Verlagerung des Durchflussreglers auf das Basisboard
Philipp Schiebel, 13.11.2025 - Aufgabenanalyse
Der Durchflussregler steuert den Volumenstrom während eines Kaffee- oder Teewasserbezugs. Ziel ist eine konstante Durchflussrate von 1 ml/s für den Eintassenbezug, 2 ml/s für den Zweitassenbezug oder einen frei definierbaren zeitabhängigen Sollwert. Für den Teewasserbezug sind derzeit 10 ml/s festgelegt. Die tatsächlichen Werte ergeben sich aus dem Kaffeerezept.
Der Regler wird von der bisherigen MATLAB®-Implementierung auf das Basisboard übertragen und arbeitet dort als PID-Regler mit Anti-Windup-Struktur. Der obere Grenzwert der Pumpensteuerspannung dient aktuell als Sicherheitslimit und soll in späteren Versuchsreihen genauer bestimmt werden. Im Zusammenspiel mit der auf der Basisplatine implementierten Mischtemperaturregelung wird der Durchflussregler als innerer Regelkreis einer Kaskadenstruktur eingesetzt. Dabei liefert er dem äußeren Mischtemperaturregler kontinuierlich den aktuellen Durchflusswert, der zur Stabilisierung der Mischtemperaturregelung herangezogen wird.
Systemstart und Aktivierung
Sobald der Mischtemperaturregler im Vorlauf eingeschwungen ist, wird danach das Ventil auf die Brühgruppe geschalten. Nach einer gewissen Dauer fängt der Durchflussregler an zu reagieren. Der Bezug endet, sobald die erfasste Sollfüllmenge erreicht ist. Der Regler steuert den Durchfluss kontinuierlich auf den vorgegebenen Sollwert. Die Pumpenleistung wird dabei direkt auf der Basisplatine eingestellt, indem die Steuerspannung an den Pumpenausgang ausgegeben wird. Bei einem Pumpensollwert von 0 mV endet der Bezug automatisch.
Handhebelsimulation
Zur Vorbereitung für die Funktionalität des Vertikalhebels, soll eine Handhebelsimulation implementiert werden. Dabei stellt die Stellung des Handhebels die zu fördernde Bezugswassermenge dar.
Logging
Zur Überwachung werden Soll-, Ist- und Stellwerte kontinuierlich in den Token implementiert.
Armin Rohnen, 08.11.2025
Über die gezählten Impulse des (der) Flowmeter werden die Bezugsmengen ermittelt. Die Flowmeter liefern 39,9 Impulse je cm3 bzw. jeder Impuls stellt die Fördermenge von 1/39,9 cm3 dar. Die Impuls-Counter werden als 2 Byte Integer abgespeichert. Damit können Bezugsmengen bis zu 1642 cm3 erfasst werden. Darüberhinaus, läuft der Zähler über.
In der Programmierung des Durchflussreglers ist darauf zu achten, dass die Impuls-Counter nach jedem Bezugsvorgang korrekt auf 0 gesetzt werden.
Im Weiteren ist darauf zu achten, dass Durchflussmengen größer 25 cm3 technisch von der verwendeten Pumpe nicht darstellbar sind. Dementsprechend sind in der Programmierung die Eckwerte zu wählen.
Armin Rohnen, 11.04.2024
Der Durchflussregler stellt sicher dass bei einem Espressobezug 1 ml/s für den Eintassenbezug, 2 ml/s für den Zweitassenbezug bzw. ein beliebiger zeitabhängiger Sollwert geregelt wird. Für den Teewasserbezug sind aktuell 10 ml/s definert. Der Durchflussregler wird aktiv, wenn der Mischwasserregler eingeschwungen ist und seinen Sollwert erreicht hat. Der Durchflussregler ist nach [114] als PID-Regler mit Anti-Windup realisiert. Die Pumpensteuerspannung wird aktuell auf den Spannungsbereich 0 mV bis 2100 mV begrenzt. Der obere Wert stellt aktuell eine Absicherung dar und gilt über Versuchsreihen genauer zu definieren. Der Spannungssollwert wird von der MATLAB®-GUI an die Basis-Platine übermittelt.
Durch Pumpensollwert 0 mV wird der Kaffee- bzw. Teewasserbezug beendet. Dies erfolgt aufgrund Interaktion mit der MATLAB®-GUI und soll in einer späteren Version aufgrund der erfassten Füllmenge erfolgen.
Der Durchflussregler Mischwassertemperaturregelung soll in der Funktionalität wie beschrieben auf das Basisboard als Kaskadenregler zum Mischtempeaturregler verlagert werden. Ist der Durchflussregler aktiv ergibt sich u.u. für den Mischtemperaturregler ein Temperaturprofil. Auch für die einzuregelnde Durchflussrate sind Verlaufsprofile möglich.
Die Sollwerte werden über den Tastendruck oder die Auslösung durch die MATLAB®-GUI übermittelt.
Der Kaffee- bzw. Teewasserbezug wird durch Tastendruck aktuell durch die MATLAB®-GUI und zukünftig auch bei erreichen einer Bezugsmenge beendet.
Die Pumpenleistung wird durch Stellen der Pumpensteuerspannung direkt auf dem Basisboard eingestellt. Alle anderen Stellgrößen werden über den Token an die SSR-Platine übermittelt.