgenerator 10, der an die beiden Buchsen A (nur eine ist gekennzeichnet) oder auch an den Schalter 58b anschließbar ist.A fault in the speed control system 55 can in this case by hand by pressing the switch 58b done or by means of test function generator 10 , which is connected to the two sockets A (only one is marked) or to the switch 58b is connectable.

Auch die Umdrehungszahl des Motors 56 (symbolisiert durch „M”) ist über einen Brückenstecker (nicht dargestellt) abgreifbar und auf den Eingang 25 der Reglereinrichtung 30 schaltbar.Also the number of revolutions of the engine 56 (symbolized by "M") can be tapped via a jumper (not shown) and the input 25 the regulator device 30 switchable.

Eine weitere Regelstrecke ist durch eine reale Lichtregelstrecke 60 realisiert, die vorliegend zwei dimmbare LEDs 61, 63 umfasst, die in der auf der Tafel 2 dargestellten Schaltung durch Lampensymbole L1, L2 gekennzeichnet sind. Die eine LED 61 kann (nach Einstecken eines entsprechenden, hier nicht dargestellten Brückensteckers 18) durch das Stellgrößen- bzw. Eingangssignal „y” angesteuert werden. Die Helligkeit der anderen LED 63 ist mittels eines Drehknopfs 62 einstellbar. Zwischen den beiden LEDs 61, 63 ist ein Lichtsensor 64 platziert, der in der Schaltungssymbolik mit „S” gekennzeichnet ist. Eine Störung kann durch den Drehknopf 62 oder durch den Testfunktionsgenerator 10 hervorgerufen werden, wobei letzterer an die zur LED 63 führende Buchse anschließbar ist, in die ansonsten ein Brückenstecker eingesteckt wird.Another controlled system is a real light control system 60 realized, the present two dimmable LEDs 61 . 63 includes in the on the blackboard 2 shown circuit are characterized by lamp symbols L1, L2. The one LED 61 can (after inserting a corresponding, not shown here jumper plug 18 ) are controlled by the manipulated variable or input signal "y". The brightness of the other LED 63 is by means of a rotary knob 62 adjustable. Between the two LEDs 61 . 63 is a light sensor 64 placed in the circuit symbolism with "S". A fault can be caused by the knob 62 or by the test function generator 10 be caused, the latter to the LED 63 leading socket is connected, in which otherwise a jumper plug is inserted.

Eine dritte, auf der Tafel 2 angeordnete Regelstrecke wird von einer realen Temperaturregelstrecke 65 gebildet. Diese umfasst einen auf der Rückseite der Tafel 2 angeordneten Heizwiderstand (auf der Vorderseite mit dem be kannten Widerstandssymbol dargestellt) und einen Temperatursensor 66, der hinter einer kleinen realen Tür 67 angeordnet ist (im Schaltkreis auf der Vorderseite der Tafel 2 mit Bezugszeichen „T” gekennzeichnet). Durch letztere Ausbildung wird ein Wärmeschrank im Miniaturmaßstab gebildet, wobei Störungen durch Öffnen der Tür 67 realisiert werden. Dies ist durch einen Pfeil, der von der Tür zum Schaltbildsensor „T” zeigt, symbolisiert. Eine Lampe 68 neben der Tür 67 zeigt an, wenn die Temperaturregelstrecke 65 in Betrieb ist.A third, on the blackboard 2 arranged controlled system is a real temperature control line 65 educated. This includes one on the back of the board 2 arranged heating resistor (shown on the front with the well-known resistance symbol) and a temperature sensor 66 who is behind a small real door 67 is arranged (in the circuit on the front of the panel 2 denoted by the reference "T"). The latter training a cabinet in miniature scale is formed, with interference by opening the door 67 will be realized. This is symbolized by an arrow pointing from the door to the circuit diagram sensor "T". A lamp 68 next to the door 67 indicates when the temperature control line 65 is in operation.

