Dyspenser - sterownik dozownika pasty lutowniczej

Spotykane w handlu dyspensery często są bardzo drogie, a dostępne tanie chińskie sterowniki rzadko spełniają swoją funkcję w sposób zadawalający.

Fotografia 1. Wygląd zestawu dozującego

Opisywany projekt dyspensera wykorzystuje do dozowania energię sprężonego powietrza i współpracuje z typowymi pojemnikami do dozowania. Metoda dozowania polega na doborze czasu otwarcia zaworów powietrza, przy stałym ciśnieniu zasilania.

Dyspenser wymaga zasilania sprężonym powietrzem o ciśnieniu ok. 3-4bar. z typowego kompresorka modelarskiego najlepiej ze zbiornikiem sprężonego powietrza lub z butli ze sprężonym powietrzem. Sterowanie dozowaniem odbywa się z przełącznika nożnego lub przycisku przy strzykawce.

Sterownik obsługuje trzy tryby pracy wybierane za pomocą przycisku MODE:

• MAN, tryb sterowania ręcznego. Dozowanie odbywa się tak długo, jak jest przyciśnięty przycisk dozowania, gdy dozujemy np. linię pasty dla radiatora TO263.
• IMP, tryb impulsowy. Po każdym przyciśnięciu przycisku dozowanie odbywa się zgodnie z ustawionymi czasami, z możliwością powtarzania, do typowego pokrywania powtarzalnych padów lutowniczych.
• SEQ, tryb zadanej liczby impulsów od S2-S16, po jednokrotnym przyciśnięciu przycisku dozowanie powtarzane jest zadaną liczbę razy, np., przy nakładaniu pasty dla obudów SO, SSOP, TQFP, gdzie pady są identyczne i nie wymagają zmiany czasów dozowania.

W każdym trybie pracy, sekwencja dozowania składa się z dwóch czasów:

• Ptime - czas otwarcia zaworu nadciśnienia, możliwa nastawa 0,0...9,9 s.
• Vtime - czas otwarcia zaworu podciśnienia (próżni), możliwa nastawa 0,0...9,9 s.

W przypadku trybu SEQ, możliwe jest też ustawienie:

• Dtime - czas przerwy pomiędzy dozowaniami w sekwencji, zakres 0,5...3,9 s.

Rysunek 2. Schemat instalacji pneumatycznej dyspensera

Robi się to po to, aby można było wygodnie i precyzyjnie przesunąć igłę nad kolejny pad.

Możliwość ustawienia czasów nadciśnienia Ptime=0,0 pozwala na wykorzystanie sterownika także w roli źródła podciśnienia dla mikrochwytaka pneumatycznego, przy późniejszym układaniu elementów, umożliwiając tylko wykorzystanie podciśnienia Vtime>0,1 w trybie MAN. Przy ustawieniu czasu Vtime=0.0 jest wyłączone sterowanie zaworem próżni, gdy nie jest potrzebne podessanie tłoka strzykawki.

Po dozowaniu rzadszych komponentów np. topnika, chwilowe załączenia podciśnienia eliminuje kropelkowanie i niekontrolowane wycieki z igły dozownika. Dzięki zastosowaniu oddzielnego zaworu próżni, układ nie pobiera sprężonego powietrza, gdy nie dozuje - umożliwia to oszczędne gospodarowanie powietrzem i minimalizuje czas pracy kompresora.

Czasy dozowania i grubość igły musi być dobrana doświadczalnie w zależności od stosowanych past i topników.

Dozowanie może być w dowolnym momencie przerwane w trybie awaryjnym przyciskiem STOP.

Wygląd kompletnego zestawu dozującego pokazano na fotografii 1.

Rysunek 3. Schemat ideowy płytki sterowanika dyspensera UPC

Dyspenser składa się z dwóch bloków: sterownika opartego o procesor ATmega328 i elektrozaworów pneumatycznych odpowiedzialnych za kontrolę przepływu powietrza. Uproszczony schemat instalacji pneumatycznej przedstawia rysunek 2.

