Automatisierung und selbstfahrende Autos

Roboter – Fluch oder Segen?

Menschen sind nicht fürs Finanzparkett gemacht, weshalb Roboter bzw Robo-Advisors und die damit verbundene Automatisierung für durchschnittliche Anleger durchaus sinnvoll sind. Aber die Maschinen haben ihre Grenzen. Vor allem wenns auf den Märkten so richtig kracht. Der Behavioural-Finance-Experte Thorsten Hens im Interview. In dem Artikel Automatisierung und Energieeffizient  gehe ich auf das Thema weiter ein

Herr Hens, Behavioural Finance beschäftigt sich mit irrationalen Verhaltensmustern von Anlegern. Wie irrational sind Anleger?

Thorsten Hens: Verschieden irrational. Es gibt Anleger, die sind sehr irrational, und solche, die sind weniger irrational, aber nur ganz wenige sind am Finanzmarkt immer rational. Das ist eigentlich ein anthropologisches Problem: Menschen sind für soziale Interaktionen gemacht und nicht fürs abstrakte Finanzmarktparkett.

Was sind denn die häufigsten Fehler?

Das Herdenverhalten zum Beispiel. Viele Menschen legen prozyklisch an, das heisst, sie kaufen, wenn die Märkte boomen, und sie verkaufen, wenn es zum Crash kommt. Viele Menschen überschätzen sich und schichten ihre Portfolios zu viel um. Oder man schätzt seine Risikotoleranz nicht richtig ein: In Boomphasen überlädt man sich mit Risiken, und wenn es runtergeht, kriegt man kalte Füsse. In der Summe lässt sich das Fehlverhalten mit dem sogenannten Behavioural Gap errechnen, der nun in vielen Studien nachgewiesen wurde: Die Psychofallen kosten Anleger im Schnitt pro Jahr 4 bis 6 Prozent ihrer Anlagevermögen.

Man könnte sagen, die Menschen verhalten sich wie auf einer emotionalen Jagd- oder Kampfarena und nicht wie auf einer rational funktionierenden Anlageplattform.

Ja. Das Problem ist, dass in der Summe aller Anlagen und in Bezug auf den Gesamtmarkt keine Überrenditen entstehen können. Es kann nur jemand etwas gewinnen, wenn ein anderer etwas verliert. Aber jeder denkt von sich, dass er am Schluss der Gewinner ist. In der Summe geht es halt nicht auf.

Und wer sind denn in der Realität die Gewinner?

Die geschickteren und schnelleren Anleger wie Hedge Fonds oder Investmentbanken. Der Privatanleger tappt in all die erwähnten Psychofallen, rennt immer dem Glück hinterher und verbrennt dadurch viel Geld. Wir haben viele Daten analysiert. Es ist schon traurig, wie viel Geld verbrannt wird.

Spiegelt sich das irrationale Verhalten der Menschen auch an den Finanzmärkten?

Ja, klar. Durch das irrationale Verhalten werden die Märkte viel volatiler, als sie es aufgrund der ökonomischen Theorie sein sollten. Robert Shiller hat den Nobelpreis dafür bekommen, dass er ein Modell gefunden hat, die sogenannte Excess Volatility auszurechnen. Er vergleicht dazu den aktuellen Wert des US-Aktienindex S&P500 mit dem aktuellen Gegenwert der künftig zu erwartenden Dividenden der im S&P500 enthaltenen Aktien, was in der Ökonomie einer gängigen Methode zur Berechnung des fairen Wertes eines Vermögenswertes entspricht.

Und was ist das Resultat?

Die Wachstumsrate der beiden Werte ist die gleiche. Aber durch die Psychologie der Anleger schwankt der reale Index viel stärker hin und her. Von daher wäre es gut, wenn die Anleger ein bisschen mehr Training hätten. So wäre die Marktpreisbildung viel effizienter. Das wäre auch gut für die Wirtschaft als Ganzes.
Die irrationalen Verzerrungen auf den Finanzmärkten grafisch dargestellt: Der reale Wert weicht immer wieder von der «fairen» theoretischen Bewertung ab.

Wieso?

Der Sinn der Finanzmärkte ist ja nicht, dass der eine gewinnt und der andere verliert. Finanzmärkte sollten Signale geben, mit denen die Investitionen gesteuert werden können. Die Signale sind aber wegen der menschlichen Psychologie verzerrt. Über Jahrzehnte können Signale so sein, dass Leute Geld in Aktien hineinpumpen, obwohl die Erträge gar nicht da sind.

Ist denn am Schluss der rein rational handelnde Anleger besser?

Ja, weil für ihn die Volatilität eine Quelle des Erfolgs ist. Der rationale Anleger hat Geduld und er lebt von den Schwankungen, die die anderen Anleger verursachen. Der rationale Investor legt das Geld kontrazyklisch an. Das heisst, er erkennt Situationen, in denen die Menschen überreagieren, indem sie etwa alles verkaufen. Der rationale Investor kauft dann zu und erzielt so zum Teil beachtliche Überrenditen, wie die Beispiele der US-Anleger Warren Buffet und George Soros oder der Hedge Funds Renaissance Medaillon zeigen.

Das heisst aber auch: Wenn alle Anleger rational handeln würden, wäre es auch nicht möglich, Überschussrenditen zu erzielen.

Ganz genau. Dann wäre die Welt ganz langweilig, und alle würden gleich viel Geld verdienen. Nun ist es aber so, dass gewisse Marktteilnehmer Strategien entwickelt haben, die die Irrationalität der anderen Anleger ausnutzen. Der grosse britische Ökonom John Maynard Keynes hat mal gesagt: Die Märkte können sich länger irrational verhalten, als Sie solvent bleiben können. Das heisst: Rationale Anleger mit einem langen Atem sind langfristig in der Lage, eine hohe Rendite zu erzielen. Vorausgesetzt, sie halten die fundamentalen Faustregeln ein.

Und welche sind das?

Man muss diversifiziert sein, man muss kontrazyklisch agieren, man muss langfristig investieren, man muss Volatilität als Chance sehen und man muss die Risikofähigkeit in der Krise bewahren, das heisst, man sollte nie voll investiert sein, weil immer auch noch ein Extremrisiko entstehen könnte. Wer diese Grundregeln befolgt, ist erfolgreich. Egal, ob man nun in Aktien, Währungen oder Rohstoffe investiert.

Sie urteilen wissenschaftlich, das heisst auf Basis mathematischer Modelle. Die sind im Zug der grossen Finanzkrise stark unter Beschuss gekommen, weil man sich zu stark auf die rationalen Modelle verlassen hat, so der Tenor. Stimmen Sie dem zu?

Die Sprache der Wissenschaft ist die Mathematik. Auch ich als Wissenschaftler operiere mit mathematischen Modellen, das ist mein Job. Doch ich stimme der Kritik insoweit zu: Man sollte Mathematik nur in der wissenschaftlichen Theorie benutzen. In der Praxis sollte man sich an die erwähnten vier, fünf einfachen Grundlagen halten.

Sie gehen also einig mit dem tschechischen Ökonomen Tomas Sedlacek, der in seinem Buch «Die Ökonomie von Gut und Böse» schreibt: «Wir haben zu viel Gewicht auf das Mathematische gelegt und unser Menschsein vernachlässigt. Das hat zu schiefen, künstlichen Modellen geführt, die uns oft kaum dabei helfen, die Realität zu verstehen.»

