Akvárka

Tento článek si neklade za cíl vyjmenovat všechny možnosti jak řídit akvárium, ani nechce někomu určovat jakým způsobem akvárium řídit. Cílem je především snaha roztžídit možné způsoby řízení a popsat jejich výhody i nevýhody.
Co najdete v článku:
1. Neřízené akvárium
2. Řízení spínacími hodinami
3. Řízení mikroprocesorem
4. Řízení počítačem
5. Řízení PLC (programovatelný logický automat)
6. Topení
7. Měření chemických parametrů
8. Příklad řízení akvária
9. Shrnutí
1. Neřízené akvárium:
Výhody:
- Nízké pořizovací náklady
Nevýhody:
- Teplota a osvětlení akvária závislé na okolním prostředí
Absolutně neřízené akvárium je sice teoreticky možné, ale hovořit by se takto dalo o prvopočátcích akvaristiky, kdy se akvária vyhřívaly lihovým kahanem. I když v té době vlastně řízení bylo, ale ruční a mnohem náročnější. Dnes je možnost neřídit také. Pokud si někdo postaví akvárium na vhodné místo v pokoji, tak kromě nepřetržitě běžícího čerpadla filtru, nejsou pro chod akvária žádné další požadavky. Bohužel bez čerpadla akvárium moc dlouho nevydrží, zjistil to i p.Loyd v roce 1861. Když bude teplota v pokoji udržovaná v rozumných mezích, určitě by bylo možné takto chovat některé rybky i rostliny. Nyní však opustíme teorii a přejdeme k akváriím, které u nás přece jenom najdeme častěji. Tyto akvária většinou obsahují minimální avšak plně dostačující zařízení pro svůj provoz. Za minimum budeme považovat filtraci, osvětlení a topení. Prakticky ve všech akváriích je osvětlení řízeno.
2. Akvárium řízené spínacími hodinami:
akvarujní rybičky
Výhody:
- Snadná i rychlá realizace
- Rozumné cenové náklady
- Spolehlivost
- Jednoduchost obsluhy (jsou i výjimky)
Nevýhody:
- Při velkém počtu hodin vzniká „chaos“
- Nejde realizovat složitější řízení
Tento způsob řízení je vůbec nejrozšířenější a umožňuje až překvapivě komfortně řídit techniku v akváriu. Základní funkcí spínacích hodin bývá řízení osvětlení. Pokud budeme uvažovat digitální spínací hodiny (mechanické již opomeneme) je možné nastavit dobu sepnutí a vypnutí osvětlení s přesností na minuty. Pokud použijeme dvoje případně dvoukanálové spínací hodiny, můžeme rozsvěcení rozdělit na polovinu a tak částečně simulovat rozednívání a stmívání. Výhodou většiny spínacích hodin je vnitřní záložní baterie, která zálohuje samotné hodiny. Tak při výpadku proudu nepřijdeme o nastavené údaje. Pozor však při výběru typu. Některým hodinám při výpadku proudu odpadne relé a po obnovení už zůstane vypnuté. Naskočí až při novém sepnutí hodin dle jejich programu. Hodiny, které používají bistabilní relé, tuto nectnost nemají. Elektronika přesune relé pouze krátkým impulzem do požadované polohy a to v ní již setrvá. Výpadek proudu nemá na polohu relé vliv. Vhodné je i použití spínacích hodin s podsvíceným displejem, ve skříňce pod akváriem nebývá často osvětlení. Spínacími hodinami je možné řídit prakticky cokoliv, ať se jedná o spínání CO2, dávkování hnojiva či krmení.
Výrobců je opravdu mnoho, ale pokud hodláme použít více, než dvoje spínací hodiny je rozumné použít místo provedení do zásuvky, provedení na DIN lištu tedy do rozvaděče. Malý plastový rozvaděč i s kouřovým krycím sklem vypadá mnohem lépe než změť prodlužovacích šňůr se spínacími hodinami v zásuvkách. Do takového rozvaděče můžeme umístit mimo spínacích hodin i jističe, kterými jistíme vyvedené zásuvky pro osvětlovací tělesa, čerpadla, topení, apod. Velice vhodné je instalovat do rozvaděče i proudový chránič s jmenovitým proudem 30mA. Tím se budeme chránit proti úrazu elektrickým proudem, který je při práci v akváriu opravdu velice nebezpečný. POZOR, pokud nejste elektrikáři, nechte si zařízení zapojit od nějakého zkušeného elektrikáře, který může takové práce vykonávat. Kamarád po vyučení není opravdu ten nejvhodnější. Většina elektrikářských firem z okolí Vás nevyžene a určitě se s některým z jejich zaměstnanců dá domluvit. Vy jim můžete všechno připravit a nainstalovat. Vlastní zapojení provedou oni, a protože to jsou profíci, nebude jim to trvat nikterak dlouho. Takto zapojené zařízení Vám bude sloužit spolehlivě a hlavně bezpečně.
