DIY Vollautomatische Osmose Steuerung, IR Sensoren & Refill Steuerung Teil 1

Hallo zusammen,
wollte mal meine DIY Vollautomatische Osmose Steuerung vorstellen (Schlatpläne Bauanleitung etc alles unter OpenSource kostenlos online unter www.marelab.org . Die OsmoCtrl steuert alle notwendingen Funktionen um Osmose Wasser zu erzeugen. Dazu gehört:

1.) Vollautomatisches Spülen der Membran nach konfigurierbaren Zeitintervall
2.) Steuerung des Frischwasser Zulaufs
3.) Steuerung einer Druckerhöhungspumpe
4.) Steuerung einer Refill Pumpe um im AQ Verdunstung auszugleichen.
5.) EC Leitwert Anzeige des Wassers
5.) Konfigurierbare Überwachung der Füllvorgänge.

Die Anlage besitzt einen manuellen und Vollautomatik Modus. Anbei mal eine Übersichtsskitze:

TEIL 1

GRUNDAUFBAU EINER OSMOSE ANLAGE MIT OSMOCTRL

Die rechte schematische Übersicht gibt einen Überblick was OsmoCtrl steuert bzw. wie eine handelsübliche Osmoseanlage umgebaut werden kann. Folgende Bauteile sind dargestellt: Ein Partikel Filter mit 5um Ein aktive Kohle Filter Die Osmose Membran Ein Harz Silicat Filter A. Das Einlass Magnet Ventil 24V das mit dem Wasseranschluss verbunden wird B. Eine 24V Druckerhöhungspumpe C. Das Magenet Spülventil 24V D. Der EC Leitwert Sensor E. Die Aquarium Osmose Refill Pumpe F. Der Sensor Osmose Tank Boden G Der Sensor Osmose Tank Oben H. Der Aquarium Wasserstand Sensor OsmoCtrl wertet die drei Sensor Informationen über die Wasserstände im Aquarium und Osmose Tank aus und steuert im Automatik Modus selbstständig die Ventile und Pumpen um Osmose Wasser zu produzieren oder das Aquarium auszugleichen. Ebenso werden die Spülzyklen der Osmose Membran automatisch mit einstellbaren Intervallen durchgeführt.Hier mal ein paar Bilder von meinem Umbau meiner Standard Osmose Anlage: Neben der unaufgeräumten Werksatt sieht man die drei 10Zoll Patronen oben auf dem Alu Träger die Osmose Membran und die Booster Pumpe. Leider konnte ich meinen alten Träger nicht mehr verweden. Dort war betreits Lack abgeplatzt und Rost vorhanden (Pulverbeschichten ist leider teurer als lakieren), ebenso war kein Platz für eine vernünftige Befestigung der Bosster Pumpe vorhanden.

Ein Osmose Produktionszyklus wird ausgelöst wenn die Osmose Tank Sensoren beide signalisieren "Kein Wasser". Befindet sich der Osmose Wasserstand zwischen den beiden Sensoren (Osmose Tank bspw. halb gefüllt) wird kein Produktionszyklus gestartet. Erst wenn der Wasserstand unterhalb des Boden Sensors fällt startet ein Zyklus. Um ein bestehende Osmose Anlage mit Hilfe von OsmoCtrl voll zu automatisieren werden die Teile A-H benötigt. Hier nochmal die Sicht von unten mit den eingesetzten Industrie Ventilen (das sind die beiden Schwarzen Dinger zwischen den 10Zoll Filtern). Diese sind für Dauerbetrieb ausgelegt und lassen sich prima mit M5 Schrauben verschrauben. Die Alu Trägerplatte wird dismal wenigstens nicht rosten :).

HAUPTANZEIGE OSMOCTRL

Die Hauptanzeige der OsmoCtrl gibt einen schnellen Überblick über den derzeitgen Status und Funktion. Es werden alle relevanten Informationen wie folgt angezeigt: Derzeitiges Hauptprogramm als Text (REFILL, CLEAN, OSMOSE). Icon der derzueitig aktiven Funktionen in der Grafik rechts CLEAN Modus aktiv. Icon OSMOSE Produktion aktiv. Icon Modbus aktiv. Derzeitige Laufzeit ins Sekunden sowie Dauer des aktivierten CLEAN Modus Leitwert des Osmose Wassers in EC (dies ist eine nicht kalibrierte Anzeige und stellt nur einen Indikator dar) Status der Sensoren A = Aquarium B = Osmose Tank Boden T = Osmose Tank Oben/Max Modus der OsmoCtrl Bei dem unter 1. dargestellten aktiven Hauptprogramm muss man beachten das Bspw. Clean nur aktiv sein kann wenn auch die Osmose Produktion aktiv ist. Dies erkennt man an den ICONs im rechten oberen Display Bereich.Die unter 5. angegebenen Laufzeiten werden in Sekunden oder Minuten dargestellt. Dies kann man jeweils der Überschrift entnehmen. Bei der Leitwert EC Anzeige in Mikro Siemens muss man beachten das dies kein kalibrierter Messwert ist. Aber ein durchaus brauchbarer Indikator um ablesen zu können ob Bspw. der Entmineralisierungs Filter oder ein anderer Filter langsam verbraucht ist.

