Rollladen-Steuerung

Warum auch immer Taster eingesetzt werden … ein Schalter tut's ja auch. Der Laden fährt dann bis zum Endschalter rauf oder runter, und fertig. Am naheliegendsten ist der Einsatz eines Umschalters mit Mittelstellung pro Laden, etwa dieser. Auch bei mehreren Rollläden pro Zimmer ist die Schalttafel nicht unübersichtlich groß.

Rekapitulation⚓

Trennrelais: Auf der Verpackung von Rollladen-Anrieben (Rohrmotoren) steht drauf, dass man diese nicht parallel schalten darf. Nicht ohne Grund, denn dann funktionieren die Endschalter nicht richtig! Hierfür wird ein sogenanntes Trennrelais erforderlich: Zwei 230-V-Relais mit so viel Arbeitskontakten wie Rollläden. Da die meisten Standard-Relais mit maximal 2 Arbeitskontakten ausgestattet sind, schaltet man ggf. mehrere Relais parallel oder je zwei 115-V-Relais in Reihe. Das ist billiger als ein Trennrelais der Rohrmotor-Hersteller und erfüllt den gleichen Zweck.

1 Schalter und mehrere Rollladenantriebe
Simpler Schutz vor gleichzeitiger Kontaktgabe
Stromdetektor mit Optokoppler

Verriegelung: Wenn man schon typische Relais mit Wechselkontakten verwendet, kann man auch gleich den Ruhekontakt eines Relais für den Arbeitskontakt des anderen Relais verwenden. So wird sichergestellt, dass das erste Relais Vorrang vor dem zweiten hat, d.h. das Bestromen beider Relais gleichzeitig gefährdet den Rohrmotor nicht.

Aktivitäts-Detektor: Da es nicht so einfach ist, den Schaltzustand der Endschalter abzufragen ohne den ganzen Rohr­motor zu zerlegen, muss eine Anzeige per Strom­detektor erfolgen. Das dritte Bild zeigt schließ­lich eine gängige Möglichkeit der Stromfluss-Erkennung mit Potenzial­trennung per Opto­koppler. Die anti­parallelen Dioden über dem Wider­stand sorgen für einen weiten Detek­tions­strom­bereich. Will man beide Halb­wellen erfassen nimmt man zwei Optokoppler oder einen mit 2 antiparallen LEDs. Genügt eine Halbwelle genügt für die Gegen­richtung eine Schottky-Diode, und die Verlust­leistung der Detektor­schaltung halbiert sich beinahe. Als Dioden genügen langsame Klein­spannungs-Dioden mit aus­reichender Strom­trag­fähigkeit: Für einen Roll­laden 1 A, für mehrere besser 3 A. Das Einbinden des Strom­detektors in eine Graetz­brücke würde dessen Verlust­leistung in die Höhe treiben, aller­dings sind alle mir bekannten Rohr­motoren alles andere als Energie sparend.

Eine Lösung mit Gattern, Transistoren und/oder Relais fällt dem Schaltschrankmonteur bestimmt irgendwie ein, mit einem Mikrocontroller ist's aber deutlich einfacher und über einen Hausbus fernsteuer- und abfragbar. Zumindest später mal. Ich gehe mal von einer Schaltung pro Zimmer aus. Mit dem preiswerten ATtiny2313 sind bis zu 3 Motoren steuerbar; ich habe — abgesehen vom Arbeitsplatz in der Uni — nur Räume mit bis zu 3 Rollläden gesehen.

Und so sieht es aus:

Die gesamte Mikrocontrollerschaltung ist netzgetrennt mittels Optokoppler und Opto-Triacs.

Das ist effektiv ein sogenanntes Trennrelais, nur ohne Relaiskontakte. Da jeder der Rollladen sein eigenes Paar Triacs BT131/600 abbekommt, wird hier nichts parallel geschaltet, obwohl mit dem Taster auch das parallele Fahren mehrerer Rollladen realisierbar ist.

