Verlagerung der Boilerdruckregelung auf die Messplatine
Philipp Schiebel, 13.11.2025 - Aufgabenanalyse
Ziel ist es, die bisher in der MATLAB®-GUI realisierte Boilerdruckregelung auf Basis eines PID-Reglers vollständig auf die SSR-platine zu übertragen, sodass die Regelung unabhängig von der externen PC-Umgebung arbeitet.
Systemstart und Aktivierung
Der Boilerdruckregler ist aktiv, sobald ein gültiger Füllstand des Boilers erkannt wurde. Wird über die Kurzschlussdetektion ein negativer Füllstand erfasst, bleibt der Regler deaktiviert, um Trockenheizen zu verhindern. Die Regelung wird beim Einschalten der Maschine automatisch initialisiert.
Betriebslogik und Zustände
Darf nur aktiv sein bei kurschlussdetektiertem Füllstand des Boilers. Solange die Boilertemperatur kleiner als eine einstellbare Abschalttemperatur ist, erfolgt zusätzlich die Boilerentschichtung. Dabei wird die Pumpe angesteuert und die Magnetventile für die Entschichtung geschaltet. Beim Erreichen der einstellbaren Temperaturgrenze erfolgt die Abschaltung in umgekehrter Reihenfolge. (Solange die Entschichtung aktiv ist oder die Temperatur unter der Abschalttemperatur liegt, bleiben die Funktionssteuerungen verriegelt.)
Die Boilerdruckregelung bleibt grundsätzlich dauerhaft aktiv und wird nur im Fehlerfall oder bei unzureichendem Füllstand deaktiviert. Nach Erreichen eines Boilerdrucksollwerts ist die Betriebsbereitschaft erreicht. Anschließend erfolgt bei Bedarf eine Nachregelung.
Kommunikation
Die SSR-Platine erzeugt das PWM-Signal lokal. Messdaten, wie Temperatur oder Druck und der PWM-Stellwert werden über den Token mit den anderen MCUs ausgetauscht.
Glasboiler 2-Zylinder
Für den Betrieb einer Glasboiler 2-Zylinder Maschine muss der Boilerdruckregler angepasst werden, um beide Boiler parallel aufzuheizen und dabei möglichst geringe Temperaturunterschiede entstehen lassen. Der schneller aufheizbare Boiler folgt in der Temperatur dem druckgeregelten, langsamer aufheizbaren Boiler.
Armin Rohnen, 11.04.2024
Bei kurzschlussdetektierten Füllstand des Boilers darf die Boilerdruckregelung aktiv sein. Solange die Boilertemperatur kleiner 95 °C ist, erfolgt zusätzlich die Boilerentschichtung. Zur Aktivierung der Boilerentschichtung wird die Pumpensteuerspannung auf 2500 mV eingestellt und die Magnetventile für die Entschichtung geschaltet. Bei Erreichen der Boilertemperatur von 95 °C erfolgt die Abschaltung in umgekehrter Reihenfolge.
Ab Boilertemperatur 105 °C kann der Kaffee- bzw. Teewasserbezug freigegeben werden. Die Boilerdruckregelung erfolgt für einen Sollwert aus der MATLAB®-GUI. Dieser ist im Nennwert 1350 mbar und ist im Bereich von 1000 mbar bis 1500 mbar veränderlich. Nach [114] wird für die Boilerdruckregelung ein PID-Regler verwendet. Stellgröße ist ein PWM-Signal zwischen 0 und 100 % generiert. Beim geöffneten Dampfhahn wird der Sollwert pB,soll um 200 mbar nach unten korrigiert. Damit wird ein unnötiges Aufheizen des Boilers unterbunden. Der Stellwert des PWM-Signals wird an die SSR-Platine übermittelt.
Die Boilerdruckregelung soll wie beschrieben auf die Messplatine verlagert werden. Das PWM-Signal für die Steuerung des Heizelements wird dabei auf der Messplatine erzeugt und über die Verdrahtung an die SSR-Platine weiter geleitet. Dabei muss das System zwischen Aufheizen und Normal-Regelung unterscheiden. In der Aufheizphase bis Boilertemperatur 105 °C müssen die Funktionssteuerungen deaktiviert bleiben.
Auf dem Basisboard muss mit der Entschichtung durch Umpumpen eine weitere Funktionalität eingeführt werden. Die Entschichtung ist lediglich während der Aufheizphase aktiviert, solange die Boilertemperatur < 95 °C ist. Die aktive Entschichtung oder Boilertemperatur < 95 °C verriegelt die Funktionssteuerung.
Die Boilerdruckregelung ist dauerhaft aktiv und wird lediglich durch die negative Kurzschkussdetektion des Boilerfüllstands zeitweilig deaktiviert.