Schrittmotorensteuerung Mischer

Simon Thrainer, 23.05.2023

Abbildung 3: Temperaturverlauf des Mischwassers (blau) über der Versuchsdauer

Abbildung 2: Kennlinie der Mischwassertemperatur in Abhängigkeit von der Dosierventilstellung

Änderungen an der aktuellen GUI

In die aktuelle MATLAB®-GUI (EspressoMenu_20230118) im Ordner Betriebssoftware wurde die Funktion „KennlinieDosierventil“ implementiert. Sie öffnet das Dosierventil schrittweise durch Verstellen des Schrittmotors alle 10 s um 40 Halbschritte.

Versuchsdurchführung und Erstellung der Kennlinie

Der Versuchsablauf wurde mit einer Pumpenleistung von 3000 mV, einer Bypass-Stellung von 50 Halbschritten und vollständig aufgeheiztem Boiler (1300 mbar Boilerdruck) durchgeführt. Zuerst wurde das Dosierventil vollständig geschlossen und dann mithilfe der Funktion langsam geöffnet, was das Diagramm in Abbildung 3 ergab. Aus den Temperaturen, auf die sich das Mischwasser nach jedem Verstellen einpendelt, wurde die Kennlinie der Mischwassertemperatur in Abhängigkeit von der Dosierventilstellung erstellt (s. Abbildung 2).

Problemstellungen

Bei der Erstellung der Kennlinie traten mehrere Probleme auf:

• Die Mischwassertemperatur ist trotz geschlossenem Dosierventil anfangs nicht über 60 °C angestiegen. Das kann nach einem Hinweis von Armin Rohnen daran liegen, dass der Schrittmotor in einer Endposition „verklebt“ bzw. „verhakt“ und erst frei gefahren werden muss, bis er gesichert jeden Schritt fährt. Dieses Problem kann für eine gewisse Zeit lang umgangen werden, indem der Schrittmotor bei der Initialisierung mit verlängerter Pausenzeit und einer größeren Anzahl von zu fahrenden Schritten gesichert geöffnet und geschlossen wird. Armin Rohnen hat vorgeschlagen, dass die Schrittmotoren nicht in einer Endposition verweilen sollten, sondern in Ruhezeiten in einer mittleren Position stehen.

• Die Vermutung, dass die Schrittmotoren mehr als 560 Halbschritte fahren können, hat sich bestätigt. In Abbildung 1 sind mehr als 14 Temperatursprünge zu sehen. Da die Pausenzeit, bei der sicher alle Schritte gefahren werden, mit 2000 µs bereits ermittelt wurde, kann davon ausgegangen werden, dass für jeden Temperatursprung tatsächlich 40 Halbschritte gefahren wurden.

Aufgaben für zukünftige Projektgruppen

• Es soll ermittelt werden, unter welchen Umständen es dazu kommen kann, dass die Schrittmotoren in einer Endposition hängen bleiben und wie dieses Problem effektiv vermieden werden kann.

• Es soll ermittelt werden, wie viele Schritte die Schrittmotoren tatsächlich fahren können.

Hendrik Wegjan, 12.05.2023

Abbildung 1: Darstellung Brühgruppendruckentwicklung bei verschiedenen Stell-Pausenzeiten

In die aktuelle MATLAB®-GUI (EspressoMenu_20230118) im Ordner Betriebssoftware wurde die Funktion Schrittmotor_Auto implementiert. Sie enthält ein zeitgesteuertes Schließen der Bypass-Drossel. Aktuell werden alle 5 Sekunden 40 Schritte gestellt.

Mit dieser Funktion wurde die Versuchsreihe zur Ermittlung der minimal möglichen Stell-Pausenzeit durchgeführt. Dabei wurde die Pausenzeit zwischen den Schritten variiert (genaue Werte s. Abbildung 1) und dann immer derselbe Ablauf gefahren:

1. Bypass-Drossel gesichert vollständig öffnen (z.B. mit Thonny-Programm „Schrittmotor_gesicherter_Reset“)

2. Wasserzufuhr auf Brühgruppe schalten (Y1 + Y6 + Y7 ON)

3. Pumpe einschalten (Leistung: 3000 mV)

4. In Tab „Tests“ wechseln und „Schrittmotor Auto“ anklicken

5. Warten, bis Maximaldruck (ca. 13 bar) erreicht ist, dann Messwertpuffer speichern und Pumpe ausschalten, evtl. Brühgruppe entlüften (Y08 ON)

Aus Abbildung 1 ist erkennbar, dass ab einer Pausenzeit von 2000 µs (lila) ein annähernd gleicher Verlauf des Brühgruppendrucks entsteht. Es kann also angenommen werden, dass bei einer Stell-Pausenzeit größer/gleich 2000 µs keine Schritte übersprungen werden.

Im nächsten Schritt wird mit den neuen Pausenzeiten gearbeitet und die Kennlinie Mischwassertemperatur/Dosierventilstellung generiert.

Eine Anwendung der neuen Pausenzeiten auf die Schrittmotorinitialisierung muss ebenfalls stattfinden. Dort können die aktuellen Schrittzahlen (meistens 1200) durch die realen Werte (560) ersetzt werden, da jetzt bestätigt ist, dass jeder Schritt erkannt und gefahren wird.

Armin Rohnen, 07.04.2023

Für den Mischer ist eine zweifelfreie Initialisierung zu Maschinenstart zu realisieren.

Der Mischer ist über ein AVS Römer elektronisches Dosierventil mit 280 Schritten (lt. Herstellerangabe) realisiert.

Es ist zu klären mit welchen Pasuenzeiten das Dosierventil zuverlässig betreiben werden kann. Im weiteren wird eine Kennlinie für die Mischwassertemperatur in Abhängigkeit der Dosierventilstellung benötigt. Die Kennlinie soll für die übliche Boilertemperatur bei 1300 mbar Boilerdruck Gültigkeit aufweisen.