Ja und nein. In der Wissenschaft ist die Mathematik die Sprache. Damit keine Missverständnisse entstehen, muss auch Tomas Sedlacek seine Gedanken in mathematische Formeln giessen. Sonst bleiben Hypothesen blosses Stammtischgeschwätz. Die Kritik, wie ich Sie verstehe, zielt aber viel mehr darauf, dass die Finanzbranche zu viele Physiker eingestellt hatte, die sie durch eine Schnellbleiche schickte, damit sie Risikomodelle berechnen konnten. Doch das hat dann nicht funktioniert.

Sie meinen sogenannte Value-at-Risk-Modelle, die anzeigen sollten, wie hoch der maximale Verlust einer Bank ausfallen könnte?

Genau. Doch Value-at-Risk-Modelle sind nicht praxistauglich. Zum Beispiel sind sie nicht additiv. So könnte man glauben, dass alles perfekt sei, wenn man fünf Positionen hat mit einem geschätzten Verlustpotenzial von 2 bis 3 Prozent. Aufgrund der Interaktion der einzelnen Positionen kann aber der Value at Risk der Gesamtposition bis auf 10 Prozent hochschnellen. Zudem gaukeln diese Modelle eine Scheingenauigkeit vor. Die Resultate hängen stark von Marktdaten ab, die man für die Berechnungen braucht. Doch diese können sich sehr schnell ändern und mit ihnen auch die Verlustpotenziale. Deshalb sind rein mathematische Modelle in der Praxis schlechte Werkzeuge zur Risikosteuerung, vor allem in Krisenzeiten.

Und wieso hat man das nicht früher erkannt?

Nun, im Verwaltungsrat der Grossbanken sitzen Menschen, die nicht genau verstehen, was die Physiker in den Risikoabteilungen ihrer Banken eigentlich tun. Und die Physiker wiederum verstehen nicht genau, was die Praktiker wirklich brauchen. So kommt es zu Missverständnissen.

Das heisst, Sie stimmen Erfolgsautor Nassim Taleb zu, wenn er, wie kürzlich im Interview mit der «Finanz und Wirtschaft», sagt, es brauche ein neues Paradigma: Weg von den nobelpreisgekrönten mathematischen Modellen hin zu einem «Trial and Error»-Verfahren, wie es altmodische Banker früher getan hatten.

Taleb verwechselt da etwas, aber er hat ja auch vorwiegend populärwissenschaftlich publiziert. Wie gesagt, braucht man die Mathematik für die Wissenschaft. Wenn Taleb etwas beweisen will, muss auch er mathematisch argumentieren. In der Praxis braucht es dagegen einfache Faustregeln. Aber dies musste ich mit meinem Forscherteam auch zuerst mathematisch nachweisen. Das haben wir mit einer Reihe von Untersuchungen im Bereich der evolutionären Finanzmarkttheorie getan.

Die neue Banking-Realität ist ja durch und durch mathematisch: Neobanken lancieren mit Robo-Advisors vollautomatische, auf mathematischen Algorithmen basierte Anlegertools, die je nach Risikoprofil einen Anlagevorschlag ausspucken. Ist das aus Anlegersicht ein Fortschritt?

Nun, ich bin ja eine führende Person vom Fintech-Lab der Schweiz. Da kann ich jetzt nicht schlecht über Fintech reden. (lacht) Aber ernsthaft: Das ist wie bei den Lebensmitteln: Sie können Fertigpizza kaufen oder sie können in die Pizzeria gehen und ihre Pizza nach eigenem Gusto zusammenstellen. Viele Anbieter wie Truewealth, Betterment oder Wealthfront mit vollautomatischer Anlageberatung bieten jetzt quasi die Fertigpizza an, weil viele Anleger frustriert waren, weil in der Pizzeria die Gebühren zu hoch waren …

Sie meinen im traditionellen Private Banking?

Genau. Die Versprechen waren hoch und Kundenberater haben Sachen kombiniert, die nicht unbedingt im Interesse der Kunden waren, aber an denen sie selber gut verdient haben. Insofern ist es verständlich, dass jetzt eine Gegenbewegung kommt mit dem Slogan: Vergesst das traditionelle Private Banking. Es war gut für die Bank, aber nicht gut für den Kunden. Aber ob jeder mit einer Fertigpizza zufrieden ist, das weiss ich nicht. (lacht)

Aber in der Schweizer Fintech-Szene herrscht derzeit richtige Aufbruchstimmung: Wir revolutionieren die Welt, machen alles besser und schliessen ab mit der alten korrupten Bankenwelt. Ist das ein Fortschritt?

Das Problem ist, dass Banking ein sogenanntes Handhelding Business ist. Viele Anleger springen in der Krise ab, was ein Fehler ist. Es gibt dazu einige Untersuchungen. Die eine Gruppe von Anlegern wird von reinen Robo-Advisors, also Maschinen betreut. Die anderen von Menschen, zum Beispiel von Studenten. Geraten wird beiden Gruppen das Gleiche: Steig jetzt besser nicht aus. Das Resultat: Bei der persönlichen Beratung sind die Anleger dem Ratschlag eher gefolgt und haben am Schluss auch die bessere Anlageperformance erzielt.

Also sind Robo-Advisors aus Anlegersicht nicht unbedingt ein Vorteil?

Wenn die Märkte ihren normalen Gang gehen, sind Robo-Advisors sinnvoll. In Krisen schaltet man sie aber besser ab. Wie man beim Autofahren in kritischen Situationen besser nicht auf das Navigationsgerät hört. Routinesachen kann man automatisieren. Bei wichtigen Entscheidungen, wenns wirklich kracht, schaltet man die Maschine am besten mal aus. In solchen Situationen trifft man die Entscheide besser im Gespräch oder durch gute Überlegungen.

Also kein Fortschritt durch Robo-Advisors?

Relativ zu den grossartigen Investoren wie Buffet, Soros oder dem US-Rohstoffguru Jim Rogers sind Robo-Advisors Schrott. Aber relativ zum durchschnittlichen Anleger, der in alle Psychofallen tappt, sind Robo-Advisors sicher nicht die schlechteste Lösung, weil sie helfen, den erwähnten Behavioural Gap zu schliessen.

Ein Champions-League-Sieger Thorsten Hens (55) ist Mitglied des Direktoriums des Instituts für Banking and Finance (IBF) der Universität Zürich und er ist Mitglied des Steering Commitee vom Swiss FinTech Innovation Lab. Das IBF verfügt international über ein ausgezeichnetes Renommee und hat 2014 zehn sogenannte A-Publikationen erreicht. «Damit haben wir die Champions League der Universitäten gewonnen», sagt Hens und lacht. Er selber ist spezialisiert auf Verhaltensökonomie, genauer auf evolutionäre Finanzmarkttheorie und Behavioural Finance. Für die Deutsche Bank hat er den db X-trackers Portfolio ETF mitentwickelt, in der der gebürtige Deutsche selber investiert ist. Er wettet aber auch gerne mal. So hat er vor ein paar Jahren etwa mit der Schwäche der japanischen Währung Yen einen guten Riecher bewiesen. Erfolgreich war auch eine Wette auf die Erholung des russischen Rubels, aber sein Vertrauen in die SNB hat ihn viel Rendite gekostet. Hens ist verheiratet, hat zwei Kinder und lebt in Zürich.

