Automation mit dem Conmeleon C1

© Maroti, 123RF

Wie von Geisterhand

Bei größeren Projekten im Bereich Automation schwächelt der RasPi. Mit Conmeleon C1 verschaffen Sie dem Mini-PC zusätzliche Power.

Das Thema Automation erfasst immer mehr Bereiche. So hat die Redaktion dem Thema Home-Automation dieses Jahr bereits ein ganzes Sonderheft gewidmet [1]. Geht es aber um weitergehende Aufgaben, stößt der Mini-PC an seine Grenzen: Seine GPIO arbeitet lediglich mit 3,3 Volt, liefert kaum Strom und weist keine galvanische Trennung auf.

In der Automatisierungstechnik gelten dagegen 24 Volt als Standardspannung, 0 bis 10 Volt für die analogen Eingänge sind ebenso ein Industriestandard. Es besteht zwar die Möglichkeit, alle nötigen Erweiterungen nach und nach selbst an den GPIO-Port anzuschließen, doch das bringt nur begrenzten Lustgewinn: Es ist in der Regel recht öde, wochenlange Vorarbeiten zu leisten, um eine Kleinigkeit mit dem Mini-PC zu steuern.

Hier kommt das Conmeleon C1 (Abbildung 1) ins Spiel: Es erweitert einen RasPi 2/3 so, dass Sie mit ihm direkt kleinere Aufgaben im Bereich Automatisierung lösen. Dazu verfügt es über vier galvanisch getrennte Digitaleingänge mit 24 Volt Betriebsspannung, vier galvanisch getrennte Digital-Relaisausgänge mit einer maximalen Schaltleistung von 750 VA, vier Analogeingänge mit 0 bis 10 Volt (12 Bit Genauigkeit) sowie eine Schnittstelle für Erweiterungen (siehe Kasten "MikroBUS").

Abbildung 1: Auf das Conmeleon C1 stecken Sie einen RasPi 2/3 direkt auf.

MikroBUS

Beim MikroBUS [8] handelt es sich um eine Schnittstelle für Mikrocontrolleranwendungen. Er stellt die am meisten verwendeten I/O-Funktionen bereit, darunter SPI, I2C, PWM und Analog-In. Der Bus arbeitet mit 3,3 und 5 Volt, mechanisch ist er aus zwei achtpoligen Steckleisten aufgebaut. Es gibt eine ständig wachsende Anzahl von Modulen, die den MikroBUS-Standard unterstützen. Eine Liste der aktuell verfügbaren Module finden Sie ebenso online [9] wie einen Hardware Developer Guide [10]. Letzterer enthält die kompletten Schaltpläne und viele nützliche Zusatzinformationen.

Alle digitalen Ein- und Ausgänge zeigen den aktuellen Status per LED an. Ein wichtiges Detail: Die digitalen Eingänge erkennen ab 5,5 Volt einen High-Pegel. Alle Anschlüsse verfügen über steckbare Schraubklemmen. Das Gehäuse weist die Schutzklasse IP20 auf, womit sich das Conmeleon C1 lediglich für die Montage in trockenen Räumen eignet – für eine Steuerung in Gebäuden absolut ausreichend.

Conmeleon C1

Bezugsquelle: ### ### ### ### ### ###

http://###.###_###.###

Preis: ### Euro

Installation

Vor der ersten Inbetriebnahme des Boards empfiehlt es sich, die sehr ausführliche Anleitung auf der Webseite des Herstellers [2] zu lesen. Die Software zum Board steht als komplett vorkonfiguriertes Image auf der Homepage bereit [3]. Um das Image herunterzuladen, melden Sie sich erst auf der Seite an. Das Image schreiben Sie dann mit dem Befehl aus Listing 1 auf eine SD-Karte. Die Gerätedatei für die Karte ermitteln Sie mit lsblk im Terminal. Anschließend schieben Sie die Karte in den RasPi.

Listing 1

 

$ dd if=Image-Datei of=Gerätedatei bs=1024

Bei der Software Q4Logix von QMD4 handelt es sich um eine grafische Programmierumgebung (IDE) nach IEC-61131-3. Das macht das Board im Verbund damit zum idealen Einstieg in das Programmieren von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), wie sie sich in vielen Betrieben oder in der Hausautomation finden. Das Programmieren selbst erfolgt durch einfaches Zusammenfügen von Funktionsblöcken.

