PID für Gaggia Classic

Hallo,

zunächst zu mir: Ich bin Student der Elektrotechnik im 6. Semester und habe selbst eine Gaggia Classic, die ich gern mit einem Wassertemperaturregler ausstatten will. Dabei entstand die Idee, dieses Projekt auch anderen zur Verfügung zu stellen, die eine günstige und vor allem beliebig erweiterbare Alternative zu den fertigen Lösungen suchen. Eine Kontrolle der Pumpdauer ist zum Beispiel möglich oder andere zusätzliche Funktionen.

Ich habe bisher verschiedene Messmethoden für die Temperatur getestet (PT100, Thermoelement, Digitalfühler, PTC) und bin wegen des attraktiven Preises und der hohen Messgenauigkeit und Robustheit gegen Störsignale bei einem digitalen Mess-IC hängengeblieben. Ebenso habe ich schon einen Regleralgorithmus implementiert, der das Temperatursignal zur Schaltung eines SSR verwendet. Die Software für den Mikrocontroller steht also soweit.

So viel also zum Stand des Projektes.

Je nach Wunsch kann man nun noch ein Display zur Temperaturanzeige und Einstellung verwenden oder (mein Favorit) nach einmaliger Einstellung das Gerät vollständig unsichtbar in der Maschine verschwinden lassen. Ich benutze derzeit eine serielle Schnittstelle an einem Computer, um Statusnachrichten vom Controller zu empfangen. Man kann auf diesem Weg auch Parameter einstellen. Ich nehme aber an, die Parameter unterscheiden sich von einer Gaggia zur nächsten kaum.

Meine Frage ist an dieser Stelle, ob es Interesse an einer solchen Regelung gibt, denn es lohnt sich bei ein paar Leuten schon, eine Platine dafür anfertigen zu lassen. Ich werde das Gerät für mich ohnehin fertig aufbauen, allerdings auf Lochrasterplatine.

Über Anregungen zu denkbaren Funktionen bin ich dankbar.

Gruß,
Adrian

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Update vom 19.06.:
Ich habe die bestellten Platinen erhalten und den Regler fertig aufgebaut. Er ist sehr klein und findet vollständig Platz in der Maschine. Mir war es wichtig, die Maschine bis auf kleine Änderungen, die man wieder rückgängig machen kann, im originalen Zustand zu belassen. Wie man sehen kann, ist das SSR direkt auf der Rückseite der Platine aufgebracht und wird mit der Gehäuserückwand der Gaggia verschraubt, um Kühlung zu ermöglichen. Es werden die Lüftungsschlitze für die Montage verwendet.

Ich verzichte auf ein Display, weil ich der Regelung nach zahlreichen Messungen ohnehin vertrauen kann, die Temperatur präzise zu halten, lange bevor die Maschine gut durchgewärmt ist. Wer trotzdem eins anschließen möchte, dem kann ich gern einen Anschluss vorsehen.

Die Reglerparameter und Zieltemperatur kann man über einen Computer und mit einer seriellen Schnittstelle verändern. Falls ein Display angeschlossen wird, kann man das natürlich direkt an der Regelung einstellen.

Das Board hat zudem zahlreiche freie Anschlüsse, die später, durch ein Softwareupdate, für beliebige Zwecke, etwa eine Pumpensteuerung verwendet werden können.

Wenn Interesse besteht, kann ich gern noch ein paar Platinen fertigen lassen und bestücken. Eine Nachricht an mich genügt.

Hier ein paar Bilder des bestückten Prototypen und dem Einbau in die Maschine.






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Update vom 08.05.:
Der Regler ist soweit fertig, hier einige Termperaturkurven (Übersicht und Detail). Die Zieltemperatur ist 103°C.

Wie man sieht, wird nach kurzer Zeit und wenig Schwingen die Temperatur auf 0.1°C gehalten.

Der erste Überschwinger beträgt 4.1 °C, der Unterschwinger danach dann nur noch 1.1 °C.

