Projekt zur Ermittlung der Dauerbetriebseigenschaften unterschiedlicher Sensoren

[Hayley_Hay]

Hallo!

Ich bin neu - sowohl hier im Forum als auch in der Arduino-Welt.

Der Grund für meinen Thread ist, dass ich ein für meine Verhältnisse größeres Projekt plane, und dafür lieber zu früh als zu spät hier um Meinungen und Tipps bitten möchte.

Zu meinem Hintergrund: Ich studiere Umwelttechnik, bin daher sowohl mit Elektronik als auch mit Informatik schon grundlegend in Berührung gekommen. Ich traue mir zu, einfache Schaltungen aufzubauen und habe (meistens) genug Ausdauer, um bildschirmweise Code nach der einen fehlenden Klammer zu durchforsten.

Zum Projekt: Für eine abwassertechnische Anlage sollen neue Füllstandsensoren getestet werden. Das sind bisher einfache Schwimmerschalter an einer SPS. Da in Zukunft die Steuerung auf RasPi umgestellt werden soll (nicht von mir), besteht die Möglichkeit, andere Sensoren auszuprobieren und gegebenenfalls die alten zu ersetzen. Dies insbesondere in Hinblick auf die langfristige Zuverlässigkeit. Dafür habe ich jetzt eine Auswahl unterschiedlicher Sensoren (über Temperatur, Druck, Kapazität, ...) und einen Versuchsaufbau erdacht. Dieser besteht aus zwei Behältern, zwischen denen zwei Pumpen in festen Intervallen Wasser hin- und her pumpen, jeweils mit ebenfalls festen Pausen. In einem (oder beiden) Behältern befinden sich die Sensoren zur Füllstanderfassung.
Die Aufgabe besteht nun darin, die Ausgabe der Sensoren aufzuzeichnen, außerdem die Pumpenintervalle zu steuern und ebenfalls aufzuzeichnen, um den sich dadurch ergebenden tatsächlichen Füllstand mit dem Sensor-output vergleichen zu können. Das ganze soll tageweise unbeaufsichtigt durchlaufen können.

Zur Verfügung stehen mir bisher ein RasPi 3 B+ sowie je ein UnoRev3 DIP und ein Leonardo.

Da ich wie gesagt - bis auf die Auswahl der Sensoren - noch ganz am Anfang stehe, freue ich mich über jeden Hinweis. Mir ist klar, dass das kein Anfängerprojekt ist, daher würde ich mich insbesondere über Tipps freuen, wie das ganze sinnvoll schrittweise aufzubauen sein könnte um die Lernkurve möglichst steil halten zu können. Ich hatte daran gedacht, erst mit der einfachen Temperatur- und Druckmessung am Arduino zu beginnen, mich dann um die Aufzeichnung und dann um die Steuerung der Pumpen zu kümmern. Aber das ist nur meine erste Überlegung, vielleicht gibt es da ja ganz andere Varianten. Oder jemand hat grundlegende Gedanken, darüber würde ich mich auch freuen!

Gruß

Hay

[Johannes81]

Klingt wirklich interessant. Was ich mir hier gut vorstellen könnte, dass du bei deinem Projekt die Vorteile vom Arduino und vom Raspy nutzt! Spontan würde ich sagen, nimm doch den Arduino für die Aufnahme der Sensorwerte und Steuerung der Pumpen. Die gemessenen Sensorwerte übergibst du an den Raspy, der sich um die Aufzeichnung und Darstellung der Informationen kümmert.

[Tommy56]

Zur Info: Crossposting ist aus guten Gründen im Netz verpönt. Informiere Dich mal.

Gruß Tommy

[Hayley_Hay]

Zur Info: Crossposting ist aus guten Gründen im Netz verpönt. Informiere Dich mal.

Gruß Tommy

Hallo Tommy! Danke für den Hinweis und das Verlinken. Ich freue mich weiterhin auch über inhaltliche Tipps und versuche, das Crossposten zukünftig zu vermeiden.

