JoKo
Mitglied
Hi,
anbei eine "kleine" Beschreibung wie sich das Aquarium komplett mit einer SPS Steuern und Regeln lässt. Anlass zu dem Projekt war eigentlich das Vorhaben einen pH-Controller selbst zu bauen. Da ich in dem Aquarium wo die Steuerung eingesetzt werden soll nun wahrscheinlich kein CO2 brauchen werde, ich mich mit den aufkommenden Problemen der einigermassen genauen pH-Messung noch nicht befassen will, ist das Ganze mal auf die "normalen" Funktionen, d.h. Steuerung von Licht, Temperatur und Filter begrenzt. Für die Zukunft aber immer noch für die Steuerung des pH-Wertes erweiterbar. Das Ergebnis ist also ein selbstgebauter - der Hauptaufwand liegt in der Programmierung - Aquariencomputer.
Die verwendete SPS ist diese hier:
http://www.spectra.de/produkte/112268/w ... 11-R16.pdf
Das Bild hier zeigt die SPS fertig eingebaut im Gehäuse (ca. 22x19cm, BxH):
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000360.JPG
Auf der linken Seite das Kabel für die RS232 Schnittstelle zum PC.
Rechts die Anschlüsse für die 24V Stromversorgung der Steuerung und für den Temperatursensor.
Unten links eine Sicherung, Netzspannungseingang, sowie die drei Ausgänge für Beleuchtung, Filter und Heizung. An den Kabelenden der Ausgänge befindet sich jeweils eine 3fach Steckdose.
Der maximale Strom der fliesst, wird ca. 1A sein. Die Relais der SPS können max. 5A schalten. Als Sicherung habe ich 2,5AT ausgewählt.
Die Stromaufnahme für die SPS liegt bei ca. 160mA, als Stromversorgung dient ein kleines Steckernetzteil mit 24V/1A:
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000362.JPG
Die Regelung der Temperatur:
Der Heizstab wird auf 30°C eingestellt, so dass er im normalen Regelbereich von ca. 25°C immer ein sein wird...das ein- und ausschalten übernimmt jetzt die SPS. Dafür braucht es einen Temperatursensor.
Die SPS hat zwei Analogeingänge von 0-10V mit 10Bit Auflösung, also ca. 10mV. Als Temperatursensor dient ein LM35. Ohne Zusatzbeschaltung gibt dieser pro °C eine Spannung von 10mV aus. 20°C entsprechen also 0,2V. Diese Spannung wird dann noch mit einem OP um den Faktor 10 verstärkt, so dass bei 20°C 2V auf den Analogeingang kommen. Bei einer Auflösung von 10mV, ergibt sich daraus also eine Ungenauigkeit durch die Wandlung von 0,1°C. Der nützliche Nebeneffekt durch diese Wahl ist, dass der interne Zahlenwert durch die A/D-Wandlung (fast) direkt als Temperaturwert für die Regelung und Anzeige benutzt werden kann: 20°C entsprechen 2V, enstprechen einem internen Zahlenwert von ca. 200. Die Ungenauigkeit liegt darin, dass 10V nun mal nicht 1000 sondern 1023 entsprechen.
Bei 25°C ergibt dies einen Fehler von 0,6°C. Diese Fehler kann jedoch problemlos durch einen entsprechenden Abgleich der Hardware (Verstärkung nicht genau 10) korrigiert werden.
Als OP habe ich einen LM358 gewählt. Dieser braucht keine symmetrische Betriebsspannung, und kann trotzdem auf fast 0V herunterregeln. Ein 741 wäre hierfür NICHT geeignet.
Die Betriebsspannung der Schaltung wird von 24V auf ca. 5,6V mit einer Z-Diode eingestellt. Da der OP seine Ausgangsspannung auf maximal 2-1,5V unterhalb seiner Betriebsspannung regeln kann, ergibt dies immer noch einen Regelbereich bis 35°C - 40°C ... für fast alle Aquaristischen Zwecke ausreichend. Falls nicht, muss die Betriebsspannung erhöht werden. Ich will jedoch eine Eigenerwärmung des Sensors so weit wie möglich klein halten.