Příklad osazení rozvaděče:

* – Proudový chránič 30mA
* – Jistič osvětlení
* – Spínací hodiny dvoukanálové pro osvětlení (dva stupně „rozednívání“)
* – Jistič topení
* – Jistič čerpadla filtru + ventilu CO2
* – Spínací hodiny CO2
akvárium
Všechny jističe by mohly být 1A s charakteristikou B. V případě poruchy osvětlení, nebo vinutí čerpadla vypne bezpečně jistič pouze tento okruh.
3. Akvárium řízené mikroprocesorem:
Výhody:
- Možnost realizace velice pěkného řízení za velice rozumný peníz
- Možnost rozšiřování (pokud jsem na to myslel)
Nevýhody:
- Obrovská spotřeba času, stovky hodin (nevěříte?, věřte)
- Pokud má systém poruchu po n-letech, někdy ani tvůrce již neví, jak funguje
- Není jisté, že to vlastně bude správně pracovat
Možnost řídit akvárium pomocí MCU napadlo asi již hodně elektroniků – akvaristů. Vypadá co vcelku jednoduše. Navrhnu zapojení, vyrobím zařízení, napíši program. Vlastně ono to takhle jednoduché i je, akorát to přináší nečekané komplikace při případné realizaci. Pokud si přesně nerozmyslím, co od zařízení budu očekávat, nemusí to tam jít později dodělat. Konstrukce by měla zvládnout i nějaké to rušení (mixér, start zářivek, vysavač). Procesory se rádi zasukují, a i když se umí sami resetovat, nemuselo by na ten krátký okamžik všecko vypadnout. Jak se s tím poprat to je otázka. Pokud se přes návrh a konstrukci úspěšně přeneseme, zbývá napsat program. A to bývá většinou běh na dlouhou trať. I já jsem kdysi podlehl vidině komfortního řízení akvária pomocí MCU s dotykovým LCD displejem 320×240 bodů. Naštěstí jsem od toho upustil a tak se již mohu kochat pohledem na funkční akvárium.
akvarujní rybičky
4. Akvárium řízené počítačem:
Výhody:
- Cenově přijatelné, PC stačí z bazaru
- Vysoký komfort řízení a vizualizace
- Při poruše PC stačí nahrát program do jiného
Nevýhody:
- Zabere mooooooc místa
- Spotřebovává hodně el. proudu (přes noc i víc než akvárium)
- Spolehlivost běžného PC není zrovna velká
- Hlučnost ventilátorů v PC
Možná se to někomu zdá trošku (hodně) ujeté, ale není to tak špatný nápad. Princip je vlastně podobný jako řízení mikroprocesorem. Procesor se také většinou použije jako rozhraní mezi PC a řízenými prvky. PC pak jenom do procesoru posílá data zapni/vypni a on posílá zpět zapnuto/vypnuto. Procesor tak nevykonává žádné složité operace a veškeré řízení přebírá PC. V PC je možné napsat velice přehledný a graficky pěkný program, programovacích jazyků je opravdu mnoho.
akvárium

5. Akvárium řízené PLC:
Výhody:
- Vysoká spolehlivost
- Snadnost programování
Nevýhody:
- Vysoká pořizovací cena
PLC tedy programovatelný logický automat je pro své okolí taková černá skříňka. Funkci PLC si lze vysvětlit následovně. PLC načte stav všech svých vstupů, provede svůj program a podle výsledků programu nastaví výstupy. Tento proces se neustále opakuje. Programové možnosti PLC jsou velice rozdílné.
