Thema: Messungen an einer Isomac Amica

Moin allerseits,

die letzten Tage habe ich mich mal mit den Eigenarten des Prodigy Thermostats befasst. Seit Weihnachten kämpfe ich mit einer schwankenden Kesseltemperatur, welche für sich betrachtet keiner erkennbaren Regel folgte. Für mich war es Chaos im Boiler.

Als Hilfsmittel diente mir die ganze Zeit ein Thermometer vom Typ TFA LT-101. Mit diesem Gerät hatte ich die aktuelle Kesseltemperatur und die Min/Max Werte verfügbar. Anhand von Brühreihen ergab sich die optimale Brühtemperatur zu 108°C. Nur hatte ich diese 108° so gut wie nie. In der Not behalf ich mir mit der Dampffunktion um die 108° manuell aufzuheizen.

Am Freitag hatte ich die Maschine noch mal zerlegt und eine Thermosonde zum bereits vorhandenen Thermometer eingeführt. Diese Sonde werte ich mit einem Multimeter Typ VA18B von ELV aus. Folgende Graphen haben sich ergeben:





Zwei Schlussfolgerungen konnte ich daraus ziehen:

Zum Einen beträgt die Aufwärmzeit meiner Amica etwa 45 Minuten, und zum Zweiten schwankt die Kesseltemperatur nach dieser Aufwärmzeit zwischen 90° und 108°. Somit weiß ich, dass mein optimaler Brühbereich nach 45 Minuten Aufwärmzeit beim Abschalten des Thermostats erreicht ist.

Befriedigend ist das ganze aber noch nicht, hat das Thermostat doch immerhin eine Hysterese von 18°. Nicht grade optimale Bedingungen. Hinzu kommt, dass bei einem Brühdruck von 9 bar und dem 25 sekündigen Brühvorgang doch eine deutliche Menge von kaltem Wasser in den Keller strömt und die Brühtemperatur negativ beeinflusst.

Zur Zeit bin ich in der Lage eine Tasse optimal zu brühen, bei der zweiten gibts dann schon Probleme mit der Temperatur.

Gibt es analoge Regler mit einer geringeren Hysterese?

Ich weiß dass diese Diskussionen schon oft geführt und regelmäßig wiederholt werden, aber es muss doch noch eine Alternative zum PID Regler geben, oder ???

Grüße aus Freiburg
Kai

Hallo Kai,

Wenn man die Temperatur direkt misst gibt es aufgrund der recht trägen Regelstrecke mit den meist langen Totzeiten es m.E. eigentlich keine Alternative zu einem Regler mit D-Anteil. Ein vereinfachter PID-Regler wird es vielleicht auch tun, meinen betreibe ich z.B. nur als PD-Regler.
Mit einem noch einfacheren Regler, z.B. einem reinen P-Regler wird man Probleme haben, ein (Über-)schwingen zu vermeiden. Vielleicht probiere ich es mal aus, würde mich interessieren.

Mit einem Pressostat sollte es schon besser aussehen, da die Totzeiten vermutl. wesentlich geringer sind.

Wenn man vorhat, einen elektronischen Regler einzusetzen, ist der Preisunterschied zwischen einem einfachen und einem PID-Reger wahrscheinlich so gering, das es sich nicht lohnt, den einfachen Regler zu nehmen.

Gruß,

Thomas

Ich habe meinen Regler mal als reinen P-Regler eingestellt. Die Temperaturschwankung im Ruhebetrieb liegt mit +/- 0,5 Grad um den Faktor 2-3 höher als mit D-Anteil. Es ist ein periodisches Schwingen um den Zielwert.

Bei Bezug wird auch deutlich langsamer nachgeregelt.

Die Regelgenauigkeit mit reinem P-Anteil ist gar nicht so schlecht, zumindest eine Größenordnung besser als mit den üblichen Thermostaten. Bei einer trägen e61-Gruppe sollten die Schwankungen kein Problem sein.

Hallo Thomas,

das mit dem PID Regler habe ich mir auch schon überlegt, es sprechen für mich aber 2 Sachen dagegen:

Ich will meine Amica nicht mit Elektronik misshandeln und
der Einbau scheint mir nicht so ganz ohne, Stichwort 220V.