TEIL2

SETUP MENU

SETUP MODBUS Die marelab OsmoCntrl kann an einem RS485 Bus (Zweidraht) Leitung mit einem PC oder Linux System oder jedem belibiegen Modbus Server verbunden werden. Damit ist es möglich die Osmo Ctrl einfach über eine GUI zu Konfigurieren, Überwachen oder Fernzusteuern. Dabei kann der Steuer Rechner bis zu 1200m entfernt liegen. Alle marelab Geräte enthalten einen Modbus Client und werden mit diesem BUS ausgestattet um eine einfache und störsichere Vernetzung zu ermöglichen. Die RS485 wird überwiegend in der Industruie zur Steuerung und Überwachung eingesetzt. Um Modbus nutzen zu können muss der OsmoCtrl eine eindeutige ID zugewiesen werden. Diese nutzt der Server um mit der OsmoCtrl zu "sprechen". Die Adresse muss zwischen 1..254 liegen und Eindeutig im Bus sein. Mit "aktiv" aktiviert man den Modbus Zugang. Eine detailierte Beschreibung zu Modbus befindet sich im Modbus Kapitel ID Modbus Client Adresse 1..254 Aktive Modbus aktiviert / abgeschaltet SETUP MODE Die OsmoCtrl verfügt über einen "Auto" und "Manuel" Mode. Die Mode Einstellung bestimmt wie die OsmoCtrl arbeitet. Manuel in diesem Modus wird der Osmose Prozess vom Anwender ausgelöst. Die Anlage produziert nur Osmose Wasser wenn der Anwender über die GUI den Prozess startet. Das abschalten erfolgt automatisch bei erreichen des max Sensors im Osmose Tank. Ebenso muss der Refill Modus manuell gestartet werden und wird bei erreichen des Aquarium Sensors abgeschaltet. Die Spülung funktioniert in den konfigurierten Intervallen Auto dieser Modus arbeitet vollautomatisch. Die Osmose Anlage startet mit der Produktion sobald die beide Osmose Tank Sensoren nicht mehr mit Wasser in Kontakt kommen. Die Produktion wird automatisch bei erreichen des Osmose Tank Top Sensors abgeschaltet. Die Refill Funktion startet und beendet automatisch sobald der Aquarium Sensor dies signalisiert. Die Refill Funktion wird unterbrochen solange der Osmose Tank Sensor am Boden signalisiert "kein Wasser vorhanden". Der Spülmodus wird während der Produktion automatisch durchgeführt.