Mit einem geringeren Proportionalteil kann man sicherlich den Überschwinger reduzieren, ich möchte den Regler aber gern auf gutes Störverhalten einstellen. Ich habe nun tatsächlich auf einen D-Anteil verzichtet. Der Regler ist also zum PI-Regler geworden.

Gründe für die Wahl des PI-Reglers
Der D-Anteil hat, wenn er zu groß war, zu leichten Schwingungen geführt. Trotzdem hat er dann nicht messbar dazu beigetragen, dass bei einem Bezug der Termperaturabfall kleiner wird. Die Strecke ist dafür vermutlich zu träge.

Sensorposition
Der Temperatursensor ist an der flachen Seite des Kessels, etwa 2 cm vom unteren Rand, leicht außermittig platziert.

Realisierung des Reglers
Der Temperatursensor misst etwa 14-15 mal die Sekunde die Kesseltemperatur. Der Mikrocontroller mittelt nun über eine Sekunde die Messwerte und berechnet das neue Tastverhältnis für die Schaltung der Heizung. Die Heizung wird mit einer Periode von einer Sekunde geschaltet. Das sinnvolle Minimum für das Tastverhältnis liegt hier bei 1%. Dies liegt daran, dass das Solid State Relais nur zu Nulldurchgängen der Netzspannung abschalten kann, die je Sekunde 100 mal auftreten (50Hz -> 100 Nulldurchgänge).

Aussicht
Ich werde nun ein PCB anfertigen lassen, auf dem direkt das SSR untergebracht wird. Dieser Aufbau mit einer Größe von ca. 4cm x 6cm kann dann direkt innen an den Lüftungsschlitzen der Gaggia befestigt werden.

y-Achse: Temperatur in °C
x-Achse: Zeit in Sekunden

 

Danke für die Antwort! Das Problem beim DS18B20 ist, dass er über 125°C, die beim Milchschaum machen auftreten, laut Datenblatt kaputt geht. Ich verwende daher einen TSIC206.

 

Klar, den möchte ich zur Sicherheit auch drinlassen. Mir ging es nur darum, dass der Halbleitersensor dauerhaft so hohe Temperaturen vermutlich nicht überlebt.

 

Hallo,

ich erwarte auch keine heftigen Temperaturdifferenzen, die der D-Anteil ausgleichen könnte, vielleicht hilft er aber während des Bezugs beim schnellen Abkühlen durch Frischwasser. Zumindest wird er nicht schadhaft sein.

Ich möchte den TSIC206 benutzen, wie oben schon geschrieben Der sendet mit 10Hz Messdaten, die ich dann über eine Sekunde mittele. Er benutzt kein Bussystem und ist entsprechend leicht auszulesen. Man braucht ohnehin nicht unbedingt mehr als einen Sensor. Ich habe auch den DS18S20 probiert, mich stört aber die lange Messdauer von rund 600ms für einen Wert. Noch dazu ist das Timing etwas empfindlich. Wenn man auf einen Quartz verzichten will (so wie ich) kann das mal schiefgehen.

Ich habe mein Programm für den Atmega88 geschrieben, sollte also mit kleinen Änderungen mit den meisten AVRs kompatibel sein, weil ich auch nur einen Portpin benutze, dazu den internen Oszillator.

Tests habe ich mangels SSR bisher nur mit meinem Finger an dem Sensor durchführen können Ich habe damit die Berechnung des Korrekturwertes und das Auslesen der Temperatur getestet.

 

Ich werde mal sehen, wie das ganze sich verhält. Es ist ja ein leichter Eingriff, die Regelung anzupassen

Der Xmega hat eine Menge Anschlüsse, soll er noch ein großes Display treiben?

 

Wie schon gesagt, ich würde mich über Anregungen zu gewünschten Funktionen freuen, es ist ja fast alles möglich!
Das Ziel ist eine unauffällige Regelung, die im Gehäuse verschwindet, leicht erweiterbar/modifizierbar ist und nicht so teuer ist wie eine Auber-Regelung. Deren Preis finde ich nicht unbedingt gerechtfertigt.