Projekt 24: Wasserstandsregelung: Unterschied zwischen den Versionen
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Version vom 11. Januar 2018, 10:57 Uhr
Dieser Wiki-Beitrag ist Teil eines Projektes, welches im Rahmen des Fachpraktikums Elektrotechnik im 5. Semester Mechatronik absolviert wurde. Ziel des Beitrags ist es, eine nachhaltige Dokumentation zu schaffen, welche die Ergebnisse festhält und das weitere Arbeiten am Projekt ermöglicht.
Autoren: Brandt, Eidhoff
Betreuer: Prof. Dr. Göbel
Aufgabe
Das Projekt „Wasserstandsregelung“ befasst sich mit einer selbständigen und kontinuierlichen Regelegung der Höhe des Wasserstandes in einem Behälter. Die Aufgabe besteht darin, bei einer beliebigen Ausflussmenge des Mediums den Wasserstand möglichst konstant zu halten. Es handelt sich hier um eine klassischee Anwendung aus der Regelungstechnik.
Erwartungen an Ihre Projektlösung
- Bauteilplanung Auslegung
- Planung eines mechanischen Aufbaus
- Planung eines elektrischen Aufbaus
- Entwurf eines Regelkreises
- Recherche zu bestehenden Lösungen
- Programmieren eines Arduino Uno (Programmiersprache: C)
- Testen der verschiedenen Regler
- Erstellung einer wissenschaftlichen Dokumentation
- Live Vorführung während der Abschlusspräsentation
Einleitung
Der Aufbau ist zu Präsentationszwecken folgendermaßen gewählt worden: In einer handelsüblichen 3 Liter Sonnenblumenöl Flasche ist das zu fördernde Medium Wasser. Durch einen Absperrhahn wird ein Auslass an der Unterseite simuliert, welcher als Störgröße der Regelung fungiert. Das Wasser läuft über einen Schlauch in eine Wasserwanne, aus welcher das Medium mittels einer Pumpe wieder oben in die Sonnenblumenölflasche gepumpt werden soll.
Nach abwägen verschiedenster Möglichkeiten der Reglung wurde folgender Ansatz zur Lösung der Problemstellung gewählt:
- Druckmessung mit einem Drucksensor
- Sollwertbestimmung mit einem Potentiometer
- Regelung mittels Software des Arduino Uno
- Pumpen des Wasser mit einer Tauchpumpe je nach Bedarf
Anforderungen
- Regeln des Wasserstandes auf eine einstellbare Höhe
- Einstellen der Höhe
- Kein Überlauf des Behälters
- stetige Regelung
Auswahl der Elektronikkomponenten
Auswahl der Reglerkomponente: Arduino Uno
- Bereits im Praktikum verwendet
- sehr Bedienerfreundlich
- günstig
- Programmiersprache C (bereits bekannt)
- umfangreiche Dokumentationen vorhanden
Auswahl des Motortreibers und der Pumpe:
- Spannungsregler auf Motortreiber sorgt für eine 5V Versorgungsspannung für den Arduino
- einache PWM-Ansteuerung der Pumpe
- Förderleistung der Pumpe von 12L/min
- kostengünstig
Auswahl des Drucksensors: Differenzdrucksensor
- unempflindlich gegen Wasser
- Auflösung: 450mV pro kPa --> 45mV pro Zentimeteränderung der Wassersäule
Materialliste
Artikel | Anzahl | Lieferant | Artikelnr. |
---|---|---|---|
12V Pumpe | 1 | Conrad | 539082 - 62 |
Differenzdrucksensor | 1 | Reichelt | MPX 5010DP |
Stiftleiste | 1 | Reichelt | SL 1X32G |
Potentiometer | 1 | Conrad | 452867 - 62 |
Arduino Uno | 1 | Conrad | 191789 - 62 |
Motortreiber | 1 | Conrad | 1573541 - 62 |
Rohrnippel 3/4" 100mm | 1 | Globus | GLO782144626 |
Floraworld Kugelhahn 3/4" | 1 | Globus | GLO782140012 |
Rohrnippel 3/4" 40mm | 1 | Globus | GLO782144630 |
Temperguss Reduzierstück 3/4" 1" | 4 | Globus | GLO782144607 |
Teflonband | 1 | Globus | GLO782145948 |
Sonnenblumenöl Flasche | 1 | Lidl | |
Multiplexplatte | 2x1m | Eigenbestand | |
Systembox | 1 | Globus | GLO655700394 |
PVC-Schlauch 4mm | 1m | Globus | GLO680453095 |
1/2" Schlauch | 1m | Eigenbestand | |
13mm Rohr | 20mm | Eigenbestand | |
Stahlrohr 40mm | 70cm | Eigenbestand |
Aufbau
Mechanik
Arbeitsschritte:
- Sägen und Zusammenbau der Wände und Zwischenlagen des Präsentationstisches
- Durchbohren der Tischplatte mit anschließender Befestigung der Rohrleitungen
- Installation des Sonnenblumenöltanks über dem Kugelhahn
- Schweißen einer Befestigungsplatte an das Halterohr
- Befestigung des Halters an der Tischplatte
- Schlauchdurchführung zur Befüllung des Tanks
- Anbringen des Differentialdrucksensors und der Elektronik auf der Tischplatte
Elektronik
Implementierung
Bedienung
Fazit/Reflexion
Weblinks
- Datenblatt Motortreiber
- Datenblatt Pumpe
- Datenblatt Differentialdrucksensor
- Anschluss und Programmierung des Motortreibers
- PID Library Arduino
Literatur
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