Regelung einer Verdampferplatte

  • Hallo,

    ich habe eine Verdampferschale (kleiner Aluminiumblock in dem einem 12V Glühkerze eingeschraubt ist), damit wird Oxalsäure verdampft welches für die Milbenbehandlung von Bienenvölker verwendet wird.

    Bis jetzt hab ich ohne die Temperatur zu messen einfach 120 Sekunden eingeschalten und dann 2 min. ausgeschalten gewartet.
    Das ist die übliche Vorgehensweise bei dieser Art von Verdampfer.

    Mir ist diese Vorgehensweise zu unsicher, deshalb möchte ich das jetzt regeln. Dazu messe ich die Temperatur mit einem Thermoelement, geregelt wird mittels PWM.
    Ansteuerung, Messungen etc. funktioniert alles.
    Ich möchte das Ganze möglichst schnell und wichtig, ohne Überschwinger auf 180°C aufheizen. (Über 190°C ist die Säure nicht mehr wirksam, das sollte vermieden werden).

    PI-Regler sind extrem langsam, weil die eben nicht überschwingen dürfen. Ich hab ein paar Parameter probiert, aber da komm ich auf nichts brauchbares. Das lange Nachheizen kriege ich nicht in Griff.
    Ich hab das System gemessen und mich ein wenig mit Matlab gespielt, am schönsten ist der Temperaturverlauf wenn ich 130s voll Leistung heize (bei Erreichen von. ca.150°C) und dann nur mehr mit 15% weitermache, dann erreiche ich konstant 180 Grad (im Modell zumindest, das muss ich noch am realen System überprüfen).

    Das ist leider keine Regelung und mich hats erwischt, ich will das jetzt „richtig“ machen.
    Habt ihr eine Idee? Kombination von Vorsteuerung und dann ein Regler oben drauf?

    Für die super-Nerds unter uns, hat schon mal jemand einen MPC in Python implementiert?

    Schöne Grüße

    Martin

  • Ein Glühstift ist vielleicht nicht die richtige Wahl für Deine Heizung. Entweder er glüht und heizt (der Widerstand steigt), oder er glüht nicht (der Widerstand fällt). Zum Takten eignet sich ein Glühstift nicht wirklich, m.M.n. nur im Bereich zwischen dunklem und hellem Glühen. Dazu kommt die Trägheit des Alublocks und die Aussentemperatur.


    Eine andere Heizmöglichkeit wäre allenfalls eine Induktionsheizung, im Bastlerbereich z.B. hier: https://www.amazon.de/ZVS-Niederspannungsmodul-f%C3%BCr-Induktionsheizung-12/dp/B07HTC2JPV (Affiliate-Link) , oder hier: https://www.amazon.de/dp/B01C70G7Y8?tag=preisvergl067-21&linkCode=osi&th=1&psc=1 (Affiliate-Link)


    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Hallo,


    mit einem PID-Regler (Affiliate-Link) müsste das doch einfacher lösbar sein, jedenfalls sind die (ähnliche) bei uns im Betrieb für alles mögliche eingesetzt.

    Man muss sich eingehend mit der Regelungstechnik (Vorlauf-, Nachlauf-, Stellzeit, Strecke, Störgrößen etcpp.) befassen, das bleibt aber bei einem Softwareregler über den Raspi auch nicht aus.


    Viele Grüße

    Thotaa

  • Wie lange bleibt das System denn an? Wird das Zeugs nur einmalig verdampft und dann erst nächste Woche wieder? Oder zwei Stunden am Stück?

    Du könntest über das "Gewicht vom Alublock*Wärmekapazität Aluminium" und die Leistung der Glühkerze ausrechnen, wie viel Leistung du noch zuführen darfst um nicht zu überhitzen.

    Aluminium ist ein prima Wärmeleiter. Viel überschwingen sollte da nicht. Schaltest Du die Glühkerze aus wird das Gesamtsystem nicht mehr wärmer. 1-2 Sekunden lang verteilt sich die Wärme noch im Block (je nach Größe und Form).

