Funduino Elevator - Aufzug für Arduino

Dieses Schulungssystem eines vierstöckigen Aufzugs bietet eine Plattform, die es Schülern und Studierenden ermöglicht, eine umfassende Palette von SPS-Programmieraufgaben mithilfe der Arduino Entwicklungsumgebung anhand einer Aufzugssimulation durchzuführen.

Mit diesem vorgefertigten Arduino-Projekt können Schüler ein realitätsnahes Aufzug-Modell konstruieren und programmieren. Die einzelnen Bauteile sind im Bereich der Mikroelektronik sehr üblich und umfassend dokumentiert. Die Schüler arbeiten also mit ihnen bekannten Materialien. Das Aufzug-Modell lässt sich variabel erweitern, um ein höheres Anspruchsniveau im Unterricht anbieten zu können.
Der Aufzug kann den Arbeitszustand eines typischen Industrieaufzugs bzw. Personenaufzugs simulieren. Dabei sind elektrische und mechanische Anwendungen eng miteinander verknüpft und bieten ein hohes Maß an Lerngelegenheiten.

Der Aufzug ist im oberen Bereich mit einer motorgesteuerten Kabine ausgestattet, die im Bereich der vier Stockwerke herauf und herunterfahren kann.

Die Kabinentür wird ebenfalls über einen Elektromotor gesteuert.

Tasten und Sensoren im oberen Bereich ermöglichen die Simulation und Steuerung der üblichen Aufzugfunktionen.

Im unteren Bereich ist ein Bedienpanel dargestellt, welches das Bedienfeld im Inneren des Aufzugs mit all seinen Funktionen darstellt. 

Auf dem unteren Panel befinden sich zusätzlich alle Ein- und Ausgangsbuchsen des Aufzugs. Der Aufzug kann über die SPS am Bedienfeld oder manuell über die Tasten gesteuert werden.

Vorteil für Bildungseinrichtungen
• Individuelle Aufgabenstellungen
• Bessere Vergleichbarkeit bei der Notengebung
• Kreative Lösungsmöglichkeiten
• Nutzung der Materialien, die die Schüler mit üblichen Arduino-Lernsets kennengelernt haben
• Nachhaltige Verwendungsmöglichkeit aufgrund robuster Materialien. Einzelteile können nachbestellt und ausgetauscht werden.

Highlights

• Das Modell verfügt über eine Vielzahl von programmierbaren Komponenten
• Arduino Projekt mit hohem Maß an Alltagsbezug
• Aufzug-Modell für vier Ebenen
• DC Antriebsmotor
• Motorsteuerung über integrierte H-Brücke L293D
• Alternative Antriebsmöglichkeit mit 360° Servomotor
• Türöffnung der Aufzugkabine mit Servoantrieb
• MP3 Modul zur Sprachausgabe (Fahrgastinformationen)
• Lautsprecher für die Sprachausgabe
• Lautsprecher für Statustöne
• Lichtschranke (1x pro Ebene)
• OLED Display zur Statusanzeige
• Aufzugtasten in den Ebenen. In den mittleren Ebenen separate Auf- und Ab-Tasten.
• Aufzugtasten im Bedienpanel der Aufzugkabine
• Alarmtaste im Bedienpanel der Aufzugkabine
• Taste für Türöffnung und Türschließung im Bedienpanel der Aufzugkabine
• Vollständig über USB nutzbar, keine externe Spannungsversorgung zwingend erforderlich
• Externe Spannungsversorgung für eine autarke Nutzung ist enthalten
• Externe Spannungsversorgung separat für Mikrocontroller (oder SPS) und Motor auswählbar
• Vollständiges Unterrichtmaterial und Dokumentation

Neben der vollständigen Hardware verfügt das Modul über eine umfassende Anleitung, mit der zunächst die einzelnen relevanten Bauteile erprobt und getestet werden können.

