Кафеджии има ли?

[Evtim Djerekarov]

Ами... продължавам. Трябва сега да прегледам всичко и да направя лентов кабел, след което едно по едно да пиша keep alive, standy функционалности, PID, който в началото ще пробвам с каната за вода и един готварски термометър, и т. н. 

[Evtim Djerekarov]

Направих лентов кабел и подкарах нещото частично. Бях свързал Tact бутоните, така че винаги са натиснати, та малко рязах писти. За урок ми е, винаги да пускам пистите до площадки по диагонал на копчетата, че от който и тип да са, все да не окъсяват.

Написах функция, която определя температура, четейки напрежението от делител с NTC термистор. Свързах един поялник към триака и опрях термистора в него, а с библиотеката PIDv2 реализирах софутерен PID регулатор, опитвайки се да поддържам температура от 47 градуса по Целзий. Ползвах времеконстанта 500ms и настройки по подразбиране, които имат относително висок коефициент за интегриращото звено. 

 

 Вижда се, че при тези настройки имаме бая overshoot над заданието. Когато намаля интегралния коефициент, получавам това:

 

Така колебанието не е толкова голямо, но има доста шум в системата, което ще коригирам, първо като взема усреднено измерване от последните 100-200 ms, да кажем от 8-16  проби и след това го подам за вход на PID  регулатора. 

Друга причина за шума е "контролен"  шум от това, че триакът e zero-crossing и за 500ms имаме само 25 периода мрежово напрежение, или 4% минимална стъпка на промяна на мощността. Ако увелича периода на 1 или 1.5s, ще имам стъпка 2% или 1.5%, което трябва също да намали шума в системата. Освен това, мога да направя регулатора адаптивен, като става с по-неагресивни коефициенти, когато е близо до целта. 

Трябва да доизмисля охлаждането на силовата част и да пробвам с най-близкото до реалните условия - с кана за вода.

Редактирано Март 18, 2021 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Мисля си също, че ако имаме дебитомер и сложим още един датчик за температура в резервоара, когато пускаме кафе, може да изчислим колко точно секунди реотана да работи на пълна мощност, за да върнем точно загубената енергия, след което отново да включим PID регултора. Така може би ще имаме доста по-бързо възстановяване след кафе, а и поддържане на температура по време на екстракцията.

[Evtim Djerekarov]

След като направих усредняване на 20 семпъла (един вид oversampling) и периода на триака 1 секунда, реших да си поиграя с PID константите при моята постановка с поялника. Шумът сега е поне 10 пъти по-малък, което е много хубаво. След известна играчка, започнах да получавам познатите фигури от учебниците:

На първи опит се получи много нисък коефициент за I, което води до около +- 0.4C Steady-State грешка, което е приемливо, но пък имаме много малък, незначителен overshoot и доста бързо установяване близо до заданието. Тук си играя да променям температурата между 65.5 и 95.5 градуса, като малкия спад е нарочен, да понижа температурата с 8-9 градуса и обратно да я кача до 96.5C.

 

Вероятно има какво още да се прави, особено когато грея кафемашината, но дори така, това отклонение от под половин градус е много-много по-добре от +-5 градуса при термостата, които освен това непрекъснато се колебаят и никога не се установяват. Тук, при изчакване от около минута и малко, температурата се утановява, в ракките на +-0.1C от заданието, което е супер.

Редактирано Март 19, 2021 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Сложих нещото в една Gaggia Espresso за тест с едно помощно 12V захранване. Още не съм й настройвал коефициенти на регулатора, но на снимката се вижда, че поддържа 96-97 градуса, а като пусна кафе, пада до около 94, което не е фатално. Като й сложа дебитомера, ще напиша алгоритъма, да подгрява с колкото е нужно по време на екстракцията, което, да се надяваме, ще увеличи още температурната стабилност. Още чакам датчици на налягането, но тествах PWM на помпата - работи, което вероятно значи, че не съм окепазил платката, което е пълна изненада! 

 Турих една голяма алуминиева подложка под платката, която контактува с дъната на триака и транзисторите посредством алуминиеви цилиндри  с диаметър 8мм през отвори в платката, като под 13005 има силиконова подложка, защото не е с изолиран корпус. Изглежда, да няма кой-знае какво загряване така. Очаква ме дописване на софтуер, а програмната памет е 69% пълна. 

Редактирано Март 20, 2021 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Ето правилните снимки! 

[CyberGene]

Много добре е станало! Ако направиш един-два флъша предварително, може би ще изравниш температурата в групата с тази в бойлера и сътоветно ще намалиш спада при екстракция или вече си го пробвал?

[Evtim Djerekarov]

То е преходен процес - тези спадове се наблюдават поне 5-10 секунди след като екстракцията е спряла, защото трябва време, да изстине цялата група. Според мен, ако добавям колкото е необходимоп енергия по време на екстракцията, тези спадове ще станат под 0.5-1 градус, което ще е идеално. Стабилизирането на температурата не е много лесно, когато машината се пуска студена, тогава има значителен пик, докато слезе около заданието. Ще видя, дали мога да оправя това с параметрите на PID, или по-скоро трябва да си имам различен режим, когато съм много далече от заданието, да пускам PID само когато сме близо, или пък да ограничавам максималната мощност, когато се приближаваме. По принцип, като знаем колко енергия сме приложили и как се променя температурата от това, може да направим приблизително изчисление за топлинния капацитет, от което можем да предвидим, колко време трябва да работи реотана на пълна мощност, и след това да спре, за да може да имаме пик там, където искаме, след което да предадем управлението на PID регулатора. Нещо такова мисля...

Редактирано Март 21, 2021 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Снощи направих за тест ограничение на мощността на PID-а (динамично нагласям OutputRange на PID-а) , когато е близо до (под) заданието. Нещо такова е:

• >= 40 градуса под заданието - макс 100%
• < 40 градуса под заданието - макс 90%
• < 30 градуса под заданието - макс 72%
• < 20 градуса под заданието - макс 54%
