Zaawansowany sterownik kotła zaciernego

[Suchejroo]

Witajcie,

 

aktualnie realizuję zaawansowany sterownik kotła zaciernego przy mojej pracy magisterskiej. Zbudowanie kotła samemu wyszło dość drogo, więc postanowiłem o zakup gotowego rozwiązania. Póki co padło na Coobra C3, czy macie może jeszcze inne pomysły? Dodam, że te 1800zł to taki maks jaki chcę wydać. Ważne jest by mieć dostęp do grzałek oraz pompy, by móc nimi sterować bez problemu. 

Planem jest rozebranie sterownika, zbudowanie własnego sterownika z wyświetlaczem. Na początku zostanie zrealizowany sterownik PID, następnie rozbudowany do sterownika adaptacyjnego i porównane zostaną wyniki.  

 

Kolejnym pytaniem jest, co mogłoby być dodane do takiego sterownika? Co pomogło by Wam w warzeniu?  Moim planem jest sterownik z zapisaniem np. do 10 warek i przepisów. Ważnym aspektem jest by był intuicyjny oraz można by wszystko bez problemu zmienić czy też edytować. 

 

Kolejnym planem (Bardziej odległym) będzie aplikacja na telefon oraz aplikacja webowa, w której również zapiszą się ostatnie warki, wszystkie przerwy i wykresy zmian temperatury. 

 

 

Jeśli projekt się powiedzie, zostanie zbudowany prototyp z pompą wbudowaną od dołu (tak jak w Braumeister), która będzie skierowana w zacier tak by bez problemu przepływała przez cały zasyp. Zależy mi na Waszych doświadczeniach i informacjach co by Wam ułatwiło pracę przy procesie  produkcji piwa. 

Do moderatorów - jeśli temat został założony w złym miejscu proszę o przeniesienie do odpowiedniego działu. 

[DanielN]

6 godzin temu, Suchejroo napisał:

Kolejnym pytaniem jest, co mogłoby być dodane do takiego sterownika? Co pomogło by Wam w warzeniu?

Nie wiem jak bardzo mogę polecieć. Jakbym się zagalopował to po prostu zignoruj.

1. Sterowanie mocą grzałki. Jeżeli mówimy o standardowych warkach 20 litrowych warkach, to tak do 2.5kW, chociaż o wiele lepiej od razu 3,5kW, tyle na jedną fazę da radę. Dobrze jakby moc grzałki dopasowywało na podstawie odczytu temperatury. Wtedy można by było bez obawy o przypalenie podgrzewać. Takie podejście wymaga już zastosowanie triaków/SSR.

 

2. Sterowanie falowe pompami. Z tego co pamiętam, tak można łatwo i wydajnie sterować pompami marki Iwaki, sporo osób ich używa. Pewnie łudząco podobne i popularne MP-15 mają podobnie. Idąc krok dalej, kolejny czujnik temperatury na wyjściu z chłodnicy przeciwbieżnej/wymiennika. Jakby to sprzęgnąć, to automatycznie by sterowało pompą i temperaturą brzeczki lecącej do wiadra. Dla lepszego użycia wody, pewnie by się przydał czujnik porównawczy na linii wody.

 

3. Zabezpieczanie przed suchą pracą pompy i wykrywanie zatkania.

 

4. Intuicyjne sterowanie, odporne na zalanie. Czy to kipiącą brzeczką, czy też przypadkowe psiknięcie środkiem dezynfekującym. Sterownie na odległość telefonem to dobry pomysł, ale jako dodatek do panelu wbudowanego w sterownik. Czasem ktoś zadzwoni, czasem bateria padnie i trzeba poustawiać na panelu.

 

7 godzin temu, Suchejroo napisał:

Zbudowanie kotła samemu wyszło dość drogo, więc postanowiłem o zakup gotowego rozwiązania. Póki co padło na Coobra C3, czy macie może jeszcze inne pomysły? Dodam, że te 1800zł to taki maks jaki chcę wydać. Ważne jest by mieć dostęp do grzałek oraz pompy, by móc nimi sterować bez problemu.

Jeżeli chcesz by Ci kociołek potem został i potem warzyć piwo to nie jest zły pomysł. Możesz też kupić tańsze kociołki. Jeżeli szukasz oszczędności, to zawsze możesz zrobić sobie model, który nawet będzie działał. Grzałkę możesz wstawić do plastikowego fermentora, bez obawy że coś się stopi. Otwory na cyrkulację wywiercić i przelot zrobić na gwint/ścisk.

