Thema: Temperaturstabilität: Tipps und Tricks für die Miss Silvia

Hallo!


Weil hier der rote Faden etwas verloren ging, schreibe ich eine Zusammenfassung. Entschuldigt den Wissenschaftssprech, ich weiß nur nicht wie ich es anders sortieren soll.

Fragestellung: Der PID oder das Temperatursurfen soll eine gleichbleibende Brühtemperatur sicherstellen. Damit sollen die Ergebnisse weniger streuen/reproduzierbarer werden. Zugleich haben die Nutzer, trotz gleicher PID-Temperatur, bei temperaturempfindlichen Bohnen "Ausschuss", bzw. weniger gute Shots.

Hypothese 1: Dies liegt am Temperaturabfall in der Silvia. Man sieht ja am Standard-PID-Messpunkt, dass die Temperatur abfällt.
--> Stimmt nicht. Die Brühtemperatur während des Shots ist stabil.
Dies scheint relativ unempfindlich gegen Flussraten und Heizprofile zu sein, solang man nicht früh im Shot mit der vollen Heizleistung "feuert" oder bezieht während der Brühkopf durch Dampfen oder lange Leerbezüge stark überhitzt ist.

Lösungsansätze: Bei PID-Solltemperatur beziehen +
- Maschine lange aufheizen
- Nach dem Dampfen warten (20 Minuten)
- Keine größeren Leerbezüge vor dem Bezug
- 40% Heizleistung während des Bezugs (faustino)
- normale PIDs über Sollwertabsenkung vom Gegenheizen abhalten


Hypothese 2: Trotz stabiler Brühtemperatur haben die Nutzer weiter "Ausschuss"/Probleme mit der Reproduzierbarkeit. Das liegt daran, dass die Solltemperatur + Störgrößen ~ Brühtemperaturkorridor (Absolute Höhe der Brühtemperatur, die resultierenden Brühkurven sind stabil/horizontal, aber im Absolutwert verschoben)

Lösungsansätze: Bei PID-Solltemperatur beziehen +
Temperatursonderzustände vermeiden
- Nach dem Dampfen warten
- Keine größeren Leerbezüge vor dem Bezug

Damit sind wir bereits bei einem konstanten Offset +/- 1°. Bei weniger empfindlichen Espressi passiert hier geschmacklich nicht viel. Auf diese Weise lässt sich sagen:

Bei Berücksichtigung der angeführten "Regeln":
Brühtemperatur = PID-Solltemperatur zu BEGINN (der nachfolgende Abfall gibt den Brühverlauf nicht wieder) - Offset +/-1°

Octabeers Störgrößen Theorie oder auf der Jagd nach dem letzten 1° Abweichung:

Fragestellung: Wie können wir die letzten +/-1° Temperaturschwankungen auch noch beseitigen?

Hypothese 3a: die Hauptstörgröße ist die Gruppe. Diese kann abweichende Temperaturen haben, auch wenn der PID die Solltemperatur anzeigt
Störgrößen ~ zu Gruppentemperatur ~ Messpunkt in der Gruppe ~ Messpunkt auf der Gruppe

Lösungsansätze:
- Sensor auf der Brühgruppe: Manuell Temperatur nachschauen, bei Abweichungen PID Temperatur senken/erhöhen
- Den eingeschwungenen Steadystate nutzen: Vor dem Bezug nichts tun was die Maschine aus dem aktuellen Zustand bringt. Damit habe ich eine Reproduzierbarkeit in einem extrem schmalen Temperaturband erreicht
Vorteil imho: Die Geschwindigkeit im Shotprozedere ist egal, die Maschine verbleibt die ganze Zeit in ihrem stabil eingeschwungenen Zustand. Ich habe Testweise den Siebträger 4 Minuten ausgespannt gelassen und dann bezogen: erwartete Brühtemperatur trat ein.


Hypothese 3b: Die Störgrößen können über kontrolliertes flushen in einen reproduzierbaren Zustand gebracht werden

Lösungsansätze:
- Flushen (Leerbezug mit reduzierter Flussrate) ist nur für faustino-Nutzer möglich.
- Kurz-Leerbezug (Tesboy), habe ich heute ausprobiert: Spülen, sofort einspannen und beziehen. Die Brühtemperatur ist vertikal, ob damit die Sonderzusände weggebügelt werden vermag ich nicht zu sagen.


Hypothese 4a: Die Hitzewelle, die sich nach Dampfen durch die Brühgruppe wälzt ist ein Regelungstechnisches Artifakt durch die schlechte Sensorposition auf dem Boiler. Thermische Sonderzustände in der Gruppe entstehen durch falsches Regeln im Boiler.
Mithilfe erbeten: Jemand mit Sensor an der Boilerseite könnte seine Messwerte insbesondere die abgerufene Heizleistung posten. Dann kann ich abschätzen ob mein PID hier eine falsch hohe Heizleistung abruft. Immerhin trifft er ohne Überschwinger den Sollwert.


