Regulacija grelca

Pozdravljeni!

Moja težava je sledeča in prosim za nasvet / pomoč:
V manjši izolirani omari (cca. 200l) bi rad nadzaroval - reguliral temperaturo zraka. In sicer tako, da bi temperaturo postopoma zniževal iz 70C na 23C (v pribljižno 48h). Se pravi bi morala temperatura predvidoma padati nekje 1C na uro.
Ker mora biti nihanje temperature minimalno, klasični termostati (z On OFF funkcijo vklapaljanja grelca) odpadejo.
Grelca še nimam izbranega, sem pa imel glede na volumen omare v mislih kar grelni kabel, lahko pa svetujete tudi kaj drugega.
Za merjenje temperature bi verjetno izbral Pt100 sondo.
Za samo regulacijo bom pa uporabil ali Moeller Easy ali Arduino ali Raspberry Pi.

Lep pozdrav

Za 23°C bo verjetno potrebno hladit.

PT100 je tako natancen, kot je vmesni del. Ce bos PT100 vezal na analogni vhod in rocno kalibiral bo natancnost vejretno dosti manjsa kot pri DS18B20, tocnosti pa sploh ne bo dokler ne bos spogramiral nacina za kalibracijo.

+-0,5 je ce se ne motim tocnost in ne natancnost. Pomeni, da ti razliko kaze dosti bolj natancno, vprasljiva pa je tocnost (koliko stopinj dejansko je).

https://www.instructables.com/id/Readin...

Ce imas morda fetis na PT100. :)

Kateri grelec izbrati ter kako ga regulirati je b.p. znanje za zaposlitve za 50.000€/leto++++ in terja kar nekaj casa, preracunavanja itn. Imeti moras tudi tocne podatke grelca, izolacije, volumna itn.

Jaz ti predlagam bolj eksperimentalni pristop. Vklopis grelec za 1min, izklopis in gledas kako se sistem obnasa. Ce je minuta grelca prilizno ena stopinja vec v 200l to brihtno sprogramiras pri Arduinotu in prihranis vse kalkulacije. Za doma tudi sam ne bi delal drugace.

To kar mu predlagam je neke vrste PWM. PID regulacija se mi v tem primeru ne zdi primerna, ker sisem verjetno prepocasi reagira in bi sam regulator moral biti izjemno natancen, da ne govorimo o tem kako dolgo bi trajal vsak test.

Ampak to vse predvidevam.

Jas sem testiral kaksne deset DS18B20 in so kazali na vsaj 0.1 stopinje natancno (ne vem ce tocno, ker nisem imel kalibriranega medija).

Drugace je PID regulacija bolj amaterski nacin regulacije. :)

WaterBoy je 18. mar 2019 ob 14:29 izjavil:

TheBlueOne je 18. mar 2019 ob 13:44 izjavil:

.


Drugace je PID regulacija bolj amaterski nacin regulacije. :)

Lahko poveš zakaj, ker me zanima.

Dovolj preprosta za amaterje, enostavne simulacije (ce sploh)...

PID controller @ Wikipedia

Wiki se strinja z mano. :)

While PID controllers are applicable to many control problems, and often perform satisfactorily without any improvements or only coarse tuning, they can perform poorly in some applications, and do not in general provide optimal control.

Za PID vidim v danem primeru kar veliko pomankljivosti.

Ne morem pa govoriti prevec o drugih metodah, ker se ne bi mogel izognit krsiti dogovora z delodajalcem.

KraitPay je 18. mar 2019 ob 15:41 izjavil:

Če hočeš greti/hladiti s tako mali dT, potem je ON/OFF regulacija dovolj (1stopinjo/uro).

Sam vidim večji problem v tem kako boš dejansko ohlajal/segreval tako počasi?

Nikjer ni napisano kakšna je izolacija, niti ni nihče vprašal.

Vprašanje kaj se bolj splača, nabaviti grelec ki ti bo grel točno 1stopinjo na uro, ali kupiti močnejši grelec in ga zvezdno regulirati?

Seveda je bilo oemnjeno.

TheBlueOne je 18. mar 2019 ob 13:28 izjavil:

Kateri grelec izbrati ter kako ga regulirati je b.p. znanje za zaposlitve za 50.000€/leto++++ in terja kar nekaj casa, preracunavanja itn. Imeti moras tudi tocne podatke grelca, izolacije, volumna itn.

In ravno, ker nimamo specifikacij sem predlagal eksperimentalni pristop. Kdo pa bo racunal za tak hobi projekt, ce lahko vklopis za nek cas in gledas kaj se zgodi, prilagodis, sprogramiras in reseno.

