Projektbeispiel:
Regelung für Labor-Analysegerät
Hard- und Softwareentwicklung
zur Stickstoffanalyse
Projektstart: September 2017

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.
Entwicklung
- Schaltungsentwicklung
- Platinen Layout
- Firmware Entwicklung
- Software Entwicklung
- Prototypen Entwicklung
Fertigung
- THT-Bestückung
- SMD-Bestückung
- Kabelkonfektionierung
Qualitätssicherung
- Funktionsprüfung
- Entwicklung Prüfsoftware
Service
- 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

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.

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
Sensoren
- Spannung
- Temperatur
- Druck
- Optisch
Software
- Embedded Software
- PC Software: Linux