Leittechnik:

Die Leittechnik besteht aus verschiedenen Reglern. Jeder Regler bietet etwas, was die anderen Regler nicht können. Zusammen bieten sie eine Menge an Möglichkeiten und Funktionen.

verwendete Hardware:

- Simatic Kompakt-CPU 314IFM inkl. vier Analogeingängen (Die war war noch übrig vom ersten Projekt) Dies ist die Zentrale der Leittechnik. Hier findet die Regelung statt. Und hier erfolgen auch die manuellen Eingriffe über die Prüf-Software auf dem PC.
- Siemens Simatic Kommunikationsprozesser NET CP "Industrial Ethernet" CP 343-1 Lean (stellt die Netzwerkverbindung zum Heim-Netzwerk-Router zur Verfügung)
- AVM FRITZ!WLAN Repeater 450E mit Netzwerkanschluss zur Einbindung in das eigene Netzwerk über WLAN. Billiger geht es mit WLAN-Repeatern mit LAN-Port von TP-Link.
- LOGO!8 Regler als Bedien- und Anzeigeeinheit im Wohnraum mit Tasten und Display. (dadurch entfällt auch das große Display TP177B) Inkl. einem Webserver für den Fernzugriff über das Internet. Dies ist auch über das Smartphone möglich.
Später wurde der alte LOGO!8-Regler durch das Nachfolgemodell ersetzt. Dieser bietet anwenderdefinierte Webseiten.
- Phönix-Regler ILC155ETH für Sonderfunktionen im Netzwerk und für Teilaufgaben der Software.
- Kleinrechner Quadras für die Visualisierung
- Siemens Simatic CPU 1212C (Programmiert mit TIA Portal V13) Zuerst angedacht für eine Visualisierung. Dies hat dann aber der neue LOGO!8-Regler übernommen. Somit hat er momentan noch keine Funktion.

Der größte Teil der Regelung läuft auf der CPU 314IFM im Keller. Aufgebaut auf einem Holzbrett mit einigem zusätzlichem elektrotechnischen Material. Über Netzwerk findet ein Datenaustausch zwischen den Reglern und dem PC statt.

Der Aufbau durchlief je nach Projektfortschritt verschiedene Stufen:

Prototyp1: Entwicklung der Software zum Datenaustausch zwischen PC und Simatic-CPU

Diese erste Stufe diente der Entwicklung des Datenaustausches über Netzwerk zwischen der Simatic-CPU und einer neuen PC-Software. Dazu musste auch auf der Simatic-CPU eine entsprechende Programmierung durchgeführt werden. siehe auch PC-Software

Damit konnten alle binären Ein- und Ausgänge über Reihenklemmen abgegriffen werden.

Der Datenaustausch über Netzwerk zwischen der CPU bzw. dem Kommunikationsprozessor und dem PC läuft perfekt. Ebenso die Anzeige der übertragenen Daten. Weiterhin können die Ausgänge mittels PC-Software manuell geschaltet werden.

Prototyp2: Anbindung an die Heizungsanlage

Dieser Aufbau lief bereits im Keller. Es sind Relais für die Ausgaben eingebaut.

Über einen Zwischenstecker klinkt sich der Aufbau zwischen Heizungsregelung und Brenner ein. Damit kann die elektrische Schnittstelle zum Brenner erfasst werden. Aufgrund der unterschiedlichen Spannungsniveaus (230 Volt AC und 24 Volt DC) müssen Relais eingesetzt werden.

Über WLAN ist der Aufbau mit dem Computer in der Wohnung verbunden.
Dort werden auch Programmänderungen zur CPU durchgeführt und über WLAN zur Simatic-CPU übertragen.
Die PC-Software zur Visualisierung und Bedienung läuft ebenso auf dem PC in der Wohnung.

Prototyp3: Fertigstellung aller Funktionen

In die unbenutzte Steckdose oben rechts sollte der Funkempfänger für die Haustürklingel eingesetzt werden. Da diese Übertragung aber nicht 100% zuverlässig war, wurde sie durch eine Verkabelung ersetzt.

Fertiger Aufbau

Die Leittechnik ist nun auf einem neuen Holzbrett aufgebaut und an die Wand gehängt.

Es lassen sich sicher noch ein paar Dinge im Aufbau optimieren. Aber vorerst bleibt es mal so wie es ist.