Możesz też kupić garnek już z wmontowaną grzałką i kranikiem. Dokupić pompę, kosz, przewód silikonowy. Wg mnie zmieścisz się grubo poniżej 1800 zł. Tylko podpowiadam alternatywy.

 

[chmielus]

Jak budowa sterownika? Co z niego wyszło? Zaliczone?  Czy masz może "wolne moce produkcyjne" na zrobienie jeszcze jednego egzemplarza? Ewentualnie nabyłbym, ponieważ czegoś fajnego  (niedrogiego) aktualnie szukam  

[Suchejroo]

 

9 godzin temu, chmielus napisał:

Jak budowa sterownika? Co z niego wyszło? Zaliczone?  Czy masz może "wolne moce produkcyjne" na zrobienie jeszcze jednego egzemplarza? Ewentualnie nabyłbym, ponieważ czegoś fajnego  (niedrogiego) aktualnie szukam  

Witajcie po długim czasie. Dziś podrzucę wieczorem fotki. Sterownik w trakcie. Bedzie gotowy do końca września. Póki co jest zaprogramowany ekran dotykowy - graficznie, zapisywanie przepisów, odczyt temperatury i wyświetlanie na ekranie. Zaraz biore się za elektronikę i kończę pisać program ?

[chmielus]

Fajnie że się odezwałeś  . Czy możesz napisać co będzie "robił" Twój sterownik tzn. jakie parametry procesu będzie monitorował? Innymi słowy co będzie można kontrolować, na jakie kroki procesu będzie się miało wpływ? W jakim stopniu będzie  "programowalny"? Zamieścisz zapowiadane fotki? Dzięki  

[Suchejroo]

29 minut temu, chmielus napisał:

Fajnie że się odezwałeś  . Czy możesz napisać co będzie "robił" Twój sterownik tzn. jakie parametry procesu będzie monitorował? Innymi słowy co będzie można kontrolować, na jakie kroki procesu będzie się miało wpływ? W jakim stopniu będzie  "programowalny"? Zamieścisz zapowiadane fotki? Dzięki  

A więc zaczynając od początku - sterownik miał być do wrzucenia go do Coobry CB3. Zakupiłem Coobre i już jestem po kilku warkach - na początek kilka minusów:

- brak możliwości dodania przepisu, a także mała ilość etapów. Jak mam kilka etapów chmielenia to i tak muszę ustawić na telefonie czas

- na ekranie czasami zanim zobaczysz ilość pozostałego czasu do końca etapu to musisz poczekać, bo czas pojawia sie na przemian z temperatura zadana, aktualna, czasem itp. Jedna wartość w danym momencie. 

- sterownik sam będzie dobierał moc grzałki (aktualnie jest tak, że ustalasz miedzy 500W-2500W grzanie w każdym etapie). Uważam, że sterownik sam powinien wiedzieć jak ma grzać. nie na zasadzie histerezy wylączać i włączać raz na jakis czas tylko sterować sygnałem ciągłym

- kolejnym problemem jest fakt, że buzzer który oznajmia koniec przerwy jest tak cichy , że go nie słychać. Łatwo można przeoczyć np. nagrzanie wody i nie wsypać słodu. W moim sterowniku chcę dodać jakiś warunek wymuszający potwierdzenie na ekranie przyciskiem, że słody zostały wsypane. Sterownik nie ruszy z etapem póki nie zostanie to potwierdzone. 

 

Wszystko powyższe będzie "naprawione". Na początku wybieramy dodany już przepis i startujemy z grzaniem, bądź go edytujemy i wtedy zaczynamy. Aktualnie zrobiłem 3 etapy zacierania oraz 5 etapów chmielenia (znajdują się w etapie gotowania). Po edycji programu kierujemy się na podgląd gdzie wszystkie informacje są zapisane. Etapy zacierania, chmielenia, temperatury itp. Kolejnym krokiem jest wciśniecie przycisku START.

 

Przejdziemy wtedy do ekranu gdzie będzie wyswietlona:
- temperatura aktualna z sondy

- temperatura zadana etapu do którego dążymy

- odliczanie czasu

- informacja o chmieleniu.

 

Uważam, że takie rzeczy by ukazywać czy to zacieranie czy gotowanie jest bez sensu. Każdy kto tego by używał, wie jak ustawił przepis i wie, że np. 78stC to MashOut

 

Sterownik ogólnie miłby być do nowego kotła, lepszy niż Coobra, ale zauważyłem, że potrzeba takiego sterownika osobom zacierającym w garnku. Może uda się zrealizować to w postaci kostki ze sterownikiem i czujnikiem temperatury wkładanym do gara. Każdy będzie mógł podpiąć grzałkę jaką chce tak naprawde. 

