Regulacja temperatury 2 grzałek po 1500W

Zamierzam wykonać regulator temperatury, który będzie sterował mocą 2 grzałek 1500 W (ogrzewanie 30-litrowego zbiornika z wodą). Schemat na dzień dzisiejszy:

(schemat jest jeszcze niekompletny - brak wskaźników i kontrolek)
Planuję wykorzystać optotriaki MOC3041 + triaki 26A do sterowania grupowego. Układem sterującym będzie Atmega16. Czujnikiem temperatury jest BS18B20.
Napięcie do elektroniki będzie dostarczane poprzez transformator impulsowy 20:1. Do wygładzenia napięcia wykorzystam kondensator 4700uF.
Dodatkowo chcę podzielić części na 2 osobne grupy, które umieszczę w osobnych obudowach: w jednej drobniejsza elektronika typu Atmega16, w drugiej (z dwoma wentylatorami i radiatorami) elementy większej mocy typu transformatory czy triaki, aby uniknąć dodatkowych zakłóceń i rozpraszania ciepła na elementy mniejszej mocy.



Mam jednak wątpliwości:
- czy 2 grzałki po 1500W to nie przesada. Temperatura zadana będzie zazwyczaj wynosiła 80 stopni. Regulować zamierzam z dokładnością do 0,5 st. C.
- MOC3041 jest elementem z detekcją przejścia przez zero. W jaki sposób nim sterować - czy mikrokontroler sam musi np. generować sygnał prostokątny o danym wypełnieniu (ale wtedy częstotliwości mogą się "rozjechać" - w gniazdku nie ma idealnie 50Hz) czy lepiej wykorzystać dodatkowy układ?
- czy rezystory R1 i R3 (przy optotriakach) wytrzymają przepływający przez nie prąd?
- jak duży radiator byłby potrzebny do rozproszenia ciepła dla optotriaków?

Z góry dziękuję za wszelkie porady i wychwycone na schemacie błędy.

Transformator impulsowy dla częstotliwości sieciowej 50Hz? Przesadziłeś. Daj zwykły transformator sieciowy o mocy ok. 4 - 6 VA, i napieciu wyjściowym ok. 11V ( jaki pobór prądu?).

Czy sterowanie grupowe, czy fazowe, potrzebujesz synchronizacji z siecią. Czyli tzw. detekcji przejścia przez zero.
Rezystory R1 i R3 dobierzesz w/g noty katalogowej MOC 3041.


Czujnik temperatury to nie BS18B20, a DS18B20.
O dokładności 0,5 stC zapomnij. Za duża bezwładność cieplna.

Obie grzałki pracują jednocześnie?
Regulator PID zapewne pozwolił by precyzyjniej "trzymać" temperaturę.


Czy mi się zdaje, że Kolega ma zamiar destylarkę zrobić ?

arturavs wrote:

Czujnik temperatury to nie BS18B20, a DS18B20.

Tak to DS18B20, literówka w poście.

arturavs wrote:

Obie grzałki pracują jednocześnie?

Jeśli jedna grzałka 1500W wystarczy, to nawet nie montowałbym drugiej. Ale jeśli byłyby wykorzystane obie, to najpierw działałyby obie aby szybko zmniejszyć duży uchyb temperaturowy, a potem już tylko jedna doprowadziłaby układ do stanu ustalonego i utrzymywała daną temperaturę.

arturavs wrote:

Regulator PID zapewne pozwolił by precyzyjniej "trzymać" temperaturę.

Zamierzam właśnie wykorzystać PID.

arturavs wrote:

Czy mi się zdaje, że Kolega ma zamiar destylarkę zrobić ?

Zdradziła mnie temperatura w okolicach 80 stopni?

