MACCHINA DEL CAFFÈ Classe: 5 Liceo I.T.I. Anno scolastico:

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1 MACCHINA DEL CAFFÈ Classe: 5 Liceo I.T.I. Anno scolastico: Michele Russo Andrea Simonelli Nicola Trenti 1

2 INDICE 1. PRESENTAZIONE DEL PROGETTO Pag Oggetto e obiettivo Pag Funzioni del progetto Pag Cenni storici Pag Caffè espresso Pag Evoluzione dei distributori Pag PARTE COSTRUTTIVA 2.1 Componenti utilizzati e operazioni svolte Pag. 9 Pag Ruote Pag Quadro elettrico Pag Distributore di zucchero Pag Struttura per lo scarico del caffè Pag Eliminazione componenti superflui Pag Assemblaggio 3. PARTE ELETTRICA Pag. 13 Pag Introduzione Pag Componenti principali della macchina Pag Motore elettrico (M1) Pag Motore elettrico (M2) Pag Elettrovalvola 2DJM (M3) Pag Pompa elettrica a membrana (M4) Pag Caldaia (M5) Pag Motore elettrico (M6) Pag Motori per lo scarico dello zucchero (M7) Pag Interruttore accensione della macchina ed alimentazione Pag Filtro Pag Finecorsa Pag Quadro elettrico Alimentatore Omron Pag. 21 Pag. 22 2

3 3.3.2 Relè Pag Morsetti unipolari Pag Spie luminose Pag Pulsante di riavvio Pag Presa Gewiss Pag Interruttore differenziale Pag PLC Pag Componenti extra installati Pag Cablaggio Pag PARTE DI PROGRAMMAZIONE Pag Introduzione Pag PLC Pag Curiosità sui PLC Pag Caratteristiche del PLC utilizzato Pag Modalità di lavoro del PLC Pag Cablaggio Pag Grafcet Pag Che cos'è il Grafcet Pag Linguaggio ladder (o a contatti) Pag Linguaggio mnemonico Pag Il nostro programma Pag FUNZIONAMENTO DEL PROGETTO Pag Accensione Pag Fase di attesa Pag Scelta della bevanda Pag Aggiunta dello zucchero Pag Macinatura Pag Fase di infusione e produzione Pag Ritorno alla fase di attesa Pag Arresto di emergenza Pag. 46 3

4 6. PARTE LEGISLATIVA Pag Introduzione Pag Art.80 riguardo agli obblighi del datore di lavoro Pag Art.81 Requisiti di sicurezza Pag Art.82 per quanto riguarda i lavori sotto tensione Pag Art. 83 riguardo ai lavori in prossimità di parti attive Pag Misure preventive adottate Pag CONCLUSIONI Pag Conclusioni Pag Possibili sviluppi futuri Pag Problemi riscontrati Pag Sitografia Pag ALLEGATI 8.1 Grafcet Pag. 55 Pag Funzionamento normale della macchina Pag Funzionamento riavvio Pag Ladder Pag Mnemonico Pag. 68 4

5 PRESENTAZIONE DEL PROGETTO 5

6 1.1 Oggetto e obiettivo Il nostro progetto ha come scopo la realizzazione di una macchina da caffè automatica, utilizzabile da una clientela generica che non deve avere la possibilità di intervenire su di essa in caso di malfunzionamenti o mancanza di materia prima. Le sue funzioni sono le stesse di una macchina del caffè reale e non si limitano solamente ad una simulazione, anche se la logica di programmazione tramite PLC è molto più costosa rispetto a quanto si andrebbe a spendere con l utilizzo di schede elettroniche. Lo sviluppo di questo progetto ci ha permesso di utilizzare e di ampliare le conoscenze apprese durante questi ultimi tre anni, in quanto si è rilevata essenziale un analisi accurata dei vari componenti elettrici e dello studio, della progettazione e del cablaggio dei vari circuiti di comando e potenza. Anche la parte costruttiva ha avuto la sua importanza, nonostante la struttura principale ed i relativi componenti fossero già presenti. Infine è presente anche una parte legislativa, da non dimenticare in quanto il nostro indirizzo di studi è specializzato proprio su di essa. I rischi presenti nella nostra macchina non sono estesi al cliente, in quanto questo deve poter prendere un caffè in totale sicurezza, bensì al manutentore: solo lui infatti può accedere al quadro elettrico della macchina e ai vari componenti. 6

