Sterownik do wanny z hydromasażem i systemów SPA

Zaprojektowany sterownik do wanny z hydromasażem doskonale pokazuje, że projektowanie elektroniki na zamówienie nie powinno ograniczać się do narysowania schematu i przygotowania płytki PCB. W dobrze przeprowadzonym projekcie najpierw trzeba zrozumieć urządzenie, warunki jego pracy, oczekiwania użytkownika oraz problemy występujące w dotychczas stosowanych rozwiązaniach. Dopiero na tej podstawie można zaprojektować elektronikę, która będzie nie tylko realizowała wymagane funkcje, ale również będzie przygotowana do wieloletniej eksploatacji i seryjnej produkcji.

W jednym z projektów realizowanych przez naszą firmę jest kompletny sterownik przeznaczony do systemów wanien z hydromasażem. Zakres prac obejmował analizę potrzeb, projekt elektroniki, projekt płytki PCB, stworzenie oprogramowania wbudowanego, opracowanie komunikacji z panelem użytkownika, testy urządzenia oraz przygotowanie rozwiązania do produkcji. Sterownik odpowiada między innymi za obsługę pomp, systemu napowietrzania, grzałki, oświetlenia, czujnika poziomu wody, automatycznego suszenia oraz procedur dezynfekcji. Jednocześnie jego konstrukcja została opracowana z uwzględnieniem jednego z najważniejszych problemów klienta: kosztownych awarii występujących w sterownikach stosowanych wcześniej. To przykład projektu, w którym projektowanie sterowników na zamówienie stało się nie tylko sposobem na stworzenie nowego urządzenia, ale również narzędziem do ograniczenia późniejszych kosztów serwisowych i zwiększenia niezawodności całego produktu.

Kluczowy problem klienta: awarie sterowników oznaczały kosztowne interwencje serwisowe

Jednym z powodów rozpoczęcia projektu były problemy z niezawodnością sterowników pochodzących od innych producentów. W urządzeniu sprzedawanym i użytkowanym na terenie całej Polski nawet stosunkowo niewielka awaria elektroniki może stać się poważnym problemem biznesowym. Nie chodzi wyłącznie o koszt samego sterownika. Każda usterka może oznaczać konieczność:

• przyjęcia zgłoszenia od użytkownika,
• przeprowadzenia diagnostyki,
• wysłania serwisanta lub lokalnego podwykonawcy,
• dojazdu do urządzenia znajdującego się często setki kilometrów od siedziby firmy,
• demontażu sterownika,
• wymiany lub naprawy podzespołu,
• ponownego uruchomienia i przetestowania urządzenia.

Jeżeli podobne problemy powtarzają się w większej liczbie urządzeń, koszt obsługi posprzedażowej może bardzo szybko przewyższyć oszczędność uzyskaną wcześniej dzięki zastosowaniu tańszego rozwiązania elektronicznego. Dochodzi do tego jeszcze jeden koszt, trudniejszy do bezpośredniego policzenia – niezadowolenie klienta końcowego oraz obciążenie działu technicznego i sieci serwisowej. Dlatego w ELNODO podczas realizacji projektu nie patrzymy wyłącznie na listę wymaganych funkcji. Analizujemy również dlaczego wcześniejsze rozwiązanie sprawiało problemy i czy na etapie projektowania można wyeliminować potencjalnie zawodne elementy, połączenia lub topologie układowe. Takie podejście jest szczególnie istotne w przypadku elektroniki sterującej maszynami i urządzeniami, które mają pracować przez wiele lat.

Projektowanie elektroniki na zamówienie zaczynamy od analizy potrzeb

Pierwszym etapem projektu była analiza działania całego urządzenia. Zanim rozpoczęliśmy projekt schematu, należało określić między innymi:

• jakie urządzenia wykonawcze mają być sterowane,
• jakie funkcje powinny być dostępne dla użytkownika,
• jakie procesy powinny odbywać się automatycznie,
• jakie informacje sterownik otrzymuje z czujników,
• jak urządzenie ma reagować na sytuacje nietypowe,
• jak wygląda komunikacja pomiędzy głównym sterownikiem a panelem użytkownika,
• jakie wymagania wynikają z późniejszego montażu i serwisowania urządzenia.