Ampak iz radovednost, kaj je zvezdna regulacija.

Vse kakor rabiš pid kontroler, še boljše v kombinaciji z pwm izhodom.
Če nimaš izkušenj z elektriko raje vzemi nekaj že narejenega in ob tako dobri izolaciji, čim manjši grelec. Če bo prenihaj prevelik, pa še zmanjšaš moč grelca.
Npr: (sej so tudi cenejši, odvisno za kaj rabiš in koliko je stvar pod nadzorom)
Recimo
tole
www.ebay.com/itm/PID-TEMPERATURE-CONTRO...

povzek je 18. mar 2019 ob 21:27 izjavil:

(se pravi se grelec vklopi pri -0,1C in izklopi pri +0,1C), da ne bo prevelikega nihanja...

Na ta način ti bo temperatura stalno nihala vsaj za +/- 0,1C od nastavljene, če ne še več, ker grelec še nekaj časa oddaja toploto in nekaj časa rabi, da jo sploh začne oddajati. Primer: tebi temperatura pada od nastavljene, ko doseže -0,1C od nastavljene, prižgeš grelec. Preden se grelec segreje, je lahko temperatura že -0,5C od nastavljene, odvisno od hitrosti padanja. PID regulacija upošteva tudi hitrost padanja in akumulirano napako. Seveda pa pri DIY varianti potrebuješ kar nekaj preizkušanja, da PID krmilnik "uglasiš" - nastaviš primerne uteži za P, I in D komponente.

@ -SVV-: Se zavedam, da bi bila nihanja prevelika pri klasični ON OFF regulaciji. Pri PID regulaciji se mi pa zdi, da bi mi vzelo ogromno časa in živcev, da bi zadevo pripeljal do željenega delovanja. Imel bi cca 200 časovno pogojenih temperaturnih vrednosti (za vsakih 15min 0,25C) in pa temperatura ne bi padala linearno, pač pa po neki, zaenkrat neznani, krivulji. Zato se mi tudi zdi regulacija s spreminjanjem moči grelca najbolj enostaven način. Težava je samo v tem, da se mi niti ne sanja kako regulirati moč grelca, na spletu pa tudi ne najdem nič uporabnega...

Amm, glede na to, da kot sem ze omenil, mi elektrika ni čisto domača, mi izrazi, kot so "pulzna širinska modulacija" in pa "triak" ne pomenijo popolnoma nič. Pa ne razumi me narobe, sem vesel tvojega komentarja oziroma tvoje pomoči, bi pa prosil bolj po domače, oziroma kakšno bolj konkretno rešitev. Še najraje bi videl, če kaj takega že obstaja in rabim zgolj zadevo priklopiti na grelec ter kontroler.

povzek je 19. mar 2019 ob 19:40 izjavil:

Se zavedam, da bi bila nihanja prevelika pri klasični ON OFF regulaciji. Pri PID regulaciji se mi pa zdi, da bi mi vzelo ogromno časa in živcev, da bi zadevo pripeljal do željenega delovanja. Imel bi cca 200 časovno pogojenih temperaturnih vrednosti (za vsakih 15min 0,25C) in pa temperatura ne bi padala linearno, pač pa po neki, zaenkrat neznani, krivulji. Zato se mi tudi zdi regulacija s spreminjanjem moči grelca najbolj enostaven način. Težava je samo v tem, da se mi niti ne sanja kako regulirati moč grelca, na spletu pa tudi ne najdem nič uporabnega...

PID deluje po sledečem načelu: imaš zahtevano temperaturo (to je tista tvoja krivulja, po kateri želiš ohlajati tvoj sistem) in dejansko temperaturo, ki jo izmeriš. Nato v sistemu spremljaš troje:
P: proporcionalni del - to je razlika med dejansko in zahtevano temperaturo
D: diferencialni del - to je odvod - hitrost spreminjanja dejanske temperature
I: integralni del - to je integral razlike med temperaturama, torej napaka, ki se ti je nakopičila.
Pri PID krmilniku postaviš uteži za P, I in D komponente. Ker npr. če imaš temperaturo pod zahtevano, bi po enostavni logiki moral grelec delovati. PID pa upošteva še hitrost naraščanja temperature in če je ta velika, se bo grelec izklopil že prej, da bo dejanska temperatura ujela zahtevano in ne pobegnila čez.

