Bedienungsanleitung - UMS

Bedienungsanleitung
SIS
Smart Irrigation Sensor
© UMS GmbH München, Version August 2004

Smart Irrigation Sensor
Vorwort
Der Erfolg jeder technischen Einrichtung ist unmittelbar von der sachgerechten
Anwendung abhängig. Andererseits müssen die Messsysteme zuverlässig,
langlebig und wartungsarm sein, um zielorientierte Ergebnisse zu liefern und
um den Betreuungsaufwand minimal zu halten.
Zu Beginn einer Messaufgabe oder eines Forschungsprojektes müssen aus der
Zieldefinition alle Einflussgrössen gesamtheitlich betrachtet – sowie
Gegebenheiten und Randbedingungen definiert werden. Daraus leiten sich die
Anforderungen an das wissenschaftliche und technische Projektmanagement
ab, das alle qualitätsrelevanten Prozesse definiert, die Auswahl der
einzusetzenden Verfahren trifft, die der technischen und messtechnischen
Werkzeuge, der Verifizierung, der Ergebnisse und der Modellierung.
Das kontinuierlich optimierte und synergetische Zusammenwirken der
einzelnen Teilbereiche und deren Qualitätssicherung sind schließlich
ausschlaggebend für den Erfolg des Projektes.
In diesem Sinne bitte ich um Mitteilung Ihrer Kritik und Ihrer Einschätzungen.
Georg v. Unold
München, 30.09.2002
2

Inhaltsverzeichnis
1 Lieferumfang...............................................................................................4
2 Beschreibung des Smart Irrigation Sensors ................................................5
2.1 Einsetzen...............................................................................................6
2.2 Anschluss des Sensors...........................................................................6
2.3 Interpretation der Messwerte ..............................................................8
2.4 Bewässerungssignal*.............................................................................9
2.5 Serielle Bus-Schnittstelle* .....................................................................9
3 Schutz der Messeinrichtung .....................................................................10
3.1 Diebstahl und Vandalismus .................................................................10
3.2 Blitzschutz...........................................................................................10
4 Zubehör ...................................................................................................11
4.1 Anschluss- und Verlängerungskabel....................................................11
4.2 Handmessgerät...................................................................................11
4.3 tensioLINK® USB Adapter und Software tensioVIEW® ...................11
5 Kontakt.....................................................................................................12
6 Technische Daten ....................................................................................13
3

Smart Irrigation Sensor
1 Lieferumfang
Im Lieferumfang sind enthalten:
• SIS, je nach Ausführung, standardmäßig mit Kabel und Stecker M12/IP67 mit
Schutzkappe
• Diese Bedienungsanleitung
Erhältliches Zubehör finden Sie im Kapitel 4.
Erhältliche Varianten:
SIS-W-L4
SIS-W-C4
SIS-W-L8
SIS-W-C4
Standard Version mit 4pol Kabel, offene Enden
Standard Version mit 4pol Kabel und Stecker M12/IP67
Erweiterte Version mit 8pol Kabel, offene Enden
Erweiterte Version mit 8pol Kabel und Stecker M12/IP67
4

2 Beschreibung des Smart Irrigation Sensors
Der Smart Irrigation Sensor kurz SIS ist die Kombination des bewährten
Gipsblock/Matrixsensor vom Typ Watermark 200SS mit einem
hochentwickelten Messsignalwandler. Der Wandler ist im Korpus des Sensors
integriert.
Durch den Einsatz eines Mikrocontrollers wird ein annähernd linearer Verlauf
der Ausgangsspannung im Verhältnis zur Bodenwasserspannung erreicht. Der
Mikrocontroller korreliert die Signale des Matrixsensors und eines
Temperatursensors und errechnet daraus die Bodenwasserspannung.
Ein neuartiges Messverfahren für Gipsblöcke löst die Probleme, die mit einer
Wechselspannungsmessung auftreten würden. Dieses Verfahren wurde von
UMS Entwickelt und zum Patent angemeldet.
5

