Розробка автоматизованої системи дозування рідких компонентів

Abstract

Об'єкт дослідження — процес дозування рідких компонентів в автоматизованих виробничих системах. Предмет дослідження — структура, алгоритми керування та засоби діагностики автоматизованої системи дозування рідких компонентів на базі мікроконтролера STM32. Мета роботи — розроблення автоматизованої системи дозування рідких компонентів із вбудованою підсистемою діагностики, що забезпечує задану точність дозування та контроль якості в реальному часі. У роботі виконано порівняльний аналіз існуючих систем дозування рідин за принципом дії, точністю та областю застосування. Обґрунтовано структуру системи та проведено вибір елементної бази: мікроконтролера STM32, тензодавача з підсилювачем HX711 для вимірювання ваги, ультразвукового датчика рівня для контролю об'єму, електромагнітних клапанів та перистальтичного насоса. Розроблено алгоритм керування процесом дозування з підтримкою багатокомпонентних рецептур. Реалізовано підсистему діагностики, що виконує перехресну перевірку показників ваги та об'єму для виявлення витоків, засмічення трубопроводів і відмов датчиків. Програмну реалізацію виконано в середовищі STM32CubeIDE мовою C з використанням бібліотек; реалізовано драйвери периферії та протокол передачі даних. Практичне значення одержаних результатів полягає у можливості застосування розробленої системи в харчовій, фармацевтичній та хімічній промисловості для точного автоматизованого дозування рідких компонентів із вбудованим контролем якості.

The object of the study is the process of dosing liquid components in automated production systems. The subject of the study is the structure, control algorithms and diagnostic tools of an automated liquid component dosing system based on the STM32 microcontroller. The purpose of the work is to develop an automated liquid component dosing system with a built-in diagnostic subsystem that provides a given dosing accuracy and quality control in real time. The work has performed a comparative analysis of existing liquid dosing systems by the principle of operation, accuracy and scope. The system structure has been substantiated and the element base has been selected: an STM32 microcontroller, a strain gauge with an HX711 amplifier for weight measurement, an ultrasonic level sensor for volume control, electromagnetic valves and a peristaltic pump. An algorithm for controlling the dosing process with support for multi-component formulations has been developed. A diagnostic subsystem has been implemented that performs cross-checking of weight and volume indicators to detect leaks, clogging of pipelines and sensor failures. The software implementation was performed in the STM32CubeIDE environment in C language using libraries; peripheral drivers and data transfer protocol were implemented. The practical significance of the results obtained lies in the possibility of using the developed system in the food, pharmaceutical and chemical industries for accurate automated dosing of liquid components with built-in quality control.