Optotriak załączy w zerze, więc żadna synchronizacja nie jest potrzebna.
Mikrokontroler ma załączać i wyłączać grzałkę a nie sterować wypełnieniem impulsów. 4-5 cykli załączeń na minutę powinno spokojnie utrzymać temperaturę w zakresie 0,5 stopnia oczywiście przy dobrych parametrach regulatora PID lub PD (bo ta atmega jest chyba po to zaplanowana?).
Autor tematu chyba nie bardzo czuje sterowanie grupowe.
Radzę też bezpieczniki grzałek przenieść na przewód fazowy.

Tranzystory sterujące anodami wyświetlaczy zmienił bym na PNP bo może być problem ze stratami mocy na nich - napięcie na emiterze będzie ok 0,7V niższe niż na bazie.

czesiu wrote:

Radzę też bezpieczniki grzałek przenieść na przewód fazowy.

Przeniosłem je na przewody fazowe, za grzałkami.

tos18 wrote:

Tranzystory sterujące anodami wyświetlaczy zmienił bym na PNP bo może być problem ze stratami mocy na nich - napięcie na emiterze będzie ok 0,7V niższe niż na bazie.

Ok, podmieniłem na schemacie na BC327-40.

czesiu wrote:

Mikrokontroler ma załączać i wyłączać grzałkę a nie sterować wypełnieniem impulsów. 4-5 cykli załączeń na minutę powinno spokojnie utrzymać temperaturę w zakresie 0,5 stopnia oczywiście przy dobrych parametrach regulatora PID lub PD (bo ta atmega jest chyba po to zaplanowana?).

Tak, Atmega będzie używana m.in. jako PID.
Z regulacją grupową, rozumiem koncepcję, czyli przepuszczamy tylko część połówek sinusoidy, ale nie jestem w jaki sposób tym sterować. Wspomniałeś o 4-5 cyklach załączenia. Czy chodzi o takie coś?:

(dzielimy minutę na kilka okresów i wybieramy, w których okresach połówki sinusoidy będą przepuszczane)

czesiu

Poczytaj n/t sterowania grupowego. Popatrz choćby na kity AVT.

Procesor "musi" wiedzieć ile pełnych okresów sinusoidy ma włączyć, i kiedy zaczął.
50 Hz, Czyli pełnych 50 sinusoid( okresów). Sterowanie grupowe polega na tym, że od momentu wykrycia przejścia przez zero procesor np. odmierza 20 okresów. I to jest 40% mocy.

Jakby odmierzył 50, to jest 100%. Skąd ma wiedzieć, odkąd zacząć pomiar?

xa19 wrote:

arturavs wrote:

Czy mi się zdaje, że Kolega ma zamiar destylarkę zrobić ?

Zdradziła mnie temperatura w okolicach 80 stopni?

Teoretyk to może jesteś dobry, ale praktyki nie masz. Zauważ, że przy destylowaniu dowolnej mieszaniny cieczy, jej procentowy skład ulega zmianie, zatem temperatura wrzenia również się zmienia. Planowanie układu stalizacji temperatury jest bez sensu.
Zastanów się raczej jak destylowali nasi pradziadowie, nie znający Atmegi.

arturavs wrote:

czesiu

Poczytaj n/t sterowania grupowego. Popatrz choćby na kity AVT.

Procesor "musi" wiedzieć ile pełnych okresów sinusoidy ma włączyć, i kiedy zaczął.
50 Hz, Czyli pełnych 50 sinusoid( okresów). Sterowanie grupowe polega na tym, że od momentu wykrycia przejścia przez zero procesor np. odmierza 20 okresów. I to jest 40% mocy.

Jakby odmierzył 50, to jest 100%. Skąd ma wiedzieć, odkąd zacząć pomiar?

Ustawia się okres impulsowania na powiedzmy 10 sekund (6 załączeń na minutę) i co te 10 sekund załącza się grzałkę na określony czas (10 sekund pracy grzałki=100%, analogicznie 3sek=30%). Co 10 sekund należy uaktualnić licznik w oparciu o wartość uzyskaną z regulatora PID.
Radzę też zablokować załączanie grzałki na czasy krótsze od 1-2 sekund (bo po co, lepiej jak dogrzeje w następnym cyklu).