Eine weitere Regelstrecke ist durch eine digitale Füllstandsregelstrecke 70 realisiert, bei der keine realen Flüssigkeiten involviert sind. Vielmehr wird der Füllstand eines auf der Tafel 2 grafisch angedeuteten Füllstandsbehälters 71 durch einen LED-Bargrafen 72 dargestellt. Der Zulauf „Z” sowie der Ablauf „A” können durch jeweils ein LED-Lauflicht (nicht dargestellt) visualisiert werden. Eine Störung ist durch einen Drehknopf 73 einbringbar, wozu ein Brückenstecker 18 entsprechend am Ablauf „A” eingesteckt werden muss. Wenn beispielsweise ein höherer Ablauf mit dem Drehknopf 73 eingestellt wird, sinkt nach entsprechender Auswertung durch die nicht dargestellte Elektronik der digitale Füllstand des Flüssigkeitsbehälters 71, wobei der Füllstand durch den LED-Bargraf 72 angezeigt und am Ausgang „x” als Istwert dem Eingang der Reglereinrichtung 25 aufgeschaltet wird. Dieser Signalweg ist auf der Tafelvorderseite durch entsprechende Schaltungssymbolik dargestellt. Im Übrigen kann auch durch Anschluss des Testfunktionsgenerators 10 am Ablauf „A” (alternativ zum Drehknopf) mittels einer 2 mm-Verbindungsleitung eine Störung appliziert werden.Another controlled system is a digital level control system 70 realized in which no real fluids are involved. Rather, the level is one on the board 2 graphically indicated level tank 71 by an LED bar graph 72 shown. The inlet "Z" and the outlet "A" can each be visualized by a LED running light (not shown). An error is through a knob 73 einbringbar, including a jumper 18 must be plugged according to the sequence "A". For example, if a higher flow with the knob 73 is adjusted, drops after appropriate evaluation by the electronics, not shown, the digital level of the liquid container 71 , where the level by the LED bar graph 72 displayed and at the output "x" as an actual value to the input of the regulator device 25 is switched on. This signal path is shown on the front panel by appropriate circuit symbols. Incidentally, by connecting the test function generator 10 at the drain "A" (alternatively to the knob) a fault can be applied by means of a 2 mm connecting line.

Zuletzt ist in dem dargestellten Lehrmittel 1 eine reale Positionsregelstrecke 75 integriert, die ein motorbetriebenes Potentiometer 76 umfasst. Die dazugehörige Schaltung ist wiederum symbolisch auf der Tafelvorderseite abgebildet: Das Eingangssignal „y”, das extern vorgegeben werden kann, wird auf den Motor „M” aufgeschaltet, der das Potentiometer „P” entsprechend dem Signal „y” verstellt und damit den Istwert bzw. das Ausgangssignal „x” verän dert. Störungen können hier durch Verstellen der Skalenscheibe verursacht werden.Last is in the illustrated teaching material 1 a real position control line 75 integrated, which is a motorized potentiometer 76 includes. The associated circuit is again shown symbolically on the front panel: The input signal "y", which can be specified externally, is switched to the motor "M", which adjusts the potentiometer "P" according to the signal "y" and thus the actual value or ., The output signal "x" changed changed. Disturbances can be caused by adjusting the dial.

Ein vollständiger Regelkreis ist in der 1 beispielhaft dargestellt. Hierzu sind Brückenstecker 18a–18h an entsprechende Brückenkontaktpositionen wie folgt eingesteckt: Vom Sollwertgeber 5 führt ein Brückenstecker 18a zur Sollwertanzeige 21, von dort über den Eingang 25 der Reglereinrichtung 30 zum Zweipunktregler 36, der über einen Brückenstecker 18b mit dem besagten Eingang 25 verbunden ist. Der Ausgang des Zweipunktreglers 36 ist mit aufeinander folgenden Brückensteckern 18c, 18d, 18e mit dem Ausgang 39 der Reglereinrichtung 30 verbunden. Von dort wird mit Hilfe eines Brückensteckers 18f die Stellgröße auf der Stellgrößenanzeige 45 wiedergegeben. Die Stellgröße „y” wird ebenfalls mit Hilfe eines Brückensteckers 18g auf die zuvor genauer beschriebene Füllstandsregelstrecke 70 geschaltet, deren Ausgangswert bzw. Istwert „x” mit Hilfe eines Brückensteckers 18h und der Rückführungsleitung 80 zur Istwertanzeige 22 und zum Eingang 25 der Reglereinrichtung 30 geleitet wird.A complete control loop is in the 1 exemplified. These are jumper plugs 18a - 18h connected to corresponding bridge contact positions as follows: From setpoint generator 5 leads a jumper 18a for setpoint display 21 , from there on the entrance 25 the regulator device 30 to the two-position controller 36 that has a jumper plug 18b with the said entrance 25 connected is. The output of the two-position controller 36 is with consecutive bridge connectors 18c . 18d . 18e with the exit 39 the regulator device 30 connected. From there, with the help of a bridge plug 18f the manipulated variable on the control value display 45 played. The manipulated variable "y" is also using a jumper plug 18g to the previously described in detail level control system 70 whose output value or actual value "x" is switched by means of a jumper plug 18h and the return line 80 for actual value display 22 and to the entrance 25 the regulator device 30 is directed.

