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Projektarbeit Automatisierte Teichanlage 2011/2012 Seite 1 Technikerarbeit 2011/2012 Eduard-Spranger-Berufskolleg Hamm Automatisierte Teichanlage Andreas Holterhoff, Denis Otto, Daniel Völz

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Projektarbeit Automatisierte Teichanlage

2011/2012

Seite 1

Technikerarbeit 2011/2012

Eduard-Spranger-Berufskolleg Hamm

Automatisierte Teichanlage

Andreas Holterhoff, Denis Otto, Daniel Völz

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Projektarbeit Automatisierte Teichanlage

2011/2012

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Inhalt

1. Vorwort 5

2. Themenfindung 6

2.1. Realisierung des Projektes 6

3. Projektgruppe 7

4. Projektbeschreibung 8-10

5. Organisation 11

5.1. Projektplan 11

5.2. Aufgabenverteilung 12

5.3. Durchführung 13

5.4. Eigenbauten 13

6. Übersicht der Steuerungskomponenten 14

6.1. Aufbau des Schaltschrankes 14-15

6.2. Bestückung der Montageplatte 15

6.2.1. SPS-Komponenten 16

6.2.2. Operationspanel 16

6.2.3. Sicherungskomponenten 17

6.2.4. Relais 18

6.2.5. Transformatoren 19

6.2.6. Platinen 19

6.3. Übersicht der externen Komponenten 20

6.3.1. Hälterungsbecken 20

6.3.2. Umwälzpumpe / UV-Leuchte 20

6.3.3. Weitere Teichkomponenten 21

7. Messumformer 21

7.1. Temperatur 22

7.1.1. Schaltung des Messumformers für die Temperaturmessung 23

7.1.2. Abgleich des Messumformers für die Temperaturmessung 24

7.2. PH-Wert 25

7.2.1. Messprinzip der PH-Elektrode 26

7.2.2. Schaltung des Messumformers für den PH-Wert 27

7.2.3. Abgleich des Messumformers für die PH-Wert- Messung 28-29

7.3. Platinen-Layout für Temperatur und PH-Wert 30

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8.Spannungsversorgung für die Alarmierung im Störungsfall 31

8.1. Aufbau und Funktionsweise der Steuerplatine 32

8.2. Schaltung für die Versorgungsspannung 24 V DC im Störungsfall 33

8.3. Schaltung der beiden Relais für die Umschaltung auf 24 V DC 34

8.4. Platinen-Layout der 24 V DC Versorgungsspannung 35

8.5. Digitalanzeige für die Ladespannung und den Ladestrom 36

9. GSM-Modul 37

9.1. Konfiguration des GSM-Moduls 37-41

9.2. Schaltung des Spannungswandlers 41

9.3. Platinen-Layout des 24 V / 12 V DC Spannungswandlers 42

10. Dämmerungsschalter 43

10.1. Schaltung des Dämmerungsschalters 44

10.2. Platinen-Layout des Dämmerungsschalters 44

11. Regensensor 45

12.Hardware 46

12.1. Konfiguration der SPS 46

12.2. Konfiguration der MPI-Schnittstelle 47

12.3. Konfiguration des Operationspanels OP 77B 48

13. Software 49

13.1. Aufbau des SPS-Programms 49

13.2. Aufbau des WinCC-flexible-Programms 50

13.2.1. Deklaration der Variablen 50

13.2.2. Aufbau der Visualisierung 51

13.2.2.1. Startbild 51

13.2.2.2. Automatik-Betrieb 52

13.2.2.3. Hand-Betrieb 53

13.2.2.4. Messwerte 54

13.2.2.5. Betriebsstunden 55

13.2.2.6. Konfigurationen / Informationen 56

14. Sicherheitshinweise nach VDE 57

14.1. Direktes und indirektes Berühren spannungsführender Teile 57

14.2. Schutzleitersystem 58

14.3. Schutzkleinspannung 58

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15. Verwendete Software 59

16. Kostenaufstellung 59

17.Abbildungsverzeichnis 60-61

18.Quellenverzeichnis 62

19. Anhang 63

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1. Vorwort

Die folgende Dokumentation entstand im Rahmen einer schulischen Weiterbildung

zum staatlich geprüften Techniker für Elektrotechnik am

Eduard-Spranger- Berufskolleg in Hamm. Der Schwerpunkt der Ausbildung liegt im

Bereich der Automatisierungstechnik. Im letzten Jahr erfolgt die Durchführung einer

praktischen Projektarbeit. Diese hat die Wertigkeit eines Unterrichtsfaches und wird

auf dem Zeugnis entsprechend ausgewiesen.

Das der Dokumentation zu Grunde liegende Projekt befasst sich mit der

Automatisierung von Teichanlagen. Teiche dienen auf der einen Seite häufig der

Aufwertung einer Gartenanlage, während sie auf der anderen Seite hoch komplexe

Lebensräume darstellen. Die Fischhaltung und -zucht erfordern bei vielen Fischarten

gleichbleibend gute Umweltbedingungen. Die Regulierung dieser Faktoren erfolgt

häufig manuell, was einen hohen Arbeits- und Zeitaufwand bedeutet. Das

vorliegende Projekt verfolgt das Ziel, diese Faktoren durch eine Automatisierung

stabil zu halten. Automatisierungstechnik definiert sich nach DIN V 19233 als „Das

Ausrüsten einer Einrichtung, sodass sie ganz oder teilweise ohne Mitwirkung des

Menschen bestimmungsgemäß arbeitet“. Das Projekt hat das Ziel, durch die

Automatisierung von Teichanlagen eine ständige manuelle Kontrolle und

Überwachung überflüssig zu machen und dadurch eine Arbeitsentlastung zu

schaffen.

Die Durchführung der Projektarbeit vollzog sich über 10 Wochen und beinhaltet die

Planungsphase, welche vom 08.09.2011 – 06.10.2011 erfolgte. Im Anschluss daran

gingen wir in die Durchführungsphase über, welche vom 10.10.2011 – 12.01.2012

stattfand.

Eine 15-minütige Präsentation des Zwischenstandes stellten wir am 25.11.2011 vor.

Abschließend erfolgt eine Vorstellung des Projektes auf der Hausmesse am

17.02.2012. Hier werden die Projektarbeiten aus den Bereichen Metall- und

Elektrotechnik dem Fachpublikum vorgestellt.

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2. Themenfindung

Die Themenfindung der Projektarbeit ergab sich in einem fortlaufenden Prozess der

Gruppendiskussion, wobei optionale Projekte seitens der Arbeitgeber, der Schule

und privater Möglichkeiten abgewogen wurden. Vor den Sommerferien 2011

entschied sich die Gruppe schließlich für die private Projektarbeit „Automatisierung

einer Teichanlage“. Das Projekt erschien uns besonders reizvoll, weil es sich um ein

eigenständiges Projekt handelt, das an das Hobby Fische der Gruppenmitglieder

anknüpft. Die Automatisierung der Teichanlage umfasst die Steuerung und Regelung

verschiedenster Komponenten (Futterautomat, PH-Wert, Wasserfontäne,

Filterpumpe etc.).

2.1. Realisierung des Projektes

Zur Realisierung des Projektes wird eine Teichanlage von Familie Otto zur

Verfügung gestellt. Diese besitzt bereits eine Steuerung und Regelung durch eine

Siemens LOGO. Ziel der Projektarbeit ist es, die vorhandene Steuerung zu

Optimieren und eine höhere Benutzerfreundlichkeit zu schaffen. Dazu wird die

Siemens S7-300 genutzt, da diese aus der Schule bekannt ist und eine höhere

Komplexität der Programmierung bietet. Um eine größere Bedienerfreundlichkeit

gewährleisten zu können, sollen sowohl die Übersicht der Teichwerte als auch die

Steuerung der Teichanlage erleichtert und komfortabler gestaltet werden. Zur

Visualisierung wird deshalb ein Operationspanel 77B der Firma Siemens verwendet.