So, und hier die Schaltung, Temperatursensor und die Verschaltung der SPS:
http://www.fotografie24.eu/dfn/sps_aquarium.pdf
Das gestrichelte Rechteck symbolisiert das Gehäuse, das innenliegende Rechteck die SPS mit ihren 6 Relaisausgängen. An einem Ausgang ist eine rote LED als Alarmausgang angeschlossen, die leuchtet wenn die Temperatur auf >30° steigt, oder auf weniger als 1° unter dem Sollwert fällt.
Die Temperatur selbst, wird mit einer Hysterese von ±0,5°C geregelt. In wie weit dies in der Praxis noch angepasst werden muss, wird diese zeigen.
Beim Filter und der Heizung wird sowohl die Phase als auch der Nullleiter geschaltet um sicher im angeschalteten Zustand spannungsfrei zu sein.
Die Programmierung der SPS erfolgt anhand einer grafischen Oberfläche. Ein kleiner Ausschnitt des Programms:
http://www.fotografie24.eu/dfn/Programm ... laeche.jpg
Wer schon mal eine andere SPS wie die S5 oder S7 programmiert hat, wird schnell zu einem Ergebnis kommen. Wer "nur" aus der Welt von C++, Pascal & Co kommt, braucht etwas länger bis er mal den Einstieg gefunden hat....wer noch nie programmiert hat wird verzweifeln :wink:
Im Display sieht das dann nun so aus:
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000367.JPG
Angezeigt wird die aktuelle Temperatur, der Pfeil zeigt an dass sich diese innerhalb des Sollwertes von 25°C ± 0,5°C befindet. Filter und Heizung sind eingeschaltet.
Die Solltemperatur und die Zeiten für die Lichtsteuerung werden bequem anhand der vorhandenen Tastatur eingestellt:
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000368.JPG
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000370.JPG
Die Bastelei hat Spass gemacht, die Programmierung birgt sicher noch Potential für Verbesserungen.
Vielleicht dient das Ganze für den einen oder anderen als Anregung. Aber: wer keine Ahnung von Strom hat, lässt besser die Finger davon. Netzspannung macht bei falscher Anwendung schwarz und hässlich.
Kommentare, Fragen und Anregungen sind erwünscht :wink:
Praxiserfahrung folgt erst noch. Die Lieferung des Aquariums für welches die Steuerung vorgesehen ist braucht leider noch etwas :roll:
anbei eine "kleine" Beschreibung wie sich das Aquarium komplett mit einer SPS Steuern und Regeln lässt. Anlass zu dem Projekt war eigentlich das Vorhaben einen pH-Controller selbst zu bauen. Da ich in dem Aquarium wo die Steuerung eingesetzt werden soll nun wahrscheinlich kein CO2 brauchen werde, ich mich mit den aufkommenden Problemen der einigermassen genauen pH-Messung noch nicht befassen will, ist das Ganze mal auf die "normalen" Funktionen, d.h. Steuerung von Licht, Temperatur und Filter begrenzt. Für die Zukunft aber immer noch für die Steuerung des pH-Wertes erweiterbar. Das Ergebnis ist also ein selbstgebauter - der Hauptaufwand liegt in der Programmierung - Aquariencomputer.
Die verwendete SPS ist diese hier:
http://www.spectra.de/produkte/112268/w ... 11-R16.pdf
Das Bild hier zeigt die SPS fertig eingebaut im Gehäuse (ca. 22x19cm, BxH):
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000360.JPG
Auf der linken Seite das Kabel für die RS232 Schnittstelle zum PC.
Rechts die Anschlüsse für die 24V Stromversorgung der Steuerung und für den Temperatursensor.
Unten links eine Sicherung, Netzspannungseingang, sowie die drei Ausgänge für Beleuchtung, Filter und Heizung. An den Kabelenden der Ausgänge befindet sich jeweils eine 3fach Steckdose.
Der maximale Strom der fliesst, wird ca. 1A sein. Die Relais der SPS können max. 5A schalten. Als Sicherung habe ich 2,5AT ausgewählt.
Die Stromaufnahme für die SPS liegt bei ca. 160mA, als Stromversorgung dient ein kleines Steckernetzteil mit 24V/1A:
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000362.JPG
Die Regelung der Temperatur:
Der Heizstab wird auf 30°C eingestellt, so dass er im normalen Regelbereich von ca. 25°C immer ein sein wird...das ein- und ausschalten übernimmt jetzt die SPS. Dafür braucht es einen Temperatursensor.