Jeśli to ma służyć do procesu destylacji to chyba jednak lepiej by było zakupić gotowe urządzenia. Regulator PID + dowolny czujnik temperatury (bo regulatory są uniwersalne) + stycznik półprzewodnikowy (załączany w zerze) załatwiłyby temat. Bo czuję ze dużo bimbru upłynie zanim zestroisz układ (parametry regulatora).
Na gotowym PIDzie z autotuningiem po pierwszym gotowaniu uzyskasz spokojnie 0,5 stopnia dokładności.

retrofood wrote:

Zauważ, że przy destylowaniu dowolnej mieszaniny cieczy, jej procentowy skład ulega zmianie, zatem temperatura wrzenia również się zmienia. Planowanie układu stalizacji temperatury jest bez sensu.
Zastanów się raczej jak destylowali nasi pradziadowie, nie znający Atmegi.

Czujnika temperatury nie zamierzam umieszczać w roztworze, ale na szczycie kolumny (przed chłodnicą), bo to temperatura pary jest istotna. Więc w miarę upływu czasu, temperatura pary będzie spadać, a grzałki w roztworze będą nadrabiać "ubytki".

czesiu wrote:

Jeśli to ma służyć do procesu destylacji to chyba jednak lepiej by było zakupić gotowe urządzenia. Regulator PID + dowolny czujnik temperatury (bo regulatory są uniwersalne) + stycznik półprzewodnikowy (załączany w zerze) załatwiłyby temat. Bo czuję ze dużo bimbru upłynie zanim zestroisz układ (parametry regulatora).
Na gotowym PIDzie z autotuningiem po pierwszym gotowaniu uzyskasz spokojnie 0,5 stopnia dokładności.

Jest to pewna opcja, ale z jakimi zmianami w schemacie by się to wiązało? Albo inaczej - co by zostało (jeśli cokolwiek by zostało po schemacie)?

xa19 wrote:

retrofood wrote:

Zauważ, że przy destylowaniu dowolnej mieszaniny cieczy, jej procentowy skład ulega zmianie, zatem temperatura wrzenia również się zmienia. Planowanie układu stalizacji temperatury jest bez sensu.
Zastanów się raczej jak destylowali nasi pradziadowie, nie znający Atmegi.

Czujnika temperatury nie zamierzam umieszczać w roztworze, ale na szczycie kolumny (przed chłodnicą), bo to temperatura pary jest istotna. Więc w miarę upływu czasu, temperatura pary będzie spadać, a grzałki w roztworze będą nadrabiać "ubytki".

Temperatura pary też będzie się zmieniać, przy czym wcale nie liniowo. Ale podejście sluszne.

retrofood wrote:

xa19 wrote:

retrofood wrote:

Zauważ, że przy destylowaniu dowolnej mieszaniny cieczy, jej procentowy skład ulega zmianie, zatem temperatura wrzenia również się zmienia. Planowanie układu stalizacji temperatury jest bez sensu.
Zastanów się raczej jak destylowali nasi pradziadowie, nie znający Atmegi.

Czujnika temperatury nie zamierzam umieszczać w roztworze, ale na szczycie kolumny (przed chłodnicą), bo to temperatura pary jest istotna. Więc w miarę upływu czasu, temperatura pary będzie spadać, a grzałki w roztworze będą nadrabiać "ubytki".

Temperatura pary też będzie się zmieniać, przy czym wcale nie liniowo. Ale podejście sluszne.

Wiem, że będzie się zmieniać. Dlatego też każdy niedobór będzie kompensowany przez grzałki. Jesli temp. pary zacznie spadać, grzałka zacznie dogrzewać, aby będzie para miała z powrotem temperaturę zadaną. Powinna być więc stała.