Im Verlauf der Arbeit mit dem Aufzug-Modell wird das Ziel verfolgt, einen Aufzug wie in der Realität vollständig automatisiert arbeiten zu lassen.
Der Aufzug enthält bereits einen Arduino Mega 2560 Mikrocontroller, der den Aufzug vollständig automatisiert steuern kann. Die notwendige Arduino Software ist eine OpenSource Anwendung, die kostenlos auf beliebig vielen Computern, auch in der Schule, installiert werden kann. Das macht dieses System im Unterricht universell und günstig einsetzbar. Die sogenannte "Arduino IDE" ist auf Schulserversystemen wie bspw. iServ auch als Softwarepaket verfügbar.

Es ist jedoch auch möglich, alle einzelnen Komponenten extern mit anderen PLC oder SPS anzusteuern.

Die Arbeitsspannung des Aufzugs beträgt nur 5V. So können alle Komponenten am System gefahrlos ausprobiert und bearbeitet werden.

Technische Details
Versorgungsspannung 5V auf Steuerungsebene
Externe Spannungsversorgung 6V - 12V (Für Vorführsituationen ohne angeschlossenen Computer)
Enthaltener Mikrocontroller: Arduino Mega 2560 kompatibel
Ein-Aus-Schalter separat für Motorspannung und Mikrocontroller
Gleichstrommotor mit Untersetzungsgetriebe
Steuerbare Kabinentür
Bewegungsmechanismus mit kugelgelagerten Rollen
Die externen Eingangs-/ Ausgangspunkte am Bedienfeld sind mit Buchsen für herkömmliche Breadboardkabel ausgestattet.
Rahmengerüst aus 20x20 Aluminiumprofil, schwarz.

Abmessungen
Grundplatte: 29cm x 21cm (Grundfläche hat ca. die Größe eines DinA4 Blattes und ist damit ideal geeignet, um an Schülerarbeitsplätzen eingesetzt zu werden.
Gesamthöhe: 49cm

Anwendungsmöglichkeiten
Erstellung von Anwendungen zur SPS Programmierung
Programmsimulationen
Arduino Anwendung mit hohem Maß an Alltagsbezug
Untersuchung des Funktionsprinzips von Aufzugmechanismen
Verbindung und Steuerung mechanischer und elektrischer Strukturen
Anwendungen der elektrischen Motorsteuerung
SPS-Steuerungsexperimente
MCU-Steuerungsexperimente

Lieferumfang
Aufzug-Modell für vier Ebenen
DC Antriebsmotor
Alternative Antriebsmöglichkeit mit 360° Servomotor
1x Türöffnung der Aufzugkabine mit Servoantrieb
1x MP3 Modul zur Sprachausgabe (Fahrgastinformationen)
1x Lautsprecher für die Sprachausgabe
1x Lautsprecher für Statustöne
4x Lichtschranke (1x pro Ebene)
1x OLED Display zur Stausanzeige
6x Aufzugtasten in den Ebenen. In den mittleren Ebenen separate Auf- und Ab- Tasten.
4x Aufzugtasten im Bedienpanel der Aufzugkabine
1x Alarmtaste im Bedienpanel der Aufzugkabine
2x Taste für Türöffnung und Türschließung im Bedienpanel der Aufzugkabine
2x frei verfügbare Ports inkl. 5V und GND im oberen Bereich des Aufzugs. Hier können zusatzmodule wie Beleuchtungen etc. angeschlossen und programmiert werden.
1x Netzteil
1x USB-Kabel

1x Aufbauanleitung
1x Vollständige Dokumentation mit vorgefertigter, kommentierter Aufzugsteuerung (QR-Code zum Bildungsportal)

Mögliche Aufgabenstellungen
Zwei Etagen im wiederholten Rhythmus anfahren. Beispiel eines Baustellenaufzugs. Es muss lediglich der Motor programmiert werden.

Zwei Etagen im wiederholten Rhythmus anfahren. Die aktuelle Etage wird im Display angezeigt.

Zwei Etagen werden je nach Tastendruck der jeweiligen Etage angefahren.

Zwei Etagen werden je nach Tastendruck der jeweiligen Etage angefahren. Die Nummer der jeweiligen Etage wird im Display angezeigt.

Der Aufzug stoppt in Abhängigkeit vom Lichtschrankensignal.

Weiterhin gibt es viele weitere Möglichkeiten, den Aufzug zu individualisieren. Beispielsweise mit Beleuchtungen oder Informationsdisplays über die frei verfügbaren Ports.