Sprężone powietrze z kompresora, poprzez złączkę przegrodową prostą (przepust do obudowy w standardzie 6 mm) jest doprowadzone do trójnika 6 mm typu Y i stąd po rozdzieleniu do zaworów MV3221 (elektrozawór rozdzielający 3/2 normalnie zamknięty jednostronny). Zawór PV odpowiada za dozowanie nadciśnienia, zawór VV za podciśnienie.

Jeżeli oba zawory są zamknięte, odcinają dopływ sprężonego powietrza z kompresora AIR IN, a wyjście AIR OUT połączone jest z atmosferą poprzez wyprowadzenia P-A zaworu PV i końcówkę V-E eżektora VG. W przypadku otwarcia zaworu PV poprzez wysterowanie cewki, powietrze zostaje dostarczone do wyjścia AIR OUT poprzez wyprowadzenia R-A wytwarzając nadciśnienie w tłoku strzykawki dozującej, wypychające aplikowany komponent.

W przypadku dozowania z wytwarzaniem podciśnienia po zamknięciu zaworu PV, aktywowany jest zawór VV, powietrze przepływające przez eżektor (zwężkę) w kierunku P-E wytwarza podciśnienie na wyprowadzeniu V, które połączone jest poprzez zawór PV z wyjściem AIR OUT powoduje cofnięcie tłoka strzykawki dozującej.

Za ustawianie czasów i realizację trybów pracy odpowiedzialny jest prosty sterownik oparty o ATMEGA328. Układ podzielony jest na dwie płytki procesor UPC i zasilacza PWR. Schemat płytki procesora pokazano na rysunku 3.

Rysunek 4. Schemat ideowy płytki zasilacza dyspensera PWR

Mikrokontroler U1 jest taktowany kwarcem 16 MHz i obsługuje 4-przyciskową klawiaturę SW1...4 oraz wyświetlacz LCD 2×8 znaków. Złącze ISP służy do programowania układu (konieczne zasilanie 5 V z programatora) oraz do wyprowadzenia sygnałów we-wy do płytki zasilacza. Moduł odpowiedzialny jest za wysterowanie dwóch zaworów tj. PV, VV, obsługę zewnętrznego przycisku wyzwalającego. Sygnały sterujące przyporządkowane są następująco:

• SCK - sterowanie zaworem nadciśnienia.
• MISO - sterowanie zaworem podciśnienia.
• MOSI - wejście START wyzwalające dozowanie,
• RES - STOP(RST) awaryjne zatrzymanie dozowania.

Aplikacja sterująca jest napisana w środowisku Arduino i dostępna wśród materiałów dodatkowych na serwerze ftp, co umożliwia łatwą adaptację do własnych potrzeb.

Schemat współpracującej płytki zasilacza pokazano na rysunku 4. Do zasilania układu konieczne są dwa napięcia: 5 V_DC dla płytki procesora i 24 V_DC dla cewek elektrozaworów. Wytwarzane są w typowym układzie w oparciu o stabilizatory liniowe U1 i U2 typu 78xx. Tranzystory Q1 i Q2 pełnią funkcję driverów dla cewek elektrozaworów.

Transoptory na wejściach START i STOP (RST) pełnią funkcję konwerterów poziomu 24V/5V dla wejść wyzwalającego i resetu procesora. Zastosowanie sygnału 24 V ułatwia użycie dłuższych przewodów do przełącznika nożnego lub przycisku przy strzykawce zapewniając większą odporność na zakłócenia. Wejście STOP(RST) jest doprowadzone do wyprowadzenia RESET procesora, po jego uaktywnieniu w sytuacji awaryjnej przyciskiem STOP, reset procesora natychmiastowo zdejmuje wysterowanie zaworów.