@czesiu - czy rzeczywiście problemy z nastawieniem PID mogłyby sprawić problemy? Może funkcję AutoTune można zaimplementować programowo razem z PID? Dla mnie większą wiedzę przyniósłby samodzielny montaż w takim projekcie, ale jeżeli rzeczywiście to będzie nieopłacalne, to zdecyduje się na gotowce (czy te 3 elementy starczą: PID, stycznik półprzewodnikowy, czujnik?).

xa19 wrote:

Wiem, że będzie się zmieniać. Dlatego też każdy niedobór będzie kompensowany przez grzałki. Jesli temp. pary zacznie spadać, grzałka zacznie dogrzewać, aby będzie para miała z powrotem temperaturę zadaną. Powinna być więc stała.

To nie tak. Temperatura pary też będzie zmienna, chociaż przez dłuższy czas zmiany będą minimalne, jednak z czasem jej wzrost będzie coraz szybszy.

retrofood wrote:

xa19 wrote:

Wiem, że będzie się zmieniać. Dlatego też każdy niedobór będzie kompensowany przez grzałki. Jesli temp. pary zacznie spadać, grzałka zacznie dogrzewać, aby będzie para miała z powrotem temperaturę zadaną. Powinna być więc stała.

To nie tak. Temperatura pary też będzie zmienna, chociaż przez dłuższy czas zmiany będą minimalne, jednak z czasem jej wzrost będzie coraz szybszy.

Masz na myśli takie zmiany?:

Jeśli tak, to po ustaleniu temperatury pary, wystarczy badać pochodną funkcji temp.pary od czasu. Jeśli w okresie np. 3 minut temperatura pary zmieni się o więcej niż 4 stopnie, to wyłączamy układ i wtedy nie widzę problemu. W zbiorniku pozostanie roztwór, w którym jest już niewiele alkoholu i zysk z niego byłby niewielki.

Przebieg zbliżony do czerwonego. Ale ostatnie zdanie jest prawdziwe.

xa19 wrote:

@czesiu - czy rzeczywiście problemy z nastawieniem PID mogłyby sprawić problemy? Może funkcję AutoTune można zaimplementować programowo razem z PID? Dla mnie większą wiedzę przyniósłby samodzielny montaż w takim projekcie, ale jeżeli rzeczywiście to będzie nieopłacalne, to zdecyduje się na gotowce (czy te 3 elementy starczą: PID, stycznik półprzewodnikowy, czujnik?).

3 elementy wystarczą, ale układ możesz jeszcze rozbudować, bo daleko mu będzie do ideału. Np. gdy stosuje się styczniki półprzewodnikowe to wypada obwód grzałki dodatkowo zabezpieczyć zwykłym stycznikiem, sterowanym np. z dodatkowego zaprogramowanego na określoną temperaturę wyjścia regulatora PID (styczniki półprzewodnikowe mogą zawieść podobnie jak triaki i się zewrzeć np. od przepięcia w sieci).

Myślę że proces utrzymania temperatury działałby na jednej grzałce, drugą grzałkę mógłbyś sterować z dodatkowego wyjścia PID i uruchamiać tylko w niskich temperaturach cieczy.
PID-a na atmedze nigdy nie robiłem i nie wiem czy będzie łatwo, natomiast mam kontakt z regulatorami przemysłowymi i nie zawsze jest ładnie pięknie, niektóre procesy też potrafią być wredne i wymagają dłuższych regulacji.
Nie każdy regulator PID się nadaje, niektóre (zwłaszcza te od kotłów) wyjścia 2-stanowe mają tylko w roli termostatów a PID oddziałuje tylko na wyj. analogowe (nie chcę robić reklamy, ale z tych które ja znam i stosuję to poradziłby tu np. AR652).
Ściągnij sobie instrukcję jakiegoś regulatora, poczytaj jakie oferują możliwości to się może do takiego rozwiązania przekonasz.

czesiu wrote:

PID-a na atmedze nigdy nie robiłem i nie wiem czy będzie łatwo, natomiast mam kontakt z regulatorami przemysłowymi i nie zawsze jest ładnie pięknie, niektóre procesy też potrafią być wredne i wymagają dłuższych regulacji.

Zerknij na topic Elektroda (BASCOM) bądź na projekt "AVT5354 - Termostat" w C.