Netztrennung ist für einen Hausbus-Anschluss ohnehin erforderlich. Ich gehe hier vom Typ TP-1 (9600 Baud RZ EIB) aus. Energie sparender als konventionelle Netzteile sind Schaltnetzteile, etwa von alten Handys. Der Hausbus (hier KNX) wird einfach vom Mikrocontroller mit minimaler Extra-Hardware bedient. Die Stromversorgung erfolgt sinnvollerweise zentral, indem man eine mindestens dreipolige Leitung zur künftigen Steuerzentrale vorsieht. Das ist billiger als jedesmal die Speisung vom KNX mit seinen 29 Volt realisieren zu müssen. Bei Massenproduktion sieht das etwas anders aus; ein MC34063 per Mikrocontroller tut da nicht weh. Längsregler sind zu ineffektiv, vor allem wegen der gelegentlich erforderlichen Triac-Zündströme.

Die Steuerung der Motoren erfolgt über je zwei Optotriacs und Triacs. Da die Leistungsaufnahme bei 100 W liegt, ist die Stromaufnahme von 1 A für die Auswahl der Triacs kaum ein Problem. Für alle Triacs ist eine höhere Spannungsfestigkeit als für ohmsche Lasten erforderlich, da das „lose“ Ende des Rollladenanschlusses eine um 90° verschobene Netzspannung führt, ungefähr ebenfalls 230 V~. Zusammen mit der anliegenden Phase ergibt das √2 × √2 × 230 V = 460 V Scheitelspannung. Mit 600-V-Typen ist man also gut bedient.

Auf Lochstreifenplatte, für vier Rollläden. Der Software-Kern unterstützt bis zu 8 Rollläden (= Bits im Byte), jedoch muss man dann entweder einen größeren Mikrocontroller nehmen oder Portexpander benutzen. Die Leuchtdrucktaster müssen mit weißen oder blauen LEDs bestückt werden, für genügend hohe Flussspannung.

Das mit dem KNX sieht hier so aus: Ein kleiner, kaum belastender Schleifenstrom von weniger als 1 mA fließt permanent durch OK1 und meldet dem Mikrocontroller Aktivität. (Auf der Ausgangsseite von OK1 ist der Pullup-Widerstand im Mikrocontroller.) Der wesentliche Spannungsabfall stellt sich an R29 ein (≈ 20 V), an R30 ein Zehntel davon (≈ 2 V). Fällt die Spannung schlagartig durch einen Sender um mehr als 2 V, leuchtet OK1 nicht mehr, bei noch mehr Spannungseinbruch beginnt die Diode D4 zu leiten und schützt die LED in OK1 vor exzessiver Sperrspannung. Die Kombination C5 und D3 leistet keinen Widerstand dagegen, es sei denn, der Spannungseinbruch ist größer als 8,2 V, dann leitet D3. Eine nachfolgende Spannungsüberhöhung aus der Versorgungsdrossel wird von C5 und D3 gekappt. Über R28 wird C5 so geladen, dass sich mit etwas Reststrom über D3 die Sende-Einbruchspannung von 8 V einstellt. Im Sendefall wird über OK2 und T9 die Z-Spannung über D3 kurzgeschlossen und dabei über C5 die Busspannung entsprechend abgesenkt. Die eigene Empfangsschaltung bekommt dies genauso mit wie andere Busteilnehmer. Die Sendedaten müssen an PB1 über R26 invertiert anliegen.

Da KNX ohnehin RZ-Kodierung verwendet, kann das controllereigene RS232-Interface nicht verwendet werden, und die Bit-Auswertung (u.a. wegen Kollisionserkennung!) und Bit-Generierung erfolgt unter Zuhilfenahme von Timer1. Dieses KNX-Interface sollte so wie's ist auch mit 12 V oder 5 V Busspannung funktionieren (was zu testen wäre). Statt einer Versorgungsdrossel genügt ein träge wirkender Längsregler.

Mit den Bedientasten wird durch kurzes Drücken die Bewegung unter Richtungswechsel in Gang gesetzt oder gestoppt. Langes Drücken lässt den Rollladen bis zum Loslassen bewegen?

