Thema: PID-Regelung mit Microcontroller statt PID?

Ich habe heute ein günstiges Developer-Board (25 EUR) für die Amtel-Mega-Controller entdeckt, von dem ich annehme, dass man damit eine Gaggia Coffee o.ä. von A-Z steuern könnte:



Daten: LCD-Display, serielle Schnittstelle, 8 KB EEPROM, 2 Eingabetaster, 3 LEDs, zahlreiche analoge und digitale Ein- und Ausgänge, 75mm x 91mm, alle freien Ports auf Steckleisten verfügbar. Programmierung mittels seriellem Kabel. Gibt es auf ebay, der Verkäufer hat aber auch eine eigene Webseite (www.deltawave.de -> Online-Shop -> Gastkundenzugang -> Developerboards -> Atmel AVR -> AVR_DEV_MINI).

Machbar wäre damit vermutlich: Temperatureinstellung mit hochwertiger Regelstrategie (PID?), Temperaturanzeige, Aufwärmprogramm (d.h. in Aufwärmphase periodisch Pumpe einschalten), automatisches Entlüften, Temperaturprofil loggen, Entkalkungsprogramm, einstellbare Preinfusionszeit, automatisch in der Länge gesteuerter Leerbezug, Wasserstandskontrolle, Espressozähler, automatische Hinweise zur Wartung, volumetrische Dosierung. Da die CPU frei programmierbar ist und zahlreiche analoge und digitale IO-Pins besitzt, könnte man viel mehr machen, als mit einem PID. Und der Spass kostet nur 25 EUR (zzgl. Solid-State-Relais und Sensoren und Kleinkram). Gute Idee oder Wahnsinn?

Ich habe ein Ähnliches Board hier liegen....
Machbar ist das sicherlich wenn man Assembler kann

aber ich finde das man einen Espresso mit gefühl machen muss und nicht mit steurung, auch wenns ein sehr interessantes Projekt werden könnte!!

das problem wird sein, daß du einen regelalgorithmus implementieren musst. wenn es nicht schon was fertiges gibt, dann könnte es komplex werden.
wenn du einen einfachen vergleicher baust, wirst du nicht annähernd eine regelgüte erreichen, wie sie ein pid kann (vorausgesetzt, er ist richtig optimiert)

Zitat von fab

Machbar ist das sicherlich wenn man Assembler kan

Neben Assembler gibt es auch C in Form von avr-gcc und BASIC in Form von der BASCOM IDE. Die Programmierung macht mir keine grossen Sorgen. Regelungstechnik schon eher, zum Glück findet man C-Sourececode für eine PID-Regelung im Netz (z.B. im Buch C Unleashed).

Außerdem wirst Du einen guten Verstärker benötigen, die Spannungen der Thermoelemente liegen bei 40 µV/ºC (Typ T, bei 20 ºC). Die entsprechende Temperatur wird über Tabellen durch Interpolation ermittelt, linear abhänging von der Spannung ist sie nicht über den gesamten Meßbereich.

Leg Dir am besten ein paar Debug-Heizungen bereit

Hört sich interessant an, aber das gibt es alles bereits fertig in Kleinstausführungen (die Du in der Größe nie hinbekommen wirst), anschlußfertig an 230V und mit allen Einstellmöglichkeiten (Autotune etc).

Und so spannend ist der Temperaturparameter nun auch nicht. Selber rösten ist sicher interessanter.

Wie wärs alternativ mit Luftdruckmessung für Dein Kit ? Eigene Wettervorhersage

Locker bleiben!

Ich finde das sehr interessant. Hauptsächlich um die Kesseltemperatur zu steuern, denn ein fertiges Teil - und ist es noch so hübsch und klein - ist ganz schön teuer. Wenn es so gehen könnte und der Preis einer Temperaturregelung somit in Richtung 100 Euro oder darunter geht, hätte das Projekt sicher seine Berechtigung!

Ich mache mir schon lange Gedanken über diese PID-Geschichte - bisher hat mich immer der Preis abgeschreckt.

Ich denke, das könnte eine interessante Sache sein. Nur: Wozu eigentlich immer PID? Temperaturregelungen mit Zweipunktregler sind doch vollkommen ausreichend! Mit verkleinerter Schalthysterese lässt sich auch damit die Temperaturschwankung vernachlässigbar klein machen und die Regelung ist grenzenlos stabil.
Dann würde ich eher mein Augenmerk darauf lenken, die Funktionen der Mazzer Mini E zu implementieren (Zwei elektronische Timer mit 0.1s-Abstufung und über Menue einstellbar).

Gruß, Andreas

Zitat von apfeltiger

Außerdem wirst Du einen guten Verstärker benötigen, die Spannungen der Thermoelemente liegen bei 40 µV/ºC (Typ T, bei 20 ºC)

Über Thermoelemente muss ich mich informieren. Analog mit PT100, NTC? Oder ein Element mit digitalem Ausgang wie das DS1820 (1-Wire)? Welches hat die beste Ansprechzeit? Aber grundsätzlich sehe ich kein Problem. Die CPU besitzt für den analogen Weg entsprechende Wandler. Einen externen Verstärker braucht man offensichtlich nicht: Beispielschaltungen kommen mit einem einfachen Spannungsteileraufbau aus, d.h. ein NTC, ein Widerstand, am Eingang des Wandlers (dessen Referenzspannung intern einstellbar ist). Zu klären wäre der Einbauort: wohin mit dem Sensor für gute Ergebnisse?

Zitat von apfeltiger

Hört sich interessant an, aber das gibt es alles bereits fertig in Kleinstausführungen ... anschlußfertig an 230V und mit allen Einstellmöglichkeiten (Autotune etc).

Was es anschlussfertig gibt, kann nur einen Bruchteil der erwähnten Funktionen: nur die Temperatur regeln. Kann Dein PID ein Entkalkungsprogramm ablaufen lassen? Die Aufheizung der Silvia-Gruppe mit Leerbezügen beschleunigen? usw.

Zitat von apfeltiger

die Du in der Größe nie hinbekommen wirst

Anders als beim gekauften PID kann man Anzeige und Tasten vom Controller trennen. Wie gross der ist, ist letzlich egal. Das Developer-Board ist übrigens 7x9 cm gross.

Zitat von DierdreDipstick

Nur: Wozu eigentlich immer PID? Temperaturregelungen mit Zweipunktregler sind doch vollkommen ausreichend! Mit verkleinerter Schalthysterese lässt sich auch damit die Temperaturschwankung vernachlässigbar klein machen

Kann man vieleicht bei einem statisches System so sehen, aber bei einer Espresso-Maschine gibt es die Bezüge. Schalthysterese des Reglers ist nur ein Aspekt der Regelstrecke, wichtiger ist in diesem Fall die Trägheit der Regelstrecke (Änderungen der Stellgrösse wirken sich zeitlich verzögert auf die Regelgrösse aus). Diese Trägheit kann man nicht mit verkleinerter Schalthysterese loswerden: um ein zu starkes Schwingen der Regelgrösse - beim Aufheizen, nach Bezügen - zu vermeiden, muss man vorausschauend regeln, d.h. der Regler muss den Abstand vom Sollwert und die Geschwindigkeit der Änderung der Regelgrösse beim Steuern der Heizung berücksichtigen. Das leistet ein Regelalgorithmus vom PID-Typ.

Zitat von Joerky

Wenn es so gehen könnte und der Preis einer Temperaturregelung somit in Richtung 100 Euro oder darunter geht, hätte das Projekt sicher seine Berechtigung!

Das Developer-Board, obwohl es nur 25 EUR kostet, ist teurer, als es sein müsste: Die CPU ist für 4 EUR erhältlich und braucht zusätzlich nur wenige passive Bauelemente. Zur Anzeige der Temperatur würde später auch ein LED-Balken ausreichen, alles andere könnte man über RS232 mit dem Rechner einstellen. Teure Posten sind die Solid-State-Relais und das Netzteil. Es müsste komplett für unter 50 EUR machbar sein. Allerdings fällt die Software nicht vom Himmel und wenn man Zeit in Geld umrechnet...

Also ich gehöre auch zu den kaffeetrinkenden AtMega Besitzern.
Meine Überlegungen (auf meine Butterfly bezogen):
* Messung mit Pt1000, da alles andere bei 120 Grad Celsius endet - zu wenig Reserve, nichtlinear. Schau dir das mal an: "http://cctools.hs-control.de/ext_index.php?artikel=1401"
* Regelung selbstgestrickt nach dem Motto: ja näher bei der Solltemperatur desto weniger Heizleistung, das müßte man in einer Tabelle ablegen können und spart Rechenaufwand
* Phasenpaketsteuerung mit TRIAC erspart komplexe Filter

Zitat von emc2

Zitat von DierdreDipstick

Nur: Wozu eigentlich immer PID? Temperaturregelungen mit Zweipunktregler sind doch vollkommen ausreichend! Mit verkleinerter Schalthysterese lässt sich auch damit die Temperaturschwankung vernachlässigbar klein machen

Kann man vieleicht bei einem statisches System so sehen, aber bei einer Espresso-Maschine gibt es die Bezüge. Schalthysterese des Reglers ist nur ein Aspekt der Regelstrecke, wichtiger ist in diesem Fall die Trägheit der Regelstrecke (Änderungen der Stellgrösse wirken sich zeitlich verzögert auf die Regelgrösse aus). Diese Trägheit kann man nicht mit verkleinerter Schalthysterese loswerden: um ein zu starkes Schwingen der Regelgrösse - beim Aufheizen, nach Bezügen - zu vermeiden, muss man vorausschauend regeln, d.h. der Regler muss den Abstand vom Sollwert und die Geschwindigkeit der Änderung der Regelgrösse beim Steuern der Heizung berücksichtigen. Das leistet ein Regelalgorithmus vom PID-Typ.

Bei der Espressomaschine gibt es sowohl im Meßglied, als auch im Stellglied erhebliche Totzeiten, die Deine Hoffnung, man könne da während des Bezuges konstant etwas regeln, zunichte machen. Das Vorhaben mag vielleicht gelingen, wenn Du die Temperaturregelung aller thermischen Kapazitäten entledigst. Das wäre dann das Prinzip des Durchlauferhitzers, wie man es beim Thermoblock findet.

Fast alle Espressomaschinen hier im Board (inklusive der CC) folgen dem anderen Prinzip: Möglichst große Wärmekapazitäten, die im stationären Betrieb (langsam) gegen eine konstante Temperatur streben und möglichst wenig durch einen Bezug aus der Ruhe gebracht werden. Da kann man keine Ausregelung von Temperaturstörungen während des Bezuges vornehmen.

Gruß, Andreas