Die abschließende Präsentation der Arbeit erfolgt auf der Hausmesse. Dort wird ein

Hälterungsbecken genutzt, um die Möglichkeiten der Anlage zu veranschaulichen.

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3. Projektgruppe

Andreas Holterhoff

Ringstraße 221a

59821 Arnsberg

Energieelektroniker Fachrichtung Betriebstechnik

Geb: 10.05.1985

Denis Otto

Ägypten 27

59192 Bergkamen

Mechatroniker

Geb: 02.01.1986

Daniel Völz

Kleistraße 2

59427 Unna

Energieelektroniker Fachrichtung Betriebstechnik

Geb: 20.11.1971

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4. Projektbeschreibung

Das Ziel des Projektes ist die vollständige Steuerung und Regelung einer

Teichanlage. Es wurden verschiedene – für den Teichbetrieb wichtige –

Zielsetzungen herausgearbeitet:

• In regelmäßigen zeitlichen Abständen soll eine Wasserfontäne aktiviert

werden.

• In Abhängigkeit von der Aktivität der Wasserfontäne und dem vorhandenen

Tageslicht soll eine Teichbeleuchtung eingeschaltet werden.

• Die Fütterung des Fischbestandes soll zu bestimmten Uhrzeiten durch

einen Fütterungsautomaten erfolgen.

• Eine Teichfilteranlage soll dauerhaft aktiv und zu Reinigungsarbeiten

abschaltbar sein.

• Beim Abweichen der Temperatur vom Idealwert soll eine Sauerstoffpumpe

aktiviert werden.

• Bei Abweichung des PH-Wertes vom Idealwert soll eine Alarmierung

erfolgen.

• Der Wasserstand soll ständig überprüft und zu festgelegten Zeiten reguliert

werden.

Diese Vorhaben sollen mit verschiedenen Komponenten automatisiert werden.

Diese Komponenten werden mit Hilfe einer Siemens SPS S7 313 in Kombination mit

einem Siemens Panel OP 77B gesteuert. Die Steuerung verfügt über einen

Automatik- sowie einen Handbetrieb. Sowohl der Automatik- als auch der

Handbetrieb können am Schaltschrank vor Ort und über das abgesetzte Panel

erfolgen.

Der Schaltschrank verfügt über Einbausteckdosen, welche über Relais geschaltet

werden. Jeder Steckdose ist wie – im Folgenden beschrieben – eine

Teichkomponente zugewiesen.

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Das Tageslicht wird im Automatikbetrieb über einen Dämmerungsschalter

ausgewertet und schaltet die Teichbeleuchtung bei aktivierter Wasserfontäne mit

einer Nachlaufzeit von 3 Minuten ein. Die Wasserfontäne ist im Automatikbetrieb

halbstündlich aktiviert. Zusätzlich wird ein Regensensor verbaut, welcher bei

eintretendem Regen zu einer Abschaltung der Wasserfontäne führt.

Die Fütterung des Fischbestandes erfolgt über einen Fütterungsautomaten zu drei

Zeiten. Die Freigabe erfolgt automatisch um 9:00, 13:00 und 17:00 Uhr. Die ersten

beiden Fütterungen umfassen zwei Durchläufe mit je 10 Sekunden, die letzte

Fütterung drei Durchläufe mit je 10 Sekunden.

Die Filteranlage läuft im Dauerbetrieb und kann zu Reinigungsarbeiten manuell

abgeschaltet werden. Nach Einschalten der Filteranlage wird mit einer

Verzögerungszeit von 30 Sekunden die UV-Leuchte zugeschaltet. Diese kann

manuell über einen Taster deaktiviert und wieder aktiviert werden

(Medikamentenzugabe oder Wasserstabilisation).

PH-Wert und Temperatur werden mit Hilfe eines Messumformers erfasst. Dieser

befindet sich auf einer selbst gestalteten Europlatine im Schaltschrank. Beim

Verlassen des Temperaturbereiches (2 – 21 °C) wird die Sauerstoffpumpe

eingeschaltet.

Diesen Temperaturbereich haben wir gewählt, um zu gewährleisten, dass der Teich

nicht vollständig gefriert und die Sauerstoffsättigung beim Erwärmen des Wassers

nicht abnimmt. Weicht der PH-Wert von dem Idealwert ab, so erfolgt eine

Alarmierung.

Der Wasserstand wird über ein Niveaurelais mit Hilfe von zwei Elektroden erfasst.

Bei Bedarf wird zu zwei Tageszeiten das Niveau angeglichen. Bei einem

Wasserverlust von mehr als 10 cm wird dieser über einen Trennschaltverstärker mit

zusätzlicher Drahtbruchsicherheit gemeldet. Dieses führt zu einer sofortigen

Abschaltung sämtlicher Pumpen. Die zugeführte Wassermenge wird über einen

Volumenmeter erfasst.

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Die Alarmmeldungen Ausfall der Filteranlage > 2 Stunden oder

Sauerstoffversorgung, Wasserverlust und veränderter PH-Wert > 5 Stunden erfolgen

über ein GSM-Modul. Zudem kann die Teichbeleuchtung bei Freigabe durch den

Dämmerungsschalter über einen Anruf an das GSM-Modul, für eine vorgegebene

Zeit eingeschaltet werden. Bei höherem Wasserverlust kann die Teichanlage

manuell bei Freigabe durch das Niveaurelais über eine SMS an das GSM-Modul

gefüllt werden.

Eine Spannungsversorgung zur Aufrechterhaltung der örtlichen Alarmierungen ist mit

Hilfe einer selbst gestalteten Europlatine gewährleistet.

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5. Organisation

5.1. Projektplan

Abb.1: Projektplan

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5.2. Aufgabenverteilung

Bearbeitungsschritt Bearbeiter Findungsphase: Holterhoff, Otto, Völz Planungsphase: Holterhoff, Otto, Völz Durchführung: Planen und Erstellen der Schaltpläne Holterhoff, Otto, Völz Material beschaffen Holterhoff, Otto, Völz Aufbau Schaltschrank (mechanisch) Holterhoff, Otto, Völz Aufbau Schaltschrank (elektrisch) Holterhoff, Otto, Völz Temperatur- und PH-Platine planen / entwerfen Holterhoff, Otto, Völz Temperatur- und PH-Platine löten Otto Temperatur- und PH-Platine einstellen Holterhoff, Otto, Völz Platine Versorgungsspannung Störung planen / entwerfen Holterhoff, Otto, Völz Platine Versorgungsspannung Störung löten Völz Platine Dämmerungsschalter planen / entwerfen Holterhoff, Otto, Völz Platine Dämmerungsschalter löten Holterhoff Dämmerungsschalter montieren / abgleichen Holterhoff, Otto, Völz Sensoren Hälterungsbecken montieren / anschließen Otto Schaltpläne in CaddyXP zeichnen Holterhoff, Völz SPS-Programm programmieren Otto Panel programmieren Otto Komponenten Versorgungsspannung Störung montieren Völz GSM-Modul montieren Holterhoff GSM-Modul einstellen Holterhoff, Otto Platine Spannungswandler 24/12V DC planen / löten Otto Schaltpläne in sPlan zeichnen Holterhoff, Völz Platinen-Layout in Lochmaster-Programm erstellt Holterhoff, Völz Platte für Futterautomat am Hälterungsbecken montieren Otto Anschlüsse für Pumpen am Hälterungsbecken montieren Otto Dokumentation: Lastenheft Holterhoff, Völz Pflichtenheft Holterhoff, Völz Dokumentation Projektarbeit Holterhoff, Völz Zwischenpräsentation Holterhoff, Otto, Völz Abschlusspräsentation Holterhoff, Otto, Völz Abb. 2: Aufgabenverteilung

