Dosier-Roboter/Automaten-Steuerung

J

Jan Lessing

Guest
Moin, moin!

Ich benötige eine Steuerung für einen Pulver-Dosier-Roboter über PC, die
folgendes können sollte:

- 3 kleine Schrittmotoren (aus alten 5,25 FDD mit 1,8 Grad) ansteuern.
Das geringe Drehmoment dieser Motoren reicht aus, da lediglich eine
Dosierspindel gedreht werden muss, Schrittverluste sind auch kein Problem

- (eine Laborwaage (Sartorius/Kern) über eine RS232-Schnittstelle
auslesen (sollte die Waage schon mitbringen))

- einen Elektormotor (12V) einschalten, der einen Drehteller dreht und
über eine Nockenscheibe an ausgezeichneten Positionen einen Schalter
öffnet/schließt

- einen Zugmagnetschalter schließen

- vielleicht eine Lichtschranke, die Alarm geben soll, wenn im
Drehteller an der Abfüllstelle keine Behälter ist, wenn der
Nockenscheibenpositionsschalter die Zielposition erreicht hat.

Der Ablauf sollte dann folgendermassen aussehen:

- Drehteller dreht sich mit einen leeren Gefäß, bis der
Positionsenschalter an der Nockenscheibe sich öffnet/schließt. Dann
sollte das Gefäß unter dem Pulvertricher stehen (genaue Positionierung
ist eine Frage der Mechanik)
- Lichtschranke an Zielposition des Drehtellers auswerten, ob
Lichtstrahl durch ein leeres Gefäß unterbrochen ist
- While (Pulver in Gefäß < Sollgewicht)
- 3 Schrittmotoren drehen sich x Schritte und fördern über
Dosierschnecken Pulver in das Gefäß
- Auslesen der Waage nach den x Schrittmotorschritten
- kurz vor Erreichen des Sollgewicht Abschaltung von

Schrittmotor 2 und 3 und Feindosierung bis Zielgewicht mit 3.
Schrittmotor
- Blende schließen über Zugmagnetschalter, um nachfallendes Pulver zu
vermeiden
- Kontrollwiegung
- Nach Erreichen des Sollgewicht Drehteller drehen (der immer noch
geschaltete Nockenwellenpositionsschalter muss kurzfristig überbrückt
werden, bis der Teller weitergedreht ist und der Schalter die Nocke
verlassen hat
- Drehteller weiterdrehen, bis nächstes Gefäß den Nockenschalter auslöst
- auf ein neues von vorne

Die Pulvermengen liegen bei unter 10g und müssen auf 1/100g genau
dosiert werden. Ein kompletter Abfüllvorgang sollte 10s nicht
übersteigen. Der Roboter muss pro Woche ca. 1000 Wiegungen vornehmen.

Klingt vielleicht komplizierter als es wirklich ist. Eigentlich ist
benötige ich eine separate Steuerungsmöglichkeit für 2 Schrittmotoren (2
der 3 können parallel geschaltet sein), ein Schaltmöglichkeit für den
Drehtellerelektromotor mit Abschaltung über Positionsschalter, eine
Blendenschaltung und eine Lichtschrankenauswertung.

Nach Möglichkeit sollte der eine PC auch in der Lage sein, 2 dieser
Robert anzusteuern. Sprich über 2 serielle Schnittstellen für die Waagen
und 2 parallele Schnittstellen/USB für die Schrittmotorsteuerung. Die
Schnitstellen mit zusätzlichen PCI-Karten bereitzustellen, sollte ja
kein Problem sein.

Ist es sinnvoller auf USB umzusteigen, oder besser/einfacher die
klassisch bewährte parallele Schnittstelle zu verwenden. Ist der
Elektronikaufwand dadurch unterschiedlich?

Sollte ich eine komplette Schrittmotorsteuerung verwenden (habe aus
einer anderen Anwendung noch eine nc-step 3d (von Thorsten Ostermann)
oder kann ich bei den geringen Lasten der Floppy-Schrittmotoren auch
direkt an die parallele Schnittstelle gehen?

Die Steuersoftware wird ein selbstgeschriebenes Programm sein mit
Eingabemöglichkeit für Sollgewicht, ... Die Elektronik brauch nicht den
Ablauf zu steuern, das macht die Software. Sie sollte nur das Schalten
der Motoren ermöglichen.

Danke für Eure Hilfe, Ciao Jan
 
Die Pulvermengen liegen bei unter 10g und müssen auf 1/100g genau
dosiert werden. Ein kompletter Abfüllvorgang sollte 10s nicht
übersteigen. Der Roboter muss pro Woche ca. 1000 Wiegungen vornehmen.
Die Zeit, die für einen Dosiervorgang benötigt wird, sollte man in dem Fall
schon möglichst genau abschätzen. Ich könnte mir vorstellen, dass die
Geschwindigkeit der Waage hier ausschlaggebend ist. Dabei ist entscheidend,
wie schnell die Waage sich nach Dosierung beruhigt. Die Dauer der
Datenübertragung könnte unkritisch sein, kann aber auch leicht 100ms sein
(s.u.).

