Zweipunktregelung für Maischeführung

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Zweipunktregelung für Maischeführung

#1

Beitrag von Woschtepeter » Montag 21. Januar 2019, 13:37

Hallo Gemeinde,

ich bin gerade dabei eine Lösung zu bauen, mit der ich die Temperatur eines Einkochtopfs genauer regeln kann, als es das eingebaut Thermostat tut. Dazu Messe ich die Temperatur der maische mit einem relativ genauen, kalibrierten Thermometer. Die Idee ist, eine Einkochtopf (oder auch jede andere Hitzezufuhr) durch reines Ein- und Ausschalten zu regeln.

Mich würde mal interessieren wer von euch eine solche, oder ähnliche Regelung bereits selbst implementiert hat und wie eure Erfahrungen damit sind. Konkret beschäftigen mich mich folgende Fragen:

- Welcher Regelalgorithmus funktioniert gut?
- Ist eine Hysterese um den Schaltpunkt nötig? Vielleicht sogar abschalten bevor der Sollwert erreicht ist?
- Ist die Trägheit der Temperaturänderung und damit die Totzeit der Maische gut regelbar?
- Da es beim Zweipunktschalter keinen stabilen Endzustand gibt, wie start schwankt der Istwert um den Sollwert? Reicht das für die Maischeführung aus?

Viele Grüße! :Drink
Viele Grüße,

Stefan

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#2

Beitrag von diapolo » Montag 21. Januar 2019, 13:48

Hi,
die All in One Arduino Steuerung hat eine Zweipunktregelung und eine Hysterese kann auch eingestellt werden. Die Steuerung enthält eigentlich alles was du brauchst. Wenn du selber was aufsetzen willst dann mach einfach eine Zweipunktregelung und stell die Hysterese so ein dass sie auf deinen Einkocher passt. PID Regelungen sind beim maischen eigentlich nicht notwendig.

mfg

Bernd
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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#3

Beitrag von Woschtepeter » Montag 21. Januar 2019, 14:27

diapolo hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 13:48
Hi,
die All in One Arduino Steuerung hat eine Zweipunktregelung und eine Hysterese kann auch eingestellt werden. Die Steuerung enthält eigentlich alles was du brauchst. Wenn du selber was aufsetzen willst dann mach einfach eine Zweipunktregelung und stell die Hysterese so ein dass sie auf deinen Einkocher passt. PID Regelungen sind beim maischen eigentlich nicht notwendig.

mfg

Bernd
Welchen Regler ich anwenden möchte, habe ich für mich bereits definiert. Ich bin auf der Suche nach typischen Parametern für eure Regelungen die ihr aufgebaut habt und nach Erfahrungswerten, was die Regelgenauigkeit angeht.

Viele Grüße!
Viele Grüße,

Stefan

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#4

Beitrag von Bitter » Montag 21. Januar 2019, 14:45

diapolo hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 13:48
PID Regelungen sind beim maischen eigentlich nicht notwendig.
Das isehe ich auch so! Die Abweichungen beim Maischen können ruhig im Bereich von +/- 1K liegen, das wirst du nicht merken.

Beim Zweipunktregler mit Hysterese besteht allerdings die Gefahr, dass je nach Aufheizrate der obere Schwellenwert schon einmal stark überschritten werden kann. Daher benötigst du einen vorausschauenden Regelalgorithmus, der die Aufheizrate berücksichtigt. Dieser ist in der AiO integriert und regelt äußerst genau. Du musst nur den Gradientenfaktor einmalig an deinen Maischetopf anpassen! Genauere Informationen findest du im Wiki oder im Braumagazin!