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5.3. Durchführung

Bereits in der Planungsphase wurde der Projektplan entworfen, um einen zeitlichen

Überblick zu erhalten. Nach Abschluss dieser Phase wurde nach Datenblättern /

Schaltungen für den Bau der Europlatinen recherchiert. Anhand der gesammelten

Informationen wurden die verschiedenen Komponenten bestellt. Parallel dazu

begann die Entwicklung der Schaltpläne. Im Anschluss erfolgte die Montage des

Schaltschrankes sowie der Europlatinen. Die Programmierung der SPS und des

Panels verlief parallel zu der Erstellung der Dokumentation.

5.4. Eigenbauten

Um die physikalischen Werte der Temperatur, Lichtstärke sowie des

PH-Wertes zu verarbeiten, wurden Schaltungen auf Europlatinen selbst entwickelt.

Zusätzlich erfolgte der Bau eines 24 V / 12 V DC Spannungswandlers für das

GSM-Modul, ebenfalls auf einer Platine.

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6. Übersicht der Steuerungskomponenten

6.1. Aufbau des Schaltschrankes

Gewählt wurde ein Kunststoff-Schaltschrank, da dieser eine besondere

Witterungsbeständigkeit aufweist.

Dieser Schrank verfügt über eine transparente Tür, welche es ermöglicht, die

Signalzustände der verbauten Komponenten zu überwachen.

Abb. 3: Schaltschrank außen links Abb. 4: Schaltschrank außen rechts

Abbildung 3 zeigt die linke Seite des Schaltschrankes mit einem 3-poligen

Hauptschalter, MPI-Schnittstelle, Außentemperaturfühler und

24 V DC Spannungsversorgung für das OP 77B.

In Abbildung 4 sind die Schaltelemente für den Hand-/Automatikbetrieb der einzelnen

Komponenten incl. dazugehöriger Steckdosen verbaut. Zusätzlich befindet sich auf

dieser Seite die Photodiode für den verbauten Dämmerungsschalter und die Antenne

des GSM-Moduls.

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Darüber hinaus ist eine Signaleinheit für die optische und akustische Alarmierung auf

dem Schaltschrank montiert. Des Weiteren wird der Handbetrieb der Steuerung über

eine klare Signalleuchte dargestellt.

6.2. Bestückung der Montageplatte

Verwendet wurde eine PVC-Kunststoffplatte auf der unser 4-reihiger Aufbau der

Schaltschrankkomponenten realisiert wurde.

Abb. 5: Montageplatte Schaltschrank

Verbaut wurde ein Verdrahtungskanal LK4 60040. Zusätzlich wurde eine Hutschiene

Licatec zur Befestigung der verschiedenen Komponenten, wie z.B.

Durchgangsreihenklemmen, Relais oder Sicherungen verwendet.

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6.2.1. SPS-Komponenten

Abb. 6: SPS S7

Verbaut wurde eine speicherprogrammierbare Steuerung der Firma Siemens.

Diese umfasst folgende Komponenten:

• Spannungsversorgung 307-1EA00-0AA0

• CPU 313-1AD03-0AB0

• 2 analoge Eingangsmodule 331-7KF01-0AB0

• 3 digitale Eingangsmodule 321-1BL00-0AA0

• 1 digitales Ausgangsmodul 322-1BL00-0AA0

6.2.2. Operationspanel

Abb. 7: OP 77B

Zur Visualisierung und Steuerung unseres Teiches verwendeten wir ein

Operationspanel OP 77B der Firma Siemens. Dieses wurde in einem

Kunststoffgehäuse verbaut. Die Schnittstellen und die 24 V DC Versorgung wurden

auf der linken Seite des Gehäuses ausgeführt.

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6.2.3. Sicherungskomponenten

Abb. 8: Sicherungskomponenten

Um einen Leitungs- und Personenschutz zu gewährleisten kommen, nachfolgend

erläuterte Sicherungen der Firma AEG zum Einsatz:

• Lasttrennschalter mit 25 A Neozed- Sicherungen bestückt als Vorsicherung

des RCD-Schutzschalters.

• RCD-Schutzschalter 4-pol. 40 A / 30 mA für den Personenschutz, da dieser

laut DIN VDE 0100-410:2007-06, Abschnitt 411.3.3, vorgeschrieben ist.

• 4 LS-Schalter B 6 A für die Absicherung der Steuerstromkreise,

Futterautomaten und des Niveaurelais.

• 2 LS-Schalter B 10 A für die Teichbeleuchtung und Sauerstoffpumpe.

• 4 LS-Schalter B 16 A für die Filteranlage, Wasserfontäne, Alarmierung

Servicesteckdose.

• 3 Hilfsschalter am RCD und an den Steuersicherungen als Überwachung.

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6.2.4. Relais

Abb. 9: Relais

Da die SPS nur 24 V DC Transistorausgänge besitzt, müssen wir Relais einsetzen,

um die 230 V AC für die Einbausteckdosen schalten zu können.

Des Weiteren wurden ein Trennschaltverstärker für den Schwimmerschalter sowie

ein Niveaurelais für die Messung des Füllstandes verbaut.

Darüber hinaus wurden 2 Multifunktionsrelais für die Alarmierung verwendet als

Takt- und Zeitrelais für die optische / akustische Signalisierung.

Zusätzlich wurde ein Hilfsrelais für die Bereitstellung der 24 V DC im Alarmierungsfall

verbaut.

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6.2.5. Transformatoren

Abb. 10: Transformatoren

Damit im Störungsfall die benötigte Spannung von 24 V DC für die Alarmierung zur

Verfügung steht, wurde ein Schaltnetzteil 230 V AC / 24 V DC verbaut. Dieses wurde

direkt hinter dem Hauptschalter abgegriffen, um die 230 V AC Eingangsspannung

auch beim Auslösen des RCD sicherzustellen. Weiterhin wurde ein Transformator

230 V AC / 24 V AC für das Wasser-Zulaufventil sowie das Netzteil für die

12 V DC Teichbeleuchtung benutzt.

6.2.6. Platinen

Abb. 11: Platinen 1/2 Abb. 12: Platinen 2/2

Zu sehen sind die Platinen des Messumformers, des Dämmerungsschalters und die

Platine der Versorgungsspannung im Störungsfall.

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6.3. Übersicht der externen Komponenten

6.3.1. Hälterungsbecken

Abb. 13: Hälterungsbecken

Zur Veranschaulichung unseres Projekts nutzen wir ein Hälterungsbecken aus

Kunststoff. Hier wurden sämtliche Sensoren in einer Schiene verbaut. Zusätzlich sind

die benötigten Anschlüsse für die Pumpe und den Wasserzulauf montiert.

6.3.2. Umwälzpumpe / UV-Leuchte

Abb. 14: Umwälzpumpe / UV-Leuchte

Zur Reinigung des Teichwassers wird eine Kombination aus Umwälzpumpe und

UV-Leuchte gewählt. Diese beiden Komponenten sind in einer Einheit verbaut,

werden aber separat angesteuert. Die UV-Leuchte wird verwendet, um Algen zu

minimieren.

