Проектирование слайсера нового поколения (стр. 1 из 3)
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1 Анализ объекта автоматизации
1.2. Критический анализ объекта автоматизации
1.3 Анализ методов автоматизации
1.3.1 Анализ первичных преобразователей
1.3.2 Анализ исполнительных органов
1.3.3 Анализ СУ
1.4 Постановка задачи проектирования
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ
2.1 Структурная схема подключения датчиков
2.2 Структурная схема подключения исполнительных механизмов
2.3 Распределение пинов микроконтроллера
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ В СРЕДЕ PROTEUS
3.1 Проектирование моделей датчиков
3.2 Проектирование моделей исполнительных механизмов
3.3. Проектирование панели управления устройством
4. РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА БЛОК–СХЕМЫ АЛГОРИТМА ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ
4.1 Построение блок–схемы алгоритма
ВЫВОДЫ
В современной кулинарной промышленности, а также в сфере обслуживания, с ростом населения, возрастает потребность в быстром и качественном производстве пищевой продукции, а также максимальной подготовке ее к употреблению, так как «время-деньги».
Одно из направлений ускорения данного производственного процесса является проектирование, изготовление, а затем и внедрения различных машин для быстрой очистки, нарезки и прочей механической обработки пищевой продукции. Одной из таких машин является агрегат, как правило, с ручным управлением слайсер.
1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1 Анализ объекта автоматизации
Слайсер - специализированное устройство для точной и быстрой нарезки колбасы в больших количествах. Данный прибор является часто встречаемым кухонным прибором в любом супермаркете. Не имеет значение какую модель, какой фирмы рассматривать- все они имеют примерно одинаковую структуру и принцип действия, а как следствие- одинаковые недостатки, но об этом позднее. Остановимся подробнее на принципе действия. Оператор прибора выставляет ширину отрезаемого ломтя при помощи движения задней стенки, затем вручную подносит колбасу и держит ее до тех пор, пока не произойдет отрезка (опять же ручным движением вращающегося ножа), затем отрезаемый ломоть смещается в сторону и оператору необходимо подвинуть колбасу еще вперед и снова держать до момента отрезки. После окончания непосредственно нарезки необходимо взять все отрезанные куски и вручную разложить их на тарелке, что неминуемо ведет к увеличению времени упаковки.
Рисунок 1.1 Типичный Слайсер.
1.2 Критический анализ объекта автоматизации
А) Задняя стенка выставляется вручную, что не дает возможность максимально точно выставить ширину нарезки. Следует заметить, что автоматизированный электропривод справиться с данной задачей гораздо быстрее, чем человек, который будет подгонять размер. Что касается ремонтопригодности и надежности, то здесь нареканий нет.
Б) Нож. Скорость его вращения не регулируется, поэтому нет подстройки под тип колбасы (Салями – твердая, Докторская- мягкая), а это важно для экономного использования электроэнергии, а также для быстрого и ровного отрезания, ведь если скорость будет не соответствовать, то колбаса может быть просто порвана на куски. Что касается надежности и ремонтопригодности, то здесь вновь нет способов применить автоматизацию для улучшения данных качеств.
В) Прижимное устройство. Его попросту нет, либо оно представлено прижимной планкой, которую необходимо постоянно придерживать. Человек не совершенен - его рука устает. И хоть благодаря непосредственному контролю человека может регулироваться сила и корректироваться вектор прижимания - это нерационально. А силу прижима можно поддерживать и средствами автоматизации, но об этом в следующем разделе.
Г) «Наезд-ножа-на-колбасу». Данный механизм также отсутствует и это плохо. С одной стороны если бы человек вручную подносил колбасу, то для пальцев это безопаснее, но учитывая пункт В) разумнее сделать автоматику под управлением контроллера.
Д) «Продвигатель-колбасы-по-пути-нарезки».И снова ручной труд, бессмысленный и легко заменяемый. Движение замечательно будет передавать и конвейерная лента.
Е) «Раскладчик колбасы- Сервирователь» Данное устройство также не предусмотрено в базовой модели.
Следовательно, объект может быть доработан, а в некоторых узлах модернизирован для облегчения человеческого труда и рационального использования времени.
1.3 Анализ методов автоматизации
1.3.1 Анализ первичных преобразователей-датчики
А) Концевые датчики положения – именно они будут указывать двигателю, отвечающему за движение ножа по направляющей, о достижении конечных точек движения.
Б)Датчик положения задней стенки. Необходим для своевременной остановки двигателя перемещающего заднюю стенку, а также для выведения на индикацию положения стенки.