Die Tasten-LED leuchtet permanent schwach, wenn Netzphase an den Triacs anliegt. Sie ist aus, wenn der Rohrmotor nicht angeschlossen wurde oder ausgefallen ist, etwa durch die eingebaute selbstrückstellende Temperatursicherung. Sie blinkt hell bei Auf- und Abbewegung, mit etwas längeren Leuchtintervallen in einer der beiden Richtungen (je nach Beschaltung / Verdrahtung).

Wird der Controller per KNX-Befehl dazu veranlasst, die Tastenfunktion aufzugeben, werden Tastendrücke zur Zentrale geleitet und nicht mehr ausgewertet. Es ist dann Aufgabe der Zentrale, entsprechende Rollladenbewegungen als Kommando abzusetzen oder auch nicht. Bei Inaktivität auf KNX fällt die Software auf den Lokalbedienmodus zurück.

Ein Zusatzfeature ohne Hausbus wäre bspw. eine Uhrenfunktion, die die Rollladenbewegung nach 24 h wiederholt.

Da der Mikrocontroller die Zeit zum kompletten Schließen und Öffnen messen und speichern kann, ist für die Hausbus-Steuerung eine hinreichend genaue Positionierung im Prozentbereich möglich. (Die beiden Zeiten sind im Regelfall unterschiedlich wegen der Masse des Rollladens.) Der Zeittakt ist eine Netzperiode.

Man kommt nicht ganz ums Basteln herum. Daher einiges in SolidEdge:

• Rollo-Festlager (Blech) für den Kasten-Einbau, Stahlblech 1..2 mm (ich habe das mitgelieferte Festlager zurechtgesägt und irgendwie eingebaut)
• Abdeckung (auf der gleichen Seite), damit der Panzer sich nicht im Festlager verklemmt (habe ich aus Pappe für Ordner gemacht)
• Unterputz-Schaltereinsatz für bis zu vier Luckenwalder Leuchtdrucktaster LDT (aus Alublech 1 mm und einigen Biegungen, in Arbeit)

Schalter­dosen-Einsatz
3D: Schalter­einsatz
3D: Abdeckung passend für Jung-Schalter­programm
3D: Roll­laden­achs­end­scheibe

Eine vorhandene Markise mit Somfy-Fernbedienung und Sonnen- + Windsensor (Schalenanemometer) hat folgende Macken:

• Kein Anschluss einer Lampe vorgesehen
• Sonnenautomatik hat zu geringe Hysterese und macht zu viele Verfahrbewegungen bei leichter Bewölkung
• Automatik geht stets nur voll-raus oder voll-rein, keine Zwischenstellungen programmierbar
• Fehlender Regensensor

Die Fernbedienung ist recht schick und soll unverändert weiterverwendet werden. Immerhin, das Protokoll ist bekannt: hier. 433,92-MHz-Sender und -Empfänger liegen herum oder gibt's billig zu kaufen. Die Software zum Senden sieht auch recht übersichtlich aus. Endlich mal keine Bibliothek, sondern richtiger Kode. Wie die Paarung funktioniert ist da allerdings nicht erklärt.

Ausgehend von den guten Erfahrungen mit der Morsekodesteuerung von 6 Gartenlampen tendiere ich für die Bedienung von einer größeren Zahl von Rollläden oder — wie hier im Raum 2E020 — Verdunklungen für einen Ein- oder maximal Zweitastenbetrieb, anstatt wie bisher mit der teuren Siemens-Logo!-Steuerung nur 2 Gruppen von Verdunklungen steuern zu können.

Schaltungsgrundlage ist ein 8-poliger ATtiny13 mit (verteilbaren) Portexpandern 74HC174, Leistungstreibern (2 × 6 bit) aus ULN2003 und 12 robusten 12-V-Relais. Ein einfaches Schieberegister (ohne Parallel-Out) genügt vollauf, weil die Relais den schnellen flüchtigen Schiebedaten ohnehin nicht folgen können. So benötigt man am Mikrocontroller zwei Eingänge und zwei Ausgänge; ein 6-poliger ATtiny4 täte es also auch noch. Aber für die Feuerwehr (= alle Rollos hoch) wird noch ein weiterer Eingang benötigt, bleibt noch ein letzter frei für den Hausbus.