Die kostenlose Software läuft komplett im Webbrowser, sodass sich jedes beliebige Gerät zum Programmieren eignet – einer der großen Vorteile des Tools. Die Programme selbst laufen nicht lokal, sondern in der Webapplikation. Sobald Sie sich mit einem Browser in die Anwendung einloggen, haben Sie auf alle Programme Zugriff, vollkommen unabhängig vom Betriebssystem.

Erwerben Sie ein Conmeleon C1, bleibt das Laufzeitsystem Q4PLCi im Rahmen der "Home&Student"-Lizenz kostenfrei; nur für den professionellen Einsatz des Laufzeitsystems fallen Gebühren an. Teilen sich mehrere User ein Laufzeitsystem, stehen die Gebühren nur einmal auf dem Tapet. Das ist eine interessante Variante für die Ausbildung: Jeder Azubi arbeitet mit seiner eigenen Version und einem lokalen Simulator. Um die Software dann endgültig zu testen, gibt es ein Laufzeitsystem für alle.

Testaufbau

Um die Funktionsweise der Hardware zu testen, kam für diesen Workshop ein aus Sperrholz aufgebautes Modell eines Aufzugs zum Einsatz, wie es bei Amazon [4] im virtuellen Regal steht. Der Bausatz enthält allerdings keine Bauteile aus dem Bereich Elektronik. Um den Aufzug in Bewegung zu setzen, benötigen Sie nur wenige zusätzliche Komponenten.

Beim Getriebemotor, mit dem Sie den Aufzug heben und senken, bietet es sich an, einen fertig aufgebauten Motor aus dem Modellbau zu beschaffen. Der Schaltplan (Abbildung 2) zeigt, wie Sie alle Komponenten verdrahten. Die Betriebsspannung des Aufzugs beträgt 6 Volt – die Spannung, die der Motor benötigt. Wie Sie gesehen haben, interpretiert das Conmeleon C1 Spannungen über 5,5 Volt schon als logisch 1.

Abbildung 2: Der Schaltplan des Aufzugs – die Verdrahtung des Motors ist noch einmal extra hervorgehoben.

Um festzustellen, an welcher Position sich der Aufzug befindet, verwenden Sie Gabellichtschranken des Typs CNY70, bestehend aus einer Infrarot-LED und einem Fototransistor. Um den Vorwiderstand für die Infrarot-Diode zu errechnen, benötigen Sie das entsprechende Datenblatt [5]. Daraus erfahren Sie, dass die verbaute Diode einen Durchlassstrom von 50 mA bei 1,25 Volt hat. Am Vorwiderstand müssen also 4,75 Volt bei 50 mA abfallen. Um den konkreten Wert für den Widerstand auszurechnen, verwenden Sie das Ohmsche Gesetz. Mit der Formel R=U/I kommen Sie auf einen Wert von 95 Ohm. So etwas gibt es im Handel nicht, daher kommt ein 100-Ohm-Widerstand aus der E24-Reihe zum Einsatz.

Da der zentrale Schaltplan nicht deutlich zeigt, wie Sie den Motor anschließen, haben wir diesen Teil unten in Abbildung 1 noch einmal extra aufgeschlüsselt. Der entsprechende Aufbau nennt sich Brückenschaltung, und Sie brauchen kein Hellseher zu sein, um zu erkennen, dass es beim falschen Ansteuern der Relais zum Kurzschluss kommt. In einer realen Anwendung würden Sie technisch verhindern, dass sich die Kontakte, die einen Kurzschluss erzeugen könnten, gleichzeitig schließen – etwa über gegenseitiges Verriegeln durch Öffner. Abbildung 3 zeigt den Testaufbau, auf der Heft-DVD befindet sich ein Video des funktionierenden Aufzugs.

Abbildung 3: Haben Sie die Bauteile mit dem Conmeleon C1 als Steuerung verbunden, fährt der Aufzug wie geplant.

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