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Hallo liebe Community,

nachdem ich (auch Dank des fleißigen Mitlesens in diesem Forum) meine ersten kleinen ARDUINO-Projekte mit Erfolg abgeschlossen habe, stehe ich jetzt Planungsphase eines neuen Vorhabens, bei dessen Umsetzung ich Eure Ideen und Vorschläge gerne hören würde.

Es geht um Folgendes:

In einem (im Prinzip geschlossenen) Tongefäß (Duchmesser 40cm, Höhe ca. 1m) soll im Außenbereich auch im Winter eine konstante Temperatur von 21°C erzeugt werden.
Über die einzusetzenden Heizelemente (12V-Heizfolien oder 220V Heizkörper) bin ich mir noch nicht im Klaren. Sicherlich hängt das auch von der benötigten Heizleistung bei Minusgraden in der Umgebung ab. Aber vielleicht hat dazu ja schon der eine oder andere was zu sagen?

Die Temperaturregelung jedenfalls wollte ich mit einem Arduino möglist professionell als analoge (PI- oder gar PID-Regelung) ausführen.
Als Ansteuerung für die Heizelemente schwebt mir eine Wellenpaketsteuerung (quasi PWM) mit einem Nullspannungsschalter (zwecks Minimierung der Störungen) vor. Als Schaltelement würde ich eine kontaktlose Variante (Triac oder Solid-State-Relais) bevorzugen.
Eine einfache 2-Punkt-Regelung scheidet wegen der unvermeidlichen Hysterese aus. Außerdem - wo bleibt da der Reiz?

Hat jemand von Euch sich schon mal mit den Problemen Wellenpaketsteuerung und Nullspannungsschalter im Verbindung mit dem Arduino beschäftigt?
Mir fehlt der "Ansatz" - legt man das Zeitintervall für die Wellenpaketsteuerung für das Schalten einer Heizung subjektiv fest (1s oder 5s oder doch 10s)? Die direkte Nutzung der PWM-Ausgänge des Arduino scheint mir zu übertrieben für eine Heizung.
Realisiert man den Nullspannungsschalter am Ausgang (in einem anderen Beitrag in diesem Forum fand ich dafür geeignete Bauelemente) - oder gibt es einfachere Methode einen Arduino-Ausgang auf die Netzfrequenz zu synchronisieren z.B. indem man eine über eine Grätzbrücke erzeugte pulsierende Gleichspannung geeigneter Größe auf eine Eingang des Arduino gibt und dort das Minimum auswertet?

Wie bei den meisten Projekten hier im Forum soll sich der Aufwand natürlich in Grenzen halten. Dennoch würde ich gerne die Möglichkeiten des Arduino auch ausnutzen.
Vielleicht hat auch jemand von Euch noch diesen oder jenen Hinweis - oder eine Idee für eine Erweiterung. Ich bin (wie gesagt) noch in der Projektierungsphase und somit noch völlig offen für Hinweise und Anregungen. . .

Gruß,

Andreas

[Reply #1 on:]

Hallo Andreas,

mich persönlich würde interessieren, warum du eine Heizungssteuerung mit einer aufwendigen Schwingungspaketsteuerung realisieren möchtest.
Die Nullspannungsschalter in den verschiedensten Lastgrössen, ermöglichen dir ein störungsfreies Schalten eines Verbrauchers. Die Dinger können
zum Schalten von ohmschen, induktiven und kapazitiven Lasten eingesetzt werden.

Gruß
Gerd

[Reply #2 on:]

Hallo,

für deinen Anwendungsfall (soweit ich es verstanden habe) würde sich wohl ein PI-Regler eignen, da du ja nicht mit schnellen Temperaturänderungen rechnen musst und dein Sollwert ja konstant 21°C beträgt. Der D-Anteil eines PID-Reglers würde da nicht zum eingreifen kommen. Mit einem PI-Regler wirst du auch absolute Genauigkeit Soll-/Isttemperatur erreichen.
Zum Thema gibt es aber schon viele Beispiele im Netz, das hast du schnell nachgelesen, wie du die einzelnen Kenngrößen und Korrekturwerte ermittelst und in einem Mikrocontroller umsetzt.

Deine Stellgröße (Ausgang des Arduino) für die Heizung (sofern 230 V) würde ich über einen Optokoppler (galvanische Trennnung)  und dann auf einen TRIAC führen.



PS: Bitte verrate mir was du mit dem Tongefäß machst, ich platze sonst

[Reply #3 on:]

Hallo Andreas.
Das Gute an den Vollwellensteuerung ist daß du keine Netzsynchronisation brauchst. Damit 2 Halbwellen sicher durchgeschaltet werden brauchst Du nur ein Sold State Relais mit Nullspannungsschalter und einen Steuerimpuls von 20mS. Da sind sicher 2 Halbwellen drin.