Sam sem PID uporabil za krmiljenje mešalnega ventila centralne kurjave. Glede na ogrevalno krivuljo (odvisna od zunanje temperature) se mešalni ventil odpira in zapira. Največja umetnost je bila najti prave uteži, za kar sem porabil 3-4 dni (!!!), saj sem imel še dodaten problem, da se vsaka sprememba na mešalnem ventilu pozna na senzorju šele čez 1-2 minuti.

Meni se za tvoj primer zdi PID najboljša rešitev. Nekdo zgoraj je omenjal boljše, vendar jih ne sme izdati, zato nam nič ne koristijo.

povzek je 19. mar 2019 ob 19:40 izjavil:

Amm, glede na to, da kot sem ze omenil, mi elektrika ni čisto domača, mi izrazi, kot so "pulzna širinska modulacija" in pa "triak" ne pomenijo popolnoma nič.

"pulzna širinska modulacija" pomeni samo to, da grelec zelo hitro prižigaš in ugašaš. Če so intervali ON in OFF enako dolgi, deluje grelec s polovično močjo, če so intervali ON dolgi 2x toliko kot OFF, deluje grelec z 2/3 moči ... Triak pa je element, katerega funkcija je podobna releju, kjer s pomočjo 5V izhoda iz tvojega krmilnika prižigaš in ugašaš porabnik na 230V.

          je 20. mar 2019 ob 08:44 izjavil:

povzek je 19. mar 2019 ob 19:40 izjavil:

Se zavedam, da bi bila nihanja prevelika pri klasični ON OFF regulaciji. Pri PID regulaciji se mi pa zdi, da bi mi vzelo ogromno časa in živcev, da bi zadevo pripeljal do željenega delovanja. Imel bi cca 200 časovno pogojenih temperaturnih vrednosti (za vsakih 15min 0,25C) in pa temperatura ne bi padala linearno, pač pa po neki, zaenkrat neznani, krivulji. Zato se mi tudi zdi regulacija s spreminjanjem moči grelca najbolj enostaven način. Težava je samo v tem, da se mi niti ne sanja kako regulirati moč grelca, na spletu pa tudi ne najdem nič uporabnega...

PID deluje po sledečem načelu: imaš zahtevano temperaturo (to je tista tvoja krivulja, po kateri želiš ohlajati tvoj sistem) in dejansko temperaturo, ki jo izmeriš. Nato v sistemu spremljaš troje:
P: proporcionalni del - to je razlika med dejansko in zahtevano temperaturo
D: diferencialni del - to je odvod - hitrost spreminjanja dejanske temperature
I: integralni del - to je integral razlike med temperaturama, torej napaka, ki se ti je nakopičila.
Pri PID krmilniku postaviš uteži za P, I in D komponente. Ker npr. če imaš temperaturo pod zahtevano, bi po enostavni logiki moral grelec delovati. PID pa upošteva še hitrost naraščanja temperature in če je ta velika, se bo grelec izklopil že prej, da bo dejanska temperatura ujela zahtevano in ne pobegnila čez. Vrednost, ki ti jo da PID, nato pretvoriš v jakost, s katero mora delovati grelec.

Sam sem PID uporabil za krmiljenje mešalnega ventila centralne kurjave. Glede na ogrevalno krivuljo (odvisna od zunanje temperature) se mešalni ventil odpira in zapira. Največja umetnost je bila najti prave uteži, za kar sem porabil 3-4 dni (!!!), saj sem imel še dodaten problem, da se vsaka sprememba na mešalnem ventilu pozna na senzorju šele čez 1-2 minuti.

Meni se za tvoj primer zdi PID najboljša rešitev. Nekdo zgoraj je omenjal boljše, vendar jih ne sme izdati, zato nam nič ne koristijo.

povzek je 19. mar 2019 ob 19:40 izjavil:

Amm, glede na to, da kot sem ze omenil, mi elektrika ni čisto domača, mi izrazi, kot so "pulzna širinska modulacija" in pa "triak" ne pomenijo popolnoma nič.

"pulzna širinska modulacija" pomeni samo to, da grelec zelo hitro prižigaš in ugašaš. Če so intervali ON in OFF enako dolgi, deluje grelec s polovično močjo, če so intervali ON dolgi 2x toliko kot OFF, deluje grelec z 2/3 moči ... Triak pa je element, katerega funkcija je podobna releju, kjer s pomočjo 5V izhoda iz tvojega krmilnika prižigaš in ugašaš porabnik na 230V.

