Cocktailmaschine

Autoren: Fabian Müller, Lukas Honerlage
Gruppe: 1.4
Projekt: 95
Betreuer: Prof. Schneider

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Einleitung

In diesem Projekt wird eine Cocktailmaschine entwickelt, welche mit Hilfe eines Mikrocontrollers vollautomatisch Ihren "Wunschcocktail" zusammenstellt. Die auf dem Display dargestellten Getränke können in bestimmten Verhältnissen miteinander vermischt werden. Hierzu werden maximal drei gekühlte Getränke zur Auswahl stehen, welche jederzeit eigenständig gewechselt werden können.

Optional: Es kann sein eigenes Getränk in einem beliebigen Mischverhältnis eingegeben werden.

Anforderungen

Allgemein
Die Cocktailmaschine muss aus drei verschiedenen Getränken ein ausgewähltes Mischverhältniss zusammenstellen. Zusätzlich soll eine weitere angebaute Apperatur die Mischung bei Bedarf vermischen. Des Weiteren muss stetig die Temperatur der Getränke überwacht werden, welche in einem Behältnis mit Eis gekühlt werden.

Elektonik und Steuerung
Die drei Pumpen der Anlage müssen entweder direkt über den Mikrocontroller oder über eine Relaisschaltung realisiert werden. Der Füllstand des Mischbehälters muss über einen Sensor bestimmt werden, damit das passende Mischverhältniss ausgegeben werden kann. Damit die Getränke zu jederzeit kühl genießbar sind, ist eine stetige Temperaturüberwachng der Flaschen nötig.

Das Display muss durch drei Knöpfe bedienbar sein sowie vorinstallierte Getränke mit dem passenden Abfüllmenge

Mechanik und Materialien
Die gesamte Halterung muss aus hygienetechnischen sowie witterungsbedingten Gründen aus Edelstahl gefertigt werden. Die Pumpen sowie alle Schläuche müssen für Lebensmittel geeignet sein. Der Schaltkasten muss IP67 geschützt sein, da in der Anlage mit Flüssigkeiten gearbeitet wird und diese auslaufen könnten.

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Systementwurf

Um sich einen groben Überblick über das Projekt zu verschaffen wurde ein Systementwurf angefertigt. Durch ein LCD Display werden vom Arduino verschiedene Getränke dargestellt, welche über Knöpfe ausgewählt werden können. Die Pumpmotoren füllen dann dementsprechend den Messbehälter, bis der gewünschte Wert erreicht ist. Dieser wird von einem Füllstandssensor überwacht und an den Arduino weitergegeben. Ist die Füllmenge erreicht schließt sich das Magnetventil und der Motor hört auf zu Pumpen. Durch Teperatursensoren wird stetig die Temperatur der gelagerten Flüssigkeiten überwacht und an die Steuerung weitergegeben. Diese Temperatur kann im Display angezeigt werden.

CAD Zeichnung

Das CAD-Modell wurde mit Solid Works und einem entsprechendem Layout erstellt. Die Zeichnung zeigt Vorder- , Seiten-, und Draufsicht sowie eine Isometrische Darstellung

Anschlussplan

Komponenten

Gehäuse: Anfertigung in Edelstahl
Schaltkasten für die Verdrahtung
230V Anschlusskabel mit integriertem FI-Schutzschalter
24V Netzteil von Siemens
Step down Module
C2 Sicherung Eaton
Arduino Uno R3: Ähnlicher Microcontroller(Firma: Funduino)
8-Relais Modul 5V
Eigene Platine Verteiler für VCC und GND
LKM electronic Temperatur-Messumformer Ø 44 mm 24 V, 0°C → +200°C, für Pt100
Eigne Platine zum Auslesen des Messumformer
Magnetventil DC 12 V, 6 mm
LCD-Display mit IC2 Anschluss
Eaton Knöpfe
Pumpe 12V 4.3 LPM von Seaflo
PVC Schlauch
POM T Stücke

Umsetzung (HW/SW)

Hardware
Die gesamte Konstruktion besteht aus Edelstahl (1.4301). Die einzelnen Teile wurden entweder miteinander verschraubt oder verschweißt. Das Konstrukt steht auf vier höhenverstellbaren Füßen, welche dem jeweiligen Untergrund angepasst werden können um Höhenunterschiede auszugleichen. An der Seite ist ein Schalkasten angebracht, in welchem sich die Elektronik befindet. Der Schaltkasten ist Staub und Spritzwasser geschützt, um auslaufenden Flüssigkeiten vorzubeugen.

Über eine Pumpe werden durch PE-Schläuche die Flüssigkeiten angesaugt. Durch sechs Ventile kann man zwischen den verschiedenen Flüssigkeiten wählen. Diese werden dann durch einen Druchflusssensor, welcher sich an der Rückseite des Frontpanels befindet, abgemessen und in das Gefäß geleitet. Bedient wird die gesamte Einheit durch drei Knöpfe, welche sich an der Frontseite der Maschine befinden. Ein Display zeigt dabei die jeweilige Auswahl an, die zu Verfügung steht.