Właśnie dlatego projektowanie elektroniki na zamówienie różni się od zastosowania gotowego modułu. Gotowy sterownik zawsze wymusza pewne kompromisy. Produkt projektowany indywidualnie może natomiast zostać dopasowany do konkretnej maszyny, sposobu jej użytkowania i procesu produkcyjnego. W przypadku sterownika do wanny z hydromasażem ważna była nie tylko możliwość załączania poszczególnych urządzeń, ale także zależności pomiędzy nimi. Sterownik musi wiedzieć, kiedy wanna jest napełniona, kiedy odbywa się kąpiel, kiedy można uruchomić poszczególne funkcje oraz co powinno wydarzyć się po zakończeniu użytkowania. Dzięki temu urządzenie może realizować znaczną część procesów automatycznie, bez wymagania od użytkownika znajomości działania całej instalacji.

Projekt schematu i płytki PCB

Po określeniu wymagań funkcjonalnych kolejnym etapem było zaprojektowanie elektroniki sterownika. Obejmowało to przygotowanie schematu elektrycznego oraz projektu płytki PCB. Na jednej płycie należało połączyć układy odpowiedzialne między innymi za:

• sterowanie urządzeniami wykonawczymi,
• obsługę czujnika poziomu wody,
• sterowanie zaworami,
• obsługę grzałki,
• komunikację z panelem użytkownika,
• sterowanie oświetleniem,
• diagnostykę urządzenia.

W projekcie elektroniki przemysłowej lub użytkowej bardzo ważne jest jednak nie tylko to, czy urządzenie działa, ale również to, w jaki sposób zostało zaprojektowane. Już na etapie schematu analizujemy elementy, które mogą mieć wpływ na późniejszą niezawodność produktu. Jeżeli wcześniejsze urządzenia posiadały rozwiązania powodujące częste problemy serwisowe, nie ma sensu automatycznie kopiować ich konstrukcji. Projektując własną elektronikę można przeanalizować między innymi sposób sterowania obciążeniami, zasilanie poszczególnych bloków, zabezpieczenia, sposób prowadzenia sygnałów, separację funkcjonalną czy dobór elementów. Celem nie jest stworzenie bardziej skomplikowanego urządzenia. Celem jest stworzenie rozwiązania możliwie prostego, przewidywalnego i dopasowanego do rzeczywistych warunków pracy.

Oprogramowanie dopasowane do rzeczywistego sposobu użytkowania urządzenia

Kolejną częścią projektu było przygotowanie oprogramowania wbudowanego sterownika. Jego zadaniem jest połączenie wszystkich elementów urządzenia w jeden spójnie działający system. Dla użytkownika oznacza to przede wszystkim prostą obsługę. Po naciśnięciu odpowiedniego przycisku urządzenie powinno wykonać właściwą funkcję, a sterownik musi w tle kontrolować, czy jej wykonanie jest w danym momencie możliwe i bezpieczne. Oprogramowanie obsługuje zarówno funkcje wykorzystywane podczas kąpieli, jak i procesy wykonywane po jej zakończeniu. Nie wymaga to od użytkownika znajomości konstrukcji urządzenia. To sterownik podejmuje decyzje wynikające z aktualnego stanu systemu i wcześniej określonych zasad działania.

Jakie funkcje realizuje zaprojektowany sterownik?

Sterownik został wyposażony w funkcje potrzebne zarówno podczas normalnego korzystania z wanny, jak i podczas późniejszego przygotowania instalacji do kolejnego użycia.

Sterowanie pompą wodną

Sterownik umożliwia uruchamianie oraz regulację pracy pompy odpowiedzialnej za obieg wody i funkcję hydromasażu. Użytkownik może korzystać z różnych sposobów działania pompy oraz zmieniać intensywność pracy w zależności od potrzeb. Sterownik pilnuje również maksymalnego czasu ciągłej pracy podczas standardowego korzystania z urządzenia.

Sterowanie systemem napowietrzania

Oddzielnie obsługiwana jest dmuchawa dostarczająca powietrze do instalacji. Podobnie jak w przypadku pompy możliwe jest sterowanie intensywnością oraz wybór sposobu działania. Dmuchawa pełni również dodatkową funkcję podczas automatycznego suszenia instalacji.