Mittels des erfindungsgemäßen Lehrmittels lassen sich übersichtlich und bei geringstem Platzbedarf die unterschiedlichsten Regel- und Steueraufgaben bearbeiten. Wie zuvor beschrieben, sind hierzu die wesentlichen Elemente – einschließlich der verschiedenen Regelglieder und unterschiedlichen Regelstrecken sowie auch die zugehörigen Messgeräte – auf einem einzigen Board installiert.through let the teaching aid of the invention clear and with minimal space requirements, the most varied control and Edit tax tasks. As previously described, these are the essential elements - including the different control elements and different control systems as well also the associated ones Measuring instruments - on one single board installed.

11: Lehrmittelteaching aids
22: Tafel (Board)blackboard (Board)
33: Spannungseingangvoltage input
44: Ein-/Aus-SchalterOn / off switch
55: SollwertgeberSetpoint generator
66: Drehknopfknob
77: Schalterswitch
88th: Ausgangoutput
1010: Funktionsgeneratorfunction generator
1111: Ausgangoutput
1212: MasseDimensions
1313: Drehknöpfeknobs
1414: Schalterswitch
1515: Anzeigedisplay
18a–h18a-h: Brückensteckerbridge plugs
2020: Soll- und Istwert-AnzeigeeinrichtungShould- and actual value display device
2121: Sollwert-AnzeigeReference Display
2222: Istwert-AnzeigeActual value display
2323: Wahlschalter mit Messgrößenangabeselector with measured value indication
2525: Eingang Reglereinrichtungentrance regulator means
3030: Reglereinrichtungregulator means
3131: P-ReglerP controller
3232: SymboldiagrammSymbol chart
3333: Drehknopfknob
3434: I-ReglerI controller
3535: D-ReglerD controller
3636: ZweipunktreglerTwo-point controller
3737: DreipunktreglerThree-point controller
3838: Addiereradder
3939: Ausgang der Reglereinrichtung 30 Output of the regulator device 30
4545: StellgrößenanzeigeManipulated variable display
4747: externer Anschlussexternal connection
4848: MasseDimensions
5050: Regelstrecken-EinrichtungControlled-device
5555: DrehzahlregelstreckeSpeed control system
5656: Motor-Generator-SatzMotor-generator set
5757: digitale Abtastscheibedigital scanning disc
58a58a: Schalterswitch
58b58b: Schalterswitch
5959: Lampelamp
6060: LichtregelstreckeLight Control System
6161: Lampelamp
6262: Drehknopfknob
6363: Lampelamp
6464: Sensorsensor
6565: TemperaturregelstreckeTemperature control system
6666: Temperatursensortemperature sensor
6767: Türdoor
6868: Lampelamp
7070: FüllstandsregelstreckeLevel control system
7171: Füllstandsbehälterlevel container
7272: LED-BargrafLED bar graph
7373: Drehknopfknob
7575: PositionsregelstreckePosition control system
7676: Motorpotentiometer mit SkalenscheibeMotorpotentiometer with dial
8080: RückführungsleitungReturn line

Claims

Teaching materials on a board (board) ( 2 ) arranged electrical functional elements including an input ( 3 ) for a power supply, wherein the functional elements a control circuit with a setpoint generator ( 5 ), a regulator device ( 30 ), a controlled system device ( 50 ) and at least one return line ( 80 ), whereby the controlled system device ( 50 ) a plurality of different and user-selectable controlled systems ( 55 . 60 . 65 . 70 . 75 ) for preferably different controlled variables, and wherein means ( 58a . 58b ; 62 ; 67 ; 73 ; 76 ; 10 ) for generating disturbance variables for at least part of the controlled systems ( 55 . 60 . 65 . 70 . 75 ) are provided.