Auch ich verstehe nicht, wieso Du das Wasser auf 21 Grad mit einer Abweichung von einigen bruchteilen von Grad brauchst.

Viele Grüße Uwe

[Reply #4 on:]

Vielen Dank zunächst für die ersten Meinungsäußerungen!

@COOL
meine weiterführenden Recherchen haben ergeben, daß die meisten SSR bereits über einen Nullspannungsschalter verfügen. Die Dinger sind zwar nicht gerade billig - aber dafür ist es eine solide (keine mechanischen Schaltelemente) und sichere (Potentialtrennung über Optokoppler) Lösung. Somit werde ich mich für die Ansteuerung der Heizung wohl für diesen Lösungsweg entscheiden, zumal der Zusatzaufwand gering ist, da das SSR ja direkt über einen Arduino-Ausgang angesteuert werden kann.

@fckw
mit Deinen Ausführungen zur Reglerauswahl hast Du natürlich völlig Recht. Ein PI-Regler reicht für diesen Einsatzfall aus! Soweit ich mich erinnere, existiert ja wohl auch eine Reglerbibliothek für den Arduino?!? Ich werde da mal weiterrecherchieren. Hast Du damit schon "Einsatzerfahrungen"?

P.S. Damit Du nicht platzt  : Das Tongefäß ist ein Kalträucherofen! Damit ist auch klar, daß es nicht um Wasser geht (wie Uwe annahm) sondern nur um "warme Luft". . .
Ich weiß: jetzt kommt das Argument: "Dafür braucht man aber keine ausgefeilte PI-Regelung!!!" Das stimmt völlig - aber ich dachte mir, daß wenn ich schon einen Microcontroller verwurste - dann soll es auch 'ne "vernünftige" Regelung - und nicht nur eine "schnöde" 2-Punkt-Regelung sein. Schließlich soll der Controller auch wenigstens ein bischen was zu tun haben. . .

@uwefed
Ich glaube, wir sprechen hier von zwei unterschiedlichen Dingen. Was ich meine ist eine Wellenpaketsteuerung, die im Prinzip nichts anderes als eine PWM mit entprechend großer Zykluszeit (wie groß wäre noch zu klären) ist. Ich kenne solche Lösungen z.B. für die Ansteuerung einfacher geregelter Lötkolben. In einer bestimmten (festen) Zykluszeit von z.B. 10 Sekunden wird das Heizelement für eine dem Reglerausgang entsprechende variable Zeit (in diesem Fall 0-10 Sekunden) eingeschaltet. Durch die thermische Trägheit des Heizelementes kann so die Temperatur geregelt werden.

Was für Heizelemente würdet Ihr mir in meinem Fall empfehlen? Ich habe keine Ahnung, in welcher Größe ich mich mit der Heizleistung bewegen müßte. Vielleicht ist auch der Einsatz mehrerer (2-4) kleiner "Heizkörper" der sinnvollere Weg um eine bessere Verteilung der Heizleistung zu erreichen?

Viele Grüße - Andreas

[Reply #5 on:]

Klingt erst mal interessant, du hältst also mit den Heizelementen die Temperatur beim eigentlichen Räuchervorgang durch Pyrolyse der Holzspäne konstant? Quasi als "Begleitheizung"?
Auf jeden Fall ein spannendes Projekt, berichte weiter und mach Fotos!

[Reply #6 on:]

Moin,

irl bauen wir Kunststoffmaschinen. Dort sond Leistungen zwischen 150W und 70 kW als Heizungen verbaut. Als Hirn sitzt eine Siemens 300er drin und wir verwenden den dort verfügbaren PID- Regler. Der Regelwert geht auf den Taktgeber und erzeugt ein 'PWM'- Signal, also eine Ansteuerung eines Vollwellen SSR's. Als Taktzeiten haben sich bei uns 10s dann bei den unbekannten Bauteilen (also adapter und so..) die Settings 17, 91, 22 (P, I, D...) bewährt.

Zu Deinem Projekt würde ich mit den Millis einen Taktgeber bauen, der halt am Digitalausgan ein 'mach ma Strom/ mach ma kein Strom erzeugt.

Achso, in der Praxis hat sich, speziell beim Wassertank mit Heizen und Kühlen eine Totzone gut bewährt. Wenn sich die Stellgröße also im Bereich von + - 10% bewegt, dann hält der Regler die Schnauze, gibt also kein Signal raus, erst wenn mehr Power (also Heizen oder Kühlen...) benötigt wird, dann erst übergibt der Regler den Wert an den Leistungsteil.

Bleib mal am Ball, informiere uns hier mal, wie es weiter geht,

UND:

Guten Appetit....

Greetz, Linpo