@Johannes81: Danke für Deinen Kommentar und Deinen Vorschlag! Die Arbeitsteilung kam mir auch schon in den Sinn, also ist meine Herangehensweise vielleicht nicht vollkommen unsinnig. Schön!

[uwefed]

Entscheide Dich für das eine oder andere Forum.

User fühlen sich auf den Arm genommen wenn Du doppelt Hilfe frägst und sie Dir Antworten geben die auf der anderen Seite bereits gegeben wurden oder noch schlimmer Du Antworten nur in einem Forum gibst weil dort rückfragen gemacht wurden. So kann leicht eine Diskussion ins Leere gehen.

Grüße Uwe

[Hayley_Hay]

Entscheide Dich für das eine oder andere Forum.

User fühlen sich auf den Arm genommen wenn Du doppelt Hilfe frägst und sie Dir Antworten geben die auf der anderen Seite bereits gegeben wurden oder noch schlimmer Du Antworten nur in einem Forum gibst weil dort rückfragen gemacht wurden. So kann leicht eine Diskussion ins Leere gehen.

Grüße Uwe

Danke, den anderen Thread habe ich gerade versucht zu schließen. Ich hoffe es ist klar, dass ich niemanden "auf den Arm nehmen" will, sondern einfach auf viele Hinweise und Gedanken zu dem Projekt hoffe.

[combie]

Oder jemand hat grundlegende Gedanken, darüber würde ich mich auch freuen!

Das grundlegende Konzept für alle Ablaufsteuerungen, und so was wirds ja wohl werden, ist der "endliche Automat".

Übrigens:
Messwert aufnehmen, und weiter reichen, ist auch ein Job für einen Automaten.
Da dürfte also ca 1/2 Dutzend von zusammen kommen.

[Tommy56]

Wie sind denn die geometrischen Gegebenheiten? Relativ freie Volumen oberhalb der Füllungen?
Dann würden sich wasserdichte Ultraschallsensoren anbieten. Diese haben allerdings bedingt durch die Umschaltung von Sender zu Empfänger einen Mindestmeßabstand von 25 cm.

Gruß Tommy

[Rentner]

Hallo,

Kappazitive Sensorne zur Füllstandsmessung würde ich in dem Fall nicht nehmen , bei Abwasser kann die Kappazitive Leitfähigkeit sicher stark schwanken. Sauer / Lauge / viel / wenig Schei... drin usw.

Ultraschall ist sicher gut , kommt aber auf die Behälter an . Gibts da Refektionen in dem Behälter, (Stahl ) , Gibts Rührer in dem Behälter, das können die meisten aber ausblenden.

Noch mal die Frage, warum keine  SPS zur Steuerung der letztlichen Anlage, hier wird 24V Technik verwendet, wie auch bei den meisten in der Industrie verwendeten Sensoren. Für Deinen Versuch ist ein UNO ja ok.

Gehts darum den Füllstand zu messen oder müssen letztlich Pumpen eingeschartet werden (Ein /AUS )  Derzeit sind da anscheinend Schwimmerschalter verwendet. Wozu was messen wenn nur was eingeschaltet werden soll? Schwimmerschalter sind zuverlässig , sind z.B an jeder Tauchpumpe dran.

Um ein Messystem zu testen benötigst Du eventuell ein zweites System als Reverenz. Wie willst Du heausfinden wie genau ein Sensor arbeitet / misst , wenn Du mit dem selben Sensor deine Pumpe schaltest und damit die Behälter umpumpst.

ich denke Du solltest Dich auf jeden Fall bei der Auswahl der Sensorik an den letzlichen Anforderungen  orientieren. Werden die Dinger letztlich im Freien benötigt.