Smart Irrigation Sensor
2.1 Einsetzen
Der Außendurchmesser des Sensors beträgt ca. 23 mm; entsprechend groß
muss der Durchmesser des Bohrstockes (UMS Zubehör) gewählt werden.
- Stellen Sie den Sensor kurz in ein mit Wasser gefülltes Gefäß, bis dieser sich
vollgesaugt hat.
- Bohren Sie am Meßort ein Loch der gewünschten Messtiefe
- Bei sehr skeletthaltigen (steinigen) Böden muss mit dem Bohrer einige Male
nachgebohrt werden. Sollte die Wandung des Bohrloches überhaupt nicht
halten, so können UMS Hüllrohre verwendet werden.
- Füllen Sie in das Loch etwas Wasser; ca.100 ml.
- Setzten Sie den Sensor ein.
2.2 Anschluss des Sensors
Der Sensor benötigt eine Versorgungsspannung im Bereich von 6…20 V DC .
Diese kann in den meisten Fällen direkt vom Messequipment wie z.B.
Datenloggern bereitgestellt werden. Das Ausgangssignal ist eine Spannung
zwischen 0…2V bezogen auf Versorgungsmasse. Um Messfehler durch die
Stromaufnahme zu vermeiden, ist die Versorgungsmasse extra noch einmal als
Signal- nach Außen geführt.
6

Wichtig: Der Sensor verfügt über keine galvanische Trennung zum Boden.
Deshalb ist es wichtig Masseschleifen bei der Messung zu vermeiden. Diese
könnten zur Elektrolyse im Sensorelement- und damit zu dessen Zerstörung
führen. Bei starken Strömen könnte auch die Messung beeinflusst werden.
Um die Masseschleifen zu vermeiden sollte das Messequipment (Datenlogger)
galvanisch von der Versorgungserde getrennt sein bzw. mit Batterie betrieben
werden. Eine galvanische Verbindung der Versorgung mit Erde ist zu
vermeiden. Auf diese Weise wird die Messeinrichtung nur über die Sensoren
„geerdet“ und es fließen keine Fehlerströme in der Messleitung zum
Datenlogger.
Standard Version mit 4pol Kabel/Stecker
Signal Farbe Pin Funktion Steckerbelegung
V in braun 1 Versorgung +6…+20 V DC
Signal+ weiß 2 Wasserspannung plus analog
GND blau 3 Versorgung minus
Signal- schwarz 4 analog minus
Erweiterte Version mit 8pol Kabel/Stecker
Signal Farbe Pin Funktion Steckerbelegung
V in weiß 1 Versorgung +6…+20 V DC
GND braun 2 Versorgung minus
Signal+ grün 3 Wasserspannung plus analog
Signal- gelb 4 analog minus
Alarm grau 5 Bewässerungssignal digital
RS485-B rosa 6 RS485 Zweidraht B
RS485-A blau 7 RS485 Zweidraht A
n.b. rot 8 keine Funktion
Wichtig: Der Messwert wird 5s nach dem Anlegen der Versorgunsspannung
ausgegeben und dann in einem Interval von 5 Min. aktualisiert. Zwischen den
Messungen bleibt der analoge Ausgang unverändert.
7