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6.3.3. Weitere Teichkomponenten

Abb. 15: Weitere Komponenten

Weiterhin kommen die folgenden Geräte zum Einsatz:

• Wasserfontäne

• Teichbeleuchtung

• Futterautomat

• Sauerstoffpumpe

7. Messumformer

Für die Temperatur- und PH-Wert-Messung kommt in der SPS eine analoge

Baugruppe des Typ SM 331 zum Einsatz.

Da diese Baugruppe nur analoge elektrische Signale verarbeiten kann, müssen die

Temperatur- und PH-Werte entsprechend umgeformt werden.

Die Umwandlung der physikalischen Größen erfolgt in unserem Fall zu einer

Ausgangsspannung von 0 – 10 V DC.

Den entsprechenden Schaltplan haben wir mit sPlan 6.0 erstellt. Für die Bestückung

der Europlatine haben wir auf das Entwicklungstool für elektronische Schaltungen

Lochmaster 3.0 zurückgegriffen.

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7.1. Temperatur

Für die Temperaturmessung des Teichwassers sowie der Außentemperatur kommen

PT 100-Sensoren zum Einsatz. Diese haben einen ohmschen Widerstand, welcher in

Abhängigkeit zur Temperatur steht. Der PT 100-Sensor für die Messung der

Außentemperatur ist direkt an das analoge Eingangsmodul der SPS angeschlossen.

Um diesen Widerstand des Sensors für das Teichwasser in eine für uns nutzbare

Spannung von 0 – 10 V DC umzuformen, haben wir eine Schaltung mit dem IC

LM324N aufgebaut. Diese haben wir aus dem Datenblatt des IC LM324N

übernommen.

Abb. 16: PT 100-Sensor Teichtemperatur Abb. 17: PT 100-Sensor Außentemperatur

Der PT 100-Sensor hat einen genormten Widerstandswert bei einer bestimmten

Temperatur. Wir verwenden einen Temperatur-Messbereich von – 30 °C bis + 70 °C.

Somit muss der Messumformer bei – 30 °C eine Ausgan gsspannung von 0 V DC

haben und bei + 70 °C eine Ausgangsspannung von 10 V DC.

Der genormte Widerstandswert bei – 30 °C beträgt 88,80 Ω.

Der genormte Widerstandswert bei + 70 °C beträgt 1 27,10 Ω.

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7.1.1. Schaltung des Messumformers für die Temperaturmessung

Abb. 18: Schaltplan des Messumformers für die Temperaturmessung

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7.1.2. Abgleich des Messumformers für die Temperaturmessung

Wir wählen für unsere Temperaturmessung einen Temperaturbereich von – 30 °C bis

+ 70 °C, den wir zur Anzeige bringen wollen.

Abgleich des Messumformers auf 0 V bei einer Temperatur von – 30 °C:

Bei – 30 °C hat der PT 100 einen Widerstandswert vo n 88,80 Ω. Bei diesem Wert

muss ein Spannungswert von 0 V DC am Ausgang des Messumformers zu messen

sein.

Anstelle des Sensors wird ein Festwiderstand von 88,7 Ω (Toleranz 1%) aus der

Reihe E96 eingesetzt.

Danach wird mit dem Trimmpotentiometer P2 (Wert 100 Ω) solange abgeglichen, bis

man am Ausgang einen Spannungswert von 0 V messen kann.

Abgleich des Messumformers auf 10 V bei einer Temperatur von + 70 °C:

Bei + 70 °C hat der PT 100 einen Widerstandwert von 127,10 Ω. Bei diesem Wert

muss ein Spannungswert von 10 V DC am Ausgang des Messumformers zu messen

sein.

Anstelle des Sensors wird ein Festwiderstand von 127,0 Ω (Toleranz 1%) aus der

Reihe E96 eingesetzt.

Danach wird mit dem Trimmpotentiometer P1 (Wert 2 kΩ) solange abgeglichen, bis

man am Ausgang einen Spannungswert von 10 V messen kann.

Nach diesem Abgleich ist der Messwandler abgeglichen und funktionsbereit.

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7.2. PH-Wert

Analog zu der Temperaturmessung kommt eine PH-Wert-Messelektrode zum

Einsatz. Für die Umformung wurde der IC LF 444 verbaut.

Für die Messung des PH-Wertes verwenden wir die PH-Elektrode vom Typ

OPS 11.

Mit dem Messumformer wollen wir den gemessenen PH-Wert des Teichwassers in

eine Ausgangsspannung von 0 – 10 V DC umwandeln.

Wir wählen folgenden Messbereich aus: PH-Wert 0 – 10 entspricht einer

Ausgangsspannung von 0 – 10 V DC.

Bei einem PH-Wert von 0 – 14 reagiert das Wasser von sauer bis alkalisch.

Abb. 19: PH-Wert Tabelle¹

¹ http://www.zentrum-der-gesundheit.de/images/ph-wert.jpg

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7.2.1. Messprinzip der PH-Elektrode

Im Folgenden wird das Messprinzip der PH-Elektrode erläutert:

Durch die Neigung der Wasserstoffionen sich in einer dünnen Schicht an

Silikatgruppen der Glasoberfläche anzulagern, baut sich je nach PH-Differenz eine

galvanische Spannung zwischen der Innen- und der Außenseite der Kugel auf. Diese

elektromotorische Kraft wird mittels zweier Bezugselektroden gemessen, von denen

sich die eine innerhalb der Glaskugel und die andere außerhalb in der Probelösung

befindet.

(vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Glaselektrode)

Abb. 20: PH-Elektrode¹

¹ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/Glaselektrode_Schematischer_Aufbau.svg

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7.2.2. Schaltung des Messumformers für den PH-Wert

Abb. 21: Schaltplan des Messumformers für die PH-Wert-Messung

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7.2.3. Abgleich des Messumformers für die PH-Wert-Messung

Wir wählen für unsere Projektarbeit einen PH-Wert-Messbereich von 0 – 10, den wir

zur Anzeige bringen wollen. Durch die Abhängigkeit des PH-Wertes von der

Temperatur ist diese vorher abzugleichen.

Abgleich der Temperaturkompensation:

Auf der Messumformer-Platine ist das Trimmpotentiometer P3 (Wert 200 kΩ)

verbaut, mit dem die Temperaturkompensation durchgeführt wird.

Durch die Widerstandskette von R12 – R16 haben wir einen Temperatur-

Einstellbereich von 0 – 100 °C, das entspricht pro 1 °C einem Widerstandswert von

2 kΩ.

Um einen Abgleich der Temperatur von 20 °C durchzuf ühren, ergibt sich folgende

Abgleichformel:

Abgleichformel R12 + Abgleichtemperatur * Temperatur pro 1°C

Einstellbeispiel bei einer Temperatur von 10 °C:

R12 = 2,7 kΩ + 10 * 2 kΩ = 25,4 kΩ

Einstellbeispiel bei einer Temperatur von 20 °C:

R12 = 2,7 kΩ + 20 * 2 kΩ = 42,7 kΩ

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Abgleich des PH-Wertes mit der PH-Messsonde:

Für den Abgleich der PH-Elektrode verwenden wir verschiedene PH-Messlösungen

mit den Werten 4, 7 und 10. Nach Anschluss der PH-Elektrode an den

Messumformer und erfolgter Temperaturkompensation wird wie folgt verfahren:

• Die PH-Elektrode in die Messlösung mit dem PH-Wert 7 eintauchen.