Soll heißen, rein optisch gefällt mir die ganze Regler Lösung überhaupt nicht. Alternative wäre, den Regler unter die obere Abdeckung zu verbannen, allerdings sitzt er dort im heißen Luftstrom. Ein weiteres Problem ist die Stromversorgung. Der PID Regler wird wahrscheinlich mit einer Spannung ungleich 220V betrieben, die Isomac hat meines Wissens nach aber nur einen 220V Kreis. Wie wird denn dein Regler versorgt und welche Schaltleistung bringt er? Ich muss auch erst Mal nachschlagen, wieviel Watt die Heizung zieht, bzw, messen kann ich es auch. Der Regler den ich mal gesehen habe, konnte 2A schalten.
Von wem hast du denn den PID regler bezogen?

Bevor ich aber den Umweg über die Regeltechnik mache, hätte es mich schon mal interessiert, ob es nicht Thermostate mit geringere Hysterese gibt. Ich hoffe jemand weiß hier rat.

Als nächsten Schritt will ich noch ein Kesselthermometer einbauen, baugleich mit dem Bitherma NG-60, das passt dann wenigstens zur Gesamtoptik.

mein pid lief mit 230v, die schaltleistung ist aber idr zu niedrig. da nimmt man ein ssr, das hält länger und macht mehr strom mit. ich glaub, ich hatte eins für bis zu 25A benutzt. den strom für's pid hatte ich von der maschine geklaut und einen zusätzlichen i/o-schalter eingebaut. den plastikkasten mit dem regler kann man auch einfach von hinten ans gehäuse kleben und die heiztätigkeit an der normalen ampe der maschine ablesen. solange die noch heftig blinkt, ist die maschine zu kalt. man kann aber auch leds anbringen und an die alarmausgänge des pid hängen.
gruß, max
ps: guck mal nach fenwal, das sind gute thermostate...

Zitat von tsurf

Hallo Kai,

Wenn man die Temperatur direkt misst gibt es aufgrund der recht trägen Regelstrecke mit den meist langen Totzeiten es m.E. eigentlich keine Alternative zu einem Regler mit D-Anteil. Ein vereinfachter PID-Regler wird es vielleicht auch tun, meinen betreibe ich z.B. nur als PD-Regler.
Mit einem noch einfacheren Regler, z.B. einem reinen P-Regler wird man Probleme haben, ein (Über-)schwingen zu vermeiden. Vielleicht probiere ich es mal aus, würde mich interessieren.

Mit einem Pressostat sollte es schon besser aussehen, da die Totzeiten vermutl. wesentlich geringer sind.

Wenn man vorhat, einen elektronischen Regler einzusetzen, ist der Preisunterschied zwischen einem einfachen und einem PID-Reger wahrscheinlich so gering, das es sich nicht lohnt, den einfachen Regler zu nehmen.

Gruß,

Thomas

ein paar anmerkungen zu den reglern: der d-anteil ist dafür da, um träge regelstrecken zu beschleunigen. mit totzeit hat das rein gar nix zu tun. eine totzeit ist eine laufzeit, eine temperaturregelstrecke reagiert einfach träge/verzögert. die temperaturregelstrecke ist auch mindestens eine regelstrecke 2. ordnung.

ein reiner p-regler wird übrigens, prinzipbedingt, außerhalb seines arbeitspunktes immer eine bleibende regelabweichung haben. deswegen wird er auch gerne mit I- und D-anteilen kombiniert. ich würde dir übrigens raten aus dem PD-regler einen PI-regler zu machen, der ist einfacher zu handhaben und läuft meistens auch stabiler.

und den kessel eines einkreisers kannst du nicht ohne weiteres mit einem druckregler temperaturstabil regeln.

Moin,

Zitat von meister eder

guck mal nach fenwal, das sind gute thermostate...

die Dinger sind zwar ganz ordentlich, aber leider auch reichlich teuer -- bei XXL wirst Du für 228€ fündig (*klickmich*) und die sind in diesem Falle sogar noch ein recht günstiger Anbieter, espressoparts will immerhin $411 dafür haben, was auch beim aktuellen Dollarkurs noch eine Frechheit ist. Die Schalthysterese liegt meines Wissens irgendwo bei 0.5 Grad oder weniger, allerdings heißt das noch lange nicht, daß dann Dein Boilerwasser in jeder Ecke um nur ebenjenes halbe Grad schwankt, sondern effektiv (u.a. dank der "nachpowernden" Heizung) wird das deutlich drüber liegen. Wie das bei 3.5 Litern aussieht, kannst Du Dir hier mal ansehen.