Nejjednodušší, takzvaná logická relé, mají určitý malý počet vstupů a výstupů. Program umožňuje používat logické rozhodování (jeli in A=1 a in B=1 tak out X=1), časování (jeli in A=1 10s tak out X=1), čítání (pokud in A=1/0 nastalo 12x tak out X=1), případně využívat LCD displej relé a jeho tlačítka. Složitější instrukce většinou nebývají k dispozici.
Vyšší řada PLC mívá větší počet vstupů a výstupů, v základním provedení bývají i analogové vstupy, případně komunikační rozhraní. Také jsou větší možnosti rozšíření, přidáním dalších karet. Program umožňuje složitější výpočty +,-,*,/, umožňuje rozhodování <,>,=<,=, případně je možné používat základní funkce proporcionálních regulací.

Nejvyšší řada PLC automatů bývá řešená již v základu modulově. Minimální konfigurace se většinou skládá z napájecí části, řídící jednotky a závěrné části (pokud je potřeba). Vložením příslušných modulů získáváme systém podle našich požadavků. Moduly jsou vstupní, výstupní, analogové DA i AD, komunikační RS232/485/422/CAN/PROFIBUS-DP, pro řízení servopohonů apd. Dostupných funkcí je mnoho (i několik set). Je možné pracovat s čísly s desetinou čárkou, porovnávat a vyhledávat ve skupině čísel i textů, používat goniometrické funkce, apod.

Řízení pomocí PLC je nejspolehlivější, bohužel má i své stinné stránky (pro případného zájemce). Nejhorší bývá opatřit si vhodné PLC. Pokud nepočítám nákup nového případně použitého zařízení za hodně peněz, již moc možností není. Občas se dá starší PLC demontovat z již vyřazených strojů. Je také možnost sehnat „porouchané“ moduly, které mají vadný třeba jenom jeden vstup. Další záležitostí je opatření si programu pro programování PLC. Pokud s ním nepracujete v práci, je to na Vás jak si jej opatříte. Dejme tomu že již máte vše potřebné. Pak stačí jenom nainstalovat, připojit vstupy a výstupy a napsat program. Program pro PLC se píše snadno. Výrobci mají připravené funkce, které stačí vhodně použít.
6. Topení:
Topení se časem neřídí. Teplotu udržujeme trvale na požadované hodnotě a většina topení má již řízení teploty zabudováno v tělese. I zde se mohou objevit některá úskalí. U „levných“ topení může po relativně krátké době dojít k poruše topné spirály. Konstrukce a materiály spirály jsou bohužel podřízené ceně. U kvalitních topení by tato porucha neměla prakticky nastat. Jiná situace je však u regulace teploty. Tam by se topení dala rozdělit na dva druhy a to s bimetalem a elektronické. Řízení teploty bimetalem (bimetal – pásek z dvou rozdílných kovů prohýbající se dle teploty) je poměrně málo přesné. Nastavení teploty bývá neopakovatelné, tj. po přesunutí stavítka jinam a zpět na výchozí místo nemusí být udržována stejná teplota. Pro akvaristiku je však přesnost dostačující a záleží spíše na kvalitě konstrukce. Zde se pozná opravdu kvalitní výrobek. Jeden nejmenovaný levný výrobek měl odchylku 5°C od stupnice a po 1 denním udržování teploty zůstal natrvalo sepnutý. (Nebyl zakoupen do akvária, ale pro jiné účely) Elektronicky řízené topení udržuje teplotu přesně a životnost je vzhledem k absenci pohyblivých dílů neomezená. Spolehlivost je tak podstatně větší.
7. Měření chemických parametrů:
Dnes lze měřit teoreticky cokoliv, jde především o cenu. V případě akvaristiky se dá bavit o teplotě [°C], kyselosti [pH] a vodivosti [uS]. Ostatní parametry jsou cenově mimo možnosti většiny akvaristů a měřit je automaticky by bylo, jako kdyby kolotočáři na pouti elektronicky měřili otáčky řetízkáče. Pokud pominu návody na konstrukci více či méně zdařilých zařízení, zbývá koupě hotového výrobku. Zde je možností více. Pokud zakoupíme ruční měřící přístroj v cenové relaci kolem 3.000,- Kč
je prakticky nezbytné před měřením provést kalibraci. Jen tak má měření smysl a je možné dosáhnou rozumné přesnosti. Další hranicí jsou průmyslové měřiče, většinou i s analogovým výstupem měřené hodnoty pro možnost záznamu. Zde cena začíná na 10.000 za jedenu měřenou veličinu. Tady vystačíme s kalibrací cca 2x za měsíc a hodnotu vidíme trvale na displeji. Pak následují profesionální zařízení, které si potřebu kalibrace vyžádají sami. Tam se cena pohybuje kolem 30.000. Tyto zařízení samozřejmě umí pH i vodivost.
