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Un AUTOMATE POUR LA GESTION DE L'AQUARIUM RECIFAL

Voici un exemple de gestion automatisée d'un aquarium récifal réalisé à partir d'un automate Siemens Logo!, ce peut être aussi porté sur un automate Télémecanique Millénium 3 ou tout automate possédant 2 entrées analogiques, 12 entrées logiques 12/24V et 16 sorties relais.


Attention : Seuls les modèles type 6ED1 052-1MD00-0BA5 conviennent

J'ai légèrement modifié ce dernier pour ajouter un rétro éclairage et une connexion pour un interface direct RS-232 pour PC. Ces modifications sont un peu délicates et réservées aux électroniciens.

La modification du rétro éclairage consiste à enlever la pellicule réfléchissante de l'écran LCD (ce devient une 'vitre', de placer 4 LED entre l'écran et une feuille blanche placer sur le circuit et d'alimenter les LED par un courant de 20 mA via l'alimentation 24V.

L'interface RS-232 consiste à placer un MAX3232 sur la prise au pas de 1.27mm alimenté en 5V via cette prise broche 4, masse broche 5, TXD broche 1, RXD broche 6. Les signaux TXD et RXD sont en TTL 5 Volts sur le connecteur Logo!. L'isolement galvanique n'est pas utile et un circuit d'interface TTL-RS232 alimenté par le Logo! suffit pour assurer la mise à niveau électrique des signaux de communication. Dés lors il est possible de communiquer avec un PC via le logiciel LogoSoftComfort pour les opérations de programmation (c'est pratiquement infaisable sans cela à moins d'une cartouche mémoire déjà programmée).

L'automate est placé dans un coffert étanche (2x13 éléments DIN) avec son alimentation 12 ou 24 Volts [NB : Il est impératif d'utiliser un modéle 12/24V pour éviter les risques de chocs électriques et bénéficier des entrées analogiques).

J'ai également développé un module au fomat DIN (2 éléments) pour interfacer les sondes analogiques pH et température afin de mettre les signaux température 0-40°C et pH 4-10 dans la plage 0-10 Volts compatible avec les automates industriels.

Fonctionnalités

L'automate assure les principales fonctions d'asservissement d'un aquarium récifal.

Osmolation

Cette fonction assure le maintien du niveau d'eau dans l'aquarium. Pour cela des capteurs TOR (Tout Ou Rien) sont placés dans la décantation dans le compartiment à niveau variable. Deux circuits sont mis en parallèle (et peuvent être considérés redondants bien que leur utilisation soit un peu différente). Le premier passe par un RAH (Réacteur A Hydroxyde de calcium), cela permet de compléter le niveau est apportant également une supplémentation en calcium. Cependant cette supplémentation est meilleure lorsque le pH est bas aussi la mesure du pH intervient dans le contrôle. Autre élément de pilotage, l'agitation du RAH fait que celui-ci demeure indisponible pendant les instants qui suivent un cycle d'agitation (réglé par défaut à 10 minutes). Enfin l'osmolation n'est pas continue pour éviter un brusque changement mais procède par petite injections de 2 minutes suivies de pauses de 3 minutes.

L'osmolation directe sans passer par le RAH s'avère nécessaire lorsque le pH est supérieur à 8,3 ou lorsque un second capteur de niveau, légèrement plus bas que le premier, indique un niveau bas ou encore lorsque le niveau est très bas dans le compartiment de remontée.

Des compteurs d'utilisation permettent de juger du ratio de l'osmolation directe versus celle effectuée via le RAH.

Une surveillance des défauts possibles entraine des alarmes visuelle et sonore complété par des messages indicatifs.

Le BP (Bouton Poussoir) Stop Tout arrête également la fonction d'osmolation.

Brassage/circulation

Le système de brassage/circulation est basé sur un bac technique annexe (décantation).

Le brassage comporte deux circuits qui sont placés soit en mode alternés selon des cycles de 6 heures imitant les marées (accalmie nocturne), soit en mode pulsé selon des cycles aléatoires de 1 à 5 minutes produisant des courants de houle. Ce choix est fait en fonction de la technologie des pompes. Les cycles sont paramétrables. Des BP (Boutons Poussoirs) permettent de suspendre ou même d'arrêter le brassage. Un appui court déclenche une pause de 20 minutes (pause nourrissage ou de maintenance), un appui prolongé pendant 5 secondes arrête de façon permanente le brassage. L'alarme visuelle indique cet état. Les BP possibles sont BP Stop Tout, BP Pause Nourrissage.

La circulation comporte deux pompes indépendantes (redondance), elles participent également au brassage en suivant des cycles de marée (accalmie nocturne). Des BP au fonctionnement identique à celui du brassage permettent les opérations de maintenance.