Hatten nicht die DC relativ günstig beschaffbare Fritteusenthermostate? Die sind allerdings auch ne Ecke schwankungsfreudiger, wenn ich das richtig mitbekommen habe...

Achja, in beiden Fällen würde ich mir auch die Maße für den "Prozesseingang" ansehen -- bei dem o.g. Fenwell brauchst Du bspw. eine nicht ganz kleine G1/2"-Tauchhülse.

Also ich würde nen PID reinhängen. Ist unterm Strich definitiv einfacher, günstiger und komfortabler.

Gruß
Martin

die Dinger sind zwar ganz ordentlich, aber leider auch reichlich teuer

war auch nicht ganz so ernst gemeint . trotz allem gekabel und aller elektronik halte ich bei solchen boilergrößen immer noch ein pid für die praktikabelste lösung. man muss es ja nicht immer so offen präsentieren, das ding kann sich ganz dezent irgendwo verstekcen. irgendjemand hatte mal so ein ding in eine m21 gebaut, da waren nur eine 2farb-led und ein alu-drehknopf hinten an der tassenablage zu sehen. wer nicht drauf achtet, sieht die veränderung gar nicht.
gruß, max

@Koffeinschock

Da muß ich dann doch mal widersprechen. Die Regelstrecke läßt sich schon mal nicht durch die Regelparameter beschleunigen oder irgendwie ändern.
Nur die Regelung kann man beeinflussen.

Mit Totzeit meinte ich das, was Du als Verzögerung bezeichnest.
Eine Verzögerung ist definitiv vorhanden, bis sich nach einer Sprungantwort der Stellgröße etwas ändert, vergehen schon mal leicht 15s bis am Außenfühler die ersten Änderungen bemerkbar werden.

Es handelt sich auch nicht um eine Regelstrecke 2.Ordnung, sondern im wesentlichen um eine I-Strecke mit Totzeit.

Das ein P-Regler im Prinzip eine bleibende Regelabweichung hat, ist mir schon klar, in der Praxis funktioniert der PD-Regler aber besser. Insbesondere beim Umschalten von Dampfbetrieb auf Bezugstemperatur gibt es wesentlich weniger Überschwingen. Die Temperatur liegt sogar minimal (0,1-0,2°C) über der Zielgröße. Die Ursache ist vermutlich das leichte Schwingen und die Asymmetrie von Heizen/Abkühlen von ca. 1°C/s zu ca. 0,05°C/s im Zusammenhang mit der Totzeit.

Eine gute Beschreibung der Regelstrecken und Regler findet man z.B. unter: Regelungstechnik - RN-Wissen

Bei einer e61 Maschine mit 108° Kesseltemperatur könnte ein Pressostat vielleicht schon funktionieren, da kenne ich mich aber nicht so gut aus.

@Espresso_Fr

Ich habe einen Jumo dtron Regler, der direkt mit 230V läuft. Die eingebauten Relais sind für die Heizungsregelung nicht geeignet, da nur für 3A ausgelegt. Ein SSR braucht man da noch zusätzlich, wie von Meister Eder schon angemerkt.

Evtl. könntest Du den Regler ja an der Rückseite der Maschine versteckt anbringen, wenn Dich die Optik stört. Mir kommt es mehr auf die Espressoqualität und weniger auf die Optik an. Eine Maschine mit Elektronik auszurüsten als Mißhandlung zu beschreiben kann ich nicht nachvollziehen. Das ist schon eher bei den normal verbauten Thermostaten der Fall.

Grüße, Thomas

Zitat von tsurf

@Koffeinschock

Da muß ich dann doch mal widersprechen. Die Regelstrecke läßt sich schon mal nicht durch die Regelparameter beschleunigen oder irgendwie ändern.
Nur die Regelung kann man beeinflussen.

sorry - da hab ich mich falsch ausgedrückt. der d-anteil beschleunigt selbstverständlich das ansprechverhalten des reglers, da er bei einer großen differenz schneller den regelausgang auf 100% bringt, als ein p oder i oder pi-regler.