[Anm. d. Verf.: Das obige Interview entspricht einer angepassten Version eines 2015 auf www.leodan.ch veröffentlichten Textes. Diese Internetseite wird heute nicht mehr betrieben, weshalb der ursprüngliche Text nicht mehr abgerufen werden kann. Thorsten Hens hat der nochmaligen Veröffentlichung in der vorliegenden Form seine Zustimmung erteilt.]

EIn Beitrag von:
Finanzprofessor Hens: «Relativ zu den grossartigen Investoren wie Buffet, Soros oder dem US-Rohstoffguru Jim Rogers sind Robo-Advisors Schrott. » (Bild: Marc Fischer)

Elektronik

Die Elektronik

ist die Wissenschaft von der Steuerung des elektrischen Stromes durch elektronische Schaltungen, aber auch durch damit in Zusammenhang stehende elektrische Schaltungen.

Elektronik ist außerdem die Bezeichnung für die Gesamtheit elektronischer Anwendungen. Elektronik verarbeitet elektrische Signale informationsmäßig oder erzeugt sie, oder verwandelt elektrische Energie hinsichtlich ihres Spannungs-Strom-Verhältnisses unter Zuhilfenahme von Verstärkern oder Gleichrichtern.

Elektronische Schaltungen werden zumeist auf Platinen aufgebaut und als Modul entweder zu elektronischen Geräten zusammengebaut, oder sie werden Teil elektrotechnischer Apparate.

Die Optoelektronik ist ein Teilgebiet der Elektronik und beschäftigt sich mit der Steuerung durch Licht.

Der Raspberry Pi

ist ein Einplatinencomputer, der von der britischen Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde. Der Rechner enthält ein Ein-Chip-System von Broadcom mit einem ARM-Mikroprozessor, die Grundfläche der Platine entspricht etwa den Abmessungen einer Kreditkarte. Der Raspberry Pi kam Anfang 2012 auf den Markt; sein großer Markterfolg wird teils als Revival des bis dahin weitgehend bedeutungslos gewordenen Heimcomputers zum Programmieren und Experimentieren angesehen.

Der im Vergleich zu üblichen Personal Computern sehr einfach aufgebaute Rechner wurde von der Stiftung mit dem Ziel entwickelt, jungen Menschen den Erwerb von Programmier- und Hardware­kenntnissen zu erleichtern. Entsprechend niedrig wurde der Verkaufspreis angesetzt, der je nach Modell etwa 5 bis 35 USD beträgt.

Bis Februar 2017 wurden mehr als zwölf Millionen Geräte verkauft.[2] Die Entwicklung des Raspberry Pi wurde mit mehreren Auszeichnungen bzw. Ehrungen bedacht. Es existiert ein großes Zubehör- und Softwareangebot für zahlreiche Anwendungsbereiche. Verbreitet ist beispielsweise die Verwendung als Mediacenter, da der Rechner Videodaten mit voller HD-Auflösung (1080p) dekodieren und über die HDMI-Schnittstelle ausgeben kann.

Als Betriebssystem kommen vor allem angepasste Linux-Distributionen mit grafischer Benutzeroberfläche zum Einsatz; für das neueste Modell existiert auch Windows 10 in einer speziellen Internet-of-Things-Version ohne grafische Benutzeroberfläche. Der Startvorgang erfolgt von einer wechselbaren SD-Speicherkarte als internes Boot-Medium.

Eine native Schnittstelle für Festplattenlaufwerke ist nicht vorhanden, zusätzlicher Massenspeicher kann per USB-Schnittstelle angeschlossen werden, beispielsweise externe Festplatten/SSDs oder USB-Speichersticks.

Ein Festplattenlaufwerk

(englisch hard disk drive, Abkürzung HDD), oft auch als Festplatte oder Hard Disk (abgekürzt HD) bezeichnet, ist ein magnetisches Speichermedium der Computertechnik, bei welchem Daten auf die Oberfläche rotierender Scheiben (auch: „Platten“) geschrieben werden.

Zum Schreiben wird die hartmagnetische Beschichtung der Scheibenoberfläche entsprechend der aufzuzeichnenden Information berührungslos magnetisiert. Durch die Remanenz (verbleibende Magnetisierung) erfolgt das Speichern der Information. Das Lesen der Information erfolgt durch berührungsloses Abtasten der Magnetisierung der Plattenoberfläche.

Im Unterschied zu sequentiell adressierten Speichermedien wie Magnetband oder Lochstreifen werden Festplatten den direktadressierbaren Speichermedien (engl. direct access storage devices, DASD) zugerechnet, da kein linearer Durchlauf erforderlich ist, um zu einer bestimmten Speicherstelle zu gelangen. Vor der Nutzung im PC-Bereich ab den 1980er Jahren wurden Festplatten vor allem im Mainframe-Bereich genutzt.

Die Daten können in unterschiedlichen Organisationsformen auf den Festplatten gespeichert sein. CKD (count key data) organisierte Festplatten enthalten je nach Satzformat unterschiedlich lange Datenblöcke. FBA (fix block architecture) organisierte Festplatten enthalten gleich lange Datenblöcke, die üblicherweise 512 oder 4096 Byte groß sind. Ein Zugriff muss immer eine ganze Zahl von Blöcken umfassen.

Seit dem Jahr 2009 werden auch im Endkundenmarkt Flash-Speicher, sogenannte Solid-State-Drives (SSD) und Hybridspeicher (Kombination aus SSD und Festplatte) angeboten, die über die gleichen Schnittstellen (Spezifikation nach SATA usw.) angesprochen und vereinfacht als „Festplatten“ bezeichnet werden. Preislich liegen SSDs derzeit (2017) deutlich über HDDs.

Die Bezeichnung „Festplatte“ beschreibt zum einen, dass die Magnetplatte im Gegensatz zur „Wechselplatte“ fest mit dem Laufwerk beziehungsweise dem Computer verbunden ist. Zum anderen entspricht sie der englischen Bezeichnung „Hard Disk“, die im Gegensatz zu flexiblen (engl. floppy) Scheiben in Disketten aus starrem Material besteht. Dementsprechend war bis in die 1990er Jahre auch rigid disk gebräuchlich.

FHEM und Arduino


Das Arduino-Projekt ist eine open-source-Initiative, die „easy-to-use“ Hardware und Software bereitstellt. Als Hardware stehen unterschiedliche Platinen zur Verfügung, auf denen ein Microcontroller sowie grundlegende Schnittstellen, z.B. ein USB-Port bereits „ready-to-use“ vorhanden sind. An diese Boards (ab ca. 20€ Stand Nov. 2016, China-Klone ab 2€) lassen sich einfach und recht preisgünstig eigene Sensoren/Aktoren an FHEM anbinden.



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Das Board lässt sich u.A. mit Hilfe der Projekt-Software Arduino-IDE relativ einfach programmieren, um Sensorwerte zu verarbeiten und diese z.B. per Ethernet an FHEM zu senden oder abfragen zu lassen. Über zahlreiche Schnittstellen (Standard: RS232, TWI/1-Wire, SPI, PWM, analog/digital-I/O, I2C) mit den entsprechenden Software-Libraries kann auf viele gängige Sensoren zugegriffen werden.

Über Erweiterungsboards („Shields“) können die Anschlussmöglichkeiten ausgebaut werden. Zudem ist der Anschluss von Parallel-/Seriell-/I2C-LCD-Displays und SD-Karten möglich. Die IDE läßt sich auch für andere Enwicklerboards nutzen, insbesondere den ESP8266 (für WLAN) oder Boards auf STM32-Basis.