  • Das ganze Ding ist nur ca. 5min in Betrieb und dann wird mit Wasser abgekühlt und dann beim nächsten Bienenstock wieder 5min an. und so weiter.


    System ist identifiziert, also ich habe die Übertragungsfunktion, das dynamische Verhalten, alle Über/Unter und sonstige Schwinger sind bekannt (zumindest in dem Temperaturbereich in dem ich arbeiten will) :)

    Wieviel Leistung ich für welche Temperatur brauche ist auch bekannt. Wenn das System stationär ist, also alles kein Problem.

    ABER: Das Aufheizen soll möglichst schnell sein, ohne Überschwinger. Und für sowas sind PI(D) Regler nicht geeignet, natürlich geht das mit denen auch, aber Performance haben die nicht!

    Da braucht es was, was in die Zukunft schauen kann -> MPC.

    Hab gestern noch was für gefunden, das schau ich mir an :

    https://github.com/DanielMartensson/Matavecontrol


    sG

    Martin

  • Aluminium ist ein prima Wärmeleiter. Viel überschwingen sollte da nicht. Schaltest Du die Glühkerze aus wird das Gesamtsystem nicht mehr wärmer. 1-2 Sekunden lang verteilt sich die Wärme noch im Block (je nach Größe und Form).


    Das stimmt, Alu ist ein super Wärmeleiter, aber das Nachheizen darfst nicht unterschätzen, siehe hier. Das Temp-Maximum wird 30 Sekunden nach dem Ausschalten der Heizung erreicht.

    Zum Thema Wärmeleitung in einem Block, rein aus Interesse hab ich hab ich die Wärmeleitung in einem Stab berechnet.

    1cm Durchmeser, 5cm lang, eine Seite wird sprunghaft von 20 auf 100°C erhitzt, Alu hat am anderen Ende nach 5 Sekunden schon 90°C, zum Vergleich Eisen erst 50°C.


  • Die Frage ist, wie der Aufbau aussieht. Wenn der Glühstift abgeschaltet wird, dürfte "normalerweise" die Temperatur des Alublocks nicht weiter steigen, da ja dann keine Leistung mehr zugeführt wird. Das beobachtete "Nachheizen" kann nur entstehen, wenn der Glühstift nur einen engen Bereich des Alublocks erwärmt hat, dieser deshalb deutlich wärmer als der Rest ist und sich dessen Wärme nun im Block verteilt. Dann wäre es günstiger, eine "Heizplatte" mit dem Glühstift zu erwärmen und darauf eine Schale mit der Oxalsäure (wie einen Topf) zu setzen. Die Temperatur der Heizplatte messen und wenn diese die gewünschte Temperatur erreicht hat, erst einmal den Glühstift abschalten. Parallel dazu die Temperatur der Oxalsäure (oder die ihrer Schale) messen. Nach dem Abschalten müsste die Temperatur der Heizplatte erst konstant bleiben und dann langsam sinken. Solange die Heizplatte noch wärmer als die Oxalsäure ist, heizt sie die Oxalsäure weiter. Sinkt die Temperatur der Oxalsäure, muss nachgeheizt werden. Es stellt sich dabei eine mittlere Temperaturdifferenz zwischen Heizplatte und Oxalsäure ein. Wenn man diese gemessen hat, kann man die Abschalttemperatur der Heizplatte um diese Differenz erhöhen und bekommt so die Oxalsäure auf die gewünschte Temperatur.


    Die "Heizplatte" soll übrigens bewirken, dass die vom Glühstift erzeugte Wärme gleichmäßig an die Schale mit der Oxalsäure abgegeben wird. Wenn die Heizplatte aus dickem Kupferblech besteht, klappt das noch besser, weil Kupfer die Wärme noch besser leitet als Aluminium. Statt eines Glühstifts sind eventuell Hochlastwiderstände mit Metallgehäuse, die unter das Kupferblech geschraubt werden, besser geeignet, da sie die Wärme über eine größere Kontaktfläche an die Kupferplatte abgeben.