Die SPS hat zwei Analogeingänge von 0-10V mit 10Bit Auflösung, also ca. 10mV. Als Temperatursensor dient ein LM35. Ohne Zusatzbeschaltung gibt dieser pro °C eine Spannung von 10mV aus. 20°C entsprechen also 0,2V. Diese Spannung wird dann noch mit einem OP um den Faktor 10 verstärkt, so dass bei 20°C 2V auf den Analogeingang kommen. Bei einer Auflösung von 10mV, ergibt sich daraus also eine Ungenauigkeit durch die Wandlung von 0,1°C. Der nützliche Nebeneffekt durch diese Wahl ist, dass der interne Zahlenwert durch die A/D-Wandlung (fast) direkt als Temperaturwert für die Regelung und Anzeige benutzt werden kann: 20°C entsprechen 2V, enstprechen einem internen Zahlenwert von ca. 200. Die Ungenauigkeit liegt darin, dass 10V nun mal nicht 1000 sondern 1023 entsprechen.
Bei 25°C ergibt dies einen Fehler von 0,6°C. Diese Fehler kann jedoch problemlos durch einen entsprechenden Abgleich der Hardware (Verstärkung nicht genau 10) korrigiert werden.
Als OP habe ich einen LM358 gewählt. Dieser braucht keine symmetrische Betriebsspannung, und kann trotzdem auf fast 0V herunterregeln. Ein 741 wäre hierfür NICHT geeignet.
Die Betriebsspannung der Schaltung wird von 24V auf ca. 5,6V mit einer Z-Diode eingestellt. Da der OP seine Ausgangsspannung auf maximal 2-1,5V unterhalb seiner Betriebsspannung regeln kann, ergibt dies immer noch einen Regelbereich bis 35°C - 40°C ... für fast alle Aquaristischen Zwecke ausreichend. Falls nicht, muss die Betriebsspannung erhöht werden. Ich will jedoch eine Eigenerwärmung des Sensors so weit wie möglich klein halten.
So, und hier die Schaltung, Temperatursensor und die Verschaltung der SPS:
http://www.fotografie24.eu/dfn/sps_aquarium.pdf
Das gestrichelte Rechteck symbolisiert das Gehäuse, das innenliegende Rechteck die SPS mit ihren 6 Relaisausgängen. An einem Ausgang ist eine rote LED als Alarmausgang angeschlossen, die leuchtet wenn die Temperatur auf >30° steigt, oder auf weniger als 1° unter dem Sollwert fällt.
Die Temperatur selbst, wird mit einer Hysterese von ±0,5°C geregelt. In wie weit dies in der Praxis noch angepasst werden muss, wird diese zeigen.
Beim Filter und der Heizung wird sowohl die Phase als auch der Nullleiter geschaltet um sicher im angeschalteten Zustand spannungsfrei zu sein.
Die Programmierung der SPS erfolgt anhand einer grafischen Oberfläche. Ein kleiner Ausschnitt des Programms:
http://www.fotografie24.eu/dfn/Programm ... laeche.jpg
Wer schon mal eine andere SPS wie die S5 oder S7 programmiert hat, wird schnell zu einem Ergebnis kommen. Wer "nur" aus der Welt von C++, Pascal & Co kommt, braucht etwas länger bis er mal den Einstieg gefunden hat....wer noch nie programmiert hat wird verzweifeln :wink:
Im Display sieht das dann nun so aus:
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000367.JPG
Angezeigt wird die aktuelle Temperatur, der Pfeil zeigt an dass sich diese innerhalb des Sollwertes von 25°C ± 0,5°C befindet. Filter und Heizung sind eingeschaltet.
Die Solltemperatur und die Zeiten für die Lichtsteuerung werden bequem anhand der vorhandenen Tastatur eingestellt:
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000368.JPG
http://www.fotografie24.eu/dfn/P1000370.JPG
Die Bastelei hat Spass gemacht, die Programmierung birgt sicher noch Potential für Verbesserungen.
Vielleicht dient das Ganze für den einen oder anderen als Anregung. Aber: wer keine Ahnung von Strom hat, lässt besser die Finger davon. Netzspannung macht bei falscher Anwendung schwarz und hässlich.
Kommentare, Fragen und Anregungen sind erwünscht :wink:
Praxiserfahrung folgt erst noch. Die Lieferung des Aquariums für welches die Steuerung vorgesehen ist braucht leider noch etwas :roll:
