Vollautomatisches Solarpanel VASP

Steuerung einer Solarzelle mit Sonnennachführung

Projektteam: André Moreira, Albert Schöne
Wir wollten optimierte Photovoltaik als erneuerbare Energiequelle untersuchen, um energie-, umwelt- und kostenbewusste Investitionen zu fördern.

Für das Abschlussprojekt „Solarpanel“ an der Technikerschule der WvS wurde eine vollautomatische, sich nach der Sonne ausrichtende Photovoltaikanlage geplant und konstruiert. Dieses Projekt beinhaltet die für den Abschluss erforderlichen Fachgebiete Energietechnik, Automatisierung und Antriebstechnik. Mit der Dokumentation werden außerdem die Aufgaben des Projektmanagements dargestellt.
Etwas mehr als ein Jahr hat die gesamte Projektaufgabe von der Ideenfindung bis zur Übergabe in Anspruch genommen.
Das Technikerprojekt wurde aus Kostengründen nur als Modell auf einem Gestell aufgebaut. Das Steuerungsprogramm der Anlage wird über eine Simatic-Steuerung S7-314 realisiert.

Das Solarpanel soll dem Verlauf der Sonne nachgeführt werden, um eine verbesserte Energieausbeute zu erreichen. Für die umfangreiche Programmierung der Sonnenausrichtung wurden bereits ausgerechnete Tabellen mit dem genauen Sonnenstand des jeweiligen Standorts verwendet und in der Speicherprogrammierbaren Steuerung hinterlegt.
Mit drei Fototransistoren, die durch einen Steg in horizontaler und vertikaler Achse voneinander getrennt sind, wird nachgeprüft, ob das Panel wirklich den optimalen Einstrahlungswinkel erhält. Sollte das nicht der Fall sein, kann sich die Anlage selbst nachjustieren bis die Sensoren keine Differenz mehr melden. Um sicher zu gehen, dass die Verdunkelung nicht nur kurzzeitig durch eine Wolke verursacht wird, verharrt die Anlage für eine festgelegte Zeit in ihrer letzten Position, ehe sie die nächste Messung durchführt.
Für das Abschlussprojekt wurde eine Anlage berechnet, die für die Nutzung an der Werner-von-Siemens-Schule geeignet wäre.

Mit einem Schlüsselschalter kann man zwischen drei verschiedenen Betriebsarten der Anlage wählen und umschalten. Die drei Betriebsarten sind:
  • das Nachführen mithilfe der tabellarischen Werte des Einstrahlungswinkels der Sonne
  • das Nachführen mithilfe von Fototransistoren zu einer beliebigen Lichtquelle mit dem Ziel der maximalen Ausbeute des Lichts
  • ein manuelles Steuern der Anlage für Wartungszwecke
Alle wichtigen Werte werden auf einem Touchpanel (TP177B) angezeigt.
Mit Tagesmessungen, die gemacht werden, kann die Leistung der Anlage festgestellt werden.
Die Anlage ist robust und witterungsbeständig.

Wir haben viele Kenntnisse aus diesem Projekt gewonnen und hatten viel Erfolg und Freude bei der Umsetzung unserer Ideen.

Klasse: TZ1A
Projektbetreuer: Ulrich Becker


„TerraMatic“ - Automatisiertes Terrarium

Projektteam: Christoph Schwab, Tobias Schnopp, Memet Maasoglu, Dennis Hock
Wenn ein Hobbytierhalter in Urlaub fahren will, gibt es ein Problem: „Wer kümmert sich um meine Tiere?“ Aus dieser Notlage entstand die Projektidee eines automatisierten Terrariums, welches optimale Lebensbedingungen in einem durch die Steuerung nachgebildetem Lebensraum gewährleistet und somit den Tierhalter wesentlich entlastet. Der Halter kann mit wenigen Eingriffen eine artgerechte und naturgetreue Versorgung langfristig sicherstellen. Die Fütterung der Tiere ist hierbei nicht berücksichtigt worden. Grund dafür ist, dass in einem Terrarium viele verschiedene Arten von Tieren leben können, die sehr unterschiedliche und teilweise auch lebende Nahrung zu sich nehmen. Ein Futterautomat müsste also jeweils entsprechend angepasst werden, und das Terrarium wäre damit nicht mehr universell einsetzbar.

Die Anlage ermöglicht ihrem Benutzer, aus drei Klimazonen (warm-gemäßigt, subtropisch, tropisch) die zum Tier passende Klimazone auszuwählen. Die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit werden im Automatikbetrieb selbsttätig in vordefinierten Grenzen gehalten. Trotzdem lassen sich die Sollwerte in größeren Grenzen an die optimalen Bedingungen für das Tier anpassen.

Neben der Klimaregelung wird auch der Füllstand im Wassernapf überwacht und konstant gehalten. Eine Terrariumbeleuchtung bildet den Sonnenaufgang, die Tageshelligkeit und den Sonnenuntergang realitätsnah nach. Außerdem wurde ein Ausbruchsalarm integriert. Alle Anlagenteile lassen sich über das Touchpanel am Schaltschrank auch von Hand einschalten. Außerdem wird der Anlagenstatus am Touchpanel angezeigt. Zusätzlich wird der Bediener über Störungsanzeigen und Warnhinweise auf Fehlfunktionen und deren Behebung hingewiesen. Eine Bedienungsanleitung ist für den sachgemäßen Gebrauch und zur Erklärung der Funktionen beigelegt.

Mit einem vollen Frischwassertank und ohne Störung kann der Terrarianer die Anlage rund zwei Wochen unbeaufsichtigt lassen. Somit wird ein außergewöhnliches, jedoch sehr zeitaufwendiges Hobby in hohem Maße erleichtert.

Klasse: TZ1A
Projektbetreuer: Ulrich Becker


Panem sectis

Brotschneideautomat

Immer mehr Supermärkte haben integrierte Bäckereien oder sogenannte "Backshops", die frischgebackenes Brot anbieten. Das gebackene Brot wird meist als gesamter Brotlaib zum Verkauf angeboten, um den frischen Zustand der Ware zu gewährleisten.

Dies kann aber dazu führen, dass sich Kunden gegen das frisch gebackene Brot entscheiden, weil sie es zuhause nicht auf die gewünschte Schnittbreite schneiden können.

Viele Supermärkte haben daher bereits Brotschneideautomaten aufgestellt, die es den Kunden ermöglichen sollen, das Brot selbst zu schneiden. Bei diesen Brotschneideautomaten muss der Kunde das Brot in den Automaten einlegen, nach dem Schneidevorgang wieder entnehmen und auf einer Verpackungsschiene platzieren um eine Verpackungstüte überzuziehen. Hinzu kommt, dass nicht alle Brotschneideautomaten eine Auswahlfunktion für verschiedene Schnittbreiten besitzen.

Zielsetzung unseres Projektes war es, einen Brotschneideautomaten zu entwickeln und zu konstruieren, in dem der Prozess des Brotschneidens nach dem Einlegen des Brotlaibs in den Automaten komplett automatisiert ablaufen soll. Der Brotschneideautomat soll in der Lage sein, verschiedene Schnittbreiten zu schneiden und das geschnittene Brot automatisch auf einer Verpackungsvorrichtung zu platzieren.

Der Brotschneideautomat soll so konzipiert werden, dass er unter normalen klimatischen Bedingungen in Supermärkten, "Backshops", Klein- und Großbäckereien zum Einsatz kommen kann. Die Bedienung sollte einfach und verständlich sein, um den Brotschneideautomaten für jeden Kunden attraktiv zu machen. Dabei musste ebenfalls darauf geachtet werden, dass die geforderten Hygiene- und Sicherheitsvorschriften eingehalten werden.
Die geschnittenen Brotscheiben sollen möglichst aneinander aus dem Automaten auf eine Verpackungsschiene befördert werden, wo sie vom Bediener mit einer Verpackungstüte einfach und schnell entnommen werden können.

Unser Brotschneideautomat kann einen Laib Brot in Scheiben mit drei wählbaren Schnittbreiten schneiden. Mit Hilfe der Brotwegführung wird das geschnittene Brot auf eine Verpackungsvorrichtung befördert.
Aufgrund der Umsetzung des Schneidevorgangs mit Hilfe einer rotierenden und gleichzeitig oszillierenden Säge wird der Brotschneideautomat laut DIN EN ISO 13849 in den Performance Level c eingestuft. Die daraus resultierenden Sicherheitsvorschriften wurden selbstverständlich eingehalten.
Der Automat ist ebenfalls für den unbeaufsichtigten Betrieb geeignet, da bei einer Störung, oder einem Verstoß gegen die Sicherheitsbestimmungen, der sofortige Stillstand der Anlage erfolgt.

Technologieschema: Brotzuführung (A), Brotwegführung (B), Säge (c), Gehäuse (D), Einlegeklappe (E), Ausgangsklappe (F)

Um die geforderten Sicherheitsrichtlinien zu gewährleisten sind folgende Sicherheitsfunktionen umgesetzt:
Der "Panem Sectis" ist mit einem Not-Aus-Schalter versehen, durch dessen Betätigung die komplette Anlage in den Stillstand versetzt werden kann.
Ein mehrkanaliges Sicherheitsrelais schaltet alle gefahrbringenden Ausgänge sicher ab.
  • Durch ein Gehäuse aus Plexiglas ist ein Hineingreifen während des Schneidevorgangs verhindert.
  • Die Einlegeklappe, die Wartungsklappe und die Ausgangsklappe werden im geschlossenen Zustand jeweils durch zwei Mikrotaster redundant überwacht.
  • Die Einlegeklappe verfügt zusätzlich über einen Schließmechanismus, der ein Öffnen der Klappe nach dem Start des Schneidvorgangs verhindert.

Für unser Schulmodell ist der Betrieb ohne eine fehlersichere F-SPS vertretbar.
Bei einem Verkaufsmodell müssen allerdings eine F-SPS und 2-kanalige Mikrotaster verwendet werden.

Hygiene

Der Brotschneideautomat dient dem Schneiden von fertig gebackenem Brot in der Lebensmittelindustrie. Aus diesem Grund mussten bestimmte EU-Verordnungen beim Bau und der anschließenden Verwendung der Maschine eingehalten werden. In der Verordnung "852/2004" sind die allgemein zu beachtenden Bestimmungen in der lebensmittelherstellenden Industrie aufgeführt.
Bei der Konstruktion musste dafür gesorgt werden, dass das Personal an alle Anlagenteile gut herankommen kann. Dafür sorgt eine große Wartungs- und Reinigungsklappe an der Rückseite der Anlage. Des Weiteren wurde darauf
geachtet, dass alle Anlagenteile, die mit dem Brot direkt in Kontakt kommen, aus leicht zu reinigenden und desinfizierbaren Materialien bestehen. Ebenso wurde versucht auf Kanten, Ecken und Löcher auf diesen Flächen zu
verzichten, da sich dort leicht Lebensmittelrückstände absetzten können.
Laut der EU-Verordnung ist der Unternehmer, welcher Lebensmittel verarbeitet, für die Hygiene verantwortlich. Er muss z.B. einen Reinigungsplan erstellen und die Reinigung dokumentieren.

Technische Daten:

  • Steuerung mit Simatic S7-314C-PtP
  • Visualisierung mit TP 177B
  • Schutz mit Sicherheitsrelais zur Schutztürüberwachung SIL3 von Phoenix Contact
  • Linear-Elektrozylinder DSZY1 der Firma Drive-System Europe Ltd.
  • Brotschneidemaschine "Siemens MS42006N"

Projektteam:
Robin Elsinger, Axel Fuhrmann, Thomas Dingeldein
Klasse: TE3A
Projektbetreuer: Ulrich Becker