 

Pracę oddaję do końca września więc będzie wstepnie gotowy. Lecz teraz robie na Arduino i na tym oddaje, a by zrealizować taki sterownik dla ludzi trzeba byłoby pobawić się w przeniesieniu tego na mikrokontroler z nową płytką. 

Dodatkowo później można to rozwijać - dodanie powiadomień na telefon z informacją o zakończeniu etapu oraz np. generowanie przebiegu temperatury na kartę SD. 

 

W dniu 3.04.2019 o 20:35, DanielN napisał:

Nie wiem jak bardzo mogę polecieć. Jakbym się zagalopował to po prostu zignoruj.

1. Sterowanie mocą grzałki. Jeżeli mówimy o standardowych warkach 20 litrowych warkach, to tak do 2.5kW, chociaż o wiele lepiej od razu 3,5kW, tyle na jedną fazę da radę. Dobrze jakby moc grzałki dopasowywało na podstawie odczytu temperatury. Wtedy można by było bez obawy o przypalenie podgrzewać. Takie podejście wymaga już zastosowanie triaków/SSR.

 

2. Sterowanie falowe pompami. Z tego co pamiętam, tak można łatwo i wydajnie sterować pompami marki Iwaki, sporo osób ich używa. Pewnie łudząco podobne i popularne MP-15 mają podobnie. Idąc krok dalej, kolejny czujnik temperatury na wyjściu z chłodnicy przeciwbieżnej/wymiennika. Jakby to sprzęgnąć, to automatycznie by sterowało pompą i temperaturą brzeczki lecącej do wiadra. Dla lepszego użycia wody, pewnie by się przydał czujnik porównawczy na linii wody.

 

3. Zabezpieczanie przed suchą pracą pompy i wykrywanie zatkania.

 

4. Intuicyjne sterowanie, odporne na zalanie. Czy to kipiącą brzeczką, czy też przypadkowe psiknięcie środkiem dezynfekującym. Sterownie na odległość telefonem to dobry pomysł, ale jako dodatek do panelu wbudowanego w sterownik. Czasem ktoś zadzwoni, czasem bateria padnie i trzeba poustawiać na panelu.

 

Jeżeli chcesz by Ci kociołek potem został i potem warzyć piwo to nie jest zły pomysł. Możesz też kupić tańsze kociołki. Jeżeli szukasz oszczędności, to zawsze możesz zrobić sobie model, który nawet będzie działał. Grzałkę możesz wstawić do plastikowego fermentora, bez obawy że coś się stopi. Otwory na cyrkulację wywiercić i przelot zrobić na gwint/ścisk.

Możesz też kupić garnek już z wmontowaną grzałką i kranikiem. Dokupić pompę, kosz, przewód silikonowy. Wg mnie zmieścisz się grubo poniżej 1800 zł. Tylko podpowiadam alternatywy.

 

Na początku wybacz, że tak późno na to reaguję - dopiero teraz jestem z tym bliżej. 

 

Na początku przygotowałem sam układ z triaków i optotriaków i wykrywaniem przejscia przez zero. Następnie chciałem sterować grupowo. Promotor się zasmiał, powiedział, że budowanie elektroniki udowodniłem na inż, dlatego na mgr mam się skupić na algorytmie. Sterowanie ma być adaptacyjne, czyli samo dostrajać np. parametry PID zależnie od warunków. To niestety może byc problemem bo nigy nie wiemy dokładnie ile mamy wody i zacieru, co może wpływać negatywnie na obiekt sterowania. Zastanawiam się nad zastosowaniem sterowania rozmytego + PWM. Jeśli różnica temp ( uchyb) będzie duży - grzej dużo. Jeśli różnica się zmniejsza grzej srednio.  Jeśli różnica jest mniejsza niz 2stC grzej mało. Oczywiście to też zależy od etapu grzania. Bo grzanie do 60stC, a do 100stC to duża róznica. 

 

Grzałki aktualnie mam dwie w Coobrze - 1kW oraz 1,5kW. Póki co na tym się skupie. 

 

Pompa w Coobrze też jest do doopy więc to olewam póki co - sucha praca pompy, zalanie itp póki co muszę odpuścić. W późniejszym czasie przy robieniu nowego kotła można pobawić się z lepszą pompą. Skupiam się na sterowaniku bo to mój głowny temat. 