Wenn die Waage aber 1 sec. benötigt, um ein stabiles Ergebnis zu liefern,
dann wird es kritisch. Mann könnte dann versuchen, einfach mit einer festen
Dosierzeit zu arbeiten und nur zu kontrollieren, ob der Ergebnis ok ist. Das
wäre eine Lösung, wenn man falsch dosierte Chargen einfach wegschmeißen oder
neu dosieren kann. Die Fehldosierungen könnten dann zur Korrektur der
Dosierzeit genutzt werden.

Also du beginnst mit 3 sec. Dosierzeit, wiegst, stellst fest es ist 10% zu
viel, schmeißt die Probe weg, korrigierst die Dosierzeit auf 2,7 sec.
Abweichung jetzt 2% zu wenig, also Zeit verlängern...

Statt Dosierzeit kannst du natürlich auch Anzahl der Steps des Schrittmotors
nehmen.

Müßte man ausprobieren, ob das zu sinnvollen Ergebnissen führt.

Klingt vielleicht komplizierter als es wirklich ist. Eigentlich ist
benötige ich eine separate Steuerungsmöglichkeit für 2 Schrittmotoren (2
der 3 können parallel geschaltet sein), ein Schaltmöglichkeit für den
Drehtellerelektromotor mit Abschaltung über Positionsschalter, eine
Blendenschaltung und eine Lichtschrankenauswertung.
Schaltungstechnisch eigentlich simpel...

Nach Möglichkeit sollte der eine PC auch in der Lage sein, 2 dieser
Robert anzusteuern. Sprich über 2 serielle Schnittstellen für die Waagen
und 2 parallele Schnittstellen/USB für die Schrittmotorsteuerung. Die
Schnitstellen mit zusätzlichen PCI-Karten bereitzustellen, sollte ja
kein Problem sein.

Ist es sinnvoller auf USB umzusteigen, oder besser/einfacher die
klassisch bewährte parallele Schnittstelle zu verwenden. Ist der
Elektronikaufwand dadurch unterschiedlich?
Ich würde einen simplen Mikroprozessor, z.B. den uralten 87C51 bzw. die
neuere Atmel Variante AT89C51 für die Ansteuerung der Schrittmotore, der
Magnetschalter und Lichtschranken nehmen und den Datenaustausch über die
serielle Schnittstelle machen. Die Waage würde ich eventuell über eine
weitere serielle Schnittstelle an den PC anschließen. Das Problem dabei ist,
dass der PC nicht sicher innerhalb weniger Millisekunden reagiert. Besser
wäre es sicherlich, die Waage an den Mikroprozessor anzuschließen, der die
Dosierung vornimmt. Der benötigt dann aber zwei serielle Schnittstellen. Da
der 89C51 nur eine hat, könnte man die zweite per Software realisieren. Oder
man nimmt einen Mikroprozessor mit zwei seriellen Anschlüssen.

Die parallele Schnittstelle würde ich nicht verwenden, weil diese unter
Windows NT, XP oder 2000 nicht so einfach anzusteuern ist, wie unter DOS.
Mit USB habe ich da noch keine Erfahrung.


Sollte ich eine komplette Schrittmotorsteuerung verwenden (habe aus
einer anderen Anwendung noch eine nc-step 3d (von Thorsten Ostermann)
oder kann ich bei den geringen Lasten der Floppy-Schrittmotoren auch
direkt an die parallele Schnittstelle gehen?
Ein paar Schalttransistoren sollte man schon verwenden. Wenn der
Schrittmotor 6 Anschlußdrähte hat (zwei Spulen mit Mittelabgriff), ist das
sehr einfach mit 4 Transistoren lösbar.

Die Steuersoftware wird ein selbstgeschriebenes Programm sein mit
Eingabemöglichkeit für Sollgewicht, ... Die Elektronik brauch nicht den
Ablauf zu steuern, das macht die Software. Sie sollte nur das Schalten
der Motoren ermöglichen.
Die Elektronik sollte schon den Ablauf steuern, da der PC nicht sicher
innerhalb weniger Millisekungen reagieren kann. Dies gilt insbesondere unter
Windows. Beachtet werden müssen auch die Signallaufzeiten auf der seriellen
Schnittstelle. Bei 1K2 benötigt 1 Byte ca. 10ms. Ein Waagenstring mit 10
Zeichen dauert dann schon 100ms.

Wenn du nur 10 sec. zum Dosieren hast, ist das schon 1% der zur Verfügung
stehenden Zeit.

Wenn die Dosierung über die Anzahl der Schritte der Steppermotoren
funktioniert, ist die Zeit natürlich nicht kritisch.