Teaching means according to claim 1, characterized in that controlled systems of said plurality of the following groups are selected: - speed control system ( 55 ), - light control system ( 60 ), - Temperature control system ( 65 ), - level control system ( 70 ), - position control path ( 75 ).

Teaching aid according to claim 2, characterized in that the speed control path ( 55 ) comprises: a motor generator set ( 56 ) preferably with a digital scanning disk ( 57 ) for generating the tacho signal and a switchable, preferably electronically realized flywheel, wherein interference by hand or by means of a test function generator ( 10 ) are executable.

Teaching aid according to claim 2, characterized in that the light control path ( 60 ) comprises: at least one dimmable LED ( 61 ) for simulating a room lighting and a brightness sensor ( 64 ), whereby interference by hand or by means of a test function generator ( 10 ) are executable.

Teaching aid according to claim 2, characterized in that the temperature control path ( 65 ) comprises: a heating resistor and a temperature sensor ( 66 ), preferably in the replica of a heating cabinet, whereby interference by opening the cabinet door ( 66 ) are feasible.

Teaching aid according to claim 2, characterized in that the preferably digitally realized level control system ( 70 ) a level container ( 71 ) with variable inlet and outlet (Z, A), wherein the filling level preferably by means of LED bar graph ( 72 ) and inlet and outlet are represented by LED chases, and where interference by hand or by means of a test function generator ( 10 ) are executable.

Teaching aid according to claim 2, characterized in that the position control path ( 75 ) a motor potentiometer with a dial ( 76 ), wherein interference by adjusting the scale disc are executable.

Teaching aid according to one of the preceding claims, characterized in that the regulator device ( 30 ) continuous and / or discontinuous control elements ( 31 . 34 . 35 . 36 . 37 ).

Teaching aid according to one of the preceding claims, characterized in that the regulator device ( 30 ) a proportional-acting analog control element (P-controller) ( 31 ), an integrally acting analog control element (I-controller) ( 34 ), a differential acting analog control element (D-controller) ( 35 ), a digital two-point control element ( 36 ) and / or a digital three-point control element ( 37 ).

Teaching aid according to one of the preceding claims, characterized in that the analogue control elements ( 31 . 34 . 35 ) are formed in series and in parallel switchable.

Teaching aid according to one of the preceding claims, characterized by at least one setpoint display ( 21 ), an actual value display ( 22 ) and / or a manipulated variable display ( 45 ).

Teaching means according to one of the preceding claims, characterized in that manipulated variables between controller device ( 30 ) and controlled system device by means of an external connection ( 47 ) are aufschaltbar.

Teaching aid according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the functional elements are provided with bridge plugs ( 18a - 18h ) are interconnected.

Teaching aid according to one of the preceding claims, characterized in that at least one complete control circuit exclusively via bridge connector ( 18a - 18h ) is feasible.

Teaching means according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the following functional element pairs by means of bridge plugs ( 18a - 18h ) can be interconnected: - setpoint generator ( 5 ) with setpoint display ( 21 ), - setpoint generator ( 5 ) or setpoint display ( 21 ) with control elements ( 31 . 34 . 35 . 36 . 37 ) of the regulator device ( 30 ), - at least one control element ( 31 . 34 . 35 . 36 . 37 ) with control value display ( 40 ), - at least one control element ( 31 . 34 . 35 . 36 . 37 ) of the regulator device ( 30 ) with a controlled system ( 55 . 60 . 65 . 70 . 75 ), - each controlled system ( 55 . 60 . 65 . 70 . 75 ) with at least one control element ( 31 . 34 . 35 . 36 . 37 ) of the regulator device ( 30 ) via the at least one return line ( 80 ).

Teaching aid according to one of the preceding claims, characterized in that signal interconnections with both bridge plugs ( 18a - 18h ) as well as with connection cables via the same sockets on the board ( 2 ) are feasible.

Teaching aid according to one of the preceding claims, characterized by a test function generator ( 10 ) for generating and feeding periodic signals in the respectively interconnected control loop ( 55 . 60 . 65 . 70 . 75 ), preferably by means of connecting cables.

Teaching materials according to one of the preceding Claims, characterized in that it is designed for insertion in a desk-shaped desktop housing or in an H-profile frame.