Um in das Setup Menu zu gelangen wird einfach der Schalter gedrückt. Das Setup Menu besteht aus folgenden Untermenu Punkten:SETUP CLEAN Hier werden die Dauer und das Intervall der Membran Spülung eingestellt. Die Einstellungen der Dauer (Duration) wid in Sekunden vorgenommen. Das Intervall (Repeat) nach wie viel Minuten eine erneute Spülung erfolgen soll wird in Minuten angegeben. Die Spülung wird nur während der Osmose Produktion aktiviert. Dies geschieht zum start des Osmose Laufes und nach dem jeweilig konfigurierten Intervall bis die Osmose Produktion beendet wird. SETUP SAFETYIm Safety Setup wird eine automatische Überwachung / Fehlererkennung konfiguriert. Diese dient einerseits dazu das bei Sensoren Störung es zu keinem Überlauf des Osmose Tanks oder vollkommen überhöhte Menge Osmose Wasser in das Aquarium gepumpt werden kann. Dazu werden die Laufzeiten der Osmose Produktion und des Refill Vorganges überwacht / gemessen. Werden diese Zeiten überschritten werden alle Pumpen / Ventile der OsmoCtrl abgeschaltet / geschlossen. Unter OsmoseTime wird die max. Dauer eines Osmose Laufes konfiguriert. Also die Zeit die die Anlage braucht vom Sensor Min zum Sensor Max Pegel Osmose Wasser zu produzieren. Dabei sollte man beachten das es durch die Wassertemperatur z.B im Winter die Zeitdauer eines Laufes etwas variieren kann (Je kälter das Wasser je weniger Reinstwasser wird produziert). Daher etwas Luft bei der Zeitbemessung lassen und den TOP Sensor nicht an der max. möglichen Kapazitäts Grenze des Osmose Tanks anbringen. Die RefiTime bestimmt die max. Zeitdauer die ein Ausgleich des verdunsteten Osmose Wassers im Aquarium dauern darf. Also die Zeit die die Pumpe benötigt die entsprechende Menge Osmose Wasser in das Aquarium zu Pumpen. Wird diese Zeit überschritten stellt OsmoCtrl sicherheitshalber alle Pumpen und Ventile ab. So sollte es auch im Fehlerfalle nicht zu einer starken Schwankung der Salinität kommen. SETUP DBOUNCEJe nach eingesetzten Sensor Typ und Aquarium können die Zeiten die ein Sensor "prellt" variieren. Unter "Prellen" versteht man das schnelle hin und herschalten zwischen An un Aus. Dies geschieht wenn der Wasserstand bspw. durch Pumpen oder Strömung sich permanent leicht ändert und gerade die Ansprechschwelle des Sensors erreicht wird. Da es in der Folge aus Sicht der OsmoCtrl zu einer Menge Schaltimpulse kommen würde werden diese mit den DBOUNCE Schwellwerten ausgeblendet. Das funktioniert ganz einfach indem ein Sensor Signal mindestens die im folgenden konfigurierte Zeit stabil anliegen muss. Ein schnelles hin und her Schalten wird so unterbunden und eine Status Änderung ergibt sich erst nach der konfigurierten Zeit. S.Aqua ist der Sensor der im Aquarium System montiert ist und die Zeit in Sekunden angibt die eine Signal Änderung am Sensor stabil anliegen muss bis dieser Schaltet. Bspw. schaltet OsmoCtrl den Refill Pumpe erst 3 Sekunden später nach erreichen des Pegels ab. Dies gilt auch für das auslösen erst nachdem das LOW Signal also "Wasser nachfüllen" anliegt. S.TOP ist der Sensor der im Osmose Tank an dem Max Füllstands Bereich angebracht wird. Hier wird die Zeitspanne konfiguriert nachdem der max. Stand erreicht ist bis die Osmose Produktion abgeschaltet wird. S.Bot ist der Boden oder niedrig Osmose Tank Sensor der am niedrigsten Pegel angebracht wird. Die Zeitspanne konfiguriert den Zeitversatz bis das Signal als valide anerkannt wird.

Da man für den Vollautomatik Betrieb noch Wasserstands Sensoren Braucht und ich diesmal keine Schwimmschalter nutzen wollte kam mir die Idee einmal einen Wasserstand IR Sensor zu basteln. Der Grund ist einfach, kommerzielle IR Wasserstandssensoren sind mir zu teuer und es muss doch auch kostengünstig gehen. Raus gekommen ist ein IR Sensor der zuverlässig und kostengünstig ist.

WIE IST DER IR SENSOR AUFGEBAUT

Die Sensor Platine / Elektronik wird mit einem Lebensmittel echten und Seewasser festen Hochtransparenten Epoxy Harz vergossen um so 100% gegen eindringen von Wasser geschützt zu sein. Die Sensor Platine enthält den Micro Prozessor sowie IR Sender und Empfänger. Hinzu kommt eine im 3D Druck hergestellte optische Barriere zwischen IR LED und IR Empfänger. Für das Sensor Kabel wir ein PUR Umhültes Kabel verwendet. PUR ist Salzwasser und UV Fest. Der Sensor verfügt über ein 16mm Gewinde um in eine Befestigung eingeschraubt zu werden. Ebenso besitzt er eine Status LED im Klarsicht Gehäuse. Kleine Sensor Platine vor dem Verguss. Wer sich für die genauen Baudetails sowie die genau Funktionsweise interessiert sowie alle Materialien die ich genutzt habe https://www.marelab.org/index.…k/osmose/ir-wasser-sensor

Sensor Vergossen

Derzeit läuft die OsmoCtrl jetzt im Probebetrieb bei mir und ich bin sowas von zufrieden endlich kein Wasser mehr schleppen zu müssen . Bitte beachten die Schaltpläne & Software die ich veröffentlicht habe sind BETA Status! Die Steuerung wird wohl in nächster Zeit noch mal Redesigned, derzeit basiert die OsmoCTRL auf einem 1€ Arduino Mini Board, kann man oben auf dem Bild nicht sehen da es von hinten Huckepack auf der Platine sitzt. Werde das denke ich austauschen gegen einen ARM Chip, der auch von Maxspect für die GYRE 200 verwendet wird dann kann ich noch mehr Schnickschnack im Programm unterbringen. Als nächstes muss ich noch die Modbus RS422 Schnittstelle der OsmoCtrl an meine Steuerung anschließen dann kann man auch alles online überwachen und konfigurieren.

Gruß
Marc