Bedien- und Anzeigeeinheit im Wohnraum mit einem LOGO!8-Regler

Hier ein Bild mit dem unverbauten LOGO-Regler mit Netzteil.

Als Bedien- und Anzeigeeinheit im Wohnraum wurde ein LOGO!8 Regler von Siemens in das System integriert. Daraus ergeben sich viele neue Möglichkeiten:
- Datenaustausch mit der CPU im Keller über Netzwerk
- Auf dem integrierten Display Anzeige der Temperaturen und Betriebszustände von der Heizungsanlage im Keller inkl. Warmwassertemperatur
- Anforderung warmes Duschwasser über einen Schalter
- Signalisierung neuer Post im Briefkasten
- Einschaltung der Terrassenbeleuchtung
- Einschaltung des Kellerlüfters
- Bedienung mittels App fürs Smartphone (wird in dieser Form doch nicht genutzt, weil dies von der APP ziemlich unkomfortabel realisiert ist)
- Bereitstellung eines Webservers (siehe auch Visualisierung)
Dies alles, ohne am Computer die PC-Software starten zu müssen.

Neues Problem: Weder die verwendete CPU 314 IFM, noch der verwendete CP 343-1 Lean ist für diese Kommunikation über Netzwerk zum LOGO-Regler geeignet! Am besten wäre wohl eine CPU 314C-2 PN/DP mit eingebautem Netzwerkanschluß. Aber diese CPU ist sehr teuer.
Und es geht doch! Mir dem entscheidenten Tip in einem SPS-Forum konnte der Datenaustausch zwischen beiden Geräten doch noch mit der vorhandenen Hardware erfolgreich umgesetzt werden.

Und hier der LOGO!-Regler an seinem ständigen Einsatzort.
Der neue LOGO!8-Regler an diesem Ort sieht genauso aus.

Das Netzteil ist weiter unten unauffällig plaziert, da es nicht im Mittelpunkt sichtbar sein muß.

Die Sicherungsautomaten werden als Schalter für 24 Volt mißbraucht, um die Anforderungen vorzugeben. Der LOGO!8-Regler liest sie ein und schickt sie über das Heimnetzwerk an die Simatic-CPU im Keller. Von dort werden dann die verarbeiteten Prozesswerte zurück geschickt und bei Bedarf auf dem Display des Reglers und dem virtuellem Display des Webservers für die Ferndiagnose angezeigt.

Die vier LEDs rechts vom Regler zeigen den Schaltzustand der Ausgänge an. Über eine Webcam lässt sich damit das Fernschalten demonstrieren.
Über eine Leitung werden die 4 Ausgangssignale nach unten weiter geleitet.

Eine Etage tiefer sitzt das Netzteil für den LOGO-Regler mit 3 Relais, die vom LOGO-Regler geschaltet werden. Zwei davon schalten je eine Steckdose.
Das dritte Relais überbrückt einen Taster an einem Wecker, sodaß er wieder aktiviert ist. Sonntags wird das Relais einmal kurz eingeschaltet, damit der Wecker am Montag Morgen wieder seine Weckfunktion erfüllt.

Die erste Steckdose schaltet morgens eine Lampe als "Aufwachhilfe" ein. Mit dem Taster über dem LOGO-Regler wird dies wieder zurück gesetzt.

Die zweite Steckdose schaltet das Gateway für 433 MHz.

Über eine WLAN-Steckdose (nicht im Bild zu sehen) kann auch unterwegs über eine App auf dem Smartphone das Netzteil für die Webcam eingeschaltet werden.

Gut möglich, daß irgendwann ein weiterer LOGO-Regler irgendwo im Haus montiert wird und dort mit seinen Ein- und Ausgaben in Zusammenarbeit mit der Siemens CPU neue Anwendungen umsetzt. Z.B. eine Erfassung des Wasserstandes der Blumen mit Bewässerung über eine Wasserpumpe. Über einen kleinen WLAN-Empfänger mit Netzwerkanschluß wird er in das Heimnetzwerk eingebunden.