Schutzart beachten (IP Klassen)
bei der Porzesstechnik wird auch heute noch viel 4-20mA  verwendet (Einfach zwei Drähte ) 
Wenn digitale Schnittstelle was (Can-Bus, Profi-Bus, Profi-Net)

Gruß Heinz


 

[postmaster-ino]

Hi

Abwassertechnische Anlage - kann Alles sein - vom Klärwerkseinlauf (wo halt Alles durch kommt, dafür viel Wasser), bis zu der Plörre, Die 'entwässert' (kA, komme nicht auf das richtige Wort) wird, wo's schon etwas dickflüssiger zu geht.

Da Du hier ja einen Versuchsaufbau planst, soll Dieser in Zukunft wohl auch längerfristig im Einsatz bleiben.
Mit Abwässern hatte ich bisher nur in Klärwerken zu tun, dort ist aber Alles, was mit dem Abwasser in Berührung kommt (oder drüber hängt) recht schmutzig - klar, macht ja auch Keiner dort sauber.

Bei den Ultraschall-Sensoren hätte ich Bedenken, daß sich Diese zusetzen können - dürfte aber schon einige Zeit dauern.
Wenn man hier zwei Sensoren nimmt, könnte man eine Verschmutzung detektieren und zur Reinigung (... Besen??) auffordern.

Sonst wäre die Füllhöhe per Druck (stehende Wassersäule) unabhängig von Fremdkörpern erfassbar - braucht halt eine Luftpumpe, Die diesen Druck aufbringt (Menge wie ein Perlstein im Aquarium wäre ausreichend) und einen Sensor, Der diesem Druck ebenfalls ausgesetzt ist - und muß nicht zwingend in direkter Nähe der Wassersäule angebracht werden.
Ggf. kann man die Luftpumpe zur Messung abschalten, um Druckschwankungen durch die Pumpe auszuschließen.

MfG

[Hayley_Hay]

Wie sind denn die geometrischen Gegebenheiten? Relativ freie Volumen oberhalb der Füllungen?
Dann würden sich wasserdichte Ultraschallsensoren anbieten.

Es sind leider keine freien Volumina, sondern alles ziemlich eng verbaut. Außerdem werden die Tanks belüftet und es ist mit Schaumbildung zu rechnen. Daher habe ich die US-Sensoren auch schon verworfen. Ich setze nach einer ersten Beschäftigung mit dem Thema auf ein Steigrohr mit oder ohne Membran, an dessen Ende ein Drucksensor sitzt oder auf eine Kaskade von Thermistoren.

Hallo,

Kappazitive Sensorne zur Füllstandsmessung würde ich in dem Fall nicht nehmen , bei Abwasser kann die Kappazitive Leitfähigkeit sicher stark schwanken. Sauer / Lauge / viel / wenig Schei... drin usw.

Die kapazitive Messung wäre nur ein Versuch, ich denke aber auch, dass es auf Grund von Ablagerungen etc. auf Dauer nichts bringt.

Noch mal die Frage, warum keine  SPS zur Steuerung der letztlichen Anlage, hier wird 24V Technik verwendet, wie auch bei den meisten in der Industrie verwendeten Sensoren. Für Deinen Versuch ist ein UNO ja ok.

Gehts darum den Füllstand zu messen oder müssen letztlich Pumpen eingeschartet werden (Ein /AUS )  Derzeit sind da anscheinend Schwimmerschalter verwendet. Wozu was messen wenn nur was eingeschaltet werden soll? Schwimmerschalter sind zuverlässig , sind z.B an jeder Tauchpumpe dran.

Es sind momentan Schwimmerschalter als Füllstandgrenzschalter, richtig. Denen machen aber mechanisch die Belüftungsintervalle auf Dauer Probleme. Und es soll insgesamt mit dem Hashtag Industrie 4.0 experimentiert werden, in Richtung Fernüberwachung etc. Daher das RasPi-Projekt, an das ich sozusagen nur andocke. Und wenn zukünftig ein genauerer Füllstand als nur wie bisher Voll/Leer gemessen werden könnte, hätte es auch noch andere Vorteile (effizienterer Energieeinsatz z.B.).