Sterowanie grzałką

Sterownik zarządza pracą grzałki w powiązaniu z pracą pozostałych elementów systemu. Dzięki temu funkcje urządzenia nie działają jako niezależne, przypadkowo załączane odbiorniki, lecz jako jeden zaprogramowany system.

Oświetlenie LED

Oprogramowanie steruje również oświetleniem. W zależności od konfiguracji możliwe jest wykorzystanie oświetlenia białego z regulacją jasności lub oświetlenia RGB ze zmianą kolorów. Sterownik kontroluje również, w jakich stanach pracy oświetlenie może być aktywne.

Automatyczne przygotowanie urządzenia po kąpieli

Jedną z bardziej istotnych funkcji jest automatyczna sekwencja wykonywana po zakończeniu użytkowania wanny. Sterownik wykrywa zakończenie kąpieli oraz spuszczenie wody, a następnie może rozpocząć zaprogramowany proces przygotowania instalacji. W zależności od konfiguracji obejmuje on oczekiwanie, płukanie lub dezynfekcję oraz suszenie instalacji. Użytkownik może również pominąć wybrane etapy. Pozwala to ograniczyć liczbę czynności, które muszą być wykonywane ręcznie.

Automatyczne i ręczne procedury dezynfekcji

Sterownik posiada kilka wariantów procedur dezynfekcji. Możliwe jest między innymi automatyczne płukanie pustej wanny po zakończeniu użytkowania oraz ręczne uruchomienie procesu przez użytkownika lub obsługę. Dostępny jest również rozbudowany proces przeznaczony dla wanny napełnionej wodą, podczas którego sterownik automatycznie steruje pompą, dmuchawą i zaworem zgodnie z przygotowaną sekwencją. Dzięki temu powtarzalny proces może odbywać się zawsze w taki sam sposób.

Automatyczne suszenie instalacji

Po opróżnieniu wanny sterownik może automatycznie uruchomić dmuchawę i osuszyć instalację. Funkcja może zostać również uruchomiona ręcznie. Jeżeli w trakcie suszenia pojawi się woda, sterownik odpowiednio reaguje i zatrzymuje proces.

Monitorowanie komunikacji z panelem

Sterownik stale komunikuje się z panelem użytkownika. Panel otrzymuje informacje o aktualnym stanie urządzenia, natomiast sterownik odbiera polecenia użytkownika. Jeżeli komunikacja zostanie przerwana, urządzenie może przejść do bezpiecznego stanu zamiast kontynuować pracę bez kontroli. To przykład funkcji, która często nie jest widoczna dla użytkownika, ale ma duże znaczenie z punktu widzenia niezawodności całego systemu.

Projekt sterownika to nie tylko lista funkcji

W praktyce stworzenie dobrego sterownika do maszyny lub urządzenia wymaga czegoś więcej niż wykonania zadanej listy funkcjonalności. Ważne jest przewidzenie rzeczywistych sytuacji, które mogą wystąpić podczas eksploatacji.

Co powinno się wydarzyć, jeśli użytkownik rozpocznie proces, a następnie zmienią się warunki? Co zrobić, jeżeli w trakcie działania zabraknie wymaganej informacji z czujnika? Jak urządzenie powinno zachować się po zakończeniu kąpieli? Czy użytkownik powinien mieć możliwość pominięcia automatycznej procedury? Jak zachować się po przerwaniu komunikacji? To właśnie takie zależności powodują, że sterowniki do maszyn i urządzeń powinny być projektowane jako kompletne systemy, a nie jako zbiór niezależnych wyjść sterujących.

Testy – ważny etap przed rozpoczęciem produkcji

Po wykonaniu elektroniki i oprogramowania konieczne jest sprawdzenie urządzenia w praktyce. Testy obejmują zarówno pojedyncze funkcje, jak i kompletne scenariusze użytkowania. Sprawdzane może być między innymi:

• uruchamianie urządzeń wykonawczych,
• działanie przycisków panelu,
• komunikacja,
• wykrywanie poziomu wody,
• przebieg całej sekwencji kąpieli,
• suszenie,
• dezynfekcja,
• zachowanie po przerwaniu procesu,
• reakcja na sytuacje nieprawidłowe.