• Ein Voltmeter an die Anschlussklemmen 0 – 10 V anschließen und die

Spannung ablesen.

• Mit dem Trimmpotentiometer P4 wird nun eine Spannung von 7 V am

Ausgang 0 – 10 V eingestellt.

• PH-Elektrode in die Messlösung mit dem PH-Wert 4 einführen.

Das Voltmeter zeigt nun eine Spannung von 4 V an.

• PH-Elektrode in die Messlösung mit dem PH-Wert 10 einführen.

Das Voltmeter zeigt nun eine Spannung von 10 V an.

Der Messumformer ist nun abgeglichen und funktionsbereit.

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7.3. Platinen-Layout für Temperatur und PH-Wert

Abb. 22: Europlatine Messumformer

Die Europlatine fertig bestückt mit dem Messumformer für Temperatur und PH-Wert.

Aus räumlichen Gründen haben wir die Schaltungen auf einer gemeinsamen

Europlatine aufgebaut. Im linken Teil befindet sich die Temperaturmessung und im

rechten die PH-Wert-Messung.

Der DC/DC Wandler liefert die Spannungsversorgung +/– 15 V DC für die beiden ICs

LM324N und LF444N. Diese benötigen für ihren Arbeitsbereich eine

Spannungsdifferenz von 30 V.

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8. Spannungsversorgung für die Alarmierung im Störu ngsfall

Um eine Alarmierung im Störungsfall zu gewährleisten, sind die LS-Schalter für die

24 V DC Steuerspannung und der RCD mit Hilfskontakten bestückt. Diese

signalisieren ein Abfallen der Sicherungselemente im Störungsfall. Im Falle eines

Auslösens werden – wie im Schaltplan unten ersichtlich ist – die beiden

12 V Bleigel-Akkumulatoren in Reihe geschaltet. Somit stehen dann 24 V DC als

Steuerspannung für die optische und akustische Signalisierung zur Verfügung.

Der Schaltplan wurde von der Homepage http://home.acor.de/wetec/ entnommen

und angepasst.

Beschreibung:

Im Schaltschrank ist eine Steuerplatine für die Alarmierung verbaut. Diese Platine hat

folgende Aufgaben:

1) 2 Stück Bleigel-Akkumulatoren 12 V DC / 7,2 Ah parallel zu laden.

2) Im Alarmierungsfall Reihenschaltung der beiden Bleigel-Akkumulatoren um

die Versorgungsspannung von 24 V DC / 7,2 Ah für die optische und

akustische Fehlermeldung bereitzustellen.

Die beiden Akkumulatoren werden über eine Ladeschaltung geladen, bis die

Ladeschlussspannung von 13,7 V erreicht ist. Nun werden diese auf Ladeerhaltung

geschaltet. Die auf der Steuerplatine verbauten Relais sind im normalen Betrieb

abgefallen und gewähren über die Öffner-Kontakte die Ladung der beiden Akkus. Die

Ladung der Akkus erfolgt parallel.

Im eintretenden Fehlerfall ziehen die beiden Relais an; dadurch werden beide Akkus

in Reihe geschaltet. Somit steht uns eine Versorgungsspannung von 24 V DC / 7,2

Ah für die Alarmierung zur Verfügung.

Für die Alarmierung kommt eine akustisch/optische Signaleinheit der Firma Werma

zum Einsatz.

Die Sirenenalarmierung darf laut Vorschrift 3 Minuten erfolgen. Um dieses zu

gewährleisten, wird die Sirene über ein Zeitrelais nach 3 Minuten abgeschaltet.

Die optische Alarmier-Einheit wird über ein Blinkrelais gesteuert.

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8.1. Aufbau und Funktionsweise der Steuerplatine

Die Platine ist mit einer Strom- und Spannungsbegrenzung für die Ladung der beiden

Bleigel-Akkus ausgestattet.

Das IC LM 317 ist als Konstant-Stromquelle geschaltet. Durch den Widerstand R1

bestimmen wir einen fest eingestellten Ladestrom für unsere Akkus. Das IC LM 317

hat das Verlangen, sich so einzuregeln, dass zwischen dem Ausgang und dem

Adjust-Eingang 1,25 V liegen.

Dadurch ergibt sich folgende Berechnung: I = U adj. / R1

In unserem Fall 1,25 V / 3 Ω = 410 mA

Somit wird jeder der Akkus mit circa 200 mA geladen.

Über das IC LM 317 liegen 12 V an dem IC PB 137 an.

Das IC PB 137 regelt sich automatisch auf eine Ladeschlussspannung von 13,7 V

ein. Ist diese erreicht, wird der Ladestrom heruntergeregelt.

Der Operationsverstärker LM 741 dient in dieser Schaltung als Komparator.

Der invertierende IC-Eingang Pin 2 wird mit dem Potentiometer auf 13,7 V

eingestellt. Dieser Wert entspricht der Ladeschlussspannung unserer beiden parallel

geschalteten Akkus. Der IC-Plus-Eingang Pin 3 vergleicht unsere tatsächlich

vorhandene Akkuspannung mit der Referenzspannung am IC-Eingang Pin 2.

Solange eine Spannungsdifferenz besteht, wird der IC-Ausgang Pin 6 nicht

durchgeschaltet. Ohne diese Differenz wird der IC-Ausgang Pin 6 durchgeschaltet.

Eine optische Ladekontrolle – durch zwei LED-Dioden dargestellt – ist vorgesehen.

Wenn der IC-Ausgang nicht durchgeschaltet ist, bekommt der Transistor T1 an der

Basis ein negatives Spannungspotenzial; er steuert die Emitter / Kollektorstrecke

durch und die LED 2 (Rot) bekommt in Flussrichtung ein positives

Spannungspotenzial und wird damit eingeschaltet. Sind die Spannungen am IC-

Eingang Pin 2/3 gleich, schaltet der IC-Ausgang Pin 6 durch. Der Transistor T1

bekommt an der Basis ein positives Spannungspotenzial und sperrt die Emitter /

Kollektorstrecke. Die LED 2 (Rot) wird ausgeschaltet. Hierdurch hat die LED 1

(Grün) in Fußrichtung ein positives Spannungspotenzial und wird damit

eingeschaltet. Die beiden Akkus werden jetzt auf Erhaltungsladung gehalten.

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8.2. Schaltung für die Versorgungsspannung 24 V DC im Störungsfall

Abb. 23: Steuerplatine für die Akku-Ladung / 24 V DC Versorgungsspannung

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8.3. Schaltung der beiden Relais für die Umschaltung auf 24 V DC

Abb. 24: Schaltplan für die Bereitstellung der 24 V DC

Im normalen Betrieb sind die Relais 2K2 und 2K31 abgefallen. Durch die Schaltung

der beiden Relais werden die Akkumulatoren geladen oder gepuffert.

Im Alarmierungsfall ziehen die beiden Relais an und die Akkus werden in Reihe

geschaltet. Somit steht uns eine Spannung von 24 V DC zur Verfügung.

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8.4. Platinen-Layout der 24 V DC Versorgungsspannung

Abb. 25: Europlatine Ladung-Alarmierung

Auf der Platine sind die beiden IC’s LM 317T und PB 137 auf Kühlblechen montiert

zu sehen. Am Nebenwiderstand R9 erfolgt der Abgriff für die Digital-Anzeige von

Strom und Spannung. Die Relais haben die Funktion, die Ladespannung oder

Bereitstellung der Spannung im Störungsfall zu gewährleisten.