Montaż

Rysunek 5. Rozmieszczenie elementów na płytce UPC

Układ UPC zmontowany jest na niewielkiej dwustronnej płytce drukowanej. Rozmieszczenie elementów przedstawia rysunek 5. Montaż nie wymaga opisu, należy tylko pamiętać o wlutowaniu złącza ISP przed wyświetlaczem. Wysokość listwy łączącej wyświetlacz z płytką należy dobrać w zależności od grubości płyty czołowej. Dla wyświetlaczy z nietypowo podłączonym podświetleniem możliwa jest zmiana polaryzacji przez wlutowanie R2 i R3 odwróconych o 90 stopni.

Układ płytki zasilacza PWR zmontowany jest na jednostronnej płytce drukowanej. Rozmieszczenie elementów przedstawia rysunek 6. Montaż nie wymaga opisu. Płytki PWR/UPC połączone są poprzez złącza ISP taśmą IDC6 1:1.

Montaż elektryczny nie wymaga opisu, należy tylko odpowiednio zaizolować wyprowadzenia 230 V. Po zaprogramowaniu procesora układ nie wymaga uruchamiania. Cały układ zmontowany jest dość ciasno w typowej obudowie ABS. Wewnętrzne połączenia pneumatyczne wykonane są odcinkami elastycznej rurki igielitowej 6 mm.

Typy osprzętu pneumatycznego 6 mm zależą od obudowy, wielkości i sposobu ułożenia elementów pneumatyki. W modelu dla realizacji połączeń zostały zastosowane dwa złącza przegrodowe 6mm/6mm (do zacisków AIR IN/OUT), trójnik typu Y 6 mm/6 mm/6 mm, zawory PV,VV zostały uzbrojone w 3 szt. kolanek 1"/6 mm dla wyjść A i dla wyjścia P zaworu PV, wejścia zaworów uzbrojone są w 2 szt. złączek prostych 1"/6 mm.

Rysunek 6. Rozmieszczenie elementów na płytce PWR

Wyjście P zaworu VV wyposażone jest w tłumik hałasu. Eżektor wymaga zamocowania, w modelu przykręcony jest śrubkami M3 do tylnej części obudowy. Podczas montażu części należy pamiętać o ścinaniu przewodu pneumatycznego ostrym nożem pod kątem prostym, bez zadziorów, aby wykonywane połączenia pneumatyczne były szczelne.

W modelu ze względu na niewielką ilość miejsca podłączenia elektryczne zaworów zrealizowane jest łączówkami 6,3 mm w miejsce złączy automatyki do zaworów. W przypadku złącz automatyki z sygnalizacją i zabezpieczenie przepięciowym, należy zachować polaryzację.

Obsługa

Obsługa układu sprowadza się do ustawianie parametrów czasowych i trybu pracy. Każdy czas posiada własny przycisk ustawiający (z inkrementacją) z odpowiadającym polem wyświetlacza wskazującym ustawioną wartość. Przyciskiem MODE w sekwencji wybieramy tryb pracy MAN, IMP, S2..S16 zgodnie z wcześniejszym opisem.

Do wejścia AIR IN należy podłączyć kompresor z reduktorem, ustawić stabilne ciśnienie 3-4bar (zmiana ciśnienia wymaga korekty czasu, zbyt niskie ciśnienie może powodować problemy z wypychaniem tłoka, zbyt wysokie problemy z dozowaniem małych dawek).

Do wyjścia Switch podłączamy przycisk nożny lub przycisk na strzykawce dozującej (styk NO, zwarcie powoduje wyzwolenie dozowania), do wyjścia AIR OUT poprzez szybkozłączkę podłączamy strzykawkę z igła dozująca. Przycisk stop natychmiastowo wyłącza dozowanie. Metodą eksperymentów należy dobrać do stosowanych środków tryb i czasy dozowania.

Adam Tatuś, EP