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#5

Beitrag von Woschtepeter » Montag 21. Januar 2019, 15:16

Wie gesagt, der Regler wird ein Zweipunktregler werden. So oder so ;-)

@Bitter: Danke für den Link, den Gradienten zu messen habe ich mir bereits überlegt und werde ich machen.
Viele Grüße,

Stefan

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#6

Beitrag von matschie » Montag 21. Januar 2019, 15:24

Woschtepeter hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 15:16
Wie gesagt, der Regler wird ein Zweipunktregler werden. So oder so ;-)

@Bitter: Danke für den Link, den Gradienten zu messen habe ich mir bereits überlegt und werde ich machen.
Wenn es unbedingt Zwei-Punkt sein soll, dann muss der Overshoot berücksichtigt werden, da du sonst bei dem trägen System schnell ein paar Grad "Übers Ziel hinaus" schießt. Bei CBPi gibt es jede Menge Lösungsansätze dafür.

Dass PID nicht nötig ist - okay, mag sein. Aber damit trifft man, wenn es gut kalibriert ist, den Sollwert genau und hält ihn auch (bei mir +- 0,25K), man hat noch genug Schwankungen über die Topfhöhe etc, sodass die Temperatur selbst dann noch um bestimmt +-1 K schwankt. Ist die Regelung bereits ungenauer, addieren sich die Schwankungen auf. Ob das wirklich Kriegsentscheidend ist - keine Ahnung.

Und: Wo genau ist das Problem bei PID? Wenn man mit Arduino und SSR arbeitet ist das doch kaum mehr Aufwand als eine 2-Punkt-Regelung. Und fertige Lösungen gibt es auch genug. Da seh ich keine Vorteile bei Zweipunktreglern.

Edit sagt, sie hat noch einen Screenshot von meinem gestrigen Maischprogramm:
Bildschirmfoto 2019-01-21 um 15.28.12.png
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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#7

Beitrag von Woschtepeter » Montag 21. Januar 2019, 15:33

Hallo zusammen,

ich wollte keine Diskussion bezüglich PID vs 2-Pkt Regler auslösen. Sicher ist beides möglich, eines davon sicherlich besser. Ich habe aktuell alle Teile vorrätig um eine Zweipunktregelung aufzubauen und es damit zu probieren, weshalb ich mich dafür entschieden habe. Die Hardware ist vorbereitet und ich zerbreche mir den Kopf über den Algorithmus.

Der von dir angesprochene Overshoot macht mir Sorgen. Mache ich die Hysterese zu groß, schwankt die Temperatur zu doll um den Sollwert, was auch nicht mein Ziel ist. Wenn der Gradient bekannt ist, kann ich die Schaltschwelle für das Optimum auslegen.

Ohne eine Wissenschaft daraus zu machen erscheint mir try & error momentan ganz sinnvoll: Ein paar Hysteresenwerte einstellen und verschiedenste Heizläufe fahren...


Edit: Vielleicht auch Hysterese = 0 und einfach die Massenträgheit bestimmen lassen :Angel
Viele Grüße,

Stefan

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#8

Beitrag von Bitter » Montag 21. Januar 2019, 15:37

Bei den von dir favorisierten Reglern spielt doch die Hardware (Teile!) keine Rolle. Du musst doch nur die Software entsprechend anpassen!

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#9

Beitrag von Malzwein » Montag 21. Januar 2019, 15:40

Genau! Und wenn die Temperatur beim Maischen um 1°C verfehlt wird, wird das mit dem Bier nix.

Erinnere mich gerade an einen Brauingenieur und erfolgreichen Crafbeer-Brauer, der beim Maischen von 200 Litern die Temperatur nur gelegentlich mit einem digitalem Handthermometer kontrolliert und den Gasbrenner händisch geregelt hat. Aber ich kenne das auch. Was ich schon alles an Geld für digitale Steuerungen versenkt habe... :Ahh
Gruß Matthias

Jep, Bier wird´s immer... meist auch trinkbar und manchmal ist es richtig gut! :P

