Verlagerung des Füllstandsreglers auf das Basisboard

Philipp Schiebel, 13.11.2025 - Aufgabenanalyse

Ziel ist es, die bisher in der MATLAB®-GUI realisierte Füllstandsregelung des Boilers vollständig auf die Basisplatine zu übertragen, sodass die Regelung unabhängig von der externen PC-Umgebung arbeitet. Diese Regelgung ist kein klassischer Regler, da beim Erreichen des Füllstands die Befüllung aufhört.

Unzureichender Füllstand

Die bestehende Regelung erkennt den Füllstand im Boiler über eine Kurschlussdetektion. Liegt kein Kurzschluss vor, interpretiert das System dies als unzureichenden Füllstand. Dabei wird intern der Boilerdruckregler gesperrt, um ein mögliches Trockenheizen auszuschließen. In Abhängigkeit eines vorhandenen Tanks werden die Magnetventile für die Boilerbefüllung geschaltet und die Pumpe angesteuert.

Erfolgreiche Befüllung

Bei Erreichen des vorgegeben Füllstands, erfolgt eine gezielte Überfüllung um etwa 1,5 Sekunden bei reduzierter Pumpenspannung.[114] Dies beugt ein periodisches An- und Abschalten der Füllstandsregelung vor. Anschließend werden die Magnetventile geschlossen und die Pumpe abgeschaltet. (Wenn größere Mengen Wasser im kalten Zustand nachgefüllt werden, wird der Dampfhahn Y113 geöffnet, um Druckanstieg zu vermeiden.)

Glasboilermaschine

Die Glasboilermaschine besitzt zwei Tanks, die den Boiler bei Bedarf füllen. Der Tankfüllstand wird je Tank über einen Füllstandssensor (Sensor für Minimum und Sensor für Maximum) erkannt und startet bei Unterschreiten des Minimumfüllstands. Die Befüllung stoppt, wenn der Maximalstand erkannt wurde. Die Befüllung findet bei Bedarf zum Maschinenstart und nach Befüllung des Glasboilers statt.

Implementierung

Die bisherige externe Steuerung über die MATLAB®-GUI wird in MicroPython auf der Basisplatine umgesetzt. Erforderliche Messdaten für andere MCUs und das Logging werden in den Token implementiert. Der Füllstandsregler wird automatisch beim Start der Maschine innerhalb der Startprozedur aktiviert.

Armin Rohnen, 03.02.2025

Bei der Glasboilermaschine besteht die Füllstandsreeglung aus zwei unabhängigen Füllstandsreglern. Einer für den Boiler ein zweiter für die beiden Tanks.

Armin Rohnen, 11.04.2024

Der Boilerfüllstand wird über Kurzschlussdetektion erkannt. Es stehen 4 Kurzschlussdetektoren zur Verfügung, welche im Zusammenhang mit der Glasboilermaschine auch alle benötigt werden. In der labortechnisches Espressomaschine wird einer davon für den Boilerfüllstand benötigt.

Wird kein Kurzschluss detektiert, wird dies als unzureichender und undefinierter Füllstand interpretiert. Dieser Zustand schaltet den Boilerdruckregler ab, da ggf. ein nicht gekühltes Heizelement vorliegen könnte. Es werden die erforderlichen Magnetventile für die Boilerbefüllung geschaltet und die Pumpe mit Steuerspannung 4000 mV auf eine definierte Pumpendrehzahl eingestellt. Ist der Sollfüllstand erreicht wird dieser um 1,5 Sekunden mit Pumpensteuerspannung 1000 mV überfüllt, um ein flattern der Befüllsteuerung zu unterbinden. Anschließend wird in der Reihenfolge Magnetventilschaltungen und Pumpenabschaltung der Vorgang beendet.

Die Befüllung des Boilers führt zur Erhöhung des Boilerdrucks. Das wird beim kalten Boiler durch Öffnung des Dampfhahns zu verhindert. Es wird auch nur dann problematisch, wenn großeWassermengen nachgefüllt werden müssen. Was lediglich im kalten Zustand vorkommt.

Diese Steuerung erfolgt in der MATLAB®-GUI und für die Verriegelung der Boilerdruckregelung wird ein Steuerungsflag verwendet.

Der Füllstandsregler soll wie beschrieben aus der MATLAB®-GUI auf die Basisplatine verlagert werden. Negativer Füllstand verriegelt den Boilerdruckregler auf der Messplatine. Der Füllstandsregler wird durch den Maschinenstart aktiviert. Dieser wiederum wird über die MATLAB®-GUI durch Start der Messwerterfassung angestoßen. Im finalen Stand soll der Hauptschalter der Maschine die Messwerterfassung mit einer Zeitverzögerung starten.