Um ein Messystem zu testen benötigst Du eventuell ein zweites System als Reverenz. Wie willst Du heausfinden wie genau ein Sensor arbeitet / misst , wenn Du mit dem selben Sensor deine Pumpe schaltest und damit die Behälter umpumpst.

Ich dachte daran (hier bin ich aber nicht sicher, inwieweit das realisierbar ist) die definierten Pumpintervalle als Referenz zu nehmen. Also lediglich einmal aufzuzeichnen, wieviel Wasser z.B. in fünf Minuten gepumpt wird, und dann lediglich die Pumpvorgänge selber aufzuzeichnen, also die Stellung(-sänderung) der Relais und Ventile. Das würde insofern reichen, weil es beim Füllstand nur auf +/- fünf Zentimeter in einem 1000-Liter-Tank ankommt. Aber dafür wäre es eben wichtig, in Echtzeit aufzuzeichnen.

ich denke Du solltest Dich auf jeden Fall bei der Auswahl der Sensorik an den letzlichen Anforderungen  orientieren. Werden die Dinger letztlich im Freien benötigt.

Schutzart beachten (IP Klassen)
bei der Porzesstechnik wird auch heute noch viel 4-20mA  verwendet (Einfach zwei Drähte ) 
Wenn digitale Schnittstelle was (Can-Bus, Profi-Bus, Profi-Net)

Gruß Heinz

Das ganze findet eher im kleinen Maßstab statt, und wie gesagt bin ich was die neue Prozesssteuerung angeht nur am Rande involviert. Und da wird eben auf RaspberryPi gesetzt und daher beschäftige ich mich jetzt erst einmal grundlegend mit solchen Fragen.

Hi

Abwassertechnische Anlage - kann Alles sein - vom Klärwerkseinlauf (wo halt Alles durch kommt, dafür viel Wasser), bis zu der Plörre, Die 'entwässert' (kA, komme nicht auf das richtige Wort) wird, wo's schon etwas dickflüssiger zu geht.

Da Du hier ja einen Versuchsaufbau planst, soll Dieser in Zukunft wohl auch längerfristig im Einsatz bleiben.
Mit Abwässern hatte ich bisher nur in Klärwerken zu tun, dort ist aber Alles, was mit dem Abwasser in Berührung kommt (oder drüber hängt) recht schmutzig - klar, macht ja auch Keiner dort sauber.

Bei den Ultraschall-Sensoren hätte ich Bedenken, daß sich Diese zusetzen können - dürfte aber schon einige Zeit dauern.
Wenn man hier zwei Sensoren nimmt, könnte man eine Verschmutzung detektieren und zur Reinigung (... Besen??) auffordern.

Sonst wäre die Füllhöhe per Druck (stehende Wassersäule) unabhängig von Fremdkörpern erfassbar - braucht halt eine Luftpumpe, Die diesen Druck aufbringt (Menge wie ein Perlstein im Aquarium wäre ausreichend) und einen Sensor, Der diesem Druck ebenfalls ausgesetzt ist - und muß nicht zwingend in direkter Nähe der Wassersäule angebracht werden.
Ggf. kann man die Luftpumpe zur Messung abschalten, um Druckschwankungen durch die Pumpe auszuschließen.

MfG

Hey! Richtig, die Bedingungen sind durchaus erschwerend und zudem sehr unterschiedlich. Ultraschall habe ich schon verworfen (s.o.), und allgemein zu den Sensoren hab ich auch was geschrieben, das mit dem Druck war auf jeden Fall auch eine Idee. Wenn die erste Bestellung mit den Sensoren ankommt will ich damit wie gesagt erst einmal versuchen, überhaupt etwas brauchbares (im Wasserglas) zu messen. Dann würde ich mich mit der Ansteuerung der Pumpen beschäftigen. Dafür habe ich ja die zwei Arduinos - reichen die bei vielleicht vier oder fünf zu testenden Sensoren und zwei Relais und zwei Ventilen?