Les BP possibles sont BP Stop Tout, BP Stop Circulation. Un capteur de niveau placé dans le compartiment de remontée arrête les pompes pour éviter un fonctionnement à sec.

L'écumeur est également piloté pour favoriser le nourrissage planctonique et simplifier les opérations de maintenance. Un timer arrête l'écumeur pendant les premières heures de la soirée. Les BP possibles sont BP Stop Tout, BP Stop Ecumeur, BP Pause Nourrissage.

Climatisation

La climatisation est pilotée par un capteur de température.

Des seuils d'hystérésis et des temporisations évitent les cycles courts.

Un abaissement de la température de 1 degré est fait en période nocturne.

Eclairage

Trois timers indépendants pilotent le système d'éclairage. La configuration standard est tubes bleus, HQI, éclairage nocturne/refuge. Il est possible d'utiliser le mode automatique de changement d'heure d'été. Des compteurs d'utilisation permettent de juger de l'usure et de la nécessité de changement des lampes. Des BP permettent l'arrêt ou la mise en marche pour une durée limitée à 30 minutes.

Alarmes

L'automate détecte, signale et affiche les principaux défauts :

L'alarme est visuelle en mode nocturne, visuelle et sonore en mode diurne.

Les messages d'erreur sont sauvegardés et nécessitent toujours un acquittement opérateur.

Autres fonctions

RAC/DAS : La sonde pH permet le contrôle d'un ensemble RAC/DAS pour n'utiliser ce dernier que pendant de courtes injections alors que le pH est supérieur à 7,9.

Etalonnage de la sonde pH. Ce mode paramétrable permet de régler le 0 du pH (7).

Description des 12 entrées utilisées

I1, Type : TOR 12 V, Nom : NIVEAU 1, Fonction : Capteur de niveau moyen dans l'aquarium, déclenche l'osmolation via un RAH selon pH. Filtrage des impulsions inférieures à 10 secondes et durée minimale de déclenchement de 30 secondes (préservation de la durée de vie de la pompe). Associé à un compteur de temps permanent CTP1 (durée de l'osmolation via le RAH). CF Osmolation.

I2, Type : TOR 12 V, Nom : NIVEAU 2, Fonction : Capteur de niveau bas dans l'aquarium, déclenche l'osmolation selon timer. Filtrage des impulsions inférieures à 10 secondes et durée minimale de déclenchement de 30 secondes (préservation de la durée de vie de la pompe). Associé à un compteur de temps permanent CTP2 (durée de l'osmolation hors RAH). CF Osmolation.

I3, Type : TOR 12 V, Nom : RESERVE, Fonction : Capteur de niveau bas dans la réserve, déclenche une alarme, bloque l'osmolation. Filtrage des impulsions inférieures à 5 secondes (préservation des pompes d'osmolation). CF Osmolation

I4, Type : TOR 12 V, Nom : BP Stop Tout, Fonction : Bloque le brassage et la circulation de l'eau lors des opérations de maintenance. Durée du blocage 20 minutes si impulsion courte, permanente si appuis pendant 5 secondes (déclenche alors une alarme visuelle).CF Brassage. Touche clavier associée : 4 Flèche droite.

I5, Type : TOR 12 V, Nom : BP Stop Circulation, Fonction : Bloque les pompes de remontées lors des opérations de maintenance. Durée du blocage 20 minutes si impulsion courte, permanente si appuis pendant 5 secondes (déclenche alors une alarme visuelle).CF Brassage.

I6, Type : TOR 12 V, Nom : BP Pause Nourrissage, Fonction : Bloque le brassage lors du nourrissage. Durée du blocage 20 minutes si impulsion courte, permanente si appuis pendant 5 secondes (déclenche alors une alarme visuelle).CF Brassage. Touche clavier associée : 3 Flèche gauche.

I7, Type : TOR 12 V, Nom : BP Stop Ecumeur, Fonction : Bloque l'écumeur lors des opérations de maintenance. Durée du blocage 20 minutes si impulsion courte, permanente si appuis pendant 5 secondes (déclenche alors une alarme visuelle).CF Brassage. Touche clavier associée : 4 Flèche droite.

I8, Type : TOR 12 V, Nom : SECU REMONTEE, Fonction : Capteur de niveau bas dans le compartiment de remontée, déclenche une alarme, bloque la circulation (préservation des pompes de remontées). CF Osmolation

I9, Type : TOR 12 V, Nom : BP Eclairage ON, Fonction : Allume toutes les lampes d'éclairage lors des opérations de maintenance. Durée de l'allumage 30 minutes.CF Eclairage.

I10, Type : TOR 12 V, Nom : BP Eclairage OFF, Fonction : Eteins toutes les lampes d'éclairage lors des opérations de maintenance. Durée de l'extinction 30 minutes. Prioritaire sur Eclairage ON. CF Eclairage.

I11, Type : TOR 12 V, Nom : BP Test Climatisation, Fonction : Test le bon fonctionnement du ventilateur. CF Climatisation.

AI1, Type : Analogique 0-10 V, Nom : pH, Fonction : Mesure du pH. Indicateur permanent. Seuils de déclenchement RAH/RAC : CF Osmolation. Seuils de déclenchement alarmes : CF Alarmes. Nota : Le mode paramétrable d'étalonnage de la sonde pH permet d'afficher en permanence la valeur mesurée sans déclencher d'alarme.

AI2, Type : Analogique 0-10 V, Nom : Température, Fonction : Mesure de la température. Indicateur permanent. Seuils de déclenchement Bas/Haut : CF Climatisation. Seuils de déclenchement alarmes Min/Max : CF Alarmes, Eclairage.

Description des 16 sorties utilisées

O1, Type : Relais 12 V, Nom : Eclairage 1, Fonction : Contrôle par timer1 de la rampe d'éclairage 1 (Tubes Bleus), associé à un compteur de temps permanent CPTL1 (durée de vie des lampes). Autres actions : BP Eclairage ON/OFF, Température Max. CF Eclairage.

O2, Type : Relais 12 V, Nom : Eclairage 2, Fonction : Contrôle par timer2 de la rampe d'éclairage 2 (HQI), associé à un compteur de temps permanent CPTL2 (durée de vie des lampes). Autres actions : BP Eclairage ON/OFF, Température Max. CF Eclairage.

O3, Type : Relais 12 V, Nom : Eclairage 3, Fonction : Contrôle par timer3 de la rampe d'éclairage 3 (Nocturne/Refuge), associé à un compteur de temps permanent CPTL3 (durée de vie des lampes). Autres actions : BP Eclairage ON/OFF, Température Max. CF Eclairage.

O4, Type : Relais 12 V, Nom : Agitation, Fonction : Agitation RAH/RAC, contrôle par un timer 5 minutes toutes les 4 heures. Autres actions : Bloque l'osmolation vie la RAH pendant 20 minutes. CF Osmolation.

O5, Type : Relais 12 V, Nom : Circulation 1, Fonction : Contrôle de la pompe de circulation 1 par un timer. Autres entrées : BP Stop Tout, BP Stop Circulation, SECU REMONTEE. CF Brassage et Osmolation.

O6, Type : Relais 12 V, Nom : Circulation 2, Fonction : Contrôle de la pompe de circulation 2 par un timer. Autres entrées : BP Stop Tout, BP Stop Circulation, SECU REMONTEE. CF Brassage et Osmolation.

O7, Type : Relais 12 V, Nom : Brassage 1, Fonction : Contrôle de la pompe de brassage 1 selon deux modes sélectionnables via un paramétrage interne : Mode Alterné, contrôle par un timer sur la base de cycles de 6 heures, Mode Pulsé, contrôle par un générateur aléatoire 1 à 5 minutes (en opposition à O8 Brassage 2). Autres entrées : BP Stop Tout, BP Pause Nourrissage. CF Brassage.

O8, Type : Relais 12 V, Nom : Brassage 2, Fonction : Contrôle de la pompe de brassage 2 selon deux modes sélectionnables via un paramétrage interne : Mode Alterné, contrôle par un timer sur la base de cycles de 6 heures, Mode Pulsé, contrôle par un générateur aléatoire 1 à 5 minutes (en opposition à O7 Brassage 1). Autres entrées : BP Stop Tout, BP Pause Nourrissage. CF Brassage.

O9, Type : Relais 12 V, Nom : Ecumeur, Fonction : Contrôle de l'écumeur par un timer. Autres entrées : BP Stop Tout, BP Pause Nourrissage, BP Stop Ecumeur. CF Brassage.

O10, Type : Relais 12 V, Nom : Circulation RAC/DAS, Fonction : Contrôle d'un RAC ou DAS par la mesure du pH. Filtrage des impulsions inférieures à 10 secondes et durée minimale de déclenchement de 60 secondes. Autres entrées : BP Stop Tout. CF Autres fonctionnalités.

O11, Type : Relais 12 V, Nom : Climatisation, Fonction : Contrôle d'un ventilateur par la mesure de Température, deux seuils pour un abaissement en période nocturne. Filtrage des impulsions inférieures à 10 secondes et durée minimale de déclenchement de 30 secondes. Autres entrées : BP Test Climatisation. CF Climatisation.