Die Arduino-Boards bzw. Klone und eine Vielfalt an Sensoren/Aktoren sind über Online-Auktionen bzw. -Anbieter einfach zu bekommen. Kommunikation mit dem Arduino ist z.B. per Netzwerk/Ethernet, WLAN, 433/868MHz/2,4GHz-RF, Bluetooth, 1-Wire etc. möglich.

Bei der Anbindnung der Arduinos über USB ist zu beachten, dass auf China-Klonen in der Regel ein einfacher USB-seriell-Wandler verbaut ist, der eine eindeutige Zuordnung der Schnittstellen innerhalb des Linux-Dateisystems erschwert. Daher sind Boards mit eindeutiger Idetifizierungsmöglichkeit (in der Regel auf FTDI-Basis) für derartige Anwendungsfälle besser geeignet.

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FHEM Tipps und Tricks Scriptsammlung


Ich möchte hier eine Übersicht der FHEM Tools geben sie sich in der Praxis bewährt haben.

Raspberry ausschalten über FHEM

Man kann den Raspberry einfach so vom Strom ziehen – aber schön ist das nicht!

Wenn man schon FHEM drauf hat, kann man sich auch einen Ausschaltknopf/Reboot auf der Oberfläche machen.

Als erstes muss der User fhem (der User unter dem FHEM läuft) ein reboot oder halt des Systems auch dürfen.

Im raspbian kann man dafür einfach ein script an den Pfad /etc/sudoers.d/ anhängen, man braucht die eigentliche sudoers Datei nicht zu editieren.

Der Benutzer Pi bekommt über genau diesen Weg seine sudo Rechte /etc/sudoers.d/010_pi-nopasswd.

Wie immer mache ich das gern mit einem Script:

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In FHEM mehrere Aktoren schalten

als erstes schalten wir in FHEM das autocreate an

Dann gehen wir auf das Device CUL.

Mit set cul_1 peer-for-sec 600 bringen wir den CUl dazu, in den Empfangsmode zu gehen. Nun drücken wir am Aktor  das config und kontrollieren in FHEM ob der Aktor sauber aufgenommen wurde.

Wichtig ist dabei, dass das peering also die Peer-ID zum CUL passt.

Das war es schon

Weitere Aktoren lassen sich so in das System einbinden.

Diese können nun über die Oberfläche des FHEM geschaltet werden.

 


Es können auch sogenannte Notify’s eingerichtet werden-
 

Smarthome Rasenbewässerung

 Mit Smarthome Rasenbewässerung und Arduino eine Rasenbewässerung realisieren

Schaltplan

Smarthome Rasenbewässerung

Schaltplan Arduino mit zwei Relais

FHEM:Rasenbewässerung

Arduino Projekte

Sketch

Smarthome Rasenbewässerung

Sketch Arduino mit zwei Relais



Conrad Startseite für TopBonus



Code

/* Rainbird 2  */
/* Autor: Klaus Löwenhagen
im August 2017
##################################*/
// define pin D12 and D13 to control the two relays
const int relay[2] = {7,8};
int togglePin = 0;
int MAX_RELAYS = 2;
 
// Die setup Methode wird nur einmal ausgeführt und bei reset
void setup() {
// use the serial port with 9600 bps
 
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
// initialize the digital pins as output
for (int index = 0; index < MAX_RELAYS; index++) {
pinMode(relay[index], OUTPUT);
digitalWrite(relay[index], HIGH);
 
}
Serial.begin(9600);
}
 
// Die Endlosschleife
void loop() {
 
/*
digitalWrite(relay[1], HIGH);
//delay(600000); // 10 Minuten an lassen
delay(1000); // 10 Minuten an lassen
 
digitalWrite(relay[1], LOW);
delay(500);
*/
//-----------------------------------------------
togglePin = 1;
digitalWrite(relay[2], HIGH);
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
//delay(600000); // 10 Minuten an lassen
delay(1000); // 10 Minuten an lassen
 
digitalWrite(relay[2], LOW);
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(500);
togglePin=0;
}

Das Zonenventil1 öffnet für 10 Minuten dann wird das Zonenventil2 für 5 Minuten geöffnet. Das ganze läuft in einem Loop (falls es nicht reichen sollte) Der Schaltaktor wird über FHEM aktiviert.

Weitere Infos hier

Adruino Rasenbewässerung

Arduino als „Rainbird Rasenbewässerungssystem“

Ich habe mir die Frage gestellt, ob das überhaupt funktionieren kann und wie teuer wird das ganze.

Das preiswerteste Rainbird Steuergerät kostet bei Amazon zwischen 77,95€ und 65,95€

Also eine sportliche Leistung den Preis zu unterbieten mit einem DIY Projekt.

Meine Komponenten:

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Den Code habe ich hier

Wie Du im Eigenbau ein NAS aufbaust



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In diesem Artikel möchte ich euch eine NAS-Lösung im Eigenbau mit dem RaspberryPI vorstellen. Mit diesem Eigenbau NAS habt ihr den vollen Umfang wie Q-NAP oder ähnliche Systeme.

Erfahrungen im täglichen Einsatz haben gezeigt das System läuft sehr stabil im RAID 5. Hier mein Setup:

  • Raspberry PI
  • Installation (JESSY)
  • OPENMEDIAFAULT
  • 3 x 1,2TB externe USB-Festplatten

 

1.0 RaspberryPI Installation

die benötigte Software OpenMediaFault in der aktuellen Version

Ich habe das Image mit WinDisk32 auf die SSD-Karte geschrieben.

 

1.1 Eigenbau NAS OMV Startkonfiguration

Nachdem das OpenMediaFault auf dem RaspberryPI läuft erreicht man das Webinterface über folgende Adresse:

http://192.168.0.54/

Meldet euch zunächst mit dem Benutzer admin und dem Passwort openmediavault an. Klickt im linken Menü auf Allgemeine Einstellungen und ändert das Sitzungslimit auf 0, damit werdet ihr nicht mehr automatisch abgemeldet. Diese Einstellung ist meine persönliche Präferenz und optional, stellt hier ein was ihr für euch am geeignetsten empfindet.

Im Anschluss daran sollte unbedingt das Web Administrator Passwort geändert werden!

Es folgt die Einstellung von Datum&Zeit sowie Netzwerk. Die Netzwerkeinstellung im Detail erreicht ihr unter dem Reiter Schnittstellen. Wählt eure Netzwerkkarte aus und klickt auf bearbeiten. Hier könnt ihr die IP-Adresse des NAS festlegen, DHCP bedeutet, dass euer Router dem NAS automatisch eine IP-Adresse zuweist.

Ich empfehle euch auf eurem Router dem NAS eine feste IP-Adresse zuzuweisen.

 

2.0 Systemaktualisierung

es gibt zwei Möglichkeiten um das NAS zu aktualisieren. Eine Möglichkeit ist die Aktualisierung direkt im OpenMediaFault zu machen. Eine andere Möglichkeit ist die Aktualisierung über die shell. Ich bevorzuge diese Methode.

Hierzu startet ihr eine ssh zum Beispiel Putty und setzt folgende Befehle ab:

sudo -s
 apt-get update
 apt-get dist-upgrade

 

3.0 Benachrichtigungen

OpenMediaVault kann euch bei einem Fehler automatisch durch den Versand einer E-Mail benachrichtigen. Da man sich ja nicht täglich auf sein NAS einloggt, ist dies sehr zu empfehlen um möglichst schnell auf einen Ausfall reagieren zu können. Alles was ihr dafür benötigt ist ein E-Mail Account bei einem Provider eurer Wahl.