Das IC LM741 dient als Operationsverstärker und ist für die Anzeige der LED´s

zuständig.

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8.5. Digitalanzeige für die Ladespannung und den Ladestrom

Um einen genauen Überblick über den Ladezustand der beiden Akkus zu haben,

werden sowohl die aktuelle Ladespannung als auch der Ladestrom über ein

entsprechendes Display angezeigt. Über einen Kippschalter kann die

Digital-Anzeige „Ein“ oder „Aus “ geschaltet werden. Die Versorgungsspannung der

Digital-Anzeigen erfolgt jeweils über eine 9 V Blockbatterie.

Die grüne LED signalisiert das Erreichen der Ladeschlussspannung (13,7 V) und die

Erhaltungsladung der Akkus.

Durch die rote LED wird die Ladung der Akkus, die zwischen 30 – 200 mA je Akku

liegt, angezeigt.

Abb. 26: Digitalanzeige

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9. GSM-Modul

Für die Verwendung des GSM-Moduls wird eine Spannung von 12 V DC für die

Beschaltung der Eingänge IN1 und IN2 benötigt. Hier kommt ein Spannungswandler

von 24 V DC auf 12 V DC zum Einsatz. Die beiden Alarmierungsausgänge der SPS

werden auf zwei 24 V DC Relais geschaltet. Über die beiden Relais schalten wir im

Alarmierungsfall 12 V DC auf die GSM-Modul-Eingänge IN 1 und IN 2.

9.1. Konfiguration des GSM-Moduls

Abb. 27: Startbild

Durch Öffnen des GSM-Steuerungsmoduls GX105 öffnet sich das Startbild wie in

Abb. 27 ersichtlich. Nun können die benötigten Untermenüs geöffnet werden.

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Abb. 28: Allgemeine Einstellungen 1/2

In dem Untermenü „Allgemeine Einstellungen / SIM“ wird der PIN-Code der Karte

hinterlegt. Des Weiteren muss hier der Netzbetreiber der Sim-Karte eingestellt

werden.

Abb. 29: Allgemeine Einstellungen 2/2

In diesem Menü werden die Telefonnummern mit den dazugehörigen Namen

eingespeichert, die im Fehlerfall eine Benachrichtigung per SMS erhalten sollen.

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Abb. 30: SMS-Ausgänge

In unserem Projekt wurde ein SMS-Ausgang verwendet, welcher in SPS als Eingang

verarbeitet wird. Um diesen zu aktivieren, muss unter „Belegt“ der Haken gesetzt

werden. Zusätzlich wird hier in unserem Fall der Meldetext „Fuellen1“ festgelegt. Gibt

das Niveaurelais die Freigabe zum Füllen, so kann durch Senden einer SMS

„Fuellen1=1“ die Teichanlage gefüllt werden. Zum Beenden des Füllvorganges wird

eine SMS „Fuellen1=0“ gesendet oder das Niveaurelais beendet den Füllvorgang bei

Erreichen des maximalen Wasserstandes.

Abb. 31: Incall-Ausgang

Um diese Funktion zu aktivieren, ist ein Haken bei „Belegt“ zu setzen. Wenn das

GSM-Modul nun angerufen wird, setzt es für 30 Sekunden ein High Signal.

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Abb. 32: Optokoppler-Eingang 1/2

Um diesen Eingang zu aktivieren, ist der Haken bei „Belegt“ erforderlich. In unserem

Fall haben wir einen Meldetext „Niveau“ eingestellt; sollte das Niveau des Teiches

fallen, wird eine SMS an die vorher eingestellten Teilnehmer versendet.

Abb. 33: Optokoppler-Eingang 2/2

Den Eingang 2 haben wir verwendet, um eine Sammelstörung zu verarbeiten. Die zu

versendende SMS beinhaltet den Text „Stoerung“. Diese SMS wird verschickt,

sobald der PH-Wert den Idealwert verlässt, die Sauerstoffpumpe ausfällt oder die

Filteranlage nicht mehr aktiv ist.

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Abb. 34: Kommunikation

Durch Betätigen des Buttons „Status“ wird die aktuelle Signalstärke angezeigt,

dieses bestätigt die richtige Wahl des COM-Ports. Nun können die Einstellungen auf

das GSM-Modul übertragen werden.

9.2. Schaltung des Spannungswandlers

Abb. 35: Schaltplan des Spannungswandlers mit dem IC1 78L12

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9.3. Platinen-Layout des 24/12 V DC Spannungswandlers

Abb. 36: Europlatine für den Spannungswandler

Die Primärspannung beträgt in unserem Fall 24 V DC, diese wird über den

Festspannungsregler L7812 auf eine Sekundärspannung von 12 V DC geregelt. Die

dem Festspannungsregler parallel geschaltete Diode D1 liegt in Sperrrichtung

zwischen Ein- und Ausgang. Im eintretenden Fehlerfall, wie z.B. einem Kurzschluss

zwischen Ue und GND, schützt die Diode die verbauten Bauteile und nachfolgende

Schaltungen vor einer Überspannung.

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10. Dämmerungsschalter

Die Teichbeleuchtung soll im Automatikbetrieb bei einsetzender Dämmerung und

eingeschalteter Wasserfontäne automatisch eingeschaltet werden. Dieses wird mit

einem sich ebenfalls auf einer Europlatine befindlichen Dämmerungsschalter

realisiert. Die Ein- und Ausschaltverzögerung ist über ein RC-Glied auf etwa 60

Sekunden eingestellt. Über das Potentiometer P1 können wir die Einschaltschwelle

des Dämmerungsschalters einstellen. Um die Lichtintensität zu verarbeiten, haben

wir eine Schaltung mit dem IC TLC 274 aufgebaut. Die Photo-Diode vom Typ SFH

203 erzeugt proportional zur Beleuchtungsstärke einen Photo-Strom. Dieser wird

über den als I-U-Wander (OP1) verwendeten Operationsverstärker in eine

proportionale Spannung umgesetzt. Diese erzeugte Spannung kann durch die

Elektronik leichter ausgewertet werden als der Photo-Strom.

Diese Schaltung wurde der im Anhang beigefügten Bau- und Bedienungsanleitung

„Dämmerungsschalter“ entnommen.

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10.1. Schaltung des Dämmerungsschalters

Abb. 37: Schaltplan des Dämmerungsschalters

10.2. Platinen-Layout des Dämmerungsschalters

Abb. 38: Europlatine Dämmerungsschalter

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11. Regensensor

Die Wasserfontäne soll bei eintretendem Regen abgeschaltet werden, die Messung

erfolgt mit einem verbauten Regensensor. Der Sensor verfügt auf seiner Oberfläche

über eine Widerstandsmessung, welche bei Feuchtigkeit ihren Wert verändert. Diese

Widerstandsänderung wird sensorintern verarbeitet und führt zu einer Schaltung des

sensoreigenen Relais. Um zu gewährleisten, dass der Sensor nach dem Regen nicht

durch die Restfeuchtigkeit geschaltet bleibt, wird die Oberfläche bei eintretender

Feuchtigkeit beheizt.

Abb. 39: Regensensor

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12. Hardware

12.1. Konfiguration der SPS

Abb. 40: Hardwarekonfiguration der SPS

Um die Kommunikation der verbauten Baugruppen zu gewährleisten, ist es

erforderlich, diese hinzuzufügen. Dieses geschieht, indem die entsprechende

Baugruppe aus der Liste auswählt wird. Im Anschluss daran erfolgt die Einstellung

der Ein- und Ausgangsbytes. Steckplatz 3 bleibt unbesetzt, da dieser für den Einbau

eines Interface-Moduls reserviert ist. Gegebenenfalls ist die Parametrierung der CPU

erforderlich, bei der z.B. die Zykluszeit verändert oder ein Taktmerker erstellt wird.

