Hardware
Für die Simulation unterschiedlicher Sensoren und Aktoren wurden 7 Module für das Testsystem entwickelt. Das Design der zweilagigen Platinen wurde mit dem Layouttool EAGLE durchgeführt. Zur Steuerung der Module wird ein Mikrocontroller der Serie STM32G0 mit einem ARM Cortex-M0+ Core verwendet und jedes Modul besitzt eine RS-485 Schnittstelle, die für die Modbus Kommunikation verwendet wird. Die Platinen werden mit 5V versorgt und je nach Ausführung gibt es auch eine 24V Versorgung. Über einen DIP-Schalter können die Modbus-Slave Adressen der einzelnen Module konfiguriert werden.
PHOENIX CONTACT Gehäuse
Für die Module wurde das Modulare Gehäuse BC von PHOENIX CONTACT verwendet. Dieses überzeugt mit zeitgemäßem Design, vielseitiger Leiterplatten-Anschlusstechnik und effizientem Tragschienen-Busverbinder. BC-Gehäuse eignen sich für die direkte Wandmontage oder für den Einsatz in Installationsverteilern nach DIN 43880.
Platinen
Frequenzumrichter:
Das Frequenzumrichter-Modul besitzt zusätzlich zur Grundausstattung noch eine weitere RS-485 Schnittstelle, die auch für eine Modbus Kommunikation verwendet wird. Hier werden die die Steuersignale von der Steuerung an den Frequenzumformer ausgewertet. Zudem gibt es einen 24VDC Eingang, um zu überprüfen ob der Frequenzumrichter mit Strom versorgt wird. Dieser Eingang kann bei Bedarf auch mit 230VAC betrieben werden.
230 Volt Ausgänge:
Das 230V-Ausgänge-Modul besitzt fünf Eingänge, die eine Spannung von 24VDC erkennen können. Somit kann erkannt werden ob die Steuerung Pumpen oder andere Verbraucher aktiviert hat oder nicht. In der Grundkonfiguration ist eine Erkennung bis 24VDC möglich, jedoch ist es möglich die Schaltung durch den Austausch von Vorwiderständen auch mit 230VAC zu betreiben.
Drucktransmitter/Durchflusssensoren:
Das Drucktransmitter-Durchflusssensor-Modul besitzt zwei PWM-Ausgänge, die mit 5VDC betrieben werden. Diese Ausgänge simulieren einen Durchflusssensor. Zusätzlich gibt es einen externen DAC der auch mit 5VDC betrieben wird. Dieser verfügt über vier Kanäle und ermöglicht die Simulation von Drucksensoren und Durchflusssensoren.
Expansionsventile:
Das Expansionsventil-Modul besitzt zwei Eingänge, welche die Steuerwerte für je ein Expansionsventil auslesen können. Für die Auswertung werden entsprechende Lastwiderstände und Optokoppler verwendet. Ein Expansionsventil verhält sich dabei wie ein Schrittmotor.
Potentialfreie Kontakte:
Das Potentialfreie-Kontakte-Modul besitzt fünf Ausgänge, die 24VDC und auch 230VAC schalten können. Um diese Spannungen zu schalten werden fünf Relais verwendet, die über den Mikrocontroller angesteuert werden. Somit ist es möglich einzelne Komponenten bei einer größeren Abweichung von den Sollwerten zu deaktivieren.
PWM und 0-10 Volt Ausgänge:
Das PWM und 0-10V Ausgänge Modul besitzt drei PWM Eingänge und zwei 0-10V Eingänge. Die PWM Eingänge können bis zu einer Spannung von 24VDC betrieben werden. Die PWM Eingänge werden verwendet um ein PWM-Signal, das von der Steuerung kommt auszuwerten. Die Steuerung regelt damit zum Beispiel die Drehzahl einer Umwälzpumpe. Um Eingänge mit bis zu 24VDC auswerten zu können werden hier Optokoppler für die Spannungstrennung verwendet. Die 0-10V Eingänge werden über einen Spannungsteiler für die Eingänge des Mikrocontrollers aufbereitet.
Temperaturfühler:
Das Temperaturfühler-Modul besitzt 4 Anschlüsse, die je einen Temperaturfühler simulieren. Zur Simulation eines Temperaturfühlers wird ein Digitales Potentiometer verwendet. Somit kann der Widerstand zwischen den beiden Anschlüssen variiert werden und ein Temperaturfühler kann simuliert werden.
Module