 

4.0 Eigenbau NAS RAID einrichten

da wir hier ein Software RAID aufbauen welches auf dem RaspberryPI läuft und die angeschlossenen Festplatten über den USB des RaspberryPI angesprochen werden dauert die Einrichtung eines RAID5 entsprechend lange! In meinem Fall dauerte die RAID Initialisierung der 3 TB-Platten gut 3 Tage!

Über die RAID Verwaltung lässt sich aus den Datenfestplatten mit Leichtigkeit ein Raid-Verbund erstellen. Dazu wählt man zuerst den gewünschten Raid-Typ (Raid 0,1,5,6 oder JBOD) aus.

Ist der RAID erstellt muss dieser initialisiert werden. Erst danach kann das Filesystem installiert werden. Hier empfehle ich EXT4

Nach dem Anlegen des Dateisystems muss der Raid noch eingebunden werden – ansonsten ist dieser nicht nutzbar. Sollte der Speicherplatz mit der Zeit nicht mehr ausreichen, ist es möglich den Raid-Verbund nachträglich – und ohne Datenverlust – um eine oder mehrere Festplatten zu erweitern. Dies ist allerdings nur bei einem 5 oder 6 möglich. Nachdem eine neue Festplatte hinzugefügt wurde muss unter dem Punkt „Dateisysteme“ die Partition des Raids auf die nun neue Größe erweitert werden. Dies geschieht alles ohne Datenverlust.

Achtung!!! Ein RAID ist kein Backup oder sollte als solches gesehen werden. Im Falle eines Ausfalls einer Platte  und dem Austausch dieser Platte und anschließendem Neuberechnen (Rebuild) komplett ausgelastet. Sollte jetzt eine weitere Platte ausfallen ist der Datenverlust zu 100%

Kleine Codeschnipsel die den Rebuildvorgang etwas beschleunigen

sudo mdadm --grow --bitmap=internal /dev/md0

Nach dem Rebuild kann mit folgendem Code wieder auf die normale Geschwindigkeit gefahren werden:

sudo mdadm --grow --bitmap=none /dev/md0

Während des Rebuilds kann der Raid weiterhin benutzt werden und das NAS kann auch zwischendurch neugestartet oder heruntergefahren werden, der Rebuild wird nach dem Neustart an der Stelle fortgesetzt. Im wirklichen Ernstfall würde ich allerdings dazu raten das NAS während eines Rebuild nicht zu benutzen um die Wahrscheinlichkeit eines weiteren Ausfalls zu verringern.

5.0 S.M.A.R.T

S.M.A.R.T steht für Self-Monitoring, Analysis and Reporting-Technology und beschreibt einen in Festplatten eingebauten Standard. Die Festplatte kann unter einem Betriebssystem ausgelesen und die S.M.A.R.T-Werte analysiert werden.

Ich habe mit den folgenden Einstellungen sehr gute Erfahrungen gemacht

Klickt auf S.M.A.R.T. und setzt einen Haken bei aktivieren. Möchtet ihr die Festplatten alle 4 Stunden prüfen, wählt bei Prüfintervall 14400 (60 [Sekunden] * 60 [Minuten] * 4 [Stunden]) aus. Der Powermodus sollte auf Bereitschaft stehen, damit eure Festplatten nicht bei jeder Prüfung geweckt werden.

Anschließend müsst ihr unter dem Reiter Laufwerke manuell die S.M.A.R.T. Überprüfung für jede Festplatte aktivieren!

Ein NAS läuft meistens für mehrere Stunden, daher ist es sinnvoll die Festplatten in einen energiesparenden Zustand zu versetzen, sofern diese nicht benötigt werden – denn die Festplatten sind die größten Energieverbraucher in einem NAS. Klickt dazu auf den Punkt Reale Festplatten, wählt eine Festplatte aus und klickt auf Bearbeiten.

In meinem NAS benutze ich eine Spindownzeit von 30 Minuten, es kann aber auch Sinn machen die Zeit auf 60 Minuten zu erhöhen. Findet in der eingestellten Zeit kein Zugriff auf die Festplatten statt, werden diese in einen energiesparenden Zustand versetzt.

 

6.0 Erstellen einer Freigabe für andere Computer

Zunächst müsst ihr euch entscheiden ob ihr eine SMB/CIFS oder eine NFS Freigabe erstellen möchtet. Die meisten werden sich aufgrund der Windows-Kompatibilität sicher für SMB entscheiden. Klickt auf den Menüpunkt SMB/CIFS und aktiviert diesen Dienst. Danach könnt ihr über den Reiter Freigaben eine Freigabe erstellen. Ich nenne meine Freigabe als Beispiel Daten. Ich habe da ich auch un Linux einen Zugang in mein RAID haben möchte auch noch die Freigabe NFS eingerichtet.

Um darauf zugreifen zu können geben wir den freigegebenen Ordner an

7.0 Eigenbau NAS Freigabe in Windows einbinden

Unter Windows 10 gehst Du folgendermaßen vor:

Öffne zuerst die Windows-10-Suche mit [Windows] + [S] und gebe  „Dieser PC“ ein.
Klicke  anschließend oben in der Leiste auf „Computer“ und anschließend auf „Netzlaufwerk verbinden„.

Nun kann neben dem Punkt „Laufwerk:“ einen Laufwerksbuchstaben festgelegt werden, unter dem das spätere Netzlaufwerk angezeigt wird.
Hinter „Ordner“ muss der Pfad des Netzlaufwerks angegeben werden. Wenn Du den genauen Pfad nicht kennst und sich das Laufwerk in Deinem Heimnetz befindet, kannst Sie dieses auch mit einem Klick auf „Durchsuchen…“ auswählen.

Soll das Netzlaufwerk bei jedem Neustart automatisch verbunden werden, musst Du  den ersten Haken setzen. Wenn Du dich mit einer anderen Benutzerkennung an dem Laufwerk anmelden möchtest, solltest Du den zweiten Haken setzen.

Mit einem Klick auf „Fertig stellen“ wird das Netzlaufwerk abschließend auf Deinem Computer eingerichtet.

Das war es auch schon. Ihr könnt nun auf das NAS zugreifen.

 

 

Was tun wenn eine Platte als defekt gemeldet wird?

Habe hierzu die Seriennummern der HDDs notiert, die HDD, die als defekt gemeldet wird deaktivieren. Dann die Sereiennummern unter „Reale Festplatten“ wieder angeschaut und somit die fehlende lokalisiert. Danach die Platte ausbauen und durch eine exakt gleiche Platte ersetzen, Kabel wieder verbinden. Die jetzt lokalisierte (vorher nicht eingebundene Festplatte) über „Reale Festplatten“ löschen, um abschließend über die „RAID-Verwaltung“ die Wiederherstellung für eben diese Festplatte laufen zu lassen.