Zitat von tsurf

Mit Totzeit meinte ich das, was Du als Verzögerung bezeichnest.
Eine Verzögerung ist definitiv vorhanden, bis sich nach einer Sprungantwort der Stellgröße etwas ändert, vergehen schon mal leicht 15s bis am Außenfühler die ersten Änderungen bemerkbar werden.

war mir schon klar. trotzdem ist die totzeit in der regelungstechnik ein anderer begriff.

Zitat von tsurf

Es handelt sich auch nicht um eine Regelstrecke 2.Ordnung, sondern im wesentlichen um eine I-Strecke mit Totzeit.

Zitat von www.samson.de

Die Sprungantwort zeigt anschaulich, in welcher Weise die Regelgröße auf
Stellgrößenänderungen reagiert. Dazu wird die Regelgröße nach einer
sprunghaften Änderung der Stellgröße gemessen. Je nachdem, welcher zeitliche
Verlauf sich einstellt, unterteilt man die Regelstrecken in:
-P-Regelstrecken (proportionales Verhalten),
-I-Regelstrecken (integrales Verhalten),
-Strecken mit Totzeit und

-Strecken mit Energiespeichern (erster, zweiter oder höherer Ordnung).

eine temperaturregelstrecke ist immer mindestens 2. ordnung. das sieht man dann auch an den entsprechenden diagrammen. ein bißchen bessere (und vor allem für den laien besser verständlichere) infos als aus wikipedia findest du hier:
http://www.samson.de/pdf_de/l102de.pdf

Zitat von tsurf

Das ein P-Regler im Prinzip eine bleibende Regelabweichung hat, ist mir schon klar, in der Praxis funktioniert der PD-Regler aber besser. Insbesondere beim Umschalten von Dampfbetrieb auf Bezugstemperatur gibt es wesentlich weniger Überschwingen. Die Temperatur liegt sogar minimal (0,1-0,2°C) über der Zielgröße. Die Ursache ist vermutlich das leichte Schwingen und die Asymmetrie von Heizen/Abkühlen von ca. 1°C/s zu ca. 0,05°C/s im Zusammenhang mit der Totzeit.

der p-regler hat nicht im prinzip eine regelabweichung - die ist tatsächlich vorhanden. nur genau am arbeitspunkt ist sie weg. ein p-regler ist schnell, neigt aber bei zu großer verstärkung schnell zum schwingen. daß der pd-regler besser als der reine p-regler ist, habe ich ja oben selbst geschrieben. vielleicht hätte ich aber auch noch dazu sagen sollen, daß der reine pd-regler trotzdem noch eine bleibende regelabweichung hat. ich habe dir nicht ohne grund geraten, mal den pi-regler zu testen. das ist nicht ohne grund der am häufigsten eingesetzte regler in der allgemeinen reglungstechnik. der i-anteil ergänzt den p-regler perfekt. ein minimaler integraler anteil hat nur wenig einfluß auf die geschwindigkeit (ja, er ist langsamer als p/pd/pid-regler), dafür regelt er eben stabiler.

Zitat von tsurf

Eine gute Beschreibung der Regelstrecken und Regler findet man z.B. unter: Regelungstechnik - RN-Wissen

die site ist im grunde nicht schlecht, aber deren beschreibungen der regler/regelstrecken bezieht sich auf die robotik/robotersteuerung und befasst sich zu einem guten teil mit drehantrieben. mein wissen habe ich aus der täglichen arbeit. da habe ich öfter als gewünscht mit temperaturregelungen in druckbehältern und drucklosen behältern zu tun

Zitat von tsurf

Bei einer e61 Maschine mit 108° Kesseltemperatur könnte ein Pressostat vielleicht schon funktionieren, da kenne ich mich aber nicht so gut aus.

auch dann nicht. e61 ist ungleich zweikreismaschine. erst bei der letzteren macht die druckregelung sinn. beim einkreiser sollte der kessel immer randvoll mit flüssigkeit sein. da wird eine druckregelung schon ein wenig kompliziert (wegen der ausdehnung der flüssigkeit)

edith: hier nochmal eine schöne auflistung mit den passenden sprungantworten zu den regelstrecken mit und ohne ausgleich und der unterscheidung 0. ordnung, 1. ordnung und 2. und höhere ordnungen:
Regelstrecke