Flüssigkeitsdosierung für Laboranwendungen

Aus HSHL Mechatronik
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Autor: Asmaa Kachout Aarourou & Daniel Gosedopp & Florian Pichmann
Betreuer: Marc Ebmeyer


Einleitung

Im Studiengang Business and Systems Engineering wird im Rahmen des Fachpraktikums "Angewandte Elektrotechnik" ein Gruppenprojekt entwickelt.

Dieses Projekt befasst sich mit einer gewichtsgeregelten Flüssigkeitsdosierung, die für Anwendungen mit grammgenauen Gewichtsanforderungen verwendet werden kann. Als Beispiel kann hier die Chemieindustrie bei der Abfüllung von Reinigungs-/Pflegeprodukten oder das Mixen von Nährstofflösungen für Pflanzen genannt werden. Auch der Einsatz in Schulen zur Durchführung von Experimenten mit Flüssigkeiten ist möglich.

Der Automat soll eine gewünschte Flüssigkeitsmenge mittels einer Pumpe und Schlauchverbindungen aus einem Tank in ein bereitstehendes Gefäß einfüllen. Die Sollmengenvorgabe wird mit einem Touchscreen realisiert. Hier kann entweder direkt das Gewicht oder die bekannte Dichte der Flüssigkeit zusammen mit dem gewünschten Volumen in z.B. Milliliter vorgegeben werden. Der Regelkreis wird mithilfe einer Wägezelle als Sensor, auf der das Zielbehältnis platziert wird, und einer Peristaltikpumpe (Schlauchpumpe) als Aktuator realisiert. Die Software (Signalverarbeitung, Regler) läuft auf einem Mikrocontroller. Die Vorgehensweise bei der Bearbeitung des Projekts orientiert sich am V-Modell, weshalb auch dieser Wiki-Artikel in die Phasen des V-Modells bis zum Komponententest gegliedert ist.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungsliste
ID Typ (I = Info, A = Anforderung) Kapitel Inhalt Ersteller Datum Geprüft von Datum
001 I 1 Hardware
002 A Es muss eine Wägezelle verbaut werden, welche in der Lage ist, die Flüssigkeitsmenge mit einer Genauigkeit von +/- 1g zu messen. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
003 A Es wird eine regelbare Peristaltikpumpe (Schlauchpumpe) verbaut. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
004 A Zur Sollwertvorgabe wird ein Touchdisplay verwendet (HMI). Hier kann entweder ein gewünschtes Gewicht oder die Dichte der Flüssigkeit zusammen mit dem gewünschten Volumen angegeben werden. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
005 A Für die Daten- und Signalverarbeitung, die Regelung und die Anbindung des Touchdisplays wird ein Arduino Mikrocontroller genutzt. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
006 A Es müssen zwei Behälter (z.B. Becherglas) vorhanden sein. Einer dient als Vorrat, der Andere als Zielgefäß. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
007 A Der Transport der Flüssigkeit zwischen den Behältern erfolgt durch Kunststoffschlauchverbindungen. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
008 A Die Energieversorgung wird von einem externen Netzteil übernommen. Dieses muss genug Leistung haben, um die gesamte Elektronik zu betreiben. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
009 I 2 Software
010 A Für die Erstellung der Software wird Matlab/Simulink verwendet. Ggf. wird aus dem Modell C-Code generiert, welcher auf den Arduino geflasht wird. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
011 A Die Software muss die Eingabe auf dem Touchdisplay zu einem Sollwert für die Regelung verarbeiten. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
012 A Es muss ein Kalibriermodus für die Wägezelle vorhanden sein. Die Kalibrierung wird ebenfalls mit Hilfe des Touchscreens vorgenommen. Hierzu ist ein Kalibriergewicht notwendig. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
013 A Das gemessene Ist-Gewicht wird mit dem Sollwert zu einer Regeldifferenz verrechnet, sodass der Regler eine Stellgröße zur Ansteuerung der Pumpe berechnen kann. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
014 A Es wird ein stetiger Regler verwendet. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
015 I 3 Dokumentation
016 A Alle Projektdateien werden in SVN hinterlegt. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023
017 A Das gesamte Projekt wird im Wiki dokumentiert. Pichmann 05.10.2023 Kachout, Gosedopp 06.10.2023



Tabelle 2: Bill of Materials (BOM)
Anzahl Komponente Preis Link
1 Kamoer KCM Peristaltikpumpe 50,38€ Test
1 Arduino Mega 2560 15,95€ Test
1 Wägezelle RBS15855 1,95€ Test
1 Gewichtssensor HX711 24 Bit ADU 0,89€ Test
1 Touchdisplay Test
2m Silikonschlauch 1,6mm * 4,8mm 9,49€ Test


Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf


  • Abbildung 1: Skizze funktionaler Systementwurf


  • Abbildung 2: Skizze technischer Systementwurf


Komponentenspezifikation

Umsetzung (HW/SW)

Komponententest

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

Literatur


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