 

Nachtrag:

Hinweis für alle Anderen:
– Festplatten, die einmal aus einem RAID-Verbund raus geworfen wurden, werden nicht automatisch wieder in den Verbund integriert
– dafür muss man die „entfernte“ Festplatte lediglich als „HotSpare“ dem „degraded Array“ wieder hinzufügen und der Rebuild startet sofort
– alternativ hat man über die Konsole noch die Möglichkeit, den Verbund mit Gewalt wieder zusammen zu bauen, was allerdings auch einen sofortigen Resync (ist fast das Gleiche wie ein Rebuild) zur Folge hat …

 

Mögliche RAID-Level

  • Linear: Aneinanderhängen von mehreren Partitionen
  • Multipath: Kein RAID, sondern ein Mapping einer Datei auf zwei verschiedene Pfade auf der gleichen Partition (Spiegelung)
  • Faulty: Emuliert ein fehlerhaftes RAID-System für Testfälle
  • Level 0 (Block Level Striping): Aneinanderhängen von mehreren kleinen Block-Devices zu einem großen.
  • Level 1 (Mirror): Spiegelung einer Disk
  • Level 4: Wie Level 0, aber mit einem zusätzlichen Device für Paritätsbits (erhöhte Ausfallsicherheit).
  • Level 5: Wie Level 4, die Paritätsbits werden aber über alle Geräte verteilt.
  • Level 6: Wie Level 5 aber mit zwei unabhängigen Paritätsbits pro Segment (erhöhte Ausfallsicherheit).
  • Level 10: Kombination von Level 0 und Level 1.

Installation von mdadm

Wenn bei der Linux Installation kein RAID erstellt wurden muss das mdadm Paket aus den Repositories installiert werden.

:~$ sudo aptitude install mdadm

Nach der Installation sind keine weiteren Schritte zur Konfiguration nötig und das Tool kann verwendet werden.

Befehle zur Konfiguration und Verwaltung

Grundsätzliche Syntax

mdadm [mode] <raiddevice> [options] <component-devices>

Array erstellen

mdadm --create /dev/md/<Label> --level=<RAID-Level> --raid-devices=<Anzahl der physischen Partitionen im Array> /dev/sdX1 /dev/sdY1

Parameter:

  • --create kann ein optionaler Parameter gegeben werden in welchem ein Label für das RAID festgelegt werden kann. Bsp.: /dev/md/md_1
  • --level=: Spezifiziert den gewünschten RAID-Level. Erlaubte Eingaben sind: linear, raid0, 0, stripe, raid1, 1, mirror, raid4, 4, raid5, 5, raid6, 6, raid10, 10, multipath, mp, faulty, container
  • --raid-devices=: Spezifiziert die Anzahl der physischen Partitionen im Software-RAID. Zusätzlich müssen noch die einzelnen Partitionen angegeben werden. Bsp.: --raid-devices=2 /dev/sda2 /dev/sdb3

RAID 0 mit MDADM

Um ein RAID 0 (Block Level Striping) Array zu erstellen werden mindestens 2 Partitionen benötigt. Diese sollten gleich groß, und sich auf verschiedenen physischen Festplatten befinden. Der RAID 0 Array kann mit folgendem Befehl initalisiert werden: mdadm --create /dev/md/<Label> --level=0 --raid-devices=<Anzahl> /dev/sdX1 /dev/sdY1

Beispiel (2 physische Festplatten):

root@swraid:~# mdadm --create /dev/md/md_test --level=0 --raid-devices=2 /dev/sdb1 /dev/sdc1 
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md/md_test started.

RAID 1 mit MDADM

Um ein RAID 1 (Block Level Mirroring) Array zu erstellen werden wiederum mindestens zwei physische Partitonen benötigt. Diese sollten gleich groß und sich auf verschiedenen physischen Festplatten befinden. Der RAID 1 Array kann mit folgendem Befehlt initialisiert werden: mdadm --create /dev/md/<Label> --level=1 --raid-devices=<Anzahl> /dev/sdX1 /dev/sdY1

Beispiel (2 physische Festplatten):

root@swraid:/dev# mdadm --create /dev/md/md_test --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb1 /dev/sdc1 
mdadm: Note: this array has metadata at the start and
    may not be suitable as a boot device.  If you plan to
    store '/boot' on this device please ensure that
    your boot-loader understands md/v1.x metadata, or use
    --metadata=0.90 
Continue creating array? yes
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md/md_test started.

Array löschen

Um ein RAID-Array auszubinden muss das Array ausgehängt sein (umount) und der Befehl mdadm --stop /dev/md/<Name des RAID> aufgerufen werden. Dadurch wird das Array zwar aus dem System ausgebunden allerdings bleibt das RAID-Array physisch vorhanden.

Um das Array zu entfernen muss bei jeder Festplatte der Superblock, welcher die Festplatte/Partition als RAID-Device festlegt, auf Null gesetzt werden. Dies kann mit dem Befehl mdadm --zero-superblock /dev/<physische Partition> durchgeführt werden.

Beispiel:

root@swraid:/dev# umount -l /mnt/test
root@swraid:/dev# mdadm --stop /dev/md/md_test
mdadm: stopped /dev/md/md_test
root@swraid:/dev# mdadm --zero-superblock /dev/sdb1
root@swraid:/dev# mdadm --zero-superblock /dev/sdc1

Arrays/Partitionen auflisten

RAID-Arrays können mit zweierlei Befehlen aufgelistet werden --detail bezieht sich auf ein gesamtes aktives Array wohingegen sich --examine auf die einzelnen physichen Devices in einem RAID-Verbund bezieht.

root@swraid:/mnt/test# mdadm --examine --brief --scan  --config=partitions
ARRAY /dev/md/md_test metadata=1.2 UUID=81c1d8e5:27f6f8b9:9cdc99e6:9d92a1cf name=swraid:md_test

Dieser befehlt kann auch mit -Ebsc partitions abgekürzt werden.

root@swraid:/dev/md# mdadm --detail /dev/md/md_test 
/dev/md/md_test:
        Version : 1.2
  Creation Time : Fri Apr  7 09:14:36 2017
     Raid Level : raid0
     Array Size : 16776192 (16.00 GiB 17.18 GB)
   Raid Devices : 2
  Total Devices : 2
    Persistence : Superblock is persistent

    Update Time : Fri Apr  7 09:14:36 2017
          State : clean 
 Active Devices : 2
Working Devices : 2
 Failed Devices : 0
  Spare Devices : 0

     Chunk Size : 512K

           Name : swraid:md_test  (local to host swraid)
           UUID : 81c1d8e5:27f6f8b9:9cdc99e6:9d92a1cf
         Events : 0

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1
       1       8       33        1      active sync   /dev/sdc1

Hotspare

Bei Hotspare Festplatten/Partitionen handelt es sich um Festplatten/Partitionen welche im Normalfall nicht verwendet werden. Diese kommen zum Einsatz wenn eine der aktiven Festplatten/Partitionen des RAID-Verbundes einen Fehler aufweist oder defekt ist. Wenn in einem Software-Raid keine Hotspare Platte definiert ist muss der Rebuild eines defekten RAID-Verbundes manuell gestartet werden. Ist eine Hotspare vorhanden wird mit dem Rebuild automatisch begonnen. Eine Hotspare Festplatte kann mit dem Befehlt mdadm --add /dev/md/<RAID-Name> /dev/sdX1 hinzugefügt werden, wobei der erste Parameter der Name des RAID-Verbundes und der zweite der Name der hinzuzufügenden Festplatte ist. Soll eine Hotspare Festplatte aus dem RAID-Verbund entfernt werden, so muss der Befehl mdadm --remove /dev/md/<RAID-Name> /dev/sdX1 aufgerufen werden. Hierbei ist wiederum der erste Parameter die Bezeichnung des RAID-Verbundes und der zweite die Bezeichnung der Hotspare Festplatte.