Smart Irrigation Sensor
2.3 Interpretation der Messwerte
Gipsblöcke bzw. Matrixsensoren besitzen nicht annähernd die Genauigkeit von
Tensiometern. Dies ändert auch der integrierte Messwandler nicht. Deshalb
sind die Absolutgenauigkeiten der SIS Sensoren nicht gleichwertig zu setzen mit
denen von den teureren Tensiometern. Obwohl der Sensor gerade im Bereich
von 50…600hPa eine hohe Auflösung besitzt, sind die Absolutwerte mit einer
hohen Toleranz behaftet.
Eine Bewertung bzw. Vergleich der Absolutwerte mit Referenz Tensiometern
im eingebauten Zustand ist sinnvoll. Grundsätzlich gilt für Gipsblocksensoren:
- Je größer die Bodenwasserspannung bzw. je trockener der Sensor
desto träger ist die Reaktionszeit
- Je größer die Bodenwasserspannung desto stärker ist der
Hystereseeffekt.
- Je größer die Bodenwasserspannung desto ungenauer wird die
Messung.
Der Sensor arbeitet optimal bei Bewässerungsvorgängen, wo sich die Phasen
von Austrocknen und Befeuchten abwechseln. Der Einsatz von Düngemitteln
die sich stark auf den ph-Wert Auswirken kann möglicherweise den Messwert
verfälschen.
Generelle Bewertung des Messwertes:
0…100hPa
gesättigter Boden
100…200hPa
der Boden ist angemessen feucht (abgesehen von
grobem Sandboden, der bereits die Feuchtigkeit
nicht halten kann)
300…600hPa
Gewöhlicher Bewässerungsbereich (außer
Tonboden)
600-1000hPa
Bewässerungsbereich für Tonböden
1000-2000hPa Der Boden wird gefährlich trocken.
8

2.4 Bewässerungssignal*
(nur bei erweiterter Version)
Über den Alarm- bzw. Bewässerungsausgang wird ein Signal erzeugt, das über
den Bewässerungszustand informiert (z.B. LED) oder direkt eine
Bewässerungsanlage steuert (Pumpe).
Standardmäßig sind die beiden Schwellwerte auf 300hPa und 600hPa
programmiert. Mit Hilfe des gesondert erhältlichen PC Interface (siehe
Zubehör) können die Schaltschwellen umprogrammiert werden.
Wichtig: Der Komparator arbeitet so, dass das Alarmsignal bei Überschreiten
der oberen Schwelle ausgelöst wird und dieses erst bei Unterschreiten der
unteren Schwelle wieder gelöscht wird.
Bei dem Ausgangssignal handelt es sich um ein hochohmiges digitales Signal.
5V=Alarm! Obere Schwelle überschritten.
0V=kein Alarm, Messwert zwischen 0hPa und oberer Schwelle, untere
Schwelle wurde vorher unterschritten.
Die Auswertung des Signals muss über eine hochohmige Ansteuerlogik (z.B.
Mosfet) gepuffert werden, um damit Lasten wie z.B. eine Pumpe zu betreiben.
2.5 Serielle Bus-Schnittstelle*
(nur bei erweiterter Version)
Der SIS integriert eine RS485-Busschnittstelle über die der Sensor konfiguriert
werden kann und aber auch Messwerte seriell abgerufen werden können. Die
Sensoren können adressiert und miteinander vernetzt werden. Dies ist
besonders sinnvoll z.B. in Gewächshäusern um lange Wege ohne mehrfachen
Kabelaufwand zu überbrücken.
Zusätzlich zum Bodenwasserspannungsmesswert lässt sich die
Bodentemperatur auslesen.
Für genauere Informationen bzw. eine entsprechende Realisierung
kontaktieren Sie bitte UMS.
9

Smart Irrigation Sensor
3 Schutz der Messeinrichtung
3.1 Diebstahl und Vandalismus
Ausreichender Schutz vor Diebstahl, Vandalismus oder durch die
Bewirtschaftung sollte gegeben sein. Daher sollten Messflächen eingezäunt sein
und ein Hinweisschild den Untersuchungszweck erläutern. Kabel sollten gegen
Verbiss durch Schutzschläuche geschützt sein.
3.2 Blitzschutz
Messgeräte im Freiland sind immer durch Überspannungen gefährdet. Wo
technisch machbar, sind Überspannungs- und Verpolschutz realisiert. Wenn Sie
Fragen zu einer optimalen Integration des SIS in ein Messsystem haben,
wenden Sie sich bitte an unsere Systemingenieure.
Leider gibt es keinen hundertprozentigen Blitzschutz! Blitze sind nicht exakt
berechenbar und nach Region, Spannung und Zerstörungskraft stark
unterschiedlich. Es sind Blitzschutzvorkehrungen zu treffen, sofern ein
Messsystem mit mehreren Sensoren und Datenloggern aufgebaut wird. Diese
können passiv durch einen oder mehrere Erdungsstäbe möglichst mit
Grundwasseranschluss, aber ohne elektrische Verbindung zur Messeinrichtung
(!!) erfolgen.
Beim aktiven Blitzschutz wird jeder Sensor und der Logger individuell mit
einem geerdeten Blitzschutzmodul ausgestattet. Diese sind ebenfalls über UMS
lieferbar, finden wegen der hohen Kosten jedoch kaum Anwendung.
10

