Diplomarbeit Automation HF: Funk-Text-Uhr mit Zürcher Dialekt

Die Aufgabenstellung wurde eigenständig ausgearbeitet. Diese Uhr dient als Designermöbel, welches zum Beispiel in einer Wohnung aufgestellt werden kann.

Die Zeit wird mittels Buchstaben projiziert. Die Buchstaben sind in einer Matrix zerstreut angeordnet. Um die Zeit anzuzeigen werden mehrere Buchstaben angeleuchtet und bilden daraus, im Zürcher Dialekt, Wörter welche die aktuelle Zeit beschreibt. Zusätzlich wird das Datum angegeben und es ist ersichtlich ob Winter- oder Sommerzeit aktiv ist. Die Zeit und das Datum werden per Funk mit einer Atomuhr synchronisiert, sind aber auch manuell einstellbar.

Die Steuerung wurde mit einer WAGO-SPS realisiert. Über digitale Ausgänge werden die Buchstaben angesteuert, welche benötigt werden. Eine Antenne und ein RTC-Modul an der SPS empfängt die aktuelle Zeit vom DCF77-Signal aus Mainflingen nahe bei Frankfurt DE. Ist dieses Signal nicht verfügbar, kann mittels digitalen Eingängen und einem Bedienfeld, die Zeit auch manuell eingestellt werden.

Das Programm wurde im CoDeSys V2.3 grösstenteils im Strukturierten Text geschrieben.

Nabil El Nadeim beschreibt, wie seine Diplomarbeit zustande kam

Die Idee für die Diplomarbeit Automation HF

Der Ursprung meiner Diplomarbeit liegt weit zurück, bis ins Jahre 2011, als ich den Studiengang Automation und Systemtechnik an der Höheren Fachschule in Uster begann. Zu jener Zeit war ich im ersten Semester und noch nicht gross mit der Systemtechnik oder Automation konfrontiert. Ich hatte lediglich eine Ahnung, was ich in einigen Jahren planen, ausarbeiten und realisieren kann.

Während der Mittagspause in einem Restaurant habe ich ein Objekt gesehen, welches mich sofort faszinierte. Es handelte sich dabei um die Qlocktwo. Eine Uhr die die Zeit in Worten darstellt. Ich dachte mir wie einzigartig es wäre eine solche zu besitzen. Ab diesem Zeitpunkt erhoffte ich mir, im Laufe des Studiums mir die nötigen Fähigkeiten anzueignen, dass ich zum Abschluss meiner Weiterbildung, die Qlocktwo als Diplomarbeit realisieren kann.

Als ich nach drei Jahren vor der Entscheidung stand, was ich als Diplomarbeit machen möchte, kam mir dieser Gedanke unbewusst wieder in den Sinn. Ich wusste, dass ich viel Zeit und Geld investieren werden muss. Es war mir aber auch klar, dass ich diese Arbeit für mich machen werde und einem motivierenden Arbeiten nichts im Wege stehen würde. Was mich zusätzlich anspornte war, dass meiner Kreativität durch die Realisierung keine Grenzen gesetzt sein würden. Schlussendlich konnte ich die Uhr nach meinen Bedürfnissen gestalten. Ich habe also die Sekundenanzeige des Originals gestrichen und dafür die Uhr mit einer Datumanzeige ergänzt, in welcher ich auch anzeige, ob Sommer- oder Winterzeit aktiv ist. Zudem habe ich die Zeitanzeige mit der Angabe von „Vormittags“ und „Nachmittags“ erweitert.

Mein Vorschlag wurde angenommen und die Aufgabenstellung wurde mir zugesandt. Das Konzept musste von A bis Z erstellt werden. Das Design und die Darstellungsart der Wörter, die Form und das Grundgerüst der Uhr, die Validierung der Geräte, etc. Um die beste Umsetzung heraus zu kristallisieren, habe ich verschiedene Varianten einander gegenübergestellt und Vor- und Nachteile erläutert.

Eine weitere Herausforderung war das SPS Programm. Niemals zuvor habe ich ein solch umfangreiches Programm im strukturierten Text erstellt. Um den Überblick zu behalten erstellte ich viele Kommentare im Programm.

In der Realisierung war schlussendlich sehr viel Geduld gefragt. 180 LEDs mussten alle einzeln von einer selber erstellten Steuerplatine aus verdrahtet werden. Es handelte sich um eine Fleissarbeit in der ich viel Ausdauer beweisen musste.

Mit der Erstellung der Uhr war die Arbeit noch lange nicht beendet. Das wäre toll gewesen! Alle Funktionen musste ich testen, Fehler messen und protokollieren. Ich habe jegliche Optimierungen vorgenommen, welche möglich sind. Das Endobjekt sollte gemäss meinen Vorstellungen ein Gebrauchsgegenstand sein, welcher in Räumlichkeiten platziert werden kann. Demzufolge musste ich gewisse Normen einhalten. Es war nicht einfach zu eruieren unter welche Normen dieses Gerät fällt, da diese sehr allgemein definiert werden und man sich durch mehrere Berichte durchlesen muss. Es ist mir schlussendlich gelungen, die Sicherheitsstandards einzuhalten.