Rebuild

Wenn eine Partition/Festplatte einen Defekt(Software oder Hardware) aufweist muss der RAID-Verbund rebuilded werden. Dazu muss zunächst das defekte Device aus dem RAID entfernt werden. Dazu wird der Befehl mdadm --manage /dev/md/<RAID-Name> -r /dev/sdX1 benötigt. Der erste Parameter von bezieht sich auf den RAID-Verbund. Der zweite auf das defekte Device. Wenn keine Hotspare Festplatte zur Verfügung steht muss eine neue Festplatte partitioniert werden. Wichtig dabei ist das die neue Festplatte die selbe partitionierung wie die defekte Festplatte aufweist. Zum Partitionieren einer Festplatte helfen die tools fdisk /dev/sdX, cfdisk /dev/sdX1 sowie parted /dev/sdX1. Ist die neue Festplatte korrekt partitioniert kann sie dem RAID-Verbund wieder hinzugefügt werden. Dies geschieht mit mdadm --manage /dev/md/<RAID-Name> -a /dev/sdX1. Wenn dabei keine Fehler aufgetreten sind, kann mit der eigentlichen Wiederherstellung(Rebuild) begonnen werden. Dazu muss die neue Partition im RAID-Verbund auf „faulty“ (=fehlerhaft) gesetzt werden: mdadm --manage --set-faulty /dev/md/<RAID-Name> /dev/sdX1. Dadurch wird der rebuild des RAID-Verbundes angestoßen. Mit watch cat /proc/mdstat kann der Fortschritt des Rebuilds verfolgt werden.

Every 2.0s: cat /proc/mdstat                                                         Fri Jul  5 09:59:16 2013


root@swraid:/dev# watch cat /proc/mdstat 
Personalities : [raid0] [raid1]
md127 : active raid1 sdc1[1] sdb1[0]
      8384448 blocks super 1.2 [2/2] [UU]
      [==============>......]  check = 74.7% (6267520/8384448) finish=0.1min speed=202178K/sec

unused devices: <none>

Sobald der Rebuild des RAID-Verbundes abgeschlossen ist muss die Partition aus dem RAID-Verbund entfernt und wieder hinzugefügt werden um den Status „faulty“ zu entfernen. mdadm --manage /dev/md/<RAID-Name> -r /dev/sdX1 zum entfernen und mit mdadm --manage /dev/md/<RAID-Name> -a /dev/sdX1 wieder hinzufügen. Mit dem Befehl mdadm --detail /dev/md/<RAID-Name> kann der Status des RAID-Verbundes noch einmal überprüft werden. Dieser sollte nun den State: clean aufweisen.

E-Mail Adresse für Array-Überwachung einrichten

Um eine Benachrichtigung per E-Mail im Falle eines Defekts zu erhalten kann in der Konfigurationsdatei von mdadm (/etc/mdadm/mdadm.conf) bei MAILADDR root statt root die gewünschte E-Mail Adresse eingetragen werden. Dazu muss ein E-Mail Dienst (postfix, exim, ...) auf dem System konfiguriert sein. /etc/mdadm/mdadm.conf mit einem Editor öffnen und folgende Zeile editieren:

Statt MAILADDR root deshalb eine E-Mail Adresse wie zum Beispiel MAILADDR email@example.com eintragen und abspeichern.

Array überprüfen

Um ein konstantes Monitoring zu betreiben wird das tool checkarray benötigt. Dies kann mit crontab -e in die Liste der Cronjobs eingetragen werden.

/usr/share/mdadm/checkarray --cron --all --quiet

FHEM: Intelligente Lichtsteuerung



Eine intelligente Lichtsteuerung ist ganzjährig ein echter Komfort. Einmal eingestellt läuft das System selbstständig und ist mit der Astrofunktion immer gleich, ohne dass es einer Anpassung bedarf.

Das System welches ich hier beschreibe nutzt HomeMatic- Schalt und Dimmaktoren und den GUDE NetExpert. Weitere Komponenten im Shop

Das GUDE System habe ich in meinem Schaltschrank verbaut und kann 4 Steckdosen schalten.

An dieser Stelle kann ich auf Details von Acumen Hausautomation verweisen.

Benötigt wird für die Hausautomation

  • Raspberry
  • CUL
  • Aktoren


Die Anschaffungskosten der Hardware für den Anfang bei etwa 100€

Sobald das System eingerichtet ist, wird der HomeMatic Actor angelernt. Wenn das geklappt hat, wird über den Befehl sunset also für abends, der entsprechende Aktor geschaltet.

Über ein Wochenprogramm wird die Lampe von Sonntagabend bis Donnerstagabend gegen 22:30 geschaltet.

Freitag und Samstag sind die Schaltzeiten anders.

Weitere Infos kann man hier bekommen

Mehr zum Thema Smarthome

FHEM: Rasenbewässerung

Rasenbewässerung mit FHEM

 

Ist immer ein Thema im Sommer. Ich setze folgende Komponenten ein:

  • Regentonne
  • Tauchpumpe
  • Magnetventil
  • Homematic Schalter
  • Füllstandschalter

fuellstandsensor Schaltungsbeschreibung als Download: 195731-as-02-de-Fuellstandsschalter

Ablauf:

-Tauchpumpe set on for timer 300

-Danach über das Magnetventil solange Wasser nachlaufen lassen bis Füllstandschalter Magnetventil OFF

Es ist kein weiter Weg zum intelligent Wohnen.

Was kostet die Hausautomation überhaupt? Die Bewässerung die ich hier einsetze kostet abgesehen von den Regnern rund 200€. Darin enthalten ist der Server mit Sendeeinheit, entsprechende Schalter, Magnetventil und Anschlusstechnik und ein Verrieselungsschlauch. Also durchaus erschwinglich!

Der Server mit Sendeeinheit erledigt bei mir im Haus neben der Rasenbewässerung auch die Komplette Lichtsteuerung im Haus und außen.

SPS Steuerung SPS Grundlagen SPS Automatisierung

SPS steht für Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS Steuerung SPS Grundlagen SPS Automatisierung)

SPS Steuerung SPS Grundlagen SPS Automatisierung

(engl. Programmable Logic Controller PLC). Mit der Betonung der Programmierbarkeit und der Ablage eines Programms in einem (Programm-) Speicher werden die Hauptmerkmale der Technik bereits im Namen festgeschrieben: Die Steuerungen selbst sind flexibel und universell für verschiedendste Aufgaben einzusetzen, die aktuelle Funktion selbst wird mit einem Programm festgelegt. Der Part „Steuerung“ im Namen besagt nicht, dass diese Technik keine Regelungsaufgaben übernehmen kann.

SPS ist die dominierende Automatisierungstechnik für breiteste Aufgaben der Steuerung und Regelung außerhalb der speziellen CNC- und Roboterwelt, wobei die Grenzen zunehmend fließend sind.

Rückblick

Die erste Speicherprogrammierbare Steuerung wurde 1970 in Chicago für eine Werkzeugmaschine vorgestellt. 1973 erschienen erste Applikationen in der BRD. Im Zeitraum 1975 bis 1985, spätestens bis 1990 vollzog sich der grundsätzliche Übergang von den verbindungsprogrammierten Steuerungen (VPS) mit Relais und Schützen und danach auch von festverdrahteter Logik hin zu den speicherprogrammierten Steuerungen. 1983 erschien mit DIN 19239 „SPS-Programmierung“ die erste Norm zu speziellen Problemen der SPS, 1993 wurde diese Norm durch IEC 61131-3 ersetzt.