NEU Das Nachfolgemodell wurde gekauft, um den bisherigen LOGO-Regler zu ersetzen. Mit dem Nachfolgemodell kann man komfortabel anwenderdefinierte Webseiten erstellen. Nicht mühsam und zeitaufwendig in HTML und Java-Scipt, sondern anwenderfreundlich mit einem kostenlosen Programm genau für diesen Zweck. siehe Visualisierung über den Webservers des LOGO!8-Reglers

Funksteckdosen

Wenn an einer Stelle mehrere Empfänger angeordnet sind, empfielt sich der Einsatz eines weiteren LOGO-Reglers. Einen ohne Display, mit eingebautem Netzteil für 220 Volt, 4 Relaisausgaben und Netzwerkanschluß als Neuware für 116 Euro bei ebay. 8 Binäreingaben hat man damit auch noch zur Verfügung. Ein WLAN-Adapter von HAMA mit Netzwerkanschluß gibt es für wenig Geld bei ebay zu kaufen. Damit hat man dann ein zuverlässiges System, das auch gleich die Relaisausgaben für 230 Volt eingebaut hat. Und die Software für die Programmerstellung kann vom ersten LOGO-Regler übernommen werden.
Damit habe ich mit viel Abstand am wenigsten Entwicklungsaufwand.

Möglich wäre auch die Verwendung eines "Modul AVR-NET-IO" von Pollin Electronic GmbH. Mit 8 Binärausgaben, 4 Binäreingaben, 4 Analogeingaben und Netzwerkanschluß. Für 230 Volt geeignete Relaisausgänge muß man aber noch extra dazu kaufen.
Ein Windows-Beispielprogramm für die Ein- und Ausgaben wird auch zur Verfügung gestellt. Die Inhalte der Datenpakete übers Netzwerk müssten aber noch ermittelt werden, damit man diese von der SPS selbst versenden kann.
Viel Bastenaufwand, Forschungsaufwand zu den Datenpaketen und Einarbeitung, was das ganze wieder sehr zeitaufwendig macht.
Das gilt auch für ähnliche Systeme mit Arduino und Raspberry Pi 3 (inkl. WLAN).

Zuverlässige Ansteuerung von Steckdosen über eine selbstentwickelte WLAN-Funk-Steckdose.

Erfassung der Haustürklingel über eine kleine Elektronik

Dies sollte zuerst über ein Funksystem erfolgen. Die Reichweite war aber viel zu gering. Daher musste doch auf eine zuverlässige Verdrahtung zurück gegriffen werden. Über eine einfache kleine selbst gebaute Elekronik mit Optokoppler wird aus der Wechselspannung vom Klingeltrafo ein potentialfreies Gleichspannungssignal mit 24 Volt für die Binäreingabe der Leittechnik im Keller.

Der LOGO-Regler empfängt über das Netzwerk dieses Signal und steuert damit in der Wohnung über eine Relaisausgabe eine Meldeleuchte an.
Weiterhin steuert die Leittechnik im Keller einen Funksender an, der ganz in der Nähe der Terrasse positioniert ist. So bekommt man auch auf der Terasse mit einem entsprechenden Empfänger das Drücken des Tasters der Türklingel mit.

Erweiterung mit einem Regler von Phönix-Contact

Der Arbeitsspeicher auf der Simatic CPU war nach Erweiterungen fast vollständig verbraucht. Außerdem werden bereits alle 4 Ausgänge des LOGO-Reglers verwendet. Daher mussten neue Lösungen her.

Die beste Lösung war der Einsatz eines Reglers der Firma Phönix. Solche Regler hatte ich bereits programmiert. Eine Einarbeitung war somit nicht notwendig.
Mit zusätzlichen Modulen lassen sich die Anzahl von Ein- und Ausgängen auch einfach erweitern.
Ein Regler "ILC 155 ETH" wurde für 133 Euro inkl. Versand bei ebay gekauft. Natürlich mit Netzwerkanschluss. Er hat 8 Binäreingänge und 4 Binärausgänge. Erweiterungen mit zusätzlichen Modulen sind problemlos möglich.
Als Programmspeicher sind 512 kByte, als Datenspeicher 512 kByte verfügbar. Ein Vielfaches als bei der Siemens-CPU.
Zwischen Siemens-CPU und Phönix-Regler werden zyklisch Datenpakete ausgetauscht: Der Phönix-Regler schickt seine Binäreingaben an die Siemens-CPU. Von dort werden Binärsignale an den Phönix-Regler gesendet, der sie auf seinen Binärausgaben ausgibt.