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12.2. Konfiguration der MPI-Schnittstelle

Abb. 41: Konfiguration der MPI-Schnittstelle

Um die Kommunikation der SPS mit dem Operationspanel zu gewährleisten, ist es in

unserem Fall erforderlich, eine MPI-Verbindung herzustellen. Dies geschieht unter

„Einfügen / Subnetz / 1 MPI“. Nun wird durch Öffnen der MPI-Verbindung dieses

Fenster geöffnet, in welchem das entsprechende Panel aus der Liste gewählt werden

kann. Im Anschluss daran ist es notwendig, die Verbindung des hinzugefügten

Panels mit der MPI-Schnittstelle herzustellen.

Gegebenenfalls besteht die Möglichkeit, unter „Objekteigenschaften“ die

entsprechende Adresse zu verändern, damit es nicht zu Konflikten kommt. Zu

beachten ist hier die Auswahl der Übertragungsgeschwindigkeiten, die in unserem

Fall 187,5 kbit/s beträgt. Um die Konfigurationen und Einstellungen zu übernehmen,

muss der Button „Speichern und Übersetzen“ betätigt werden. Hierdurch stehen die

Konfigurationen auch unter WinCC flexible zur Verfügung.

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12.3. Konfiguration des Operationspanels OP 77B

Abb. 42: OP 77B

Durch das Anlegen der MPI-Verbindung im Simatic Manager besteht diese auch in

WinCC flexible. Durch Umschalten auf „Ein“ unter dem Punkt „Aktiv“ wird die

Kommunikation softwareintern gestartet.

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13. Software

13.1. Aufbau des SPS-Programms

Abb. 43: Bausteinverzeichnis

Um eine strukturierte Programmierung aller Funktionen der Teichanlage zu

realisieren, ist es erforderlich, diverse Bausteine hinzuzufügen. Die Funktionen

werden benötigt, um z.B. den Hand- und Automatikbetrieb zu trennen. Darüber

hinaus besteht die Möglichkeit, aus der „Simatic Bibliothek“ Systemfunktionen zu

verwenden, welche es ermöglichen, z.B. die Uhrzeit auf dem Panel darstellen zu

können. Im „OB1“ werden anschließend die Funktionen durch den „call-Befehl“

aufgerufen und dann zyklisch abgearbeitet.

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13.2. Aufbau des WinCC flexible-Programms

13.2.1. Deklaration der Variablen

Abb.44: Variablendeklaration WinCC flexible

Zum Austausch der Daten zwischen der SPS und dem Panel ist es notwendig, unter

WinCC flexible Variablen zu erstellen. Diese Variablen werden in WinCC flexible

verwendet und dienen der Kommunikation mit dem SPS-Programm. Je nach

Speicherinhalt der Variable ist es notwendig diese entsprechend zu konfigurieren.

Hierzu stehen verschiedene Formate wie z.B. Bool oder Word zur Verfügung.

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13.2.2. Aufbau der Visualisierung

13.2.2.1. Startbild

Abb. 45: Startbild 1 Abb. 46: Startbild 2

Das dargestellte Operationspanel OP 77B zeigt in der linken Abbildung das

erstellte Startbild. Durch die Betätigung der Tasten F1 – F4 werden die jeweilig

kurz beschriebenen Untermenüs geöffnet. Das hier dargestellte Datum ist

exemplarisch, dieses wird durch die Verknüpfung mit der SPS S7 synchronisiert.

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13.2.2.2. Automatik-Betrieb

Abb. 47: Auto 1/4 Abb. 48: Auto 2/4

Abb. 49: Auto 3/4 Abb. 50: Auto 4/4

Durch Auswahl der Menütaste „Auto“ öffnen sich die oben dargestellten Abbildungen.

Durch Betätigen der Pfeiltaste oben / unten ist ein Wechseln innerhalb des

Untermenüs „Auto“ möglich. Hier sind die einzelnen Zustände der

Teichkomponenten ersichtlich, sobald die Teichanlage im Automatikbetrieb läuft.

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13.2.2.3. Hand-Betrieb

Abb. 51: Hand 1/4 Abb. 52: Hand 2/4

Abb. 53: Hand 3/4 Abb. 54: Hand 4/4

Durch Wählen des Menüpunktes „Hand“ im Startbild öffnet sich das dargestellte

Untermenü. Durch Betätigen der Pfeiltasten ist ein Wechsel der einzelnen Bilder in

dem Untermenü möglich. Wenn die Teichanlage nicht im Automatikbetrieb betrieben

wird, ermöglicht dieser Menüpunkt das Ein- und Ausschalten einzelner

Teichkomponenten. Dieses wird unter anderem für Reinigungs- und

Wartungsarbeiten an der Teichanlage benötigt.

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13.2.2.4. Messwerte

Abb. 55: PH-Wert Abb. 56: Temperatur

Abb. 57: Teich füllen

Durch Auswahl des Menüpunktes „Werte“ öffnet sich das dargestellte Untermenü.

Hier können jederzeit die aktuell gemessenen PH-Werte, Temperaturen und die

Menge des zugeführten Wassers eingesehen werden. Das zugeführte Wasser wird

in Litern gezählt. Sobald 1000 l erreicht sind, wird der Zähler „Wasser in l“

zurückgesetzt und „Wasser in m³“ gesetzt. Die Messung ermöglicht eine

Kostenaufstellung der Anlage.

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13.2.2.5. Betriebsstunden

Abb. 58: Betriebsstunden 1/4 Abb. 59: Betriebsstunden 2/4

Abb. 60: Betriebsstunden 3/4 Abb. 61: Betriebsstunden 4/4

Durch die Auswahl des Menüpunktes „Info“ öffnet sich das dargestellte Untermenü.

Hier sind die Betriebsstunden der verschiedenen Teichkomponenten ersichtlich.

Diese Betriebsstunden werden benötigt, um eine Kostenübersicht der jeweiligen

Komponenten und der gesamten Anlage zu erhalten.

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13.2.2.6. Konfigurationen / Informationen

Abb. 62: Info Abb. 63: Einstellungen

Abb. 64: Betriebsart

Durch Auswahl des Untermenüs „Konfig“ öffnet sich das entsprechende

Untermenü, in welchem die aktuelle Software-Version des Panels ersichtlich ist.

Durch dortiges Betätigen des Tasters F4 öffnet sich das „Einstellungsmenü“;

dort sind verschiedene Einstellungen wählbar. Unter dem Menüpunkt

„Betriebsart“ kann der Betriebszustand des Panels ausgewählt werden. Hier

wird z.B. der Transfer-Modus benötigt, um eine neue Software auf das Panel zu

übertragen.

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14. Sicherheitshinweise¹

„Elektrische Betriebsmittel müssen unter Berücksichtigung der äußeren Einflüsse,

denen sie ausgesetzt sein könnten, so ausgewählt und errichtet werden, dass der

ordnungsgemäße Betrieb und die Wirksamkeit der Schutzmaßnahmen sichergestellt

sind.“

14.1. Direktes und indirektes Berühren spannungsführender Teile²

„Der Schutz gegen direktes Berühren soll verhindern, dass betriebsmäßig unter

Spannung stehende Anlagenteile berührt werden können. Das kann durch das

Aufbringen von Isolierungen, Abdeckungen oder Umhüllungen und Aufstellung von

Hindernissen erreicht werden, aber nicht durch Farbmarkierungen am Boden.