[postmaster-ino]

Hi

Fünf Sensoren - 6 analoge Eingänge, noch mehr Digitale, PWM-Ausgänge und 'Normale', I²C, SPI ... ja, denke, Das reicht!
Magnet-Artikel (aka Relais): Freilauf-Diode nicht vergessen

Mit BME280 wollte ich eigentlich auch schon lange im Wassertank gespielt haben ... (I²C, unter Anderem auch Luftdruck - als 3,3V und 5,0V-Variante zu bekommen)

Ausgabe der Messwerte im Terminal oder per LCD sind auch kein Hexenwerk - mit graphischen Displays habe ich selber leider noch keine große Erfahrung - die Beispiele klappen aber.

MfG

[themanfrommoon]

Moin,
Ich habe ne Jung Doppelpumpenanlage zur Hausabwasserförderung.
Da hängt eine Glocke über dem Wasserspiegel. Steigt der Wasserspiegel so drückt dieser die Luft im der Glocke zusammen. Diese drückt dann über einen kleinen Schlauch auf einen mechanischen Druckschalter.
Ich denke die machen das so weil dies die zuverlässigste Variante über lange Zeit ist.
In Waschmaschinen wird das auch so gemacht. Nennt sich dort Luftfalle.

Viel Erfolg und Lieben Gruß,
Chris

[uwefed]

Da hängt eine Glocke über dem Wasserspiegel. Steigt der Wasserspiegel so drückt dieser die Luft im der Glocke zusammen. Diese drückt dann über einen kleinen Schlauch auf einen mechanischen Druckschalter.
Ich denke die machen das so weil dies die zuverlässigste Variante über lange Zeit ist.
In Waschmaschinen wird das auch so gemacht. Nennt sich dort Luftfalle.

Da von Schaumbildung ausgegangen wird ist eine solche Anordnung nicht dauerhaft verläßlich da sicher Schaum und damit Schmutz in den Drucksensor gelangt.

Grüße Uwe

[themanfrommoon]

Da von Schaumbildung ausgegangen wird ist eine solche Anordnung nicht dauerhaft verläßlich da sicher Schaum und damit Schmutz in den Drucksensor gelangt.

Weit gefehlt!

Das System ist mit Sicherheit die zuverlässigste Variante, sonst würden Abwasserpumpen und Waschmaschinen ja nicht dauerhaft zuverlässig funktionieren.
Du kannst dir gar nicht vorstellen was da alles drin rumschwimmt!
Schaum ist überhaupt kein Problem.
Zentimeterdicke Beläge aus was auch immer, Papiertücher, Feuchttücher, Extremente jeder beliebigen Viskosität, eine Badewannenschildkröte, jede Menge und Variante von Damenhygieneartikeln, alles was es aus der Küche durch den Abfluss dahin schafft. Man kann sich nicht vorstellen was diese Konstruktion aushalten muss. Und das tut sie bei uns seit Jahren absolut problemlos.
Ich habe die Glocken letztes Jahr mal kontrolliert. Die sahen so aus, als ob die noch 30 Jahre so weitermachen ohne das irgendwas passiert.
Bis dahin sind Ultraschallsensoren schon von der Wand ab gerostet.
Gerade die Luftfalle in der Waschmaschine hat doch auch kein Problem mit Schaum.
Der Drucksensor ist einige Meter entfernt, und deutlich höher als der Wasserspiegel jemals sein kann. Da kommt niemals irgendwas aus der Leitung hin. Unmöglich!
Hier mal ein Video wie sowas aussieht:
https://www.youtube.com/watch?v=wKnQfjJ3zG0

Lieben Gruß,
Chris