Vorteile

Die Vorteile der SPS-Technik wie Flexibilität, geringerer Platzbedarf, höhere Zuverlässigkeit, geringere Kosten, Möglichkeit der Vernetzung mit anderen Systemen, Möglichkeiten für Fehlerdiagnose und Fernwartung der Programme und hauptsächlich der schnelle Funktionswechsel durch Programmänderung setzten sich durch.

Verbindungsprogrammierte Steuerungen müssen bei jeder Änderung im Steuerungsablauf hardwareseitig umgebaut werden, was heute nicht mehr konkurrenzfähig ist. Auf der Aktorseite sind bei der Anschaltung von Schützen Restfelder verdrahteter Steuerungen zumeist im Rahmen von Hilfskontakt-Sätzen erhalten geblieben.

Weiter gibt es sicherheitsrelevante Fälle, welche Festverdrahtung verlangen und bei denen es sogar verboten ist, sie per Standard-SPS zu steuern. Für solche Zwecke können heute allerdings spezielle fehlersichere SPS verwendet werden. Das bekannteste und weitverbreiteste SPS-System ist Simatic S7 der Siemens AG mit den Baureihen S7-200 mit Software Step7MicroWin und S7-300 sowie S7-400 mit Software Step7.

Daneben gibt es eine Vielzahl anderer Hersteller. Die Systeme sind zueinander nicht kompatibel! Kompatibilität entsteht, wenn sich Hersteller bei der Entwicklung von Programmiersystemen hardwareunabhängig an die Norm IEC 61131-3 halten.

Hardwareplattformen

Mit derartigen Systemen entstehen Programme, die auf verschiedensten Hardware-Plattformen laufen ( z.B. CoDeSys Automation Alliance). Von großer Bedeutung ist der fortwährende und schrittweise Weg der Steuerungstechnik hin zur Datenverarbeitung!

Durch die Entwicklung der Rechentechnik (umgangssprachlich „PC-Technik“, obwohl nicht alle Rechner in der Automatisierungstechnik als „Personal Computer“ fungieren) sind zunehmend Automatisierungslösungen am Markt, die sich deutlich von den klassischen SPS der achtziger und neunziger Jahre unterscheiden. Der Automatisierungstechniker wird zunehmend mit Begriffen und Methoden konfrontiert, die ursprünglich Fachthemen der Informatiker und PC-Spezialisten waren.

Die SPS-Technik erfuhr ihre Markteinführung in den 70er und 80er Jahren mit ersten programmierbaren Steuerungen, die in klassischer Denkweise als Zentralsteuerung in Schaltschränke eingebaut wurden.

Schaltschrank

Karl Pusch bezeichnet diese sinnvoll als „Schaltschrank-SPS mit Parallelverdrahtung“und verweist auf den typischen Schutzgrad von IP20 für diese elektronischen Baugruppen.

Hierbei handelt es sich stets um autarke Computersysteme mit mindestens einem Prozessor und einem eigenem Betriebssystem. Über den sogenannten „Rückwandbus“ werden vielfältige E/ABaugruppen angeschaltet.

Sensoren

Alle Sensoren und Aktoren werden in Parallelverdrahtung an diese Zentralsteuerungen herangeführt, wobei zumeist umfangreiche Leitungsbündel entstanden.

Im Laufe der 80er Jahre erfolgte vor allem eine fortwährende Erweiterung von Funktionen und Leistung der Prozessoren in den SPS (überwiegend CPU genannt).

Bei Hardware und Infrastruktursoftware bestehen bis heute erhebliche firmenspezifische Unterschiede. Diese haben mehr oder weniger ihre Berechtigung, um die Vielzahl der Anwenderwünsche abzudecken, mehr aber noch aus „marktpolitischen Gründen“.

Kennzeichnend für die erste Generationen von SPS sind Interpreter für den „zeilenweisen“ Eintrag der Anwenderprogramme in den Programmspeicher.

Interpreter

Der Interpreter ist Bestandteil des Betriebssystems der SPS. Er setzt den Quellcode des Anwenderprogramms um in den Maschinencode des SPS-Prozessors. Interpreter sind langsamer als Compiler. Sie gestatten eine einfache Kommunikation zwischen SPS und Programmiergerät. Folge: Man kann ein Programm von der SPS herunterladen und lesen, jedoch ohne zusätzliche Informationen wie Symbolik und Kommentare!

-> M&T Computerlexikon 1998: „Ein Interpreter ist ein Programm, das den Quellcode einer höheren Programmiersprache Anweisung für Anweisung in Maschinencode übersetzt. Ein großer Nachteil des Interpreter ist, dass Schleifen bei jeder Iteration von neuem übersetzt werden müssen. Eine der bekanntesten interpretierten Sprachen ist Basic.“

Ab den 90er Jahren wurde Automatisierungstechnik zunehmend dezentral strukturiert, um die fehleranfällige Parallelverdrahtung zu vermeiden. Aktoren und Sensoren werden an einzelne, über die Anlage verteilte Busmodule angeschaltet, die über Feldbussysteme mit dem Busmaster vernetzt werden.

Zunehmend mehr Baugruppen werden dazu in Schutzgard IP 65 oder 54 ausgeführt. Typisch begann diese Entwicklung in Automobilindustrie um 1995 (mit Feldbus Interbus-S).

Parallelverdrahtung

Die Umgehung der Parallelverdrahtung war nur ein erster von vielen weiteren Gründen für die Dezentralisierung der Automatisierungstechnik. Hinzu kam die Verteilung der „Intelligenz“, indem programmierbare Automatisierungsgeräte mit CPU selbst vernetzt wurden. Die Tendenz setzt sich bis heute fort und gipfelt z.B. im System PROFINET CbA mit dem Einsatz wiederverwendbarer Automatisierungsmodule.

Busmaster

Die Busanschaltbaugruppen (Busmaster) organisieren den Datenaustausch über das gemeinsame Busmedium, überwachen und verwalten den Feldbus und gestatten die Feldbus-Diagnose. Dabei entwickelten sich unterschiedliche Organisationsprinzipien, von denen die Master-SlaveKommunikation eine der bekanntesten ist.

Zu den klassischen Aufgaben der Steuerungen kommen in dieser Zeit zunehmend Funktionen der Verarbeitung von Prozessdaten, der Visualisierung der Steuerungen und Prozesse sowie der Diagnose hinzu. Die Datenmenge nahm kontinuierlich zu.

Die Bemühungen um Internationale Standards werden forciert. Die Richtlinien der PLCopen und die Norm IEC 1131 sind folgerichtig an Denkweisen der Datenverarbeitung angelehnt.

Quelle:Dr.Ing Becker Einzelne Passagen wurden unter Nutzung von Wikipedia erarbeitet: -> http://de.wikipedia.org/wiki/Speicherprogrammierbare _Steuerung

Zukunft

in Zukunft wird es eine PLCnext Technologie geben. Auf Basis von offenen Steuerungsplattformen können Entwicklungszeiten reduziert und Produktionsprozesse in lürzerer Zeit angepasst werden.

Entwickler können beispielsweise parallel an einer Gesamtlösung arbeiten. Die Lösung ist dabei speziell auf das Kundenproblem zugeschnitten. Ähnlich wie Android bei dem Smartphone sehr viele Apps zur Verfügung gestellt werden können so kann es bei der PLCnext Technologie ahnlich viele Lösungen entwickelt werden.