Mit dem Controllino den Garten bewässern

Die heimische Gartenpumpe bequem via Tablet oder Smartphone schalten? Kein Problem mit dem Controllino-Modul, einem Ethernet-Anschluss und der Arduino IDE.

Zum Steuern des vorliegenden Projekts kommt ein Arduino-basiertes Controllino-Steuermodul zum Einsatz. Es befindet sich in einem Hutschienengehäuse und lässt sich dadurch einfach in einem Schaltschrank verbauen (Abbildung 1). Die Ein- und Ausgänge des Moduls entsprechen dem Industriestandard für Steuerungen (24 Volt).

Abbildung 1: Die fertig aufgebaute Steuerung in einem geschützten Schaltschrank.

Neben dem Einsatz in der Industrie eignet sich Controllino hervorragend dazu, DIY-Projekte rund um den Arduino zu realisieren. Da das Modul sehr robust und solide aufgebaut ist, kommt es auch oft im Ausbildungsbereich zum Einsatz. Das Modul bietet der Hersteller in den Varianten MINI, MAXI und MEGA an, wobei es von der MAXI-Variante die zwei Ausprägungen Standard und Automation gibt. Zur besseren Übersicht fasst die Tabelle “Controllino-Versionen im Vergleich” die Eigenschaften der einzelnen Versionen zusammen.

Wir setzen in diesem Projekt ein Controllino-MAXI-Modul (Abbildung 2) ein, weil es schon in der Bastelkiste vorhanden war. Allerdings eignet sich zum Ansteuern der Gartenpumpe auch ein kleineres Modul. Im Download-Bereich [1] des Herstellers finden Sie die Pinouts, Datenblätter und Bedienungsanleitungen für alle Module. Alle Controllino-Module stehen im Shop des Herstellers zum Kauf bereit [2].

Abbildung 2: Anschlussbelegung des Controllino-MAXI-Moduls.

Schnell geschaltet

Der Schaltplan der Pumpensteuerung (Abbildung 3) wirkt zunächst recht übersichtlich. Es gibt dennoch einige Details, die man etwas genauer betrachten sollte. Dazu gehört etwa der Ausschalter, der als Öffner (Schalter, der einen Stromkreis beim Betätigen öffnet) agiert.

Abbildung 3: Der Schaltplan der Pumpensteuerung wirkt auf den ersten Blick unspektakulär, hat es im Detail aber in sich.

Es gibt mehrere Gründe für diese Vorgehensweise. Zum einen lässt sich das Abschalten bei altmodischen Schützschaltungen gar nicht anders realisieren, daher sind Abschalter dort immer Öffner. Zum anderen gibt es hier einen Sicherheitsaspekt: Wird die Steuerleitung zum Abschalten einer Anlage unterbrochen, stoppt sie in jedem Fall. Würde man hier einen Schließer (Schalter, der einen Stromkreis beim Betätigen schließt) verwenden, könnte es passieren, dass sich die Anlage im Fehlerfall nicht mehr abschalten lässt.

Das nächste wichtige Detail im Schaltplan besteht aus dem Leistungsschütz. Hier muss man für die Erklärung etwas ausholen. Betrachten wir erst einmal die mit einem Elektromotor betriebene Pumpe, die wir schalten möchten. Im Inneren des Motors befinden sich Wicklungen, die ein Magnetfeld erzeugen. Diese Elektromagnete besitzen die unangenehme Eigenschaft, Energie zu speichern, die beim Öffnen des Stromkreises mitunter Überspannungen und Lichtbögen erzeugt.

Der Elektriker nennt alle Gerätschaften, in denen sich Wicklungen beziehungsweise Spulen befinden, induktive Lasten. Geräte wie Glühbirnen bezeichnet man hingegen als ohmsche Lasten, die solche Nebeneffekte beim Ausschalten nicht erzeugen.

Es liegt nahe, dass Schalter, die induktive Lasten schalten sollen, anders funktionieren müssen als solche, die nur ohmsche Lasten schalten. Daher gibt es in der Elektrotechnik unterschiedliche Schalterklassen. Weitergehende Informationen zum Thema finden Sie bei Wikipedia [3].

Entsprechend gilt es, den passenden elektrischen Schalter für die Gartenpumpe zu wählen. Er muss in der Lage sein, die induktive Last der Pumpe mit einer Leistung von 800 Watt zu schalten. Nun wird die Sache kniffelig: Die Schaltleistung der meisten besseren Relais liegt bei 2000 und mehr Watt. Sieht man aber in das Datenblatt des Relais, erkennt man schnell, dass die Beschreibung hier von einer ohmschen Last ausgeht – die Schaltleistung einer induktiven Last fällt bei einem Relais erheblich geringer aus.

Daher verwenden wir hier zum Schalten der Pumpe das Leistungsschütz 3RT2016-1BB41 von Siemens mit einer AC-Schaltleistung von 4000 Watt, was für die meisten Gartenpumpen genügen sollte. Preislich liegt das Gerät bei etwa 25 bis 30 Euro. Die Steuerspannung beträgt 24 Volt; wenn nötig, lässt sich das Schütz um Hilfskontakte erweitern.

Beachten Sie, dass nur Elektriker mit Netzspannung arbeiten dürfen. Sollten Sie keiner sein, fragen Sie daher den freundlichen Elektromeister aus der Nachbarschaft, ob er Ihnen die 230-Volt-Leitungen anschließt.

Sie fragen sich sicher, worin der Unterschied zwischen einem Schütz und einem Relais besteht. Schütze trennen den Stromkreis immer an zwei Stellen, Relais nur an einer. Auch der Abstand der Kontakte fällt bei einem Schütz größer aus. Diese Unterschiede erlauben es, mit Schützen erheblich höhere Leistungen zu schalten. Die Kontakte bei einem Schütz schalten üblicherweise mit einer viel höheren Kraft als bei einem Relais – der Schaltvorgang lässt sich nicht überhören.

IDE installieren

Wie eingangs erwähnt, ist das Controllino-Modul kompatibel zur Arduino IDE. Da liegt es nahe, diese zum Erstellen der Programme zu verwenden. Sie lässt sich leicht bedienen, beschränkt sich auf die nötigen Funktionen und steht kostenfrei im Netz zum Herunterladen bereit. Nach der Installation genügen wenige Schritte, um die IDE für den Controllino vorzubereiten.

Laden Sie also von der Webseite des Arduino-Projekts [4] die für das verwendete Betriebssystem passende Version der Arduino IDE herunter. Zur Installation folgen Sie der Anleitung. Nach dem Start der IDE binden Sie die Bibliothek zur Software-Unterstützung des Controllino ein. Klicken Sie dazu auf Sketch | Bibliothek einbinden | Bibliotheken verwalten. Hier suchen Sie nun nach Controllino. Ein Klick auf Install richtet die Bibliothek ein.