7 1.2 Funzioni del progetto Le funzioni principali della macchina da caffè sono: Macinatura dei chicchi di caffè; Compressione del macinato per ottenere una cialda; Distribuzione dello zucchero; Prelievo e pompaggio dell acqua da un apposito recipiente al bollitore; Riscaldamento dell acqua fino alla temperatura ottimale; Percolazione dell'acqua calda sotto pressione attraverso la cialda; Produzione della bevanda; Scarto del caffè esausto. Il funzionamento effettivo della macchina, analizzando nel particolare tutti i processi, si trova nella sezione FUNZIONAMENTO DELLA MACCHINA a pagina Cenni storici Caffè espresso Il caffè espresso è la bevanda più consumata e conosciuta tra le varie tipologie di caffè. È ottenuta dalla tostatura e macina dei semi delle diverse piante di caffè e viene preparata secondo un procedimento di infusione di acqua ad alta pressione, per mezzo di un'apposita macchina, attraverso una cialda di caffè macinato e compresso. Normalmente, per ottenere un buon espresso da bar, il macinacaffè deve essere dotato di macina elicoidale centrifuga, l'unica adatta a frantumare i chicchi in fini granuli con dimensione uniforme. Il grado di finezza della macinatura va scelto in base alle caratteristiche della macchina, della miscela e alle condizioni ambientali di umidità e temperatura (generalmente risulta più fine di quella da cui si ottiene il caffè da moka) Evoluzione dei distributori 7

8 Il caffè espresso, al giorno d oggi noto in tutto il mondo, è nato a Torino nel 1884, in seguito all'invenzione della macchina per produrlo, brevettata da Angelo Moriondo. Negli anni seguenti la macchina fu modificata più volte da alcuni tecnici, fino a quando, nel 1905, si iniziò una produzione in serie ad opera della ditta La Pavoni di Milano, con la conseguente commercializzazione nei locali pubblici. Pochi anni dopo, il torinese Pier Teresio Arduino si rese conto che il mondo dei locali pubblici e delle caffetterie stava cambiando, così come si era reso conto che le macchine non erano più adeguate ai tempi, sia per concezione tecnica, sia per la loro estetica. Si propose pertanto di costruire una macchina di tipo nuovo, che doveva assicurare la velocità di mescita e nel contempo essere di dimensioni contenute e dare massima facilità e sicurezza d esercizio. Ottenne il brevetto e denominò la sua nuova macchina La Victoria : egli la riteneva una sua vittoria, o meglio una vittoria Italiana, frutto degli sforzi e tentativi fatti per ottenerla. Arduino continuò a ottimizzare la sua macchina tanto che nel 1910 ottenne il brevetto e la privativa industriale. La Victoria Sul mercato Arduino e Pavoni erano sicuramente in diretta concorrenza con i propri marchi, Victoria Arduino e Pavoni; negli anni dal 1911 al 1914 furono anche molto numerosi i brevetti depositati riguardanti le macchine, anche se in concomitanza della prima guerra mondiale, vi fu una drastica diminuzione. Arduino lavorò comunque negli anni della Grande guerra ottenendo due importanti brevetti nel 1915 (portafiltro) e nel 1918 (macchina automatica). Negli anni successivi furono sviluppati ulteriori brevetti di rilevanza minore fino ad arrivare al periodo storico che segue la seconda guerra mondiale, quando l economia si rimise in moto. 8

9 Entrarono in scena molti protagonisti del mondo dell espresso a partire da Achille Gaggia che iniziò a produrre le macchine a leva le quali, usando la pressione dell acqua anziché quella del vapore, ottenevano la crema caffè che rendeva l espresso più aromatico, sostanzioso e denso di quelli normali. Dal 1951, Victoria Arduino, mise in produzione anche un carrello trasportabile, tipo chiosco, denominato Carrel bar, con la caldaia della macchina funzionante a gas in bombola, per i baristi ambulanti. Questo bar mobile in poco tempo si affermò e venne a far parte del paesaggio delle fiere più importanti, come la Fiera di Milano, e si poté vedere subito in funzione soprattutto nelle principali stazioni ferroviarie, sui marciapiedi di partenza dei treni. Nel 1952 è l azienda Nuova Simonelli ad apportare una importante innovazione: la macchina con pompa oleodinamica. Con essa ha inizio l'epoca delle moderne macchine ad erogazione continua. È del 1975 invece la prima macchina ad utilizzare componenti elettronici, introdotti negli anni 80, avente dosatura e pompa volumetrica, riscaldamento elettrico o a gas. Nel XXI secolo continuano le innovazioni nelle macchine per caffè espresso soprattutto nella direzione dell ergonomia, dell efficienza energetica, del design e della stabilità della temperatura. È proprio questa evoluzione dei distributori automatici che ha portato all utilizzo di macchine da caffè simili a quella da noi utilizzata. 9

10 PARTE COSTRUTTIVA 10

11 2.1 Componenti utilizzati e operazioni svolte La macchina è stata gentilmente fornita dalla Ditta Coffee Break per scopi didattici. Le sue funzionalità erano garantite inizialmente da una scheda elettronica, ma si è deciso di trasformarne la logica di funzionamento, azionando e regolando i vari componenti mediante l uso di un PLC (vedi pag. 33 sez. 4.2). Struttura originale della macchina 11

12 Struttura finale della macchina La macchina non è stata modificata per quanto riguarda la struttura esterna ed era già provvista dei componenti principali che ne permettono il funzionamento; proprio per questo motivo la parte costruttiva del nostro progetto è limitata ai punti di seguito elencati. 12