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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
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
Projektarbeit Automatisierte Teichanlage
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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: ________________