PID krmilnik je mehanizem, ki si ga lahko sam implementiraš, npr. z Arduinom ali kakšnim podobnim krmilnikom. Tam si sprogramiraš tudi svoj potek zahtevane temperature. Implementacija je preprostejša, kakor se morda zdi na prvi pogled, zahtevnejše je postavljanje primernih uteži.

OK, da se nekaj razumemo.. PID je v bistvu algoritem. Lahko ga naložiš tudi na arduinota v sklopu programa, ki ti bo vse skupaj kontroliral. Sigurno so že templati spisani. Tistega, ki ga boš dobil z ebaya/amazona, boš težko programiral po svojih željah. Predlagam ti, da malo pogooglaš, z arduinotom in relejem se vse skupaj da naredit, ampak znajo bit odstopanja (senzorji imajo glede na tvoje zahteve kar visoke tolerance, temparatura zna malo nihat.. Lahko pa izračunaš oz. s testi ugotoviš, koliko časa rabiš met grelec vklopljen, da ti bo zagrel "omaro" pri X stopinjah za 0.1 stopinje. To pomeni, da pida niti ne rabiš, če veš natančno koliko časa naj bo grelec vklopljen. Predvidevam, da nihanje +/- 0.5 stopinje C ni problem. Če je, boš potreboval bolj profesionalno robo kot jo lahko dobiš za skupaj 20 € na ebayu.

povzek je 21. mar 2019 ob 21:21 izjavil:

Se pravi, bi bil tale PID Controller vredu? Zraven pa še 12V grelni kabel. Ker, če prav razumem ima na izhodu iz releja 12V.

Glede na to, da bos pocasi spuscal temperaturo dva dni po malih inkrementih ocenjujem, da bo za PID morala biti izjemno natancna senzorika in regulacija grelca ali pa vsaj poznavanje karakteristik grelca.

PID ima problem, da gre cez mejno vrednost in se kasneje stabilizira, to pa bo pri teh malih razlikah in spremenjujoco tarca verjetno kar tezko dosegati.

Kdor ti predlaga PID naj naredi simulacijo kaksno resolucijo potrebujes, da bos OK zaznaval nihanje temperature. Ce bos recimo skatlo odprl ti bo PID ponorel in se bo temu primerno dolgo stabiliziral.

TheBlueOne je 22. mar 2019 ob 08:20 izjavil:

PID ima problem, da gre cez mejno vrednost in se kasneje stabilizira, to pa bo pri teh malih razlikah in spremenjujoco tarca verjetno kar tezko dosegati.

Overshot lahko zelo zmanjšaš oz. ga celo odpraviš. Meni se pojavi v zelo majhni obliki le, kadar zahtevana vrednost strmo poskoči. Na primer, ob prehodu iz nočnega v dnevni režim ogrevanja.

Sam tako na pamet težko govorim, ker ne poznam grelca in odziva sistema. Ker je zahtevana natančnost velika, se ob neprimernem grelcu zna zgoditi podobno, kot če bi spustil slona v trgovino s porcelanom. Postavitev sistema bo vsekakor zahtevala precej preizkušanja in učenja. Prvi korak bi bila že izbira primerne izolacije, ki mora že sama po sebi omogočati dovolj hitro ohlajevanje, saj prisilno ohlajanje ni predvideno. Tukaj je potrebno upoštevati tudi to, da bo temperatura okolice lahko nihala in bo ohlajanje poleti mogoče počasnejše od zahtevanega. Sam bi v sistem postavil več temperaturnih senzorjev, odvisno od notranjosti omare, pretoka zraka, ... ter nato računal povprečje vseh senzorjev (ter implementiral algoritme, ki izločijo senzor, ki preveč odstopa), za vsakega bi naredil več odčitkov v določenem intervalu. Po mojih izkušnjah bi moral z ds18b20 na ta način dobiti kar stabilen odčitek. Naslednja stvar je karakteristika grelca, ki bi moral hitro začeti oddajati toploto in imeti hkrati majhno toplotno vztrajnost.
Nekaj podobnega sem enkrat delal. Tam sem postavil testni sistem, kjer sem grafično spremljal zahtevane in dejanske vrednosti, da sem potem glede na overshot, nihanje in ostalo nastavil ustrezne parametre. V tem koraku vidim največ problemov in največ potrebnega časa in znanja, saj je potrebno vedeti (govorim za PID) katera komponenta vpliva na overshot, katera na iznihanje in podobno. Najprej sem poizkušal s svojimi algoritmi, vendar sem na koncu prišel do tega, da je potrebno gledati zadeve, ki jih gleda PID.
Sicer pa se pa podobne stvari uporabljajo v industrijskih pečeh za programirano staranje izdelkov, kjer so poteki temperature natančno določeni, dovoljena odstopanja so majhna, peč pa potem lovi nastavljeno krivuljo.

