Skimmer a nastro recupero olio con Arduino

INTRODUZIONE PROGETTO

Questa è la storia di uno Skimmer a nastro recupero olio con Arduino.

Una società impegnata nel recupero dei disastri ambientali e processi di filtrazione industriale e una compagnia di treni locali avevano la necessità di recuperare olio dal sottosuolo impropriamente drenato nel sottosuolo.

Data l’instabilità del livello di olio e di quantità nelle falde sotterranee, non era possibile stabilire il punto preciso del recupero.

La prima fase iniziò con l’analisi dei seguenti punti:

  • Il sistema doveva recuperare olio indipendentemente dal livello
  • Tutto il recuperato doveva essere accumulato in un serbatoio separato controllandone il livello
  • Doveva essere autonomo
  • Doveva essere controllato in remoto con la possibilità di commutare in locale ed essere governato da un operatore sul post
  • Il recupero doveva agire per un certo tempo e poi fermarsi per un periodo relativamente lungo e questi tempi dovevano essere liberamente impostati in funzione delle esigenze dell’operatore o delle circostanze ambientali
  • … ed infine, ma non meno importante, il sistema doveva essere sicuro ed affidabile.

FASE DI PROGETTAZIONE

La parte meccanica del sistema è stata progettata e realizzata dagli ingengneri della compagnia di recupero olio. Loro hanno progettato uno skimmer a nastro trasportatore lungo in polipropilene coperto da brevetto.

Per rispondere alle esigenze la scelta fu selezionare un processore ad alte prestazioni e basso costo come un AVR 8-bit. ARDUINO 328P preassemblato che era perfettamente adattabile: economico e semplice da installare. Data la sua bassa alimentazione elettrica, esso è intrinsecamente sicuro ed ha sufficiente potenza di calcolo per controllare il sistema.
Il movimento del nastro trasportatore è affidato ad un motore elettrico passo-passo a bassa alimentazione.

Per permettere ad Arduino di pilotare il motore, fu scelto un Motor-Shield ed in fine un GSM-Shield per il controllo remoto via SMS (Short Message System) a completamento della configurazione del sistema.

Per l’ambiente di sviluppo del software fu selezionato ARDUINO IDE liberamente scaricabile dal sito ufficiale.

Alcuni componenti sono stati testati separatamente per singola funzione: per esempio, inizialmente è stata testata la capacità di Arduino di pilotare un motore passo-passo generando segnali di uscita ad onda quadra attraverso un software capace ad interrupt.

Dopo questo fu testato il modulo GSM attraverso il quale, con degli SMS, era possibile inviare comandi come “start”, “stop”, “state” e così via, ed ottenere lo stato, messaggi di eventi o allarmi.

I due moduli sono stati poi assemblati insieme con Arduino e il software definitivo è stato sviluppato per consentire a tutti i componenti di coesistere.

Il motore è stato assemblato nel suo alloggiamento e così si potè procedere con la fase finale del test sia della parte meccanica che di quella elettrica/software.

Dal test emerse che vi era la necessità di introdurre, in qualche modo, un meccanismo perla regolazione di velocità del motore perchè l’olio poteva essere molto diverso in termini di viscosità e densita e poteva essere misceltato con acqua o altri elementi. Quindi una seconda fase di analisi e progettazione si rendeva necessaria.
Per poter impostare la velocità corretta del motore per un efficiente recupero di olio, l’operatore doveva essere sul posto e l’idea era fornire un potenziometro analogico locale capace di generare un segnale elettrico valido e continuo nel campo da 0% a 100%.

Nello stesso modo, un temporizzatore impostabile fu progettato per le impostazioni dei tempi di pausa e lavoro.

Un selettore manuale dà la possibilità all’operatore di commutare tra la modalità REMOTA e quella LOCALE. In modalità locale, l’intero sistema è governabile localmente e manualmente mentre nell’altra, cioè in remoto, il sistema può essere controllato solo da comandi SMS.

Un pulsante di start ed uno di stop e qualche indicatore luminoso completa il fronte quandro del pannello principale.

L’intero sistema fu assemblato in un unico quadro elettrico.

 

Miglioramenti al Progetto Skimmer a nastro recupero olio con Arduino

Una sonda di livello è utilizzata per monitorare il livello del serbatoio di recupero. Essa invia un segnale digitale al sistema che reagisce.

Il nastro finale assemblato meccanicamente diede modo di procedere con la fase di test finale.

Il primo skimmer di recupero olio a nastro era lungo 6 metri fu installato sul posto a gennaio 2014. Dopo un mese di lavoro furono prodotti altri due sisteme ed installati in luoghi differenti per lo stesso cliente.

Il sistema è capace di produrre in continuo senza intervento umano.
Può:

  • funzionare con cicli di pausa/lavoro liberamente impostabili dall’utente
  • girare a valocità differenti del nastro semplicemente agendo sulla posizione del potenziometro nel campo 0%…100%
  • può essere controllato da comandi fisici locali o da remoto con messaggi SMS
  • può memorizzare l’ultimo numero che ha inviato un messaggio con un comando valido e rispondere ad esso autonomamente in caso di
    • il serbatoio di recupero è pieno (controllato dalla sonda di livello) – la fase di recupero in questo caso cessa ed il sistema si pone nello stato di attesa
    • caduta di alimentazione (interruzione dell’energia elettrica) – nel caso di perdita di alimentazione, il sistema è in grado di inviare un messaggio quando l’alimentazione ritorna informando l’utente dell’evento allertandolo e rimanendo in attesa di ulteriori comandi
  • A scopo statistica, il sistema è in grado di memorizzare in maniera retentiva il tempo totale di produzione, il tempo di marcia del motore e alcuni altri parametri che possono essere richiesti direttamente inviando un messaggi di richiesta “STATUS

Lo Skimmer a nastro recupero olio con Arduino è attualmente in produzione e alcuni nuovi modelli saranno sviluppati per applicazioni simili.