Temperaturregelung

[krul]

Hallo Leute,

ich lese nun schon eine ganze Weile in eurem tollen Forum und muss an dieser Stelle auch gleich ein großes Lob aussprechen.
Kurz zu meiner Person, bin 24 studiere Elektrotechnik und wie es aussieht eines der südlichsten Mitglieder hier im Forum. Komme nämlich aus dem schönen Kärnten in Österreich.

Bin gerade dabei mir eine kleine Brauanlage zusammen zu stellen bzw. zu basteln (ca. 50l) und habe bis jetzt bei allen Fragen gute Antworten gefunden. Zurzeit beschäftigt mich die Temperaturregelung meines Braukessels.
Die groben Eckdaten:
- 55l Edelstahltopf
- 6kW elektrische Heizleistung (3x 2kW Herdplatte)

Was ich mir bis jetzt überlegt habe:
- Ansteuerung über Schwingungspaketsteuerung geregelt mittels PWM
- Pt1000 Temperatursensor mit Auswerteschaltung (0°C = 0V ... 100°C = 10V)

PWM deshalb, da ich in einigen Brausoftwares gesehen habe, dass der Ausgang vor Erreichen der Solltemperatur gepulst wird.
Die Fragen die sich mir nun stellt, mit welcher Frequenz und mit welchem Pegel sollte die PWM betrieben werden?
Ich hätte so an ca. 5Hz 0,01V Dreieckspannung (entspricht 0,1°C) gedacht.
Hat schon jemand Erfahrungen mit einer PWM- Regelung?
Bin auch für andere Konzepte offen, sollte aber analog bleiben da die Möglichkeiten zur Mikrocontrollerprogrammierung (noch) nicht gegeben sind.

Zweiter Ansatz wäre ein 2- Punktregelung mit Hysterese, mir persönlich würde aber die PWM besser gefallen.

Danke schon mal
Grüße Felix

[DerDennis]

Moin,

PWM brauchst du nicht unbedingt, ein 55L-Topf voll Maische hat - als thermische Masse betrachtet - eine ganz gewaltige Trägheit. Es reicht, die Heizung ein paar Sekunden (30?) ein- und auszuschalten, wenn die Sache sich der Zieltemperatur nähert. Du solltest aber eine Möglichkeit der Justierung der Hysterese vorsehen, damit du das Ganze dann auf die Trägheit deiner Heizung (Stichwort: Nachheizzeit) anpassen kannst. Ich hatte mal so etwas gebastelt, das ab einem gewissen Punkt die ein/aus-Phasen veränderte um so "sanft" die Zieltemperatur anzufahren, aber ein einfacher 2-Punkt-Regler verrichtet momentan genau die gleichen Dienste und tut das genau so gut wie der frühere "Sekunden-PWM".

Bezüglich Microcontroller kann ich nur zum Arduino raten, kinderleicht zu handhaben und relativ einfach zu programmieren (etwas Basis-Programmierwissen vorausgesetzt).

Grüße

[emilio]

Hallo Felix.

Mein Programm pulst vor Erreichen der Zieltemperatur. Das Problem des Ganzen ist aber, dass die Pulsweite abhängig von deiner Anlage und vom Temperaturbereich sein muss. Bei 50℃ brauchst du einen viel kleineren Puls wie bei 70℃. Das Pulsen funktioniert prima, zum möglichst genauen Halten der Temperatur.
Beim Anfahren also z.B. von 60℃ auf 70℃ speichert aber deine Anlage so viel Energie, dass trotzdem ein Überschwinger entsteht. Deshalb überwache ich zusätzlich den Gradienten. Steigt die Temperatur zu steil an, werden die Pulse vor Erreichen der Zieltemperatur ganz ausgesetzt.
Ob der Aufwand notwendig ist, darüber lässt sich natürlich trefflich streiten. Ich hatte einfach Spaß daran das auszuprobieren.

Der Tip mit dem Arduino ist übrigens prima. Da kommst du mit learning by doing und zusammenkopieren von Beispielprogrammen verflucht weit.

Gruß,
Andreas

[HarryHdf]

Moin,

PWM brauchst du nicht unbedingt, ein 55L-Topf voll Maische hat - als thermische Masse betrachtet - eine ganz gewaltige Trägheit. Es reicht, die Heizung ein paar Sekunden (30?) ein- und auszuschalten, wenn die Sache sich der Zieltemperatur nähert. Du solltest aber eine Möglichkeit der Justierung der Hysterese vorsehen, damit du das Ganze dann auf die Trägheit deiner Heizung (Stichwort: Nachheizzeit) anpassen kannst. Ich hatte mal so etwas gebastelt, das ab einem gewissen Punkt die ein/aus-Phasen veränderte um so "sanft" die Zieltemperatur anzufahren, aber ein einfacher 2-Punkt-Regler verrichtet momentan genau die gleichen Dienste und tut das genau so gut wie der frühere "Sekunden-PWM".