Eine Detektion der Endschalter erfolgt nicht, es wird einfach die Zeit gemessen und daraufhin der etwaige Stand abgeleitet. Der zweite Taster hat die gleiche Funktion wie der erste, nur die Wirkrichtung wird gespiegelt: Statt Verdunklung 1 arbeitet Verdunklung 6 usw. So ergibt sich eine einigermaßen sinnvolle Funktion, je nachdem, durch welche der beiden Türen man den Raum betritt.

Falls jemand das ohne Mikrocontroller haben will, hier ein Konzept mit 2 Relais und 1 Taste. Lohnt sich so allenfalls für 1-2 Rollläden eines Raumes in einer Himmelsrichtung. Lässt sich nur schwer in einer Unterputzdose unterbringen, vor allem wegen der klobigen Relais und der Kontaktierung.

Sehr komfortabel, weil man nicht bis zum Ende den Taster gedrückt halten muss. Wie bei Garagentor-Steuerungen auch. Das Flipflop IC1A hält den Lauf- oder Stop-Zustand fest. Es wird von IC2A mit einer prellfreien und steilen Lo-Hi-Flanke gespeist, wenn die Taste S1 gedrückt wird. Dabei ist die Entprell-Zeitkonstante für's Öffnen absichtlich größer ((R7+R8)×C5) als für's Schließen (R8×C5) Wichtig ist das Ausschalten per Timeout, da der Rollladenpanzer klemmen oder vereisen kann. Dieses wird durch R9 und C4 realisiert. Die Anordnung von C4 sorgt dabei für Ausschalten durch Netzzuschaltung. Die Stellung des Richtungs-Flipflops ist dann undefiniert. Das hat zur Folge, dass der Taster einmalig wirkungslos sein kann, wenn nämlich der Rollladen am „falschen“ Ende steht: Mit Strommessung allein lässt sich die Stellung nicht feststellen. Zusätzlich gibt es Ausschalten per Strom-Aus, also beim Erreichen der End­schalter beider Rollläden, falls zwei angeschlossen. Ohne dieses Feature würde der Taster bis zum Timeout nicht reagieren (unerwartetes Verhalten). Auch dabei wirkt ein Zeitglied aus R11 und C6, welches für definierte Anfangs­bedingung sorgt und „fehlende“ Netz-Halbwellen überbrückt. Bei jedem Ausschalt­vorgang kippt das Richtungs-Flipflop IC1B, die LEDs am Ausgang schalten um und zeigen die Funktions­richtung für den nächsten Tasten­druck an. Der Netzteil-Kondensator C1 muss gerade so viel Strom liefern wie eine Relais­wicklung benötigt. Der Rest der Schaltung ist bis auf die LEDs ruhestromfrei, der von C1 bereit­gestellte Konstant­strom-Überschuss wird von IC3 an der CMOS-Schaltung vorbei geleitet.

Die Schaltung lässt sich auch komplett netzgetrennt mit Trafo realisieren. Da dabei die Reihenschaltung unzweckmäßig ist, ist eine Umkonstruktion der Relais-Ansteuerung nötig. Dafür stehen die Gatter IC2C und IC2D bereit. Ob man sich für 5 V oder 12 V entscheidet hängt von den vorhandenen Relais ab; die CMOS-Gatter vertragen beides. Der zweite Schaltplan zeigt wie's geht. Mit dem konventionellen Trafo liegt die Ruhe­leistungs­aufnahme höher als beim Kondensator­netzteil. Mit einem modernen USB-Stecker­netzteil, dann allerdings nur für 5 V, liegt die Ruhe­leistungs­aufnahme mit der netz­verbundenen Schaltung in etwa gleichauf. Der Einbau in eine Unterputzdose scheidet hierbei faktisch aus.

Prinzipiell lässt sich die Schaltung auch mit 74HC-Schaltkreisen (74HC74 statt 4013 und 74HC132 statt 4096) und ggf. Einzelgattern aufbauen, die Verknüpfungslogik für den invertierten Reset-Eingang ist dann etwas anders.

Für mehr als 2 Rollläden ist der Aufbau ohne Mikrocontroller weniger empfehlenswert, weil man mit mehr Freiheiten bei der Einzelsteuerung hat und eine Zeitsteuerung einbauen kann.