MACCHINA DEL CAFFÈ

Classe: 5° Liceo I.T.I.

Anno scolastico: 2011-2012

Michele Russo

Andrea Simonelli

Nicola Trenti

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INDICE1. PRESENTAZIONE DEL PROGETTO Pag. 4

1.1 Oggetto e obiettivo Pag. 5

1.2 Funzioni del progetto Pag. 6

1.3 Cenni storici Pag. 6

1.3.1 Caffè espresso Pag. 6

1.3.2 Evoluzione dei distributori Pag. 6

2. PARTE COSTRUTTIVA Pag. 92.1 Componenti utilizzati e operazioni svolte Pag. 10

2.1.1 Ruote Pag. 11

2.1.2 Quadro elettrico Pag. 11

2.1.3 Distributore di zucchero Pag. 12

2.1.4 Struttura per lo scarico del caffè Pag. 13

2.1.5 Eliminazione componenti superflui Pag. 13

2.2 Assemblaggio Pag. 13

3. PARTE ELETTRICA Pag. 143.1 Introduzione Pag. 15

3.2 Componenti principali della macchina Pag. 15

3.2.1 Motore elettrico (M1) Pag. 15

3.2.2 Motore elettrico (M2) Pag. 16

3.2.3 Elettrovalvola 2DJM (M3) Pag. 16

3.2.4 Pompa elettrica a membrana (M4) Pag. 16

3.2.5 Caldaia (M5) Pag. 17

3.2.6 Motore elettrico (M6) Pag. 18

3.2.7 Motori per lo scarico dello zucchero (M7) Pag. 18

3.2.8 Interruttore accensione della macchina ed alimentazione Pag. 19

3.2.9 Filtro Pag. 20

3.2.10 Finecorsa Pag. 20

3.3 Quadro elettrico Pag. 21

3.3.1 Alimentatore Omron Pag. 22

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3.3.2 Relè Pag. 22

3.3.3 Morsetti unipolari Pag. 23

3.3.4 Spie luminose Pag. 24

3.3.5 Pulsante di riavvio Pag. 24

3.3.6 Presa Gewiss Pag. 25

3.3.7 Interruttore differenziale Pag. 25

3.3.8 PLC Pag. 26

3.4 Componenti “extra” installati Pag. 26

3.5 Cablaggio Pag. 31

4. PARTE DI PROGRAMMAZIONE Pag. 324.1 Introduzione Pag. 33

4.2 PLC Pag. 33

4.2.1 Curiosità sui PLC Pag. 33

4.2.2 Caratteristiche del PLC utilizzato Pag. 34

4.2.3 Modalità di lavoro del PLC Pag. 35

4.2.4 Cablaggio Pag. 36

4.3 Grafcet Pag. 37

4.3.1 Che cos'è il Grafcet Pag. 37

4.3.2 Linguaggio ladder (o a contatti) Pag. 37

4.3.3 Linguaggio mnemonico Pag. 38

4.3.4 Il nostro programma Pag. 38

5. FUNZIONAMENTO DEL PROGETTO Pag. 435.1 Accensione Pag. 44

5.2 Fase di attesa Pag. 44

5.2 Scelta della bevanda Pag. 44

5.3 Aggiunta dello zucchero Pag. 45

5.4 Macinatura Pag. 45

5.5 Fase di infusione e produzione Pag. 46

5.6 Ritorno alla fase di attesa Pag. 46

5.7 Arresto di emergenza Pag. 46

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6. PARTE LEGISLATIVA Pag. 486.1 Introduzione Pag. 49

6.2 Art.80 riguardo agli obblighi del datore di lavoro Pag. 49

6.3 Art.81 Requisiti di sicurezza Pag. 50

6.4 Art.82 per quanto riguarda i lavori sotto tensione Pag. 50

6.5 Art. 83 riguardo ai lavori in prossimità di parti attive Pag. 51

6.6 Misure preventive adottate Pag. 51

7. CONCLUSIONI Pag. 527.1 Conclusioni Pag. 53

7.2 Possibili sviluppi futuri Pag. 53

7.3 Problemi riscontrati Pag. 54

7.4 Sitografia Pag. 54

8. ALLEGATI Pag. 558.1 Grafcet Pag. 56

8.1.1 Funzionamento normale della macchina Pag. 56

8.1.2 Funzionamento riavvio Pag. 58

8.2 Ladder Pag. 59

8.3 Mnemonico Pag. 68

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PRESENTAZIONE DEL PROGETTO

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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.

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1.2 Funzioni del progettoLe 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 43.

1.3 Cenni storici1.3.1 Caffè espressoIl 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).

1.3.2 Evoluzione dei distributori

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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.

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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.

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PARTE COSTRUTTIVA

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2.1 Componenti utilizzati e operazioni svolteLa 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

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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.

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