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#10

Beitrag von matschie » Montag 21. Januar 2019, 15:41

Bitter hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 15:37
Bei den von dir favorisierten Reglern spielt doch die Hardware (Teile!) keine Rolle. Du musst doch nur die Software entsprechend anpassen!
Genau das wollte ich damit sagen. Hardware ist bei Zweipunkt und PID (eigentlich) identisch.
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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#11

Beitrag von Woschtepeter » Montag 21. Januar 2019, 15:49

Ein Zweipunktregler besitzt nur zwei Ausgangszustaende und ist grundsaetzlich nur ein An/ Ausschalter (unstetiger Regler). Wie kommst du darauf, dass er gleich aufgebaut ist wie ein PID Regler der ein stetiges Ausgangssignal erzeugen kann?
Viele Grüße,

Stefan

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#12

Beitrag von matschie » Montag 21. Januar 2019, 15:52

Woschtepeter hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 15:49
Ein Zweipunktregler besitzt nur zwei Ausgangszustaende und ist grundsaetzlich nur ein An/ Ausschalter (unstetiger Regler). Wie kommst du darauf, dass er gleich aufgebaut ist wie ein PID Regler der ein stetiges Ausgangssignal erzeugen kann?
Weil ein Großteil aller PID Regler über ein SSR mit An/Aus geregelt werden.
Das wird sowohl bei Heizstäben, bei den hier beliebten Hendis und auch bei Einkochern oft so gehandhabt. Das SSR wird in einem DutyCycle von z.B. 5 Sekunden entsprechend der Leistung bspw. 2 Sek. an und 3 Sek. ausgeschaltet.

Eine "richtige" PID Regelung, die ein stetes Signal abgegeben kann, ist natürlich was anderes.
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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#13

Beitrag von fg100 » Montag 21. Januar 2019, 16:44

Woschtepeter hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 13:37
Hallo Gemeinde,

ich bin gerade dabei eine Lösung zu bauen, mit der ich die Temperatur eines Einkochtopfs genauer regeln kann, als es das eingebaut Thermostat tut. Dazu Messe ich die Temperatur der maische mit einem relativ genauen, kalibrierten Thermometer. Die Idee ist, eine Einkochtopf (oder auch jede andere Hitzezufuhr) durch reines Ein- und Ausschalten zu regeln.

Mich würde mal interessieren wer von euch eine solche, oder ähnliche Regelung bereits selbst implementiert hat und wie eure Erfahrungen damit sind. Konkret beschäftigen mich mich folgende Fragen:

- Welcher Regelalgorithmus funktioniert gut?
- Ist eine Hysterese um den Schaltpunkt nötig? Vielleicht sogar abschalten bevor der Sollwert erreicht ist?
- Ist die Trägheit der Temperaturänderung und damit die Totzeit der Maische gut regelbar?
- Da es beim Zweipunktschalter keinen stabilen Endzustand gibt, wie start schwankt der Istwert um den Sollwert? Reicht das für die Maischeführung aus?

Viele Grüße! :Drink
So wie Lothar (Bitter) schon geschrieben hat reicht Zweipunktregler allemal. Die Maische ist träge genug. Wir bewegen uns bei Aufheitzraten von etwa 1°C/min. Eine Hysterese im Bereich von 0,5°C - 1°C funktioniert beim Einkocher genau passend. Selbst höhere Überschwinger sind (sollten die sich ergeben) für das Ergebnis des Maischeprozesses unerheblich. Genaueres ist Spielerei und sonst nichts. Lass dich nicht verrückt machen.
Der Vorteil des Zweipunktreglers beim Einkocher liegt darin, dass einfache Relais (für Einkocher üblicherweise 10A) reichen und man sich nicht mit der Abwärme von SSR rumschlagen muss.
Grüße Franz

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#14

Beitrag von diapolo » Montag 21. Januar 2019, 21:18

Hi,
ich hatte, bevor ich wieder auf "analog" ein/aus gegagnen bin (Hendi) nur nen Zeipunktregler und die Rasten wurden besser als +/- 0,5k gehalten. Ich hatte mir am Anfang auch überlegt eine dynamische PID Regelung zu nutzen aber der Zweipunktrgler hat so überragend funktioniert dass mir das System so getaugt hat.
Jetzt schalte ich meine 5kW Platte einfach nur an und aus und das geht genauso gut.