В) Оптодатчик наличия колбасы. Т.е. датчик, сообщающий о том, что колбаса положена и можно включать прижимное устройство.
Г) Датчик веса, который будет находиться уже в узле сервировки. Установлен будет под тарелкой и может реагировать на увеличение веса либо на удар от падающего кусочка колбасы. В результате обработки сигнала от него тарелка будет поворачиваться.
Датчики А,Б,В принято было взять идентичными. Они будут основаны на оптике. Подключение ,а соответственно и конструкция будут рассмотрены в следующей главе. Датчик Г можно указать уже сейчас- Датчик силоизмерительный тензорезисторный ДСТ. Тип датчика - двухопорная балка. Принцип действия - деформация изгиба.
Датчик применяется в бункерных весах и дозирующих устройствах; платформенных весах; подвесных бункерных весах и дозирующих устройствах.
Его характеристики приведены в Таблице 1.1.
Рисунок 1.3 ДСТ. Общий вид
Таблица 1.1.
| Номинальное усилие | кН | 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,63; 1,0; 1,25; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0; |
| Диапазон рабочих температур (группа исполнения) | °С | -50…+50 (Д3) |
| Напряжение питания постоянным током | В, не более | 24 |
| Степень защиты оболочки | - | IPХХ |
| Масса | кг | 1,3…2,6 |
1.3.2 Анализ исполнительных органов
А) Дорожки. Их движение будет реверсивным по возможности. Передаваться движение будет от двигателя через косоугольные шестерни. Реверс желателен при выполнении программы вначале и конце обработки 1й палки колбасы для сброса в корзину отходов «хвостиков».
Рисунок 1.3 Схематическое изображение передачи движения через косоугольные шестерни на конвейерную ленту
Б) Поворот тарелки будет осуществляться шаговым двигателем через цепную передачу, возможен варианта встраивания его непосредственно в сервировочное устройство.
Рисунок 1.4 Поворотный механизм с датчиком
В) «Прижиматель»- представляет собой прижимную лопатку на одном конце которой закреплен оптодатчик наличия колбасы. Движение передается от ДПТ через шестерню на валу к зубцам на «хвосте» прижимной лопатки.
Рисунок 1.5 Передача движения от двигателя к прижимной лопатке. Вид сверху.
В исходное положение лопатка будет возвращаться после прекращения действия ДПТ под действием деформированной пружины, прикрепленной к вращающей шестерне.
Рисунок 1.6 Пружина как возвратный механизм. Вид сбоку.
Г) Двигатель движения ножа по направляющей. Реагирует на сигналы концевых датчиков. Сам нож с вращающим его двигателем перемещается по червячной передаче.
Д) Двигатель вращения ножа - получает сигнал от контроллера о включении/отключении. Вращает нож с переменной скоростью. Управляется ШИМ, реализованным на таймере счетчике.
Рисунок 1.7 Механизм перемещения ножа
1.3.3 Анализ СУ
СУ может быть реализована как аппарат с жесткой логикой Мили/мура, как релейно-контакторная схема, но оптимальный вариант это реализация на контроллере ARM7.Именно этот вариант позволит более точно настроить и отладить систему, а также упростит автоматизацию ряда узлов – задней стенки и т .д. Для упрощения реализации проекта контроллер LPC2138 будет взят не как отдельный элемент, а уже в виде готового к монтажу модуля MMLPC2138-0-2.
MMLPC2138-0-2 – миниатюрный модуль с установленным 32-разрядным ARM микроконтроллером LPC2138 NXP. Все выводы микроконтроллера доступны на разъемах платы. Периферия включает два таймера, два интерфейса UART, два I2C, SPI, АЦП, ЦАП, сорок семь линий ввода/вывода.
Отличительные особенности
· установленный микроконтроллер LPC2138: ARM7TDMI-S™ 16/32 бит, 512 кБ Flash-памяти программ, 32 кБ ОЗУ, часы реального времени, восемь 10-битных АЦП, 2 порта UART, I2C, SPI, два 32-битных таймера, восемь каналов захвата/хранения, ШИМ (6 выходов), "WatchDogTimer", 5 В совместимые входы/выходы, работоспособность до 60 МГц (встроенный PLL);
· последовательная DataFlash на 32Mb (4MB);
· часы РВ с встроенным резонатором 32,768кГц и батареей (устанавливается дополнительно);
· питание 3,3В или 3,8 – 16В от встроенного регулятора;