Hypothese 4b: Die Abschätzung der Gruppentemperatur über einen zweiten Sensor erlaubt es die Störgrößen als Blackbox zu behandeln und wegzuregeln.
Vorteil imho: Kein Wasser durch die Küche tragen, funktioniert auch nach dem Dampfen zur schnelleren Abkühlung der Gruppe und zum hochheizen ohne kontrollierten flush. Auch von easy Nutzern mit zweitem Sensor nutzbar.



Ich denke das ist der Stand. Nicht wirklich praktikabel ist, dass ich jede Variante des Shotprozederes ausprobiere. Es braucht immer ein paar Vergleichsshots um Abweichungen sichtbar zu machen. Wer spülen möchte kann das ala tesboy tun. Der thermische Zustand der so erreicht wird, ist allerdings zeitkritisch. Ob damit Schwankungen in der Gruppentemperatur ausgeglichen werden, weiß ich nicht.
Ob man mit "cooling/heating-flushs" einen reproduzierbareren Betrieb hinbekommt, weiß ich nicht.

Vielen Dank an alle Diskutanten! Wir sind ja bei ziemlich unsinnigen Luxusproblemen (+/-1°) angekommen.
Grüße
octa

Zitat von octabeer

- Kurz-Leerbezug (Tesboy), habe ich heute ausprobiert: Spülen, sofort einspannen und beziehen.

Nur um nicht unglücklich zitiert zu werden: Mein Prozedere ist NICHT "Spülen, sofort einspannen und beziehen", sondern
1. 1-2 s spülen (direkt danach sinkt die Temperatur im/am Kessel um gut 1°)
2. ca. 1.5 min die Maschine in Ruhe lassen (währenddessen mahle ich den Kaffee und Tampere), danach ist der Boiler wieder auf +-0.2° wie vor dem Spülen
3. Beziehen

Es geht mir dabei nicht darum die Brühgruppe auf genau die selbe Temperatur wir den Kessel zu bringen, sondern darum in der Brühgruppe "bei jedem Shot reproduzierbar das selbe Delta zum Kessel zu haben", und dabei gleichzeitig einen stabilen thermalen Kesselzustand.

Zitat von octabeer

..., ob damit die Sonderzusände weggebügelt werden vermag ich nicht zu sagen.

Damit bekommt man nur eine Brühgruppe, die davor unterschiedlich lange "nicht verwendet wurde" auf bruachbar reproduzierbare Temperatur (nicht gemessen, sondern pi*Daum per Gaumen geprüft). Wenn die Maschine noch kalt ist, kürzlich gedamft wurde oder direkt davor ein doppelter bezogen wurde hilft das gar nichts.

Zitat von octabeer

... Der thermische Zustand der so erreicht wird, ist allerdings zeitkritisch.

Yep, siehe oben. Wenn man den zeitlichen Ablauf dabei aber immer ungefähr vergleichbar hält ist es reproduzierbar.


Best Grüße!
Volker

NB: Ich möchte Deine Untersuchungen und die geniale Arbeit von Faustino überhaupt nicht in Frage stellen. Sicher ist eine technisch sehr ausgereifte Lösung interessant und im Ergebnis konstanter als mein Vorschlag. Ich hab aber nun schon mal das einfache Auber-PID, wie wohl einige andere im KN auch...

Hei Tesboy!


Vielen Dank für deine Anfügungen!

Ok, so wie du machen es glaube ich die meisten Nutzer. Damit kommt man bestimmt auch zu super reproduzierbaren Ergebnissen und bei den meisten Espressosorten wird man auch die kleinen Schwankungen im Shotprozedere nicht schmecken.
Nur ich, nun, wie soll ich sagen? Ich bin Shotschussel. Habe ich die Milch schon in das Kännchen gefüllt? Wo ist meine Kanne um das Wasser vorm Dampfen abzulassen? Sind die Tassen vorgewärmt? Stehe ich eigentlich noch unter der Dusche? Morgens wirklich eine Katastrophe. Und weil ich während des Bezugs vor der Maschine rumstehe, fallen zu weilen Abweichungen auf und so kam dieser Thread in Gang. Noch dazu ist mein Lieblingsespresso eine Temperaturzicke.

Deshalb war es für mich am plausibelsten etwas zu entwerfen, das nicht zeitkritisch ist. Mein Konzept funktioniert aber auch mit jedem ganz normalen PID. Ist die Maschine lang genug durchgeheizt, stellt sich irgendwann eine (meistens) stabile Temperatur der Brühgruppe ein. Auch nach Störungen ist nach etwa 20 Minuten wieder alles "in Ordnung" und man kann davon ausgehen, dass die vom PID auf dem Boiler gemessene Temperatur einer stabilen Temperatur der Gruppe entspricht.