Jest to szczególnie ważne w produktach, które mają później trafić do wielu klientów. Błąd wykryty podczas testów prototypu można poprawić w jednym urządzeniu. Ten sam błąd wykryty po rozpoczęciu sprzedaży może oznaczać konieczność obsługi dziesiątek lub setek zgłoszeń serwisowych. Dlatego z punktu widzenia producenta testowanie nie jest wyłącznie kosztem projektu. Jest jednym ze sposobów ograniczenia kosztów przyszłej eksploatacji produktu.

Przygotowanie do produkcji elektroniki

Po zakończeniu projektowania sterownik trzeba przygotować do powtarzalnej produkcji. Na tym etapie istotne stają się zagadnienia takie jak:

• kompletna dokumentacja produkcyjna,
• lista elementów,
• pliki do montażu PCB,
• możliwość wykonywania testów produkcyjnych,
• programowanie urządzeń,
• kontrola kolejnych partii,
• możliwość późniejszego serwisowania i rozwijania produktu.

ELNODO może prowadzić projekt dalej również po zakończeniu prac konstrukcyjnych. Dzięki temu klient nie musi osobno szukać projektanta elektroniki, programisty, firmy montującej PCB oraz kolejnego podwykonawcy odpowiedzialnego za uruchomienie urządzeń. Możemy działać jako stały partner technologiczny, który zna projekt od etapu pierwszych założeń aż po kolejne serie produkcyjne.

Kontraktowa produkcja elektroniki jako kontynuacja projektu

Dla wielu klientów etap projektowania jest dopiero początkiem współpracy. Po wykonaniu prototypów rozpoczyna się produkcja urządzeń przeznaczonych do sprzedaży. ELNODO realizuje projekty w modelu, w którym projektowanie może zostać połączone z późniejszą kontraktową produkcją elektroniki. Jest to szczególnie korzystne w przypadku urządzeń wymagających:

• regularnych kolejnych partii,
• kontroli wersji sprzętu i oprogramowania,
• programowania urządzeń przed wysyłką,
• testowania,
• zmian konstrukcyjnych w kolejnych rewizjach,
• szybkiej reakcji na problemy zauważone podczas eksploatacji.

Firma produkująca elektronikę, która jednocześnie zna założenia projektowe urządzenia, może znacznie szybciej reagować na potrzebę modyfikacji produktu. Nie trzeba za każdym razem odtwarzać wiedzy technicznej od początku.

Projektowanie sterowników na zamówienie pozwala rozwijać własny produkt

Posiadanie własnego sterownika daje producentowi znacznie większą swobodę niż uzależnienie produktu od uniwersalnego urządzenia dostarczanego przez zewnętrzną firmę. W kolejnych wersjach można rozwijać między innymi:

• funkcje użytkowe,
• sposób sterowania,
• diagnostykę,
• komunikację,
• panel użytkownika,
• dodatkowe czujniki,
• procedury serwisowe,
• funkcje zdalne.

Własny projekt oznacza również możliwość dostosowywania elektroniki do zmian w samym produkcie. Jeżeli zmieni się konstrukcja urządzenia, sposób sterowania pompą czy wyposażenie dodatkowe, oprogramowanie i elektronika mogą być rozwijane razem z nim. To jeden z powodów, dla których projektowanie sterowników na zamówienie jest szczególnie korzystne dla firm budujących własne produkty i planujących ich sprzedaż przez wiele lat.

Projektowanie i produkcja sterowników do maszyn i urządzeń

Jeżeli rozwijasz własne urządzenie i potrzebujesz elektroniki sterującej, ELNODO może przeprowadzić projekt od pierwszych założeń aż do produkcji. Realizujemy projektowanie elektroniki, projektowanie elektroniki na zamówienie, tworzenie oprogramowania wbudowanego oraz projektowanie sterowników na zamówienie dla maszyn i urządzeń. Możemy również pozostać partnerem przy kolejnych etapach rozwoju produktu i prowadzić kontraktową produkcję elektroniki. Dzięki temu wiedza zdobyta podczas projektowania pozostaje w zespole, który później odpowiada za rozwój i kolejne serie urządzenia.

Najczęściej zadawane pytania