4 Zubehör
Das folgende Zubehör ist bei UMS erhältlich.
4.1 Anschluss- und Verlängerungskabel
Anschlusskabel zum Verbinden der Sensoren z. B. mit einem Datenlogger, etc..
Ein Ende mit Buchse M12/IP67, ein Ende mit Aderendhülsen:
Für Standard Version gilt x=4, für erweiterte Version x=8.
UMS Art.-Bez.: CC-x/5 (Länge 5 m)
CC-x/10 (Länge 10 m)
CC-x/20 (Länge 20 m)
Verlängerungskabel mit Stecker und Buches M12/IP67:
UMS Art.-Bez.: EC-x/10 (Länge 10 m)
EC-x/20 (Länge 20 m)
Individuelle Längen auf Anfrage.
Kabelmarkiererclips, Nummernset 1…10 je 30 mal: KMT
4.2 Handmessgerät
Infield 7 Handmessgerät für manuelle Messungen. Anzeige und
Speicherung von Wasserspannung, Bodentemperatur und
Befüllzustand. Zuschaltbare Korrektur von Schaftlänge und
Einbauwinkel. Für alle UMS Tensiometer geeinget.. UMS Art.-
Bez.: INFIELD7b.
4.3 tensioLINK® USB Adapter und Software tensioVIEW®
USB Adapter für den PC/Laptop mit Anschlussmöglichkeit der erweiterten
Version mit Stecker. Über die Software tensioVIEW kann auf Daten des
Sensors zugegriffen werden und die Schaltschwelle für das Alarmsignal
programmiert werden.
11

Smart Irrigation Sensor
5 Kontakt
Nutzen Sie unseren kostenlosen Beratungsservice. Wir wollen, dass Sie mit
unseren Systemen optimal arbeiten können!
Gerne nehmen wir auch Ihre Anregungen und Ihre Kritikpunkte auf!
Viele Anregungen Ihrerseits finden sich in dieser Anleitung.
Wir stehen Ihnen zur Verfügung unter:
UMS umweltanalytische Meßsysteme GmbH
Gmunderstraße 37
D – 81379 München
Telefon: +49 (0)89 12 66 52-0
Fax : +49 (0)89 12 66 52-20
web: www.ums-muc.de
Ansprechpartner:
Herr Dipl.-Ing. Axel Rescher DW -13, e-mail: ar@ums-muc.de
Herr Dipl.-Ing. Georg von Unold DW -15, e-mail: gvu@ums-muc.de
Herr Udo Weiß, Fertigung DW -12, e-mail: uw@ums-muc.de
12

6 Technische Daten
technische Daten min typ max Einheit Bedingung
Versorgung 6 12 20 VDC
Stromaufnahme 2,0 2,5 10 mA
Temperatureinsatzbereich -10 +40 °C
Lagertemperatur -30 +60 °C
Analog Ausgang 0 2500 mV
Analog Ausgang Auflösung
12Bit
Analog Ausgang Impedanz 18 20 30 Ohm
Alarmsignal 0 5 V Schwellwert
programmiert
Alarmsignal Impedanz 10 kOhm
aktualisierungs Intervall 5 Min
Serial Interface
RS485-2
ESD Schutz (outputs, Vin)

Smart Irrigation Sensor
14

Smart Irrigation Sensor
UMS umweltanalytische Meßsysteme GmbH
Gmunderstraße 37
D – 81379 München
Telefon : +49 89 1266 52-0; Fax : –20
www.ums-muc.de
16