Uff, to pa je enih novih podatkov. Sem sicer vesel vseh prispevkov, samo z vsakim prispevkom spoznavam kako malo vem.
Kar se tiče prisilnega ohlajevalnja, to ni potrebno, ker mi je pomembno, da temperatura ne pada hitreje kot 1C na uro. Četudi bi zadnjih par stopinj padalo več ur...
Nihanje pri padanju temperature mora biti čim manjše (+- 0,5C je absolutno preveč). Upal sem na nekje max +-0.1C.
Ali res ne obstaja kakšen natančen 'dimmer', k katerim bi uravnaval moč grelca? Se pravi, da bi s % moči lovil željeno temperaturo?!
Kar se pa tiče grelca, tega še nimam izbranega. Niti tega ne kakšnega tipa bo. Grelni kabel sem omenil zato, ker se mi zdi najbolj enostaven. Lahko pa karkoli drugega...

Pri arduinu imas modulcek za uro, ampak bo vejretno dovolj natancen sama za nekaj dni.

Jaz res ne bi kompliciral in bi kupil tisti grelni kabel in malo eksperimentiral s casom vklopa.

Naceloma lahko das tisti grelni kabel v ohisje. Zagrejes, cakas kaksen dan, pogledas kaksna je temperatura.

Ce je prenizka, kar ti lahko resi grelec ga recimo vklapljas vsake 5 min za 10s in cez en dan izmeris, ce si blize itn.

Ko ves bliblizno kje je optimum, dodas logiko glede na sensor in malenkost prilagajas cas.

Matko je 22. mar 2019 ob 11:30 izjavil:

Če bi avtor napisal, kaj točno bi rad počel, bi bilo precej lažje.

mogoče sploh nima zamišljenega najboljšega pristopa. Oziramo ocenjujem, da ima občutno previsoka pričakovanja.

Nihanje pri padanju temperature mora biti čim manjše (+- 0,5C je absolutno preveč). Upal sem na nekje max +-0.1C.

Ob takšnih zahtevah je to v osnovi bolj stvar fizike, kot tehnike.
Dokler ne bo teoretično obdelal modela, naj pozabi na prakso.

In, če bi ti prebral moje objave bi ti bilo takoj jasno kaj želim! Z enim stavkom: Rad bi postopoma zniževal temperaturo znotraj omarice iz 70C na 23C. Ne vem kaj je tukaj težko za razumeti?!
In ponovno, če bi prebral vsaj mojo prvo objavo, bi videl, da NIMAM zamišljenega pristopa. Ravno zato sem se obrnil na ta forum po pomoč. In ravno zato tudi nisem ničesar še kupil, da se člani foruma ne bi obremenjevali s tem kar imam na razpolago. Ker je veliko lažje štartati iz nule, kot pa začeti na sredini...

Predvidevam, da tvoj cilj ni zgolj počasno ohlajevati 200 litrov zraka, ampak boš v tej omari še nekaj imel.
In obnašanje tiste stvari je pomembno za zasnovo.

          je 22. mar 2019 ob 13:27 izjavil:

Jaz sem ti napisal, kar o tem vem, če te pa še kaj zanima pa vprašaj. Me pa vsekakor matra firbec, kako boš zadevo naredil in kako bo delovala.

In hvala ti za vse prispevke, si mi bil zelo v pomoč. Prav tako tudi ostali - hvala vsem.
@Matko: Vsebina omare se mi ne zdi pomembna. In glede na počasno ohlajevanje ne more vplivati na delovanje...
@Chuapoiz: Samo z izolacijo zna biti težava pri ohlajevanju. In sicer v začetku bi se hitreje ohlajevalo kot proti koncu in bi bilo tako ohlajevanje preveč neenakomerno. Kaj točno se bo pa ohlajevalo pa niti sam ne vem, ker to projekt delam za brata in ga niti nisem vprašal kaj bo hladil. Mi je samo povedal želje...

Če res rabiš super natančnost, pa uporabi dvojno regulacijsko zanko.
Eno za temperaturo zraka v notranjosti, drugo pa, v soodvisnosti z prvo, za temperaturo grelca. + mikrokontroler.
Če to delaš kako valilnico, brez veze kompliciraš. Iz prve roke.