Projektbeispiel:
Regelung für Labor-Analysegerät

Hard- und Softwareentwicklung
zur Stickstoffanalyse

Projektstart: September 2017

Elektronische Regelung für Laborgerät

Leistungsüberblick

Umfang des Kundenprojekts

Der Kunde kommt aus dem Bereich Labortechnik und stellt Geräte für die Umwelt- und Lebensmittelanalytik her. Angefragt wurde die Entwicklung elektronischer Hard- und Software für ein Labor-Destilliergerät. Zweck des Geräts ist die Stickstoffanalyse von Lebensmitteln wie z.B. Kaffee, Molkereien und Wurstwaren.

Dazu werden die Nahrungsmittel mit Lauge vermischt und destilliert. Der Stickstoff verbindet sich mit der Lauge und wird in einem Kessel verdampft. Dort wird Säure hinzugefügt, bis ein bestimmter pH-Wert erreicht wird. Anhand der benötigten Menge von Säure lässt sich erkennen, wie viel Stickstoff in dem Lebensmittel enthalten ist.

Unsere Aufgabe bestand in der elektronischen Entwicklung unterschiedlicher Platinen zur Regelung, Bedienung und Auswertung der Messung. Zum einen sollten wir die Dampfdruckregelung programmieren, d.h. den Druck im Dampfkessel  über Heizungsstrom regeln. Zum anderen sollten wir die Hinzugabe der Säure regeln, bis der pH-Wert kippt. Darüber hinaus waren wir für die Entwicklung der Bedienoberfläche, der Netzwerkanbindung und Visualisierung der Messergebnisse verantwortlich. Anschließend übernehmen wir auch die Fertigung der elektronischen Baugruppen.

Die Gerätekonstruktion inkl. Kessel, Ventile und Heizung sowie den Einbau unserer Platinen übernimmt der Kunde selbst.

  • Schaltungsentwicklung
  • Platinen Layout
  • Firmware Entwicklung
  • Software Entwicklung
  • Prototypen Entwicklung
  • Funktionsprüfung
  • Entwicklung Prüfsoftware
  • Materialbeschaffung
  • Technische Beratung

Technische Umsetzung

Drei elektronische Baugruppen mit Soft- und Firmware

Leistungsplatine mit Sensorik

Aktoren

Anschlussmöglichkeiten für z.B. Rührer, Heizung, Pumpen, Ventile

Sensorik

für z.B. Temperatur, Druckmessung, Strommessung

Firmware

auf Mikrocontroller für zeitkritische Anwendungen

Leistungsplatine mit Mikrocontroller
Bedieneinheit mit Software Anwendung

Linux-basierte Bedieneinheit mit COM-Steckplatz

Software

auf Linux-Basis

Netzwerkanbindung

über Ethernet oder WiFi

Datenbankanbindung

über Netzwerk

Display-Anbindung

touchbasierte Anwendung auf Basis von C++ und QT (GUI)

Schnittstelle zu COM

LED-Platine zur Farbspektrum-Analyse

Zweiteilig

Oberer Teil (auf der Abb. links): blaue und rote LEDs, unterer Teil (auf der Abb. rechts): Lichtsensitive Photodioden, welche auf das Licht reagieren

Ermittelt pH-Werts über Lichtfarbe

Farbe ändert sich je nach pH-Wert.

Analoge Messtechnik

Aus dem Verhältnis zwischen blauen und roten Lichtanteilen wird der pH-Wert bestimmt.

LED-Platine zur Farbspektrumanalyse

Regelungen

Dampfdruckregelung

Erzeugung des Wasserdampfes über elektrische Heizung

Messung des Dampfdrucks im Kessel durch Sensor

Regelung des Drucks über PID-Regelung des Heizstroms

Unter- bzw. überschreitet Druck den Soll-Wert, wird mehr bzw. weniger Heizungsstrom hinzugegeben

Regelung der Säurezufuhr

Geregelte Hinzugabe von Säure bis zum Kippen des pH-Werts

Je langsamer sich der pH-Wert ändert, desto weniger Säure wird über Präzisionsvolumenpumpe hinzugeführt

Zwei-Punkt-Regelung des Wasserfüllstands

Wasserstand im Dampfkessel darf nicht unter ein gewisses Level fallen

Dies wird über zwei Elektroden im Kessel gemessen

Beim Unterschreiten des Levels wird Wasser nachgefüllt

Features

Technische Details

Schnittstellen

Benutzeroberfläche

Hardware

Aktoren

Sensoren

Software

Power

Wireless