Werden Anlagen in Räumen aufgestellt, die für jedermann zugänglich sind

(Betriebsstätten), müssen die Schutzvorrichtungen mechanisch widerstandsfähig

sein und zuverlässig befestigt werden. Türen oder Abdeckungen dürfen nur mit

Werkzeug (Schraubendreher oder Schlüssel) zu entfernen sein. In Anlagenräumen

(abgeschlossene elektrische Betriebsstätten) müssen die Anlagen nur gegen

zufälliges Berühren geschützt sein.“

„Der Schutz gegen indirektes Berühren soll bewirken, dass elektrisch leitende

Anlagenteile, die betriebsmäßig nicht spannungsführend sind, keine gefährlichen

Berührungsspannungen annehmen können oder im Fehlerfall eine Abschaltung der

Spannung erfolgt. Der Schutz gegen indirektes Berühren kann durch folgende

Schutzmaßnahmen erreicht werden:“

• Schutz durch Abschaltung oder Meldung

• Schutzleitungssystem

• Schutzkleinspannung

¹ Regelwerk der DIN VDE 0100

² Regelwerk der DIN VDE 0100

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14.2. Schutzleitersystem¹

„Alle Körper der elektrischen Ausrüstung und der Maschine müssen mit dem

Schutzleitungssystem verbunden sein. Wo ein Teil aus irgendeinem Grund entfernt

wird, darf das Schutzleitungssystem für die verbleibenden Teile nicht unterbrochen

werden. Das Schutzleitungssystem darf weder ein Schaltgerät, eine

Überstromschutzeinrichtung (z. B. Schalter, Sicherung) noch eine Einrichtung zur

Stromerfassung für solch ein Gerät enthalten.“

14.3. Schutzkleinspannung²

„Schutzkleinspannung (SELV - safety extra low voltage) ist eine Schutzmaßnahme,

bei der Stromkreise mit Nennspannungen bis 50 V AC und 120 V DC ungeerdet

betrieben werden und bei Speisung aus Stromkreisen aus höherer Spannung von

dieser galvanisch sicher getrennt sind. Wenn die SELV die Spannung von 25 V AC

beziehungsweise 60 V DC überschreitet, muss ein Schutz gegen direktes Berühren

sichergestellt sein.“

¹ DIN VDE 0100 Teil 540

² DIN VDE 0100 Teil 410

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15. Verwendete Software

Folgende Programme wurden zur Realisierung des Projektes verwendet:

• Simatic Manager v5.4 SP5

• WinCC flexible 2008 Advanced

• sPlan 6.0

• Lochmaster 3.0

• CaddyXP++

• MS-Office 2007

• Adobe Acrobat Reader X

16. Kostenaufstellung

Aufgrund der Unterstützung unserer Arbeitgeber sowie unserer privaten

Materialbestände sind nur nachfolgende Kosten entstanden:

Pos. Artikel Stück Preis

1. Verdrahtungskanal 1 16,66 €

2. Hutschiene 1 4,76 €

3. PH-Elektrode 1 26,50 €

4. Volumenmeter 1 48,62 €

5. PT-100-Fühler 2 29,80 €

6. Wieland-Relais 10 44,70 €

7. Platinen-Bauteile 1 138,49 €

8. Filtertechnik 1 68,94 €

9. Kleinteile 1 6,19 €

10. H05V-K 1mm² 1 14,15 €

11. Hälterungsbecken 1 80,00 €

478,81 €

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17.Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Projektplan

Abb. 2: Aufgabenverteilung

Abb. 3: Schaltschrank außen links

Abb. 4: Schaltschrank außen rechts

Abb. 5: Montageplatte Schaltschrank

Abb. 6: SPS S7

Abb. 7: OP 77B

Abb. 8: Sicherungskomponenten

Abb. 9: Relais

Abb. 10: Transformatoren

Abb. 11: Platinen 1/2

Abb. 12: Platinen 2/2

Abb. 13: Hälterungsbecken

Abb. 14: Umwälzpumpe / UV-Leuchte

Abb. 15: Weitere Teichkomponenten

Abb. 16: PT 100-Sensor Teichtemperatur

Abb. 17: PT 100-Sensor Außentemperatur

Abb. 18: Schaltplan des Messumformers für die Temperaturmessung

Abb. 19: PH-Wert Tabelle

Abb. 20: PH-Elektrode

Abb. 21: Schaltplan des Messumformers für die PH-Wert Messung

Abb. 22: Europlatine Messumformer

Abb. 23: Steuerplatine für die Akku-Ladung / 24 V DC Versorgungsspannung

Abb. 24: Schaltplan für die Bereitstellung der 24 V DC

Abb. 25: Europlatine Ladung-Alarmierung

Abb. 26: Digitalanzeige

Abb. 27: Startbild

Abb. 28: Allgemeine Einstellungen 1/2

Abb. 29: Allgemeine Einstellungen 2/2

Abb. 30: SMS-Ausgänge

Abb. 31: Incall-Ausgang

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Abb. 32: Optokoppler-Eingang 1/2

Abb. 33: Optokoppler-Eingang 2/2

Abb. 34: Kommunikation

Abb. 35: Schaltplan des Spannungswandlers mit dem IC1 78L12

Abb. 36: Europlatine für den Spannungswandler

Abb. 37: Schaltplan des Dämmerungsschalters

Abb. 38: Europlatine Dämmerungsschalter

Abb. 39: Regensensor

Abb. 40: Hardwarekonfiguration der SPS

Abb. 41: Konfiguration der MPI-Schnittstelle

Abb. 42: OP 77B

Abb. 43: Bausteinverzeichnis

Abb. 44: Variablendeklaration WinCC flexible

Abb. 45: Startbild 1

Abb. 46: Startbild 2

Abb. 47: Auto 1/4

Abb. 48: Auto 2/4

Abb. 49: Auto 3/4

Abb. 50: Auto 4/4

Abb. 51: Hand 1/4

Abb. 52: Hand 2/4

Abb. 53: Hand 3/4

Abb. 54: Hand 4/4

Abb. 55: PH-Wert

Abb. 56: Temperatur

Abb. 57: Teich füllen

Abb. 58: Betriebsstunden 1/4

Abb. 59: Betriebsstunden 2/4

Abb. 60: Betriebsstunden 3/4

Abb. 61: Betriebsstunden 4/4

Abb. 62: Info

Abb. 63: Einstellungen

Abb. 64: Betriebsart

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18.Quellenverzeichnis

www.siemens.de

http://www.elektronik-kompendium.de

http://www.koemoba.de

http://www.funkcom.ch

http://www.st.com

http://www.national.com

http://www.peaktech.de/

http://www.moeller.net/de/index.jsp

http://www.martens-elektronik.de

http://www.ti.com

www.wikipedia.de

http://home.acor.de/wetec/

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19. Anhang

I. Genehmigung

II. Versicherung

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Versicherung

Hiermit versichern wir, dass wir die vorstehende Arbeit selbstständig angefertigt,

keine anderen Quellen und Hilfsmittel als die angegebenen benutzt und die Stellen

der Arbeit, die anderen Werken dem Wortlaut oder dem Sinn nach entnommen sind,

in jedem einzelnen Fall unter Angabe der Quelle als Entlehnung kenntlich gemacht

haben. Das gleiche gilt auch für beigefügte Zeichnungen und Darstellungen.

Hamm, 18.01.2012

Andreas Holterhoff: ________________

Denis Otto: ________________

Daniel Völz: ________________