Die Spannungsversorgung der Anlage wurde über einen 230V Anschluss realisiert, um zukünftige Anbauten wie zu Beispiel eine interne Kälteanlage zu betreiben. Hierzu ist zu beachten, dass eine Inbetriebnahme nach DIN VDE 0100 Teil 600 durchzuführen ist. Das entsprechende Prüfprotokoll befindet sich sich im Anhang des Artikels. Durch ein Netzteil wird die Spannung auf 24V reduziert. Um den Arduino mit 5V DC und die Ventile/Pumpe mit 12V DC zu betreiben, wurden weitere Spannungswandler eingebaut. Die gesamte Anlage ist Über eine Fehlerstromschutzschalter (RCD) abgesichert. Durch einen Leitungsschutzschalter ist das Netzteil vor Überlast geschützt. An jeden Behältnis befindet sich ein PT100 Temperatursensor, welcher mit einer Wandler Platine verbunden ist und dadurch einen Strom von 4 bis 20 mA ausgibt. Die Temperatur der sechs Gefäße kann jederzeit über das Display ausgegeben werden. Die Ventile werden über eine Relaisplatine angesteuert, wobei die Steuerspannung vom Arduino kommt. Der Motor der pumpe wird über ein Motorsteuergerät betrieben, bei welchem die PWM frei einstellbar ist. Dieses bewirkt, dass keine Flüssigkeit nachlaufen kann, da der Motor nicht abrupt gestoppt wird.

Pumpe mit Verschlauchung
Oberer Aufbau der Anlage
Schaltkasten

Software
Die Software für die Cocktailmaschine wurde mit der Arduino IDE angefertigt. Die Software besteht aus einer setup und loop Funktion. Beim Start des Microkontroller werde die Bibliotheken für IC2 und die für den Display mit IC2 geladen. Desweiten werden die Variablen Initialisiert. Die Taster werden in der Software gegen entprellen geschützt. Ebenfalls werden die Kontakte PIN zum Variablen schalten auf HIGH gesetzt, da die Relais mit einem LOW Signal geschaltet werden. Des weiteren wurden Funktionen geschriebene um die Temperatur der Pötte zu messen, das Abfüllen der Flüssigkeit mit Übergabe der Relais und der ml Anzahl, die Ausgabe für den LCD Display und eine Interrupt Funktion zum Auslesen des Durchflusssensoren. Die loop Funktion ist als Switch Case aufgebaut. In der ein Case für eine Flüssigkeit steht. Wenn in einem Case der Button Enter gedrückt wird wird die Flüssigkeit abgefüllt. Das Programm wurde so aufgebaut, dass leicht eine Erweiterung in Zukunft stattfinden kann. Um ein Komplettes Mischverhältnis in einem Case abzubilden, reicht das Einfügen von der Funktion zum Abfüllen und der Übergabeparameter mit einem Pause von 500ms zwischen den Flüssigkeiten. Damit ist eine schnell Anpassung für Zukünftige Änderungen gewährleistet.

Komponententest

Zusammenfassung

Als Zusammenfassung zu diesem Projekt zeigt sich, dass die Entwicklung dieser Cocktail Maschine sehr zeitaufwendig ist. Die Herstellung aus Edelstahl erfordert die Kenntnisse der Verarbeitung von Edelstahl sowie die Möglichkeit diese zu schweißen. Ebenfalls ist die Vorrausetzung bei der Umsetzung dieses Projektes eine abgeschlossen Elektronisch/ Mechatronische Ausbildung. Diese ist notwendig für den 230V Anschluss. Ebenfalls ist es wichtig, dass alle Teile geerdet sind, damit bei Elektrischer Kontakt mit Flüssigkeit die Sicherung den Anwender schützt. Ebenfalls ist muss beachtet werden, dass mit 230V, 24V und 12V und 5V gearbeitet wird. Besonders bei auslesen des Messwandler muss darauf geachtet werden, das der Arduino nur maximal 5V Signale Verarbeiten kann. Hierfür musste eine Platine entwickelt werden an der die 24V angeschlossen werden können und die Eingänge vom Arduino. Die zum auslesen der Temperatur dienen. Des weiteren wurde die Werte für Kennlinie mit Multisim und von in einem Versuch ermittelt was ebenfalls eine Herausforderung war. Gut gekappt hat im hat die Erstellung einer Menüauswahl und die Bedienung mit den 3 verschiedenen Knöpfen. Ebenfalls klappt das abmessen mit Durchflusssensor gut es muss nur sichergestellt werde, dass der Schlauch keine Luft zieht.

Inbetriebnahmeprotokoll

Fazit

Das Fazit des Projektes, dass der geplante Zeitaufwand weit überschritten wurden. Dies lag einerseits dran, dass die Aufbau aus Edelstahl sehr lange gedauert hat und des anderen darren, dass immer wieder Probleme auftraten die sehr Zeitaufwendig waren.

Lessons Learned

Bei dem Projekt haben wir gelernt, was es bedeutet eine Maschine zu Planen. Angefangen von der Idee bis zu Fertigungen Umsetzung. Wir abheben festgestellt, dass die anfängliche Planung von der Umsetzung abweichen kann. Dies wurde besonders deutlich da Problem in der Planung nicht beachtet wurden und kein Puffer wie diese vorgesehene war. Ebenfalls haben wir gelernt, dass bei der Auswahl der Komponenten darauf geachtet wird, das diese auch dem einsatzzweck gerecht werden. In unsrem Fall wurden erst 3 Pumpen eingebaut, die den Einsatzzweck nicht erfüllen konnten.

Projektunterlagen

Projektplan

Projektdurchführung

YouTube Video

Ein zusammenfassendes Video finden Sie unter YouTube Video des Cocktailmaschine.

Weblinks

Literatur