Automatyczny system sterowania płytą grzejną (HPACS): 3 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Ten projekt ma na celu dostarczenie prostego, intuicyjnego sposobu zrozumienia, jak wykonać automatyczne dostrajanie PID za pomocą grzałki. To, co wykonałem, opiera się na metodzie Åströma-Hägglunda do wyprowadzania parametrów za pomocą kontroli hukowo-wybuchowej w celu ujawnienia charakterystyk systemu i kolejnego wyboru parametrów w oparciu o tę wiedzę. Nie ma w tym nic tajemnicy, a informacje znajdziecie tutaj: https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller#Loop… A o doborze parametrów można poczytać trochę tutaj: https://en.wikipedia.org/ wiki/PID_controller#Pętla…

Aby było przyjemnie, dodano interfejs HMI Nextion 3.2 do wprowadzania danych przez użytkownika i wyświetlania różnych zmiennych w czasie rzeczywistym. ALE stworzyłem również wersję biblioteki na terminal szeregowy, co czyni projekt tańszym!

Prawdziwa historia jest taka, że częściowo obiecałem tacie, że wykona regulację temperatury do topienia wosku pszczelego, częściowo chciałem odświeżyć moją podstawową teorię sterowania, a na koniec chciałem przyjrzeć się autostrojeniu regulatorów PID. Poza tym udało mi się również użyć go do Sous Vide, robiąc ładne steki i sos Bearnaise w ramach testów!

OSTRZEŻENIE

Pracuję tutaj z 230 V, co jest niebezpieczne, jeśli nie wiesz, co robisz! Jestem inżynierem elektrykiem i elektronikiem, więc mam tutaj pewne doświadczenie - ale NIE pracuj z 230 V, jeśli nie czujesz się z tym komfortowo i uważaj, aby nie dotykać przewodów pod napięciem! Uważaj również na tanie przekaźniki SS ze względu na możliwe zagrożenie pożarowe, ponieważ niektórzy ludzie to widzieli (choć nie ja).

Kieszonkowe dzieci

• Tania płyta grzewcza WASCO (może być lepsza - np. płyta indukcyjna Ikea)
• Tani przekaźnik SS
• Czujnik temperatury Dallas onewire
• Mega Arduino
• (Opcjonalnie) Interfejs/wyświetlacz Nextion 3.2" HMI
• Zasilanie 5V dla Arduino

Krok 1: Montaż

Zbudowałem tylko obudowę dla wersji HMI projektu, ponieważ tego właśnie użyłem. Wykonałem więc obudowę do montażu przekaźnika, HMI i Arduino. Zrobiłem też zacisk do czujnika temperatury tylko dlatego, że mogłem…

Krok 2: Kodowanie

Cały kod dla HMI i Arduino jest dostępny w moim repozytorium Git dla projektu.

Wiele komentowałem w kodzie, aby ułatwić czytanie i zrozumienie. Ale zasadniczo ustawiłem naprawdę powolny PWM dla płyty grzejnej i przerwanie czasowe dla maszyny stanu/kontroli i to naprawdę jest to.

Dalej jest oczywiście procedura strojenia i samo sterowanie + HMI lub interfejs szeregowy…

Robię coś, czego nie jestem wielkim fanem w tym kodzie, a jest to użycie druku szeregowego w przerwaniu czasowym. Drukowanie szeregowe zajmuje dużo czasu i naprawdę powinno się go unikać w przerwaniu czasowym…

Strojenie działa w następujący sposób:

1. Ustaw cykl pracy PWM na 40%
2. Poczekaj, aż temperatura zadana zostanie osiągnięta
3. Ustaw cykl pracy PWM na 0%
4. Poczekaj, aż temperatura spadnie poniżej wartości zadanej
5. Powtarzaj kroki 1-4, aż np. Widoczne są 3 okresy o prawie tym samym czasie i amplitudzie
6. Oblicz parametry dla PID na podstawie powyższego

Dość proste;)

Krok 3: Testowanie

Teraz, gdy kodowanie jest już gotowe, czas na testy. W poprzednim podrozdziale pokazałem graficznie strojenie z testu - nie ma więc co mówić. Ale tutaj pokazano kilka testów wykorzystujących uzyskane parametry.