Danke für Eure Hilfe, Ciao Jan
Gruß

Stefan
 
"Jan Lessing" <lessing@med.uni-goettingen.de> schrieb im Newsbeitrag
news:boaepg$kue$1@gwdu112.gwdg.de...

Hallo Jan,

/Werbung ON

sowas gibts imPrinzip schon fertig zu kaufen und auch
Firmen die damit ihr Geld verdienen. :)

Dazu braucht man nicht unbedingt ein PC-System einzusetzen.

/Werbung OFF

Aber wenn du es selbst machen willst ein paar Anmerkungen :

1. Ja nach Produkt sind Vibrationsrinnen besser einsetzbar.
2. Als Waage unbedingt EMK einsetzen.
3. 2 Dosiergeschwindigkeiten sind ausreichend.
4. System sollte mit zumindestens mit Abschaltpunktoptimierung
besser nach mit Dosierzeitoptimierung arbeiten.
6. Wichtig ist den Abstand zwischen Dosierorgan und Behälter
klein zu halten, damit die Materialmenge "in der Luft" klein ist.

0.01 g Dosiergenauigkeit ist wirklich nicht trivial. !

Die Waage sollte mindestens 1mg Auflösung, besser Genauigkeit haben,
bis 200g Max. kein Problem. Allerdings haben diese Waagen dann schon
einen Windschutz.

Wie schwer sind denn deine Behälter ?

Wie sind die Materialeigenschaften ?

Ähnliche Systeme werden z. B. eingesetzt um kleine Messingröhrchen
mit schnell abbrennenden Materialien zu füllen. :)

MfG

Bernd

--
Bernd Winchenbach, Wägetechnik Kohn GmbH, 57078 Siegen, Germany
http://www.kohnwaagen.de/ E-Mail: bw@kohnwaagen.de
Tel: +49 271 880 66-0 ( -66) Fax: +49 271 82 464
 
Moin, moin!

Danke erst einmal für Deine Tips.

Vibrationsrüttler sind leider nicht möglich, da das zu dosierenden
Pulver ein bereits aufwendig vermischtes Schleifmittel ist, das sich
beim Rütteln entmischen würde.

Das gesamte System wird in einer geschlossenen Kiste Platz finden, sodaß
der Windschutz kein Problem sein sollte.

Die Gefäße sind kleine Kunststoffdosen, ähnlich den Dosen von
Fotofilmen. Ihr Eigengewicht ist also relativ klein und sollte den
Wiegebereich der Waage nicht überschreiten.

Wo kann ich denn günstig EMK-Waage beziehen. Im Moment werden die Pulver
von Hand mit einem Spatel und einer Sartoriuswaage-Laborwaage dosiert.
Das ist sehr zeit- und somit auch finanzaufwendig und soll durch diesen
Roboter vereinfacht werden.

Das Pulver fällt aus der Dosierschnecke direkt in einen kleinen
Trichter, der wiederum direkt über dem Gefäß plaziert ist. Der Fallweg
ist somit so kleine wie möglich und nicht anfällig gegen Wind oder
sonstige Störungen. Zusätzlich steckt das gesamte System wie gesamt in
einer geschlossenen Kiste.

Die Mechanik ist soweit als Prototyp auch schon fertig und funktioniert.
Jetzt muss halt noch die Steuerung her.

Ciao Jan

Bernd Winchenbach schrieb:
"Jan Lessing" <lessing@med.uni-goettingen.de> schrieb im Newsbeitrag
news:boaepg$kue$1@gwdu112.gwdg.de...

Hallo Jan,

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sowas gibts imPrinzip schon fertig zu kaufen und auch
Firmen die damit ihr Geld verdienen. :)

Dazu braucht man nicht unbedingt ein PC-System einzusetzen.

/Werbung OFF

Aber wenn du es selbst machen willst ein paar Anmerkungen :

1. Ja nach Produkt sind Vibrationsrinnen besser einsetzbar.
2. Als Waage unbedingt EMK einsetzen.
3. 2 Dosiergeschwindigkeiten sind ausreichend.
4. System sollte mit zumindestens mit Abschaltpunktoptimierung
besser nach mit Dosierzeitoptimierung arbeiten.
6. Wichtig ist den Abstand zwischen Dosierorgan und Behälter
klein zu halten, damit die Materialmenge "in der Luft" klein ist.

0.01 g Dosiergenauigkeit ist wirklich nicht trivial. !

Die Waage sollte mindestens 1mg Auflösung, besser Genauigkeit haben,
bis 200g Max. kein Problem. Allerdings haben diese Waagen dann schon
einen Windschutz.

Wie schwer sind denn deine Behälter ?

Wie sind die Materialeigenschaften ?

Ähnliche Systeme werden z. B. eingesetzt um kleine Messingröhrchen
mit schnell abbrennenden Materialien zu füllen. :)

MfG

Bernd

--
Bernd Winchenbach, Wägetechnik Kohn GmbH, 57078 Siegen, Germany
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