Adaption an Multi-MCU - Neuprogrammierung MATLAB® GUI

Melina Scherf, 14.06.2023

Der MicroPython-Code für die zuvor beschriebene Funktionsweise der Ventilschaltung wurde erstellt und auf der Seite zum Schalten Magnetventile SSR-Platine Multi-MCU erklärt.

Melina Scherf, 07.06.2023

Um die Schaltung der Aktoren übersichtlicher zu gestalten, sollen direkt in den Programmen (automatischer Modus) oder bei Wertänderung (manueller Modus) Funktionen aufgerufen werden.
Die Schaltung der Ventile erfolgt aktuell zunächst über die Festlegung der Sollwerte:

    app.ventileSollIntern=[0 1 0 1 0 0 0 0 0 0]; 

Dieser Vektor wird anschließend im SOLL/IST-Vergleich verarbeitet. Dies ist in der Handhabung sehr umständlich, da zu einem die Zuordnung der Ventile schwer fällt und zum anderen die Position nicht mehr zum aktuellen Stand der Maschine passt, was zukünftig verhindert werden soll. Aktuelle Schaltung: [Y01, Y03, Y04, Y05, Y13, Y06, Y07, Y08, Y09, Y00]
Daher wurde die neue Funktion ventile_stellen() programmiert, die eine unbekannte Anzahl an Eingaben verarbeiten kann. Ein möglicher Aufruf könnte wie folgt aussehen:

    app.ventile_stellen("Y01", "Y13", "Y07");

Die Eingaben werden in der Funktion in dem Vektor zu_schaltende_ventile gespeichert. Im automatischen Modus werden nun alle Ventile, die in dieser Funktion genannt werden, auf 1 gesetzt, alle nicht genannten auf 0. Dazu werden die zu schaltenden Ventile mit der Funktion ventile_schalten_automatisch() an die SSR-Platine übergeben:

    writeline(app.ssr_platine, sprintf(['ventile_schalten_manuell(', repmat('%s, ', 1, numel(app.zu_schaltende_ventile)-1), '%s)'], app.zu_schaltende_ventile));

Im automatischen Modus werden nur die Werte der eingegebenen Ventile invertiert (ON -> OFF oder OFF -> ON) und dafür in der Funktion ventile_schalten_manuell() übergeben:

    writeline(app.ssr_platine, sprintf(['ventile_schalten_manuell(', repmat('%s, ', 1, numel(app.zu_schaltende_ventile)-1), '%s)'], app.zu_schaltende_ventile));

Theoretisch würde es im manuellen Modus reichen nur einen Wert zu übergeben, denn manuell kann bisher nur ein Ventil gleichzeitig geschaltet werden. Um aber zukünftigen Komplikationen aus dem Weg zu gehen und für zukünftige Bearbeiter eine bessere Übersichtlichkeit und Anpassungsmöglichkeit zu garantieren, wurde sich für den Vektor entschieden.

Für Dosierventil, Pumpe und Heizung sollen die bestehenden Funktionen zusammengelegt werden, sodass die Visualisierung und Stellung der Aktoren in je einer Funktion erfolgt. (noch zu machen)

Madita vom Stein, 06.06.2023

Beschreibung Prozessbild manueller Modus der GUI

gerahmt

Auf dem Prozessbild sind die wesentlichen Zusammenhänge der im Mai 2023 aktuellen Labormaschine dargestellt.

Das Magnetventil Y01 ist das Ventil für den Festwasseranschluss.
Es wird eine Fluid-O-tech Pumpe verwendet. Parallel gibt es einen steuerbaren Bypass, der über ein Drosselventil mit Schrittmotor hergestellt wird.
Über das Magnetventil Y03 (Entschichtungsventil) wird der Boiler durch Umpumpen entschichtet oder durch Abpumpen entleert. Schmutzwasser kann über Y05 (Entwässerungsventil) abgeführt werden und über Y04 (Boilerbefüllung) wird der Boiler befüllt.
Der Kaffee- bzw. Teewasserbezug wird über Y06 (Bezugsventil) geschaltet. Es führt ein ungedrosselter Wasserstrang durch die Wasserwendel im Boiler zum Mischer. Ein weiterer Wasserstrang, der durch ein Dosierventil gedrosselt wird, führt ebenfalls zum Mischer. Der Mischer selbst ist derzeit als T-Stück realisiert.
Das 3/2-Wegeventil Y07 (Mischventil) führt im nicht-geschalteten Zustand in die Abtropfwanne.
Das Magnetventil Y09 (Umschaltventil) schaltet zwischen Kaffeebezug und Teewasserbezug um. Es steht im nicht-geschalteten Zustand auf Kaffeebezug.
Vor der Brühgruppe befindet sich eine Drossel mit Schrittmotor.
Über das Ventil Y08 (Rückspülventil) wird die halbautomatisierte Rückspülreinigung der Brühgruppe realisiert.
Der Dampfhahn ist als 3/2-Wege-Magnetventil Y13 ausgeführt. Im nicht-geschalteten Zustand wird das Kondenswasser zwischen Dampfhahn und -lanze in die Abtropfschale abgeleitet.
Der Stahlboiler der Labormaschine weist 3,6 Liter Gesamtvolumen auf und wird auf 2,4 Liter befüllt. Mit einem 1800 Watt leistungsgeregeltem Heizelement wurden 12 Minuten Aufheizzeit ermittelt.