Beste Grüße aus badisch-Sibirien
octa

Hi Octa, wollte wie gesagt gar nicht kritisieren. Schliesslich wollen (wir) alle Silivia-PID-Benutzer ja eigentlich möglichst konstante Bezüge und das ohne Leerbezug/Temperatursurfen.

Beste Grüße,
Volker

Hei!


Es wird wieder etwas dauern, aber die Frage der Brühgruppe und des Spülens werde ich nochmal genauer beleuchten. Wie eine Kaskadenregelung der Silvia abschneidet wäre auch sehr spannend.


@ Tesboy:
Na ohne Kritik komme ich ja nicht weiter! Ich habe mir schon so viel Unfug ausgedacht beim Verstehen der Silvia! Ohne die vielen helfenden Mitdenkenden würde ich bis heute glauben die Brühgruppe sei hohl . Und erst die Gefahren durch Kesselläuse?
Erst dein Einwand, dass du mit Spülen erfolgreich bist, hat mich dazu gebracht, es mit "Blitzspülen" zu versuchen, so kommen wir Schritt um Schritt zu 100% Godhsot.

Grüße
octa

Hey Octaber,

Vielen Dank für deien tollen Untersuchungen. Seit dem PID Einbau vor ca 1 Jahr habe ich noch nicht die Zeit gefunen, mich intensiver mit der Steuerung zu befassen. Jetzt steht das ganze aber mal wieder auf der Tagesordnung. Was mich zuerst am meisten verwundert, ist (eigentlich nicht Gegenstand deiner aktuellen Untersuchungen) dass dass du dem PID eine unglaublich hohe Solltemperatur von 102 vorgibst und damit bei Brütemperaturen von ca 92 landest. ich hätte nicht gedacht gedacht, dass der Unterschied so gravierend ist. Ich ging bis dato davon aus dass die Außentemperatur des Boilers eher geringer ist, als die Wassertemperatur. Allerdings ist es schon plausibel, weil auf dem Weg vom Kessel zur BG einiges am Wärme abgegeben wird.

Ich werde demnächst auch mal anfangen mit Brühtemperaturmessungen. Vllt sogar mit einem Sensor wie du ihn eingebaut hast, wenn ich faustino richtig verstanden habe, kann man auch ans easy pid weitere Sensoren anschließen? (was gäbe es dabei zu beachten, was für stecker sind nötig?woher bekäme solche sensoren). Oder ich probiere es zunächst mal mit einem Thermometer , dass ich aus dem ST heraushängen lasse, was natürlich nicht allzu elegant ist. Vor allem die Anbindung an die Software des Easy PID ist natürlich zum Messen ideal. Ich bin wirklich gespannt, ob auch bei mir die Temperaturdifferenz zw Boiler und Brühwasser so gravierend ist. Ich werde gleich mal dem PID bei mir 102 Grad vorgeben und das mal geschmacklich testen. Allerdinsg ist mein Sensor auch nicht oben auf dem Boiler verbaut sondern seitlich. Das könnte ja ebenfalls einiges beeinflussen.

Hallo!

Weiß jemand wie die autotune-funktion von PIDs realisiert wird? Wird dort eine Impulsantwort in eine Übertragungsfunktion umgerechnet und dann in PID-Parameter übersetzt? Warum funktioniert Autotune nicht so gut wie von Hand einstellen? Ich überlege zur Zeit mich mal ein Verfahren zu setzen, bei dem man einige Messwerte eingibt und daraus eine Übertragungsfunktion ausgerechnet wird (ich habe im übrigen keine Ahnung was das ist oder wie es funktioniert), um dann einfach die PID-Parameter auszurechnen. Das könnte für manche, mit "exotischeren" Maschinen und PID hilfreich sein.

@Schlotinjo:
Obacht, mein Sensor sitzt auf dem Deckel (eigentlich keine gute Position), zusätzlich gibt er die korrekte Absoluttemperatur an. Wenn du also an der Seite misst und/oder einen Sensor hast, dessen 0-Punkt nicht kalibriert ist, kann es gut sein, dass dein Offset sich von meinem SEHR unterscheidet. Aber probier es aus, dein Gaumen wird sich rechtzeitig beschweren.

Insgesamt scheint es, dass die Kesseltemperatur die Brühtemperatur nicht sehr zuverlässig schätzt. Ich habe das noch gar nicht "nachgemessen", aber ein Boardie verwies bspw. darauf, dass schon die Kaffeemenge die Brühtemperatur verändert (also 13,5g vs. 17g). Ich wollte das immer mal aufzeichnen, kam aber nie dazu.

