Ampeln im Privatbetrieb

Eine der häufigsten Fragen, die wir bekommen ist: "Ich habe eine Ampel und möchte sie privat betreiben. Wie geht das?". Durch diese Vielzahl der Frage, haben wir uns gedacht, eine Themenseite dazu einzurichten, mit einigen Beispielen. Die Beispiele sind nicht verbindlich und beziehe sie auf meine Sammlung. Wenn es dennoch Fragen geben sollte, dürft Ihr Euch natürlich gern melden!

Die einfache und nicht- automatisierte Methode...

 

Eine einfache Methode, die ganz am Anfang auch ich wegen knappen Finanzmitteln bevorzugt habe, waren einfache Lichtschalter.

Signalgeber können bis auf wenige Ausnahmen direkt an 230V Netzspannung angeschlossen werden. Sie benotigen kein Drehstrom, kein Gleichstrom oder ähnliches. Ausnahmen gibt es wenn:

 

- Ein Leuchtmittel mit einer Spannungsangabe, z.B. 12V, 24V, 40V, ohne Trafo eingebaut ist. -

 

Die Schaltermethode ist unterschiedlich ausführbar. Zum Beispiel kann man fertige Kippschalt mit bereits eingebauten Zuleitungen verwenden, Aufputzschalter, oder sich mit Einbautastschaltern und einer Abzweigdose ein Schalterelement bauen. 

 

 

 

 

So könnte das Schalterelement mit den Einbauschaltern und Abzweigdose aussehen. Der Aufbau ist relativ Einfach, dennoch sind die Elektro- Sicherheitsbestimmungen zu beachten.

Die automatisierte Methode...

 

Die bevorzugte, angenehmste, aber auch teuerste Methode, ist die automatisierte Methode. Hierbei kommt eine Steuerung zum Einsatz. Beispielsweise kann man die Originalen Steuergeräte von den Altanlagen verwenden. Dies hat allerdings ein Paar Nachteile:

 

- Die Rotlichtüberwachung muss voll sein (sonst geht die Anlage gleich wieder aus)

- Die Unterlagen der LSA sollten verhanden sein, sonst wird der Betrieb schwer

- Bei einigen Gerät- Typen ist der Betrieb mit LED nicht möglich

- Betrieb von Dezentralen Anlagen kann kompliziert werden, besonders ohne das nötige Zubehör

 

Aus diesem Grund bevorzuge ich es, selber Steuerungen zu machen. Diese können ganz unterschiedlich ausgeführt werden. Zum Beispiel durch Zeitrelais, Steuerelemente wie z.B. Arduino, oder mit speicherprogrammierte Steuerungen (SPS), wie z.B. Siemens Logo oder Eaton Moeller Easy. 

Vorteil hierbei ist ganz klar, dass man sie selbstständig und Frei programmieren kann. Mit genug Vorkenntnissen in der Logik, ist dies sogar ganz einfach.

Für meine Anlagen verwende ich eine SPS, die ich selber programmiere. Dafür baue ich quasi kleine Steuergeräte, die aus einer Aufputz- Unterverteilung, der SPS und Elektro- Sicherheits- und Klemmvorrichtingen bestehen. An diese können dann die Signalgeber angeschlossen werden.

 

Für die Steuergeräte ist nicht nur die Versorgung der Steuerungen wichtig, sondern auch der Aufbau der Geräte. Dafür ist es empfehlenswert, sich einen Stromlaufplan, beziehungsweise einen anfertigen zu lassen. Als Beispiel für einen Stromlaufplan ist hier der Plan meiner niederländischen LSA zu sehen.