Diplomarbeit HF: Die Uhr

Mit einer SPS-Steuerung empfängt die Funkt Text-Uhr, über eine DCF 77-Antenne mit einem Empfangsmodul an der SPS, das aktuelle Zeitsignal. Diese Uhrzeit wird in der Steuerung umgewandelt, damit die 

korrekten Zeichen beleuchtet werden und sie angezeigt wird. Das DCF 

77-Signal dient dazu die Uhrzeit in der Steuerung abzugleichen. Ist dieses Signal nicht in Reichweite oder die Uhr in einem Raum, welcher das Signal abschirmt, so kann man in den manuellen Betrieb wechseln. Über den eingebauten Taster kann so die gewünschte Uhrzeit eingestellt werden. Als Kontrollfunktion dient der Lampentest, welcher die Funktionstüchtigkeit der LEDs testet. Dabei werden alle Zeichen in einer geeigneten Reihenfolge beleuchtet. Sobald der Ablauf beendet ist, schaltet die Uhr wieder in die Zeitanzeige um.

Die Ansteuerung der LED erfolgt direkt über digitale Ausgänge an der SPS. Da diese 24V ausgibt und die LED nur mit 3V betrieben werden dürfen, muss von der Signalspannung 21V über einen Vorwiderstand abfallen. Dafür wird eine Steuerplatine verwendet auf welcher die Signale auf die LED verteilt werden.

Zu Beginn der Diplomarbeit hat man eine vage Vorstellung vom Endprodukt. Diese entwickelt sich während der Diplomarbeit Schritt für Schritt weiter. Man kann mitverfolgen, wie das Projekt seine Form annimmt. Zum Schluss der Diplomarbeit sieht die Uhr so aus, wie ich es mir vorgestellt habe und sie funktioniert auch so wie ich es mir erwünscht habe. Von der Dokumentation zur Realisierung bis zur Präsentation und der Benotung bin ich vollumfänglich zufrieden oder sogar mehr als zufrieden mit meinem Ergebnis. Heute steht diese Uhr in meiner Wohnung. Mit Stolz nehme ich Komplimente entgegen. Dies ist für mich die Genugtuung für all die Energie die ich ins Projekt gesteckt habe.

Alleine hätte ich diese Arbeit nicht so erfolgreich abschliessen können. Ich habe in meinem Umfeld Unterstützung erhalten, zum Beispiel der Vater von einem guten Freund, der eine Siebdruckerei betreibt. Mit ihm habe ich die Anzeigetafeln entwickelt, optimiert und hergestellt. In unserer Elektro Abteilung holte ich mir Rat zur Verdrahtung und Validierung der Komponenten. Die Dokumentation gab ich mehrfach zur Gegenlesung und mit meiner Freundin erstellte ich das Grundgerüst. Teilweise haben Laien mit mir an der Dokumentation gearbeitet und so konnte ich diese, mit deren Fragen und Unklarheiten welche für mich klar waren, ergänzen.

Durch die Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Fachleuten konnte ich mein Netzwerk in der Branche vertiefen. Die Uhr hat bei vielen, Interesse geweckt. Man hat sich immer wieder nach dem aktuellen Stand erkundet.

Durch die Beendigung und das Bestehen der Diplomarbeit habe ich die Höhere Fachschule im Studiengang Automation/Systemtechnik erfolgreich abgeschlossen. Ich darf mich nun offiziell als diplomierten Techniker HF bezeichnen.

Bei der Arbeit erhalte ich Komplimente und Anerkennung für meine Entwicklung. Ich hatte die Uhr während zweier Wochen im Betrieb zur Ansicht ausgestellt. Von unseren Systemtechniker dachten nicht viele, dass ich mein Projekt so realisieren könne, wie ich es mir vorgestellt hatte und dass auch noch ohne ihre Hilfe gross in Anspruch zu nehmen.

Durch die Diplomarbeit habe ich gelernt mich selbständig in ein Projekt einzuarbeiten, Folgeschritte zu planen, zu realisieren und zu dokumentieren. Mein jetziger Status als Techniker wird bei der Arbeit geschätzt. Ich kann nun meine Erfahrung in aktuelle Projekte einbringen.

Zusätzliche Funktionen der Funk-Text-Uhr

Die Funk Text-Uhr ist für mich ein vorerst erfolgreich abgeschlossenes Projekt. Vorerst daher, weil ich mir das Ziel gesetzt habe, dass ich sie durch zusätzliche Funktionen wie Wecker, Dimm-Funktion oder Ähnliches erweitern werde.