Melina Scherf, 25.05.2023

Die Schaltung der Ventile wurde zusätzlich angepasst. Zuvor wurde eine Abfrage der IST- und SOLL-Stellwerte der Ventile durchgeführt und bei Abweichungen ein Vektor an die STM32 geschickt, die die Ventile bei 1 auf ON und bei 0 auf OFF geschaltet hat.
Der Vergleich bleibt vorläufig bestehen, nun wird aber bei abweichenden Werten direkt eine Funktion "Yxx__on" bzw. "Yxx_off" aufgerufen. In dieser erfolgt die Ansprache der Ventile auf der Multi-MCU über einen writeline-Befehl, der die Funktionen ventil_on(pin) bzw. ventil_off(pin) auf den Platinen aufruft. Die Definition der Pins wurde zuvor in der Initialisierung in einem Vektor gespeichert, dessen Werte über Indizes händisch zugeordnet und aufgerufen werden:

    writeline(app.ssr_platine, 'a = ventil_schalten.init()'); (Initialisierung)
    writeline(app.ssr_platine, 'ventil_schalten.ventil_on(a[0])'); (Funktionsaufruf auf MCU)

Je nach Stellung des Ventils wird das Icon in der Oberfläche angepasst.
Beachtet werden muss jedoch, dass bisher die ON-Funktion die Ventile OFF schaltet und umgekehrt. Dieses Problem soll zukünftig über eine Neuprogrammierung der Ventilschaltung behoben werden.

Melina Scherf, 24.05.2023

Die neu erstellten Platinen und die geschriebene Software wurden erstmals zusammengeführt. Die Initialisierung erfolgt in den meisten Fällen problemlos. Um die Fehlerfälle zu beseitigen wurde in die Initialisierungsfunktion eine Abfrage nach dem Verbindungsstatus eingefügt. Hierbei wird am Ende der Initialisierung die connected()-Funktion aufgerufen, die lediglich das Wort "connected" bei Ausführung rücksendet. Wird diese Wort von der GUI erkannt wird der Verbindungsstatus auf 1 gesetzt. Sollte diese Antwort nicht erkannt werden, wird die Initialisierungsroutine nochmals abgerufen.
Die Funktionen zum Stellen der Pumpe, Heizung und Dosierventil wurden angepasst und werden wie zuvor über den SOLL/IST-Vergleich getriggert.

• Pumpe: Der Pumpe wird lediglich der Sollwert übergeben:

    writeline(app.bas_platine, sprintf('pumpe(%d)', app.pumpeSollIntern));

• Heizung: Ein- und Ausschalten ähnlich Ventilschaltung:

    writeline(app.ssr_platine, 'ventil_on(3)'); (Einschalten)
    writeline(app.ssr_platine, 'ventil_off(4)'); (Ausschalten)

• Dosierventil:

    writeline(app.ssr_platine, ['dosierventil_pos = schrittmotor.forwardStep(' num2str(dosierventilStellwert*2) ', dosierventil_pos, seq, dosierventil, "endDosier")']); (Vorwärts)
    writeline(app.ssr_platine, ['dosierventil_pos = schrittmotor.backwardStep(' num2str(dosierventilStellwert*(-2)) ', dosierventil_pos, seq, dosierventil, "endDosier")']); (Rückwärts)

Melina Scherf, 20.05.2023

Die RPI-Platine entfällt, sodass deren Funktionen zur Schrittmotorsteuerung auf die BAS- und SSR-Platine verteilt werden.

• Dosierventil -> SSR
• Drossel -> BAS
• Bypass -> BAS

Dazu wurden die Initialisierungsfunktionen der beiden Platinen um die Schrittmotorinitialisierung erweitert wurden, die jedoch zu großen Teilen aus der bestehenden GUI übernommen wurden.
Es wurden zudem kleinere Anpassungen in den writeline-befehlen vorgenommen, diese betreffen jedoch nur Groß- und Kleinschreibung.