Mfg

Bernd
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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#15

Beitrag von Düssel » Montag 21. Januar 2019, 22:13

fg100 hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 16:44
So wie Lothar (Bitter) schon geschrieben hat reicht Zweipunktregler allemal. Die Maische ist träge genug. Wir bewegen uns bei Aufheitzraten von etwa 1°C/min. Eine Hysterese im Bereich von 0,5°C - 1°C funktioniert beim Einkocher genau passend. Selbst höhere Überschwinger sind (sollten die sich ergeben) für das Ergebnis des Maischeprozesses unerheblich. Genaueres ist Spielerei und sonst nichts. Lass dich nicht verrückt machen.
Der Vorteil des Zweipunktreglers beim Einkocher liegt darin, dass einfache Relais (für Einkocher üblicherweise 10A) reichen und man sich nicht mit der Abwärme von SSR rumschlagen muss.
Grüße Franz
Wenn man ein gutes SSR mit "zero crossing Funktion" nimmt hat man fast keine Erwärmung. Meine SSRs werden nur handwarm bei 2500W und bei 3500W auf einer kleinen Kühlplatte auch nicht wärmer.
Klappernde Relais mit entsprechendem Verschleiß (Kontaktabbrand) sind für mich ein rotes Tuch.
Außerdem kann ein einfacher PID-Regler aus der Bucht 2-Punkt (PI) und 3-Punkt (PID) im On/Off Betrieb.
PID-Regler, SSR und z,B. PT100-Fühler - mehr brauchts nicht.
Viel wichtiger ist ein Rührwerk um eine homogene Temperaturverteilung zu erreichen.
Gruß Heiner

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#16

Beitrag von fg100 » Montag 21. Januar 2019, 22:29

Düssel hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 22:13
Klappernde Relais mit entsprechendem Verschleiß (Kontaktabbrand) sind für mich ein rotes Tuch.
......
Viel wichtiger ist ein Rührwerk um eine homogene Temperaturverteilung zu erreichen.
Wenn deine Relais klappern hast was falsch gemacht.
Mehr als drei bis viermal schaltet das Relais normalerweise selbst bei 60 min Kombirast nicht.

Ohne Rührwerk braucht man gar nicht anfangen mit einer Steuerung.

Düssel
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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#17

Beitrag von Düssel » Montag 21. Januar 2019, 22:45

fg100 hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 22:29
Düssel hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 22:13
Klappernde Relais mit entsprechendem Verschleiß (Kontaktabbrand) sind für mich ein rotes Tuch.
......
Viel wichtiger ist ein Rührwerk um eine homogene Temperaturverteilung zu erreichen.
Wenn deine Relais klappern hast was falsch gemacht.
Mehr als drei bis viermal schaltet das Relais normalerweise selbst bei 60 min Kombirast nicht.

Ohne Rührwerk braucht man gar nicht anfangen mit einer Steuerung.

Na ja, es kommt immer drauf an wie man ansteuert und wie man z.B. den PID-Regler einstellt.
Mein Regler taktet im Sekunden-Modus für 1/10 Sekunden. Das geht mit Relais schlecht!
Gruß Heiner

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#18

Beitrag von Woschtepeter » Dienstag 22. Januar 2019, 10:23

fg100 hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 16:44
Woschtepeter hat geschrieben:
Montag 21. Januar 2019, 13:37
Hallo Gemeinde,

ich bin gerade dabei eine Lösung zu bauen, mit der ich die Temperatur eines Einkochtopfs genauer regeln kann, als es das eingebaut Thermostat tut. Dazu Messe ich die Temperatur der maische mit einem relativ genauen, kalibrierten Thermometer. Die Idee ist, eine Einkochtopf (oder auch jede andere Hitzezufuhr) durch reines Ein- und Ausschalten zu regeln.

Mich würde mal interessieren wer von euch eine solche, oder ähnliche Regelung bereits selbst implementiert hat und wie eure Erfahrungen damit sind. Konkret beschäftigen mich mich folgende Fragen:

- Welcher Regelalgorithmus funktioniert gut?
- Ist eine Hysterese um den Schaltpunkt nötig? Vielleicht sogar abschalten bevor der Sollwert erreicht ist?
- Ist die Trägheit der Temperaturänderung und damit die Totzeit der Maische gut regelbar?
- Da es beim Zweipunktschalter keinen stabilen Endzustand gibt, wie start schwankt der Istwert um den Sollwert? Reicht das für die Maischeführung aus?

Viele Grüße! :Drink
So wie Lothar (Bitter) schon geschrieben hat reicht Zweipunktregler allemal. Die Maische ist träge genug. Wir bewegen uns bei Aufheitzraten von etwa 1°C/min. Eine Hysterese im Bereich von 0,5°C - 1°C funktioniert beim Einkocher genau passend. Selbst höhere Überschwinger sind (sollten die sich ergeben) für das Ergebnis des Maischeprozesses unerheblich. Genaueres ist Spielerei und sonst nichts. Lass dich nicht verrückt machen.
Der Vorteil des Zweipunktreglers beim Einkocher liegt darin, dass einfache Relais (für Einkocher üblicherweise 10A) reichen und man sich nicht mit der Abwärme von SSR rumschlagen muss.
Grüße Franz
:goodpost:

Danke an alle für die wertvollen Beiträge. Natürlich gibt es verschiedene technische Realisierungen und jeder von euch hat verschiedene Erfahrungen gemacht. Ich werde es wie gesagt zunächst mit einem Zweipunkt-Regler mit Relais realisieren und ggf. später auf ein CraftBeerPi oder sowas gehen.
Viele Grüße,

Stefan

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flying
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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#19

Beitrag von flying » Dienstag 22. Januar 2019, 17:03

Held im Schaumgelock

"Fermentation und Zivilisation sind untrennbar verbunden"
(John Ciardi)

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#20

Beitrag von Woschtepeter » Sonntag 27. Januar 2019, 21:44

Hallo zusuammen,

ich habe mir meine Hardware jetzt aufgebaut und mal mit der Software CraftbeerPi gestartet. Ich versuche damit einen 30L Einkochtopf mit Relais zu steueren. Technische funktioniert alles, allerdings möchte ich das ganze möglichst Relais-schonen betreiben.

Hätte für mich vielleicht jemand die nötigen Regelparameter zur Verfügung die bereits an ein solches System angepasst sind? Ich würde mir gerne das viele Try-and-error vereinfachen indem ich mich plausiblen Parametern starte.

Herzlichen Dank!

Edit: Ich habe es übrigens mit meinem "normalen Zweipunktregler" ohne Hysterese versucht und bei 10L Wasser bereits einen Overshoot von 3°C gehabt. Deshalb probiere ich mit der PID Logik weiter.
Viele Grüße,

Stefan

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#21

Beitrag von Woschtepeter » Mittwoch 30. Januar 2019, 11:48

Push!

Ich habe nun mit CraftbeerPi das Setup eingerichtet, aber noch keine gute Regeleinstellunge gefunden die gut passt. Ich verwende ein Setup mit 30L Einkochtopf und würde mich über Regelparameter (P, I und D) freuen um nicht mit exorbitant falschen Werten zu starten. Die Autotune Logik liefert mir leider komische werte (P = 1698, I = 141, D = 17).

Ich hoffe jemand kann mal ein paar Startwerte für mich bereitstellen.
Viele Grüße,

Stefan

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#22

Beitrag von irrwisch » Mittwoch 30. Januar 2019, 15:54

Die Overshoot Logik funktioniert einwandfrei wenn man die Herdplatte über ein/aus regeln will.
Gibts als Plugin nachzuladen.

Für einen PID Regler brauchst du schon eine kontinuierliche Stellgröße. Hin und wieder ein/ausschalten ist das nicht.

Der PID Regler gibt ja an die Herdplatte eine Stellgröße von 0-100 raus. Den Wert musst du halt irgendwie auf deine Hardware in 0 bis 100% Heizleistung bringen. Das kann man auch mit so einer Art PWM machen aber so toll find ich das nicht sowas auf der 230V Seite zu machen.
Mit der Overshoot Logik schaltet meine Hendi Herdplatte z.B. nur mal alle paar Minuten und trifft die Temperatur trotzdem genau genug fürs Maischen.

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#23

Beitrag von Woschtepeter » Donnerstag 31. Januar 2019, 11:12

irrwisch hat geschrieben:
Mittwoch 30. Januar 2019, 15:54
Die Overshoot Logik funktioniert einwandfrei wenn man die Herdplatte über ein/aus regeln will.
Gibts als Plugin nachzuladen.

Für einen PID Regler brauchst du schon eine kontinuierliche Stellgröße. Hin und wieder ein/ausschalten ist das nicht.

Der PID Regler gibt ja an die Herdplatte eine Stellgröße von 0-100 raus. Den Wert musst du halt irgendwie auf deine Hardware in 0 bis 100% Heizleistung bringen. Das kann man auch mit so einer Art PWM machen aber so toll find ich das nicht sowas auf der 230V Seite zu machen.
Mit der Overshoot Logik schaltet meine Hendi Herdplatte z.B. nur mal alle paar Minuten und trifft die Temperatur trotzdem genau genug fürs Maischen.
Siehe Diskussion oben, ich denke beides ist möglich. Ich versuche auch beides auszuprobieren, um das ideal zu ermitteln. Würdest du deinen Overshoot-Wert mit mir teilen (ich glaube das heißt Offset?) mit dem du gute Werte erziehlst? Dann würde ich das heute Abend ausprobieren.
Viele Grüße,

Stefan

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#24

Beitrag von Woschtepeter » Freitag 22. Februar 2019, 10:08

Hallo zusammen,

ich wollte noch kurz Rückmeldung geben was meine Erkentnisse aus der Bastelei sind und zu welchem Ergebnis ich nun kam.

Ich habe mich für folgende Lösung entschieden, weil Teile bereits größtenteils vorrätig:

- Raspberry Pi mit CraftBeerPi-Software
- 8-CH Relais board
- PIDArduino logic
- IP67 geschützes Gehäuse aus dem Baumarkt
- Altes USB Netzteil aufgeschraubt für die Versorgung des RaspberryPi and 230V

Die Zweipunktschalter-Logik hat im Grunde funktioniert, hat aber bei mir zu einem doch relativ hohen Überschwingen (+3°C) geführt. Alle Tests mit voller Maischpfanne und Wasser durchgeführt. Die PID-Logik ist da genauer und schaffte es mit einem Überschwingen von 0.5°C. Ich habe diverse Regelalgos durchprobiert, bin aber mit der PIDArduino Logik glücklich geworden.

Als Startpunkt für andere Einsteiger hier meine Regelparameter für einen 30L Einkocher: P=27; I=0,03, D= 19

Im nächsten Schritt kommt das Rührwerk, denn ohne das funktioniert die Regelung nur halbautomatisch :Drink
Dateianhänge
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IMG_20190221_124641.jpg
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Viele Grüße,

Stefan

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Re: Zweipunktregelung für Maischeführung

#25

Beitrag von Woschtepeter » Freitag 22. Februar 2019, 10:09

Achso, und hier das automatisiert gebraute Heicardo Hell. Prost :Drink
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Viele Grüße,

Stefan

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