Aufbau des Stromlaufplans:

Von der Spannungsquelle (in unserem Fall eine Steckdose) geht eine Zuleitung auf den FI, den Fehlerstrom- Schutzschlater. Dieser schützt Personen bei einem Körperschluss. Körperschluss heißt, dass Strom auf einem Metallgehäuse anliegt. Vom FI geht es weiter auf (in dem Falle) vier Sicherungsautomaten. Die ersten zwei sind für die SPS, einer für das Gerät, welches die Hauptrichtung steuert (HS [Hauptschalter] H [Hauptrichtung]) und der ander für das Gerät für die Nebenrichtung (HS [Hauptschalter] N [Nebenrichtung]). Die anderen zwei gehen auf die Schalteingänge, die einen Befehl auslösen (hier zwei unterschiedliche Blinkprogramme). Zusätzlich gehen hier (auf Grund der Größe der Anlage) noch jeweils ein Sicherungsautomat auf die Relaiseingänge. Von dort geht Spannung auf das Relais, das von der SPS geschalten wird. An den Relaisausgängen werden die Signalgeber angeschlossen. Ratsam ist es, zwischen SPS und Signalgeberkabel noch eine auftrennbare Klemme einzubauen. 

Mit dem Stromlaufplan kann dann das Steuergerät erstellt werden. Wie schon erwähnt benutze ich eine Aufputz- Unerverteilung, in die ich die Elektro- Installation samt der SPS einbaue. Als Beispiel, wie das aussehen könnte, hab ich hier ein Foto vom Steuergerät für meine DDR- LSA

Wie auf dem Foto zu sehen, bevorzuge ich es, an die Relaisausgänge auftrennbare Klemmen anzuschließen. Diese haben den Vorteil, dass es die Unterverteilung übersichtlicher macht, die Signalgeber schneller abgeklemmt werden können, und in Stör-, Schadens-, oder Simulationsfall einfach die Klemme aufgetrennt werden kann.

Genau so wichtig, wie eine fehlerfreie Elektroinstallation, ist das, was die Anlage arbeiten lässt:

Die Versorgung für die SPS.

Diese wird mit einer Software am Rechner programmiert. Zu beachten ist dabei, dass man mit der Software auch die Version der SPS programmieren kann, die man besitzt.

 

Wie programmiert man eine SPS, die eine Ampel schalten soll? Erstmal ist wichtig, sich mit den Logikbausteinen vertraut zumachen (UND, ODER, NOT, ...). Das programmieren einer LSA auf einer SPS hab ich gelernt, indem ich durchprobiert hab, bis es funktioniert hat. Und dies kann ich jedem Anfänger empfehlen. Bei Logik- Programmierungen kann man nichts verkehrt machen. Bespielsweise werden Widersprüche angezeigt und am Ende kann man die Versorgung simlulieren, bevor man diese auf das Gerät läd. Wie allerdings eine Versorgung eines Kfz- Signalgebers aussehen könnte, kann ich mit einem Beispiel, wie ich es programmiere, erläutern.

So sehen meine Grundversorgungen für einen Kfz- Signalgeber mit deutscher Schaltung aus. 

Wie funktioniert die? Der Baustein "I1" ganz links schaltet die Anlage ein oder aus. 

Wenn die LSA aus ist, wird mit einem NOT- Baustein das Signal negiert, also aus "AUS" wird "EIN". Von dem NOT- Baustein geht das erzeugte Signal auf die Rücksetz- Nocken, bei Rot und Gelb zusätzlich über einen Merker. Dabei werden laufende Einschlatverzögerungen zurückgesetzt. Würde man dies nicht machen, kann es passieren, dass zum Beispiel das Rot beim Ausschalten der Anlage weiterläuft, und sich die Anlage am Ende komplett verschaltet. Deswegen empfehle ich, quasi als Absicherung, alle Merker und Rücksetz- Nocken im "Aus"- Zustand zu aktivieren. 

Wenn die LSA an ist, läuft das Signal über eine speichernde Einschaltverzögerung. Die ist für das Einschaltbild da. Einschaltbild ist das Starten der Anlage. Dabei werden alle Signalgeber der Nebenrichtung und alle Fußgänger Signalgeber auf Rot gestellt, und erst etwas später (z.B. 10 sek.) wird in der Hauptrichtung über Grün eingeschalten. 