Melina Scherf, 18.05.2023

Die simulierte Messwerterfassung wurde in gleicher Weise wie für die MWP für die BAS-Platine erstellt. Beide Platinen-Verarbeitungsfunktionen greifen dabei auf dieselbe Messwert-Verarbeitungsfunktion zu, speichern die Messwerte aber zunächst in unterschiedlichen lokalen Vektoren. Hinzu kommt, dass einkommende Messwerte der BAS-Platine zusätzlich an einem "F!" zu erkennen sind.
Um dies in der Praxis zu testen wurde je die letzte Zeile des von Armin Rohnen erstellten Programm zur simulierten Messdatenerfassung angepasst:
MWP:

  print('M!',T_Boiler, T_Eingang, T_Mischer, P_Boiler, Leitwert, T_Bruehgruppe, P_Bruehgruppe) 

BAS:

  print('F!', Fuellstand , Durchfluss, Pulse) 

So werden von der Messwertplatine sieben und von der Basisplatine drei Messwerte gesendet, die nach der festgelegten Reihenfolge (s.u.) in der GUI gespeichert werden. Um diese auch sichtbar zu machen, wurde die neu erstellte Oberfläche integriert, welche automatische jede Sekunde die aktualisierten Messwerte an den zugeordneten Positionen anzeigt.
Es wurde zudem die automatische (nach vorgegebener Zeit in der Oberfläche) und die manuelle Datensicherung (per Knopfdruck) programmiert. Die Dateien enthalten den aktuellen Messwertpuffer und werden mit Zeitstempel und dem Zusatz "automatisch" oder "manuell" angelegt. Bei jedem Schließen der App wird eine Sicherung mit dem Namen "last_data" erstellt, die bei jedem Neustart geladen wird.

Melina Scherf, 14.05.2023

Die Messwerte der Messwertplatine werden nun im Messwert-Puffer gespeichert und können von anderen functions verarbeitet werden.
Dazu werden die Messwerte der MWP in einem lokalen Vektor gespeichert und dieser anhand der Indizes dem globalen Messwertpuffer zusammen mit dem Zeitstempel der Messung zugeordnet und umgerechnet. Die Zuordnung erfolgt auf Basis der bestehenden Logik, wobei es allerdings zu Unregelmäßigkeiten kommt, diese könnten zukünftig aufgearbeitet werden:

1. Boilertemperatur -> MWP
2. Frischwassertemperatur -> MWP
3. Mischwassertemp -> MWP
4. Boilerdruck -> MWP
5. Wasserleitfähigkeit -> MWP
6. Füllstand -> BAS
7. Durchfluss -> BAS
8. Pulse Flowmeter -> BAS
9. Temperatur hinter der Wasserwendel/ vor der Brühgruppe -> MWP
10. Druck in der Brühgruppe -> MWP
11. Pumpensteuerspannung
12. Bypass-Stellung
13. Dosierventilstellung
14. Brühgruppendrossel
15. Heizleistung PWM

Melina Scherf, 13.05.2023

In der MATLAB® GUI wurde die Verarbeitungsfunktion der Messwert-Platine erstellt. Diese kann einkommende Messwerte (Erkennungszeichen "M!") von Fehlern und Codezeilen unterscheiden. Werden Messwerte erkannt wird eine weitere Funktion zur Verarbeitung der Messwerte aufgerufen.
Der Benutzer kann anhand der Error-Lampe sicherstellen, ob es zu Fehlern kommt, diese würde in diesem Fall rot leuchten.

Melina Scherf, 07.05.2023

Das von Armin Rohnen erstellte Programm zur simulierten Messdatenerfassung wurde eingepflegt und kann über einen Knopf gestartet und beendet werden. So können die Verarbeitungsfunktionen der BAS und MWP zukünftig implementiert und getestet werden.

Melina Scherf, 06.05.2023

Die Initialisierung aller vier MCUs ist nun möglich.
Dazu wird nach Betätigen des Verbinden-Buttons eine Liste mit belegten Ports angelegt und die einzelnen Elemente nacheinander mit der ident()-Funktion identifiziert. Wichtig ist hierbei, dass die if-Abfrage der Funktion, die die Ports hochzählt, eine zusätzliche Variable aufweist. Diese verhindert das hochzählen bevor die Microcontroller-Verarbeitung abgeschlossen ist. Dies wurde im Code wie folgt realisiert:

Hochzählen-Funktion:

  if contains(app.zeile_char,'ssr') && app.ssr_init == 0
       (...)                   
       app.next = 1;
  end

