Smart Home: Belüftung, Anwesenheitserkennung und Lichtalarm bei Hausklingeln eines Modellhauses mithilfe einer Phoenix Contact AXC 1050 SPS

Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel & Marc Ebmeyer

Wintersemester: 2021/2022

Fachsemester: 7

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Haus

Einleitung

Im Rahmen des Produktionstechnik-Praktikums im siebten Semester des Studiengangs Mechatronik soll ein mechatronisches System mithilfe einer Speicherprogrammierbaren Steuerung(SPS) realisiert werden. In diesem Projekt soll ein Smart-Home entwickelt, welches die automatische Wohlfühltemperatur im Haus regelt, sowie durch eine intelligente Methode die Tür automatisch öffnet. In der Abbildung 1 sieht man die Skizze des Smart-Home.

Aufgabenstellung

Das Ziel des Projekt ist, ein Wohnhaus mit Sensoren und Aktoren intelligent zu machen. Um das zu erreichen sollten wir folgende Punkte beachten:

• Als erste nach möglichen Automatisierung in einem Haus suchen
• Entscheidungsmatrix erstellen für die Auswahl von geeigneten Sensoren und Aktoren
• Temperaturen und Feuchtigkeiten messen
• Dann die Ansteuerung der Komponenten per Phoenix Contact-SPS AXC

Nach der Recherche nach möglichen Automatisierung in einem Haus haben wir uns entschieden, uns um diese Unterprojekte zu kümmern. Die Nutzwertanalyse findet man hier

Abbildung 1:Recheche: Was soll intelligent werden

• Beleuchtung: Lichtalarm bei Haustürklingel. Wer gerne mit Kopfhörer arbeitet, nur eingeschränkt oder gar nicht hören kann, verpasst oft Besucher, die an der Haustüre klingeln.
• Heizungsregelung
• Anwesendheitserkennung
• Schließsystem
• Belüftung

Vorgehensweise nach V-Modell

Abbildung 2:V-Modell

Das V-Modell ist eine lineares Vorgehensmodell im Prohejektmanagement, das ein Projekt in fest definierte Phasen untergliedert. Das Prokekt wird nach der Vorschrift des V-Modells durchgeführt, um eine strukturiertes Vorgehen bei Planung und Umsetzung des Projekt zu gewährleisten.Link zu den Dokument finden Sie hier

Anforderungsdefinition

In der Phase der Anforderungsdefinition haben wir alle spezifischen Anforderungen an das System gesammelt, die das Projekt erfüllt soll. Die Anforderungen für dieses Projekt gliedern sich in folgende Punkte: Geometrie & Gewicht,Vorgehen,Aufbau,Schnittstellen, Software/ Werkzeuge und Dokumentation. Die Anforderungsliste für das Projekt lässt sich hier wiederfinden.

• Geometrie & Gewicht
  • Die maximalen Abmaße für die Tür sind: Breite 10cm, Höhe 20 cm.
  • Bauteilzeichnungen (Tür) muss erstellt werden. Wenn CAD benutzt wird, dann SolidWorks.
• Vorgehen
  • Es muss eine Rechere nach möglichen Automatisierungen im Bereich "Smart Home" erstellt werden
  • Es müssen Kirterien zur Auswahl der für dieses Praktikum geeigneten Automatisierungen aufgestellt werden.
  • Anhand dieser Kriterien wird eine Bewertung und eine Entscheidungs-Empfehlung bestimmt. Diese wird Prof. Göbel vorgelegt.
• Aufbau
  • Es müssen die Temperatur und die Raumfeuchtigkeit gemessen werden
  • Es müssen zwei Ventilatoren(Lüfter) verwendet werden, einer um frische Luft in dem Raum zu bringen und der andere um verbrauchte Luft aus dem Raum zu entfernen.
  • Es muss ein Fenster eingebaut werden, welches sich mit einem Motor öffnen und schließen lässt.
  • Es muss die Tür eingebaut werden, welche sich mit einem Motor öffnen und schließen lässt.
  • Lichtalarm bei Haustürklingel: Wer gerne mit Kopfhörer arbeitet, nur eingeschränkt oder gar nicht hören kann, verpasst oft Besucher, die an der Haustüre klingeln
• Schnittstellen
  • Das Gerät muss an einem Standard-Steckdosen-Anschluss an 230V AC mit 50Hz (Deutschland) angeschlossen werden können.
  • Alle Komponenten müssen über die Phoenix Contact AXC angesteuert werden
• Software / Werkzeuge
  • Programmierung und Ansteuerung per PhoenixContact-SPS AXC in PC Worx
• Dokumentation
  • Aufbau muss im HSHL-Wiki dokumentiert werden mit dem Mindestinhalt:
  • Beschreibung des Aufbaus
  • Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Bedienung

Funktionaler Systementwurf

In diesem Kapitel Funtionaler Systementwurf sind alle Komponenten dargestellt, die notwendig sind, um das Ziel des Projekts zu erreichen. Auf der einen Seite befinden sich der Temperatur-und Feuchtigkeitssensor,Buzzer,Abstandsensor.Auf der anderen Seite sind dann ein Fenster und eine Tür, welche durch einen Servomotor geöffnet bzw geschlossen wird sowie die beiden Lüfter, welche ein- und ausgeschaltet werden. Der funktionale Systementwurf lässt sich hier

Abbildung 3:Funktionaler Systementwurf

Technischer Systementwurf

Der technische Systementwurf hat denselben Aufbau wie der Funktionale Systementwurf, im Gegensatz zu dem funktionalem Systementwurf werden hier die Verbindungen(Die Signalart: digital/analog, Input/Outpout) zwischen den einzelnen Komponenten genau definiert (siehe Abbildung 3). Zum technischem Systementwurf gelangt man hier

Abbildung 4:Technischer Systementwurf

Abnahmetest

Abbildung 16: Abnahmetest

In Abschnitt Abnahmetest wird überprüft, ob das System als Ganzes den Anforderungen entspricht, das bedeutet, ob alle Anforderungen aus der Anforderungsliste erfüllt wurden. Leider verbrachten wir viel zu viel Zeit mit dem Ablesen der Temperaturmesswerte, weshalb wir nicht rechtzeitig eine Tür (+ Türmechanismus) einbauen konnten. Die Abbildung 16 zeigt zumindest, dass die meisten Anforderungen erfüllt wurden.Das Abnahmetest lässt sich hier wiederfinden.