8. Příklad řízení na mém akváriu:
Je to tak trochu paradox, ale na mém akváriu jsem použil několik systémů vzájemně propojených. Hlavní řízení zajišťuje PLC OMRON CPM2A 30CDR-A. Dobu spínání a vypínání osvětlení určuje digitální časové relé. O topení a chlazení se stará mikroprocesor ATMEL mega 16 s grafickým LCD 240×64. Teď trochu podrobněji.
Spínací hodiny určují pouze dobu rozsvícení a zhasnutí osvětlení. Svůj signál posílají do PLC. Použil jsem je pro snadnou změnu doby osvětlení bez nutnosti připojovat počítač k PLC.
Protože tento typ PLC nemá analogový vstup, je teplota řízena mikroprocesorem. MCU měří teplotu v přepadu z akvária a podle požadované teploty spíná buď topení, nebo chlazení. Topení obstarává těleso JÄGER 150W nastavené na 28°C. Tak i v případě poruchy nadřazeného řízení nedojde k přehřátí akvária. Původní chlazení výměníkem voda/vzduch bylo zrušeno, jelikož teplota vzduchu v létě neumožňovala chlazení provozovat. Nové chlazení funguje na principu odpařování vody z povrchu akvária. Ventilátor odsává vzduch z místnosti přes prostor mezi krycím sklem a hladinou. Tak bylo možné udržet teplotu vody na 30°C i při okolní teplotě vzduchu 35°C. Použití chladícího agregátu se zatím neplánuje. MCU spíná topení i chlazení pomocí SSR relé, tedy bezkontaktně.
PLC obstarává to ostatní. Simuluje rozednívání a stmívání postupným rozsvěcením 3 zářivkových stupňů. Zářivky jsou osazeny elektronickými startéry. PLC řídí případné dávkování CO2 a jeho odstavení 1,5h před zhasnutím. Dále řídí chod čerpadel ve filtru. Externí filtr je řešen s trvalým oběhem vody. Funguje to následovně. Pomocné čerpadlo zajišťuje neustálý průtok vody filtrem i při zastavení hlavního čerpadla. Tak při poruše hlavního čerpadla (nebo při čištění, kdy je vypnuté) nedochází k zastavení proudění vody ve filtru, což je nežádoucí. Třetí čerpadlo slouží pouze k dodávce vody do chovné nádržky vedle velkého akvária. Pokud dojde k výpadku proudu, čeká PLC 5 minut. Po té odstaví pomocné čerpadlo, topení / chlazení, a první stupeň osvětlení. Při trvání výpadku 10 minut se vypne 2 stupeň osvětlení a za dalších 5 minut je osvětlení vypnuto kompletně. Nyní jede na záložní zdroj pouze hlavní čerpadlo. Při obnovení dodávky el. proudu se čerpadlo spustí ihned, osvětlení se rozsvěcuje postupně s periodou 8 minut. Další funkci, kterou má PLC na starosti je zvedání a spouštění krytu nad akváriem. Ten je ovládán tlačítky nahoru / dolů a stop. Je to hlavně o komfortu, kdy se mi po stisknutí tlačítka zvedne potichoučku kryt s osvětlením i krycím sklem 40cm nad akvárium. Další funkce jako udržování hladiny vody a dávkování hnojiva již nevyužívám.
PH je měřené ručním přístrojem, ke kterému byla připojena průmyslová sonda. Ta je neustále ponořená ve vodě.
9. Shrnutí:
Není možné navrhnout optimální řízení. Každý si vytvoří svoje vlastní, které mu bude vyhovovat. Akvaristika je především koníček i zábava a tak Vám všem přeji plně funkční řízení akvárií, ať už jsou jakékoliv.

V kategorii: technika