Hochzählen-Funktion:

  if app.port_nummer < length(app.ports) && app.next == 1
       app.next = 0;
       (...)
  end

Die UND-Bedingung in der Hochzählen-Funktion verhindert, die Bearbeitung des nächsten Ports bevor der aktuelle Port abgeschlossen wurde.
Erkennt die MATLAB® GUI um welche MCU es sich handelt, wird eine Variable für die spätere Ansprache der Platine angelegt sowie ein Callback bei einem Terminator definiert, um die gesendeten Antworten verarbeiten zu können. Anschließend wird mit der Initialisierung des MicroPython-Codes begonnen, welche in eine übersichtlichere separate Funktion ausgelagert wurde. Hier werden nacheinander alle benötigten MicroPython-Zeilen mittels eines writeline-Befehls an die Platinen geschickt.

Melina Scherf, 28.04.2023

Während der Neuprogrammierung der MATLAB® GUI ist so vorzugehen, dass jeder hinzugefügte Codeabschnitt zunächst mit Versuchs-Microcontrollern getestet wird. Dazu wurden Melina Scherf 4 Versuchs-Microcontroller übergeben.
Um die Kommunikation zwischen MATLAB® und MicroPython zu ermöglichen, müssen die MCUs initialisiert werden. Dazu wurde mit Armin Rohnen eine Workshop durchgeführt, in welchem das Vorgehen zur Initialisierung vorgestellt wurde. Anschließend wurde von Melina Scherf diese in den neuen Code eingepflegt. Die MCUs heißen im Code nun ssr_platine, bas_platine, mwp_platine, rpi_platine nach zuvor festgelegten Definition der Benennungen. So wird die Ansprache der alten STM32 zukünftig auf unterschiedliche MCUs aufgeteilt werden.

Melina Scherf, 16.04.2023

Als Vereinfachungspotential wurde zum einen die generelle Übersichtlichkeit des Codes festgestellt. Um dies zu verbessern, wird mit größeren Einzügen gearbeitet, um die übergeordneten Funktionen auf einen Blick zu erkennen. Die Reihenfolge der functions wird zudem thematisch sinnvoll gegliedert, vorläufig in:

• Programme
• Regler
• Kommunikation mit MCU
• Aktoren

Dazu wurde am Anfang der methods im Code ein Inhaltsverzeichnis und über den jeweiligen Abschnitten Überschriften eingefügt.
Das Programm des Mischwasserbezugs besteht im vorhanden Code aus 8 Funktionen, diese sollen zusammengekürzt und (sofern möglich) in einer Funktion zusammengefasst werden.

Melina Scherf, 01.04.2023

Die Neuprogrammierung der MATLAB® GUI wird von Madita vom Stein und Melina Scherf durchgeführt.
Dabei wird Madita vom Stein die graphische Oberfläche der App erstellen. Es soll versucht werden eine übersichtlichere und ansprechendere Ansicht insbesondere des manuellen Modus' zu erarbeiten.
Melina Scherf wird sich in den bereits bestehenden Code einarbeiten und Vereinfachungs- und Verbesserungspotentiale identifizieren. Diese sollen in die neue MATLAB® GUI einfließen.

Melina Scherf, 31.03.2023

Um den aktuellen Projektteilnehmern einen besseren Überblick zu gewähren, wurde beschlossen die MATLAB® GUI neu zu programmieren. Dies soll dazu beitragen die Lesbarkeit des Codes zu erhöhen.

Melina Scherf, 24.03.2023

Ein Einführungsworkshop wurde durch Armin Rohnen durchgeführt. Dieser diente dazu, den Projektteilnehmern einen ersten Einblick in die Programmierung von MATLAB® in Kombination mit MicroPython zu geben.
Es wurde die generelle Funktion des MATLAB® App Designers vorgestellt und dafür eine erste Testoberfläche erstellt, welche einen Raspberry Pi initialisiert und eine Lampe per Schalter an- und ausschaltet.
Der dabei entstandene Code wurde von Melina Scherf kommentiert, um den anderen Projektteilnehmern, die zuvor noch nicht mit (Micro)Python gearbeitet hatten, eine eigenständige Nacharbeitung zu ermöglichen

Armin Rohnen, 16.02.2023

Für die Inbetriebnahme der Multi-MCU-Elektronik muss der Programmcode der MATLAB®-GUI entsprechend angepasst werden. Die bisherige Datenverarbeitung der STM32-MCU wird dabei auf drei Datenverarbeitungen aufgeteilt. Die angeschlossenen MCUs müssen dabei eindeutig identifiziert werden.