O12, Type : Relais 12 V, Nom : Chauffage, Fonction : Contrôle d'un élément chauffant par la mesure de Température, deux seuils pour un abaissement en période nocturne. Filtrage des impulsions inférieures à 10 secondes et durée minimale de déclenchement de 30 secondes. CF Climatisation.

O13, Type : Relais 12 V, Nom : Alarme Sonore, Fonction : Signalisation d'un défaut en période diurne (impulsion de 0,5s toutes les 5 secondes). Filtrage des défauts inférieurs à 10 secondes, mémorisation après disparition de l'événement déclenchant. Evènements gérés (par priorité décroissante : Température Min/MAX, Niveau Remontée Bas, Niveau Réserve Bas, Défaut capteurs de niveau (incohérence entre Niveau 1 et Niveau 2), Osmolation insuffisante (Niveau 2 Bas pendant plus d'une heure), pH Min/Max. CF Alarmes.

O14, Type : Relais 12 V, Nom : Alarme Visuelle, Fonction : Signalisation d'un défaut (impulsion de 0,1s toutes les secondes si alarme, permanent si indicateur mode Stop). Filtrage des défauts inférieurs à 10 secondes, mémorisation après disparition de l'événement déclenchant. Evènements gérés identiques à l'Alarme Sonore. Signale également le mode permanent des BP Stop Tout, Stop Ecumeur, Stop Circulation, Pause Nourrissage. CF Alarmes.

O15, Type : Relais 12 V, Nom : Osmolation RAH, Fonction : Pilotage de la pompe péristaltique du RAH lorsque le pH est inférieur à 8,3 et que le niveau d'eau est inférieur à Niveau 1 ou Niveau 2 et qu'un cycle d'Agitation RAH n'est pas en cours. Filtrage des Impulsions inférieures à10 secondes et maintien pendant 30 secondes minimum et 2 minutes maximum, pause de trois minutes. Couplé au compteur de temps CPTP1 (utilisation du RAH). Blocage par le BP Stop Tout. CF Osmolation.

O16, Type : Relais 12 V, Nom : Osmolation, Fonction : Pilotage de la pompe péristaltique d'osmolation lorsque le pH est supérieur à 8,3 et que le niveau d'eau est inférieur à Niveau 1 ou quelque sois le pH si le niveau est plus bas que Niveau 2 ou quelquesois le pH si le Niveau Remontée est bas et que le Niveau 1 est atteints. Filtrage des Impulsions inférieures à10 secondes et maintien pendant 30 secondes minimum et 2 minutes maximum, pause de trois minutes. Couplé au compteur de temps CPTP2 (utilisation de l'osmolation). Blocage par le BP Stop Tout. CF Osmolation.

Messages (par priorité décroissante)

1. Alarme Température, mémorisation de l'heure de déclenchement, indication de la valeur mesurée. Nécessite un acquittement.

2. Alarme Niveau Réserve Bas, mémorisation de l'heure de déclenchement. Nécessite un acquittement.

3. Alarme Niveaux, incohérence entre les entrées Niveau 1 et Niveau 2 ou fonctionnement interrompu pendant 1 heure (osmolation insuffisante), mémorisation de l'heure de déclenchement et du temps continu d'osmolation. Nécessite un acquittement.

4. Alarme Niveau compartiment Remontée, mémorisation de l'heure de déclenchement. Nécessite un acquittement.

5. Mode Etalonnage sonde pH, indication permanente de la valeur mesurée.

6. Alarme pH, mémorisation de l'heure de déclenchement, indication de la valeur mesurée. Nécessite un acquittement.

7. Mise sous tension, mémorisation de l'heure de mise sous tension, indication d'une coupure secteur. Nécessite un acquittement. Nota : Le fonctionnement reste normal et l'automate possède une réserve de 80 heures pour le maintien en mémoire des paramètres.

8. Compteurs d'utilisation Lampes CTL1, CTL2, CTL3. Affichage en heures, possibilité de remise à 0 de chaque compteur indépendamment des autres par paramétrage de l'automate. L'affichage est déclenché par l'appui sur la touche 6 flèche bas.

9. Compteurs d'utilisation Osmolation CPTP1, CPTP2. Indication de l'utilisation de l'osmolation via le RAH versus l'osmolation directe. Affichage en heures, possibilité de remise à 0 un compteur indépendamment de l'autre par paramétrage de l'automate. L'affichage est déclenché par l'appui sur la touche 5 flèche haute.

10. Affichage alterné 1, mesures Température et pH. Cet affichage est le cycle normal d'utilisation, en alternance avec le message 11, cycle 2 secondes.

11. Affichage alterné 2, Date et heure. Cet affichage est le cycle normal d'utilisation, en alternance avec le message 10, cycle 2 secondes.

Le programme en image :

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