Diese Regler von Phönix-Contact können auch Datenpakete übers Netzwerk mit variabler Länge empfangen, ohne daß die Software damit Probleme bekommt. Dies ist ideal, um die Rückmeldungen der Funksteckdosen über das Gateway mit 868 MHz zu empfangen und auszuwerten. Daher übernahm der Phönix-Regler auch gleich die aufwendige Ansteuerung der ganzen Funksteckdosen und des WLAN-Relais-Moduls und entlastete somit wirksam die Siemens-CPU.
Eine Programmierung mit "strukturiertem Text" ist damit auch poblemlos möglich, was manches einfacher macht.

Die Siemens-CPU bleibt aber weiterhin Zentrale der Heimautomatisierung. Nur mit der Siemens-CPU tauscht die PC-Software Daten aus. Die Siemens-CPU bestimmt weiterhin den Schaltzustand der Ausgangssignale.
Der Phönix-Regler stellt dafür seine Ein- und Ausgaben zur Verfügung.


Der Phönix-Regler wurde noch um mehrere Module erweitert. Von links:

- die ersten vier Module gehören zum Regler selbst: Stromversorgung (schwarzer Stecker), ein Modul mit vier Binärausgaben und zwei Module mit je vier Eingängen

- drei Module IB IL 24/48 DOR 2/W-PAC mit je zwei Binärausgaben mit Relais

- ein Modul IB IL 24 DO 8 bestehend aus vier Modulen mit je zwei Binärausgaben für die schaltbaren Steckdosen

- ein Modul IB IL 24 DI 8 bestehend aus vier Modulen mit je zwei Binäreingaben für Eingaben zur Bedienung der schaltbaren Steckdosen

- ein Modul IB IL 24 DO 16 bestehend aus vier Modulen mit je vier Binärausgaben für die LEDs auf dem Panel (siehe weiter unten).


Visualisierung mittels Kleinrechner Quadras LX von KWS (mit PC-Programm bzw. WinCC)

Dieser Kleinrechner wird bei Bedarf per Webseite über den LOGO8-Regler eingeschaltet. Im Autostart ist ein Windows-Programm, das sich über das Netzwerk mit der Siemens-CPU verbindet. Mittels Fernbedienprogramm VNC erfolgt der Zugriff auf das Windows-Programm, das eine komfortable und umfangreiche Visualisierung bietet.
siehe Visualisierung

Panel mit Bedienelementen und zur Anzeige von Statussignalen

Die Möglichkeiten des LOGO-Reglers sind nämlich schon lange ausgeschöpft.

In ein kleines Gehäuse sind mehrere LEDs eingebaut. Angesteuert werden sie über Binärausgaben des Phönix-Regler.
Bei einer Änderung der Belegung der LEDs wird einfach der Papierausdruck ausgetauscht.

Weiterhin diverse Schalter und Taster, die auf Binäreingaben des Phönix-Reglers gelegt sind.

Schaltbare Steckdosen im Bereich Unterhaltungselektronik und EDV-Geräte

Hiermit werden über den Phönix-Regler die Schalthandlungen vom Panel und der Software umgesetzt.
Inkl. der "Totmannschaltung". (siehe Software Leittechnik)

Über den Lichtschalter oben links wird in der Sommerhitze ein Ablüfter geschaltet.
Mit der zweiten Wippe wird die Steckdose für den PC-Monitor parallel zum Relais eingeschaltet. Dies verhindert beim Programmieren des Phönix-Reglers, daß aufgrund der gestoppten CPU und der ausgeschalteten Ausgänge der Monitor ausgeschaltet wird.

NEU CPU 1212C der Baureihe 1200 TIA-Portal

NEU Konverter IR-Sensor auf 24 Volt

Mit der Fernbedienung kann das Ausschalten des Fernseher und des Computers über die Totmannschaltung verhindert werden.

Dazu empfängt ein Infrarotsensor das Signal der Fernbedienung und gibt gepulste Signale mit 5 Volt aus. Damit kann die SPS aber nichts anfangen.

Diese kleine Elektronik konvertiert das Signal vom Infrarot-Sensor in ein statisches 24 Volt Signal. Dies kann dann vom Phönix-Regler über eine Binäreingabe eingelesen werden. Besser wäre ein Zähleingang, was dieser Regler aber leider nicht hat.


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