Sistema di controllo automatico della piastra riscaldante (HPACS): 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Questo progetto mira a fornire un modo semplice e intuitivo per comprendere come eseguire la regolazione PID automatica utilizzando un riscaldatore. Quello che ho fatto si basa sul metodo Åström-Hägglund per derivare i parametri usando il controllo bang-bang per rivelare le caratteristiche del sistema e successivamente scegliere i parametri in base a questa conoscenza. Non c'è niente di segreto in questo e le informazioni possono essere trovate qui: https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller#Loop… E per la scelta dei parametri puoi leggere un po' qui: https://en.wikipedia.org/ wiki/PID_controller#Loop…

Per renderlo piacevole, è stata aggiunta un'interfaccia HMI Nextion da 3,2 per l'input dell'utente e la visualizzazione di diverse variabili in tempo reale. MA ho anche realizzato una versione terminale seriale della libreria che rende il progetto molto più economico!

La vera storia di fondo è che in parte ho promesso a mio padre di realizzare un controllo della temperatura per sciogliere la cera d'api, in parte volevo aggiornare la mia teoria di base sul controllo e infine volevo esaminare la regolazione automatica dei controller PID. Tra l'altro sono riuscito anche ad usarlo per il Sous Vide facendo delle belle bistecche e salsa bernese come parte del test!

AVVERTIMENTO

Sto lavorando con 230 V qui, il che è pericoloso se non sai cosa stai facendo! Sono un elettricista e un ingegnere elettronico, quindi ho una certa esperienza qui, ma NON lavorare con 230 V se non ti senti a tuo agio e fai molta attenzione a non toccare i fili sotto tensione! Inoltre, fai attenzione ai relè SS economici per quanto riguarda il possibile rischio di incendio poiché questo è stato visto da alcune persone (non da me però).

Forniture

• Una piastra riscaldante WASCO economica (potrebbe essere migliore, ad esempio una piastra a induzione Ikea)
• Un relè SS economico
• Un sensore di temperatura onewire Dallas
• Un Arduino Mega
• (Opzionale) Un'interfaccia/display HMI Nextion da 3,2"
• Alimentazione 5V per Arduino

Passaggio 1: assemblaggio

Ho costruito solo un recinto per la versione HMI del progetto poiché questo è quello che ho finito per usare. Quindi, ho realizzato un involucro per il montaggio di relè, HMI e Arduino. Ho anche realizzato un morsetto per il sensore di temperatura solo perché potevo…

Passaggio 2: codifica

Tutto il codice per HMI e Arduino è disponibile nel mio repository Git per il progetto.

Ho commentato molto nel codice per cercare di renderlo più facile da leggere e capire. Ma essenzialmente ho impostato un PWM molto lento per la piastra calda e un'interruzione del timer per la macchina a stati/controllo e questo è davvero tutto.

Poi c'è ovviamente la routine di sintonizzazione e il controllo stesso + HMI o interfaccia seriale…

Faccio qualcosa di cui non sono un grande fan in questo codice, e cioè usare la stampa seriale in un'interruzione del timer. La stampa seriale richiede molto tempo e dovrebbe essere davvero evitata in un'interruzione del timer…

L'accordatura funziona come segue:

1. Imposta il ciclo di lavoro PWM al 40%
2. Attendere fino al raggiungimento della temperatura di setpoint
3. Imposta il ciclo di lavoro PWM su 0%
4. Attendere fino a quando la temperatura è inferiore al setpoint
5. Ripetere i passaggi 1-4 fino a quando, ad es. Si vedono 3 periodi con quasi lo stesso tempo e ampiezza
6. Calcola i parametri per il PID in base a quanto sopra

Abbastanza semplice;)

Passaggio 3: test

Ora che la codifica è terminata, è tempo di testare. Nella prima sezione ho mostrato l'accordatura graficamente da un test, quindi non c'è molto altro da dire. Ma qui vengono mostrati un paio di test che utilizzano i parametri ottenuti.