 

Sposób na pienienie to też pomysł na moment przy pracy nad kotłem nowym. Zrobić to można tak by na pokrywie takiego kotła warzelnego zamontować deszczownicę. Rozpryskiwało by to brzeczkę na powierzchni. Da się to zrobić by tego też mocno nie napowietrzyć. 

 

Co do telefonu nie chodziło mi o sterowanie. Sterowanie tylko z kotła. Jak warzymy i tak tak musimy być. Telefon chodzi mi o przechowywanie informacji o przepisach, ostatnie warki uwarzone, wykres temperatur czy też powiadomienia ze sterownika o zakończonym etapie albo że czas wsypać słody. 

 

Myślę, ze wystarczająco się póki co rozpisałem - mam nadzieję, że będzie Wam się chciało to czytac  
Na dniach na pewno wstawię fotki tego co mam póki co. 

[burczas]

I jak tam postępy. Skończyłeś, masz jakieś fotki ??

[Suchejroo]

Cześć, praca magisterska zakończona! poniżej prezentują się zdjęcia sterownika - uwarzyłem na nim jedną warkę.

 

 

 

 

Na ekranie mamy do wyboru kilka przepisów

 

po kliknięciu edytuj mamy do wyboru dodanie trzech przerw zacierania.

 

 

Kolejnym etapem jest gotowanie. Ustalamy tam czas oraz 3 dawki chmielu, jeśli potrzeba.

 

Kolejno widzimy podgląd przepisu.

 

 

Po wciśnięciu przycisku START algorytm rozpoczyna pracę. Pokazuje to zdjęcie gdzie widać temperaturę aktualną, zadaną do najbliższej przerwy oraz czas pozostały do zakończenia przerwy ( odliczanie rozpoczyna się gdy uzyskamy zadaną temperaturę). Mamy również do dyspozycji tryb manualny gdzie możliwe jest wybranie mocy w zakresie od 0-100% z dokładnością 1%.

 

Grzałki są połączone równolegle, sterowane przekaźnikiem SSR poprzez Arduino sygnałem PWM o częstotliwości 1Hz. 

 

Jedno ze zdjęć jest wykresem temperatur dla 15l wody. Przygotowano 3 regulatory PID - dla 5,10 oraz 20l wody. Na podstawie znanych wartości algorytm wykrywa ilość wody w kotle poprzez nachylenie wykresu grzanej wody i oblicza odpowiednie wartości nastaw regulatora PID dla np. 15l wody.  

 

Największe przeregulowanie nie przekracza 1°C, natomiast różnica temperatur od zadanej nie przekracza 0.3°C. Testy były prowadzone na wodzie, zacieranie ze słodem i sondą temperatury w zacierze to troche inna bajka ale udało się uwarzyć piwo bez większych problemów. 

 

Edytowane 8 Października 2019 przez Suchejroo

[Kaniutek]

Brawo!!!

Napisz jeszcze, ile kosztowałby Twój sterownik, gdyby wykonać go komercyjnie.

[Suchejroo]

Ogólnie w mojej wersji raczej jest nieoplacalna sprzedaż, bo wiem ze ludzie bardziej chcą cos minimalistycznego. Ogólnie moje podzespoły są z polskiej dystrybucji - można zamówić z Aliexpress ale nie wiem jak z jakością - głównie chodzi o Arduino Uno (na Ali za 15zł, botland 92zł), przekaźnik SSR 40A (Ali 15zł, botland 44zł) oraz ekran który użyłem, a zapłaciłem za niego 110zł plus przesyłka. Wiadomo kod jest zrobiony pode mnie, bo mam kocioł Coobra i podpinałem się do grzałek w środku. Jeśli ktoś chciałby podpinac się grzałką własną niepowinno być problemów, ale kod tez jest do przeprogramowania ( nie działa mi zapisywanie przepisów po utracie zasilania, ale można przygotować kilka stałych przepisów które można w razie co edytować i to też bedzie OK). Dużo czynników w sumie, czuje ze koszt całości przy Aliexpress mógłby wynosić około 300zł, przy oryginalncyh cześciach pewnie z 500zł. Może mneij cięzko mi teraz powiedzieć, ponieważ obudowe sam budowałem ze sklejki itp. 

 

 

Zapomniałem też wspomnieć o czujniku temperatury - ja używałem taki CZUJNIK. 

 

Taki sterownik to kwestia indywidualna. Zależy jak kto warzy. Garnek z grzałką zamontowaną, czujnik wkładany od góry itp. W razie co pytajcie