Bezüglich Microcontroller kann ich nur zum Arduino raten, kinderleicht zu handhaben und relativ einfach zu programmieren (etwas Basis-Programmierwissen vorausgesetzt).

Kann ich mittlerweile voll und ganz bestätigen. Siehe auch hier. Ist schon saubequem, wenn man mal eben zwischendurch zum Frühstück in die Wohnung zurück kann und trotzdem die Maische voll "im Blick" hat

[Holzroller]

Hey,

mich würde mal interessieren, wie du die 2 Punkt Regelung oder die PWM Regelung komplett analog auslegen würdest. Dass das ausschließlich analog möglich ist, ist mir noch aus Regelungstechnik 1 bewusst (war und ist mir persönlich aber immer ein Dorn im Auge mit den ganzen Schaltungen aus Kondensatoren etc. Aber als Elektrotechniker ja genau dein Fachgebiet ), aber per Mikrokontroller ist das doch viel einfacher?!

Gruß
Holzi

[krul]

He Leute,

danke schon mal für die schnellen Antworten...
Ich habs schon fast befürchtet, um den Mikrocontroller werd ich wohl (für eine vernünftige Regelung) nicht kommen... Naja sei es drum, dann dauert es halt noch ein wenig bis zum ersten Sud. An den Programmierkenntnissen sollt es nicht scheitern, hab halt leider noch nicht alles nötige zusammen, aber so beschäftige ich mich wenigstens wieder mal damit.

An Holzroller:
- Temperaturmessung mittels Pt1000, Wandlung in 0V = 0°C bis 10V = 100°C; der Spannungsbereich ist nur so gewählt um eine bequemes Ablesen der aktuellen Temp. mit einem einfachen Multimeter ohne Umrechnung zu ermöglichen, bei Mikrocontroller natürlich an den AD- Wandler anzupassen
-Solltemperaturvorgabe mittels Spannungsteiler; eventuell zwei Potis, eines für die grobe Abstimmung und eines für die feine
-Erzeugen des Modulationssignals und addieren von Solltemperatur und Modulationssignal mittels Addierer
-Vergleichen der aus Solltemperatur und Modulationssignal zusammengesetzten Spannung und Isttemperatur mittels Komparator; Komparatorausgang entspricht dem PWM- Signal, damit werden dann die Triacs über Moc30xx geschalten

Für eine einfachen Zweipunktregler kann man sich das Modulationssignal sparen und Soll- und Isttemperatur einfach vergleichen, vielleicht dafür aber einen Schmitttrigger statt eines einfachen Komparators verwenden.
Falls du zu irgendetwas genauer bescheid wissen willst gib mir einfach kurz bescheid.

Dann werd ich mich jetzt mal endlich ein Programmiergerät und ein paar Mikrokontroller samt Hühnerfutter zulegen. Zu den ersten Gehversuchen mit meiner Regelung werd ich dann wohl aber erst in den Semesterferien kommen...
Melde mich dann spätestens kurz vor dem ersten Sud und werde euch noch mit der einen oder anderen Frage nerven.

Grüße

[Holzroller]

Danke dir! Nun weiß ich einmal mehr, warum ich beim Maschinenbau gelandet bin
Nun gut, aber dann ist der Aufwand ob rein analog oder digital per Mikrokontroller ja in etwa identisch.

[krul]

Achso ein Maschinenbauer also...

Nunja der Aufwand dürfte beim ersten mal in etwa der gleiche sein, aber jede Änderung im Nachhinein ist mit einem Mikrokontroller (z.B. von Zweipunktregelung auf PID, PWM, ...) nur softwaretechnisch nötig, für analoge Regelungen müsste man wieder eine komplett neue Schaltung entworfen werden.
Außerdem bietet natürlich ein Mikrokontroller noch einige andere Vorteile wie Daten mitlogen, Abläufe automatisieren,....

Also wie schon gesagt ran an Speck, dann dauert es bei mir halt noch ein wenig länger bis zum ersten Sud.
Werde dann wenn es soweit ist natürlich meine kleine "Anlage" kurz vorstellen
Grüße