Das Signal geht über ein UND- Glied auf einen Ausgang "Q3". An dem UND- Glied sind noch zwei NOT- Glieder, die jeweils mit Rot und Gelb verbunden sind. Diese Sorgen, dass Grün nicht leuchten kann, wenn Rot oder Gelb aktiv ist.

Zeitgleich geht das Signal auf zwei speichernde Einschaltverzögerungen...

Eine speichernde Einschaltverzögerung steuert Gelb an, nach einer Zeit, die man selber einstellen kann, je nach Bedarf. Die zweite für Rot, sollte zwischen 3 und 5 Sekunden später zuschalten. 

Sobald Rot aktiv ist, passiert schon viel mehr. Das Signal geht auch auf zwei normale Einschaltverzögerungen. Eine ist mit einem Merker verbunden, der das Rotsignal aufhebt, so dass wieder Grün ist. Über diese Verzögerung kann also die Rotphase definiet werden. Die Zweite Einschaltverzögerung ist mit Gelb verbunden. Wichtig ist, dass diese Verzögerung eine Sekunde vorher zuschaltet, bevor der Merker von Rot aktiviet wird...

Zusätzlich geht noch ein Signal auf den Merker von Gelb, schaltet das Gelb aus und verhindert ein fehlerhaftes einschalten.

In dem die Einschaltverzögerung, die mit Gelb verbunden ist, eine Sekunde vor dem Merker aktiviert wird, kommt so von alleine Rot-Gelb zu stande. Wenn Rot durch den Merker aufgehoben wird, wird Gelb automatisch mit deaktiviert. Die beiden NOT- Glieder bei Grün, negieren wieder das Signal, so dass Grün wieder angeht, sobald Rot und Gelb aus sind. Und das sind schon die Grundlagen für eine Ampelsteuerung. Einen Fußgängersignalgeber kann man auch dazu programmieren. Am besten ist es den so zu programmieren, dass er auf das Rotlicht vom Kfz reagiert. Man kann auch alle möglichen Schaltbilder anhand diesen Schemas erstellen, muss halt nur hier und da was anpassen. So kann man zum Beispiel eine DDR- Schaltung, eine 3-Bild-Schaltung (z.B. Niederland, Frankreich,...), eine österreichische Schaltung, oder oder oder programmieren. 

So könnte, bzw. sieht eine fertige LSA von mir aus. Diese LSA ist eine Fußgänger- Lichtsignalanlage

(F-LSA), besteht aus einem Kfz- Signalgeber (Q1 Rot, Q2 Gelb, Q3 Grün), und einem Fußgängersignalgeber (Q4 Rot, Q5 Grün) mit Quittierungssignal "Warte" (Q6). Diese LSA lässt sich über den Schalter "I1" ein- und ausschalten. Über den Schalter "I2" kann man das Programm wechseln: Schalter aus = Pr1 Festzeit (aller 60 Sekunden werden Fußgänger automatisch ohne Anforderung für 30 Sekunden freigegeben). Schalter ein = Pr2 Verkehrsabhängig (die Fußgänger bekommen nur auf Anforderung über den Taster "I3" eine Freigabe. Nur im Pr2 funktioniert die Quittierung.)

Aufbau eines selbstgebauten Steuergeräts am Beispiel "Logo!"

 

 

Eins vorne Weg: dieses Beispiel hat keine Gewährleistung und keine Bindung! Ich übernehme keine Haftung für Fehler, Schäden oder ähnliches - ich setze es so um, wie ich es am besten finde!

 

Der Aufbau eines selbstgebauten Steuergeräts mit einer Logo ist simpel, bringt aber auch Kosten mit sich. Dennoch mal das Beispiel aus meiner Sammlung, wie so ein Gerät gebaut werden kann. Mit den vorhergehenden Vorbereitungen sollte nun alles fertig sein: der Stromlaufplan erstellt, die Versorgung für die SPS geschrieben. 

Besorgen wir also nun eine Unterverteilung Aufputz, einen FI, einen Sicherungsautomaten mit einem niedrigen Nennstrom und der Karakteristik "B" (ich benutze "B6" Automaten), und noch ein paar Automaten, die nicht wirklich ihren Zweck erfüllen, sondern für die Programmwahl gedacht sind.

Diese bauen wir nun in die Unterverteilung ein.

Es aller erstes verbinden wir den FI mit dem Sicherungsautomaten, der gleichzeitig unser Hauptschalter wird. Der FI selber, schützt uns nicht nur vor einem Körperschluss, sondern hat auch noch eine weitere wichtige Aufgabe: er ist gleichzeitig unser "Service- Modus". Durch das drücken der Prüftaste (hier gelb) wird der FI ausgelöst. Dabei ist die Anlage allpolig von der Spannungsquelle getrennt und 100% Spannungsfrei. Dies ist wichtig, wenn Arbeiten an der Anlage durchgeführt werden müssen.

Als nächtes gehen wir von dem B6- Automaten auf unseren "Programmwahlschalter" und auf die SPS...

Wichtig hierbei ist, dass wir die Spannung auch auf die Eingänge der schaltenden Relais auflegen. Dabei brücken wir von Eingang zu Eingang.

Die Spannung muss auch auf unseren "Programmwahlschalter". Von dort geht auf einen jeweiligen Eingang, den wir vorher in der Versorgung festgelegt haben.

Dann bereiten wir den Klemmblock für die Signalgeber vor. Wie schon erwähnt bevorzuge ich auftrennbare Klemmen. 

Wenn der Klemmblock fertig ist, legen wir die Klemmen jeweils auf die Relaisausgänge auf.

Das wichtigste darf natürlich nicht vergessen werden, der Netralleiter. Nur ein geschlossener Stormkreis ist ein Funktionierender Stromkreis.

Nun ist die Installation innerhalb der Unterverteilung fertig. Nun können die Zuleitung und die Signalgeberleitungen eingezogen und aufgelegt werden.

Wenn die Zuleitung und die Signalgeber aufgelegt sind, ist die Unterverteilung fertig. Ich empfehle vor dem Anbringen des Verdecks noch einmal durch zu klingeln, ob alles richtig angeschlossen wurde. Dabei trenne ich die Klemmen auf, und brücke zwischen hinter dem FI und hinter den Trennstellen der Klemmen. Somit ist die SPS aus dem Stromkreis außenvor. Danach kann das Verdeck angebracht werden.

Jetzt geht es in den Endspurt. Wir öffnen auf dem Rechner die fertige Versorgung und verbinden den Rechner mit der SPS über das dafür vergesehene Übertragungskabel. Erst wenn das passiert ist, setzten wir die SPS unter Spannung. Sonst bekommt sie die Verbindung mit dem Rechner nicht mit.

Wenn die Versorgung übertragen wurde, wählen wir bei der SPS den "RUN- Modus". Der Rechner fragt dem entsprechend, ob er in den "RUN- Modus wechseln soll, und bei der SPS reicht die betätigung der Escape- Taste. Damit hören beide auf miteinander zu komunizieren und die SPS läd die Versorung. Ab da kann es los gehen. Jetzt kann die Anlage gestartet werden.

 

 

 

 

Noch ein paar Tipps!:

 

- den Programmwahlschalter als solcher Kennzeichnen

- für die Verdrahtung ist ein Querschnitt von 1,5mm² bis 2,5mm² zu empfehlen

- Wie auf der SPS steht, nicht den Strom von 10A überschreiten, sonst bleiben die Relais kleben

- nicht mehr als maximal zwei Lampen auf einen Ausgang legen, um die Relais zu schonen

- die Versorgung archivieren, für den Fall, dass die SPS kaputt geht

 

Und der wichtigste Tipp:

- lasst jemanden mit echten Elektrokenntnissen mal drüber schauen! Elektrosicherheit ist ALLES! 

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©Tom Seeberger