Einen Sensor in das aus der BG fließende Wasser zu halten ist spannend, gibt aber auch nur ein ungefähres Bild wieder. Die Brühgruppe + Siebträger + Kaffeemehl wirkt sich stark aus. Ohne so einen Sensor, wie ich ihn verbaut habe, hilft nur heranschmecken, die Messwerte ergeben nur ein ungefähres Bild, ob die Maschine in dem Zustand ist, in dem sie sein sollte.

Hast du ein easy-kit verbaut oder ein faustino? Bei beiden können zusätzlich Sensoren angeschlossen werden. Z.B.: ein Typ-K oder ein PT100 oder PT1000. Oder auch ein T-Sic. Schau mal im Handbuch nach, da ist das alles genau erklärt.

Was für mich super spannend wäre, wäre wenn du deine Brühgruppentemperatur misst. Also Sensor auf/Boiler + Sensor auf/an der Brühgruppe. Ich gehe derzeit davon aus, dass die Brühgruppe in der Temperatur schwankt, auch wenn die Kesseltemperatur über den PID konstant gehalten wird.

Meines Erachtens könnte man das über eine Kaskadenregelung ausgleichen. Dabei wird vereinfacht gesagt ein Sollwert für die eingeschwungene Brühgruppe eingegeben. Die Abweichung der Brühgruppentemperatur von diesem Sollwert wird vom Kesselsollwert abgezogen/bzw. addiert.
So könnte man mit zwei Sensoren ohne flushen die Maschine deutlich schneller aufheizen. Der PID würde nach dem Dampfen die Abkühlung der Gruppe automatisieren und im steady-state eine langsame Überhitzung der Gruppe unterbinden.
Es gibt ein paar Regelungstechnische Zweifel: Es schaukelt sich auf, es schwingt sich nicht ein, usw.. Vielleicht gibt es ja irgendwann mal die Gelegenheit da auszuprobieren.

Grüße
octa

Wenn Du dich da umgucken magst: MathWorks Deutschland - PID Control - MATLAB & Simulink

Hab mit autotuning an PID-Steuerungen früher mal ausschließlich schlechte Erfahrungen gemacht, waren aber auch recht komplizierte Systeme, so dass sich das Autotuning u.U. auch in Spezialfällen verrannt haben mag..

Wie funktioniert, hab ich keine Ahunng. Impulsantwort wäre sicherlich mal ein Startpunkt, wie auch immer man das technisch realisieren könnte..

Grüße,
Dale.

Super Infos und wirklich gelungene Messungen!

Gibt es aus diesen neuen Erkenntnissen schon Überlegungen zum guten alten Temperatursurfen?
Ein Temperatursurfer bezieht ja beispielsweise immer wenn die Heizung gerade aus geht. So ist die Kesseltemperatur annähernd gleich. Aber ist es nicht meistens damit erkauft, dass durch ein Leerbezug die Heizung eingeschaltet und damit die Brühgruppe durch das fließende Wasser erhitzt wurde? Ist das System dann nicht so aus dem Gleichgewicht, dass Reproduzierbarkeit unmöglich wird? Die Leerbezüge sind ja auch je nach dem unterschiedlich lang.

Das schwirrte mir nur durch den Kopf. Ich würde mich freuen, wenn mich jemand aufklärt.

Hallo!

@Dale: Danke! Ich habe mal vor längerem versucht die Sprungantwort aufzuzeichnen, aber bei 100% durchgehender Heizleistung schwingt sich das System erst mit einem Zimmerbrand ein. Hast du einen Tipp wie man die Sprunganwort ohne Einschwingen ermittelt? Impulsantwort wäre ja kleiner Heizimpuls (0,5 Sekunden, damit was passiert) und das aufzeichnen, oder?


@crimp: Ich werde mal ein paar Temperatursurfbezüge machen, gerade muss ich aber ein Bain-Marie zu einem Sous-Vide fähigen Wasserbad umbauen . Mich würde auch sehr interessieren, ob Gruppe und Boiler mit der gleichen Phase schwingen. Vermutlich schon, nur wenn nicht wird es mit Temperatursurfen sehr sehr schwierig.
Ansonsten hast du meiner Meinung nach den Finger genau auf den wunden Punkt gelegt: Flushlänge/Menge + Dauer bis Bezug erlauben größere Abweichungen des Bezugszeitpunkts. Klar, alles in kleinerem Rahmen und bei manchen Bohnensorten vielleicht auch nicht tragisch, aber wenn man tatsächlich eine reproduzierbare Temperatur will, ist meines Erachtens mein Ansatz nicht zu spülen besser. Für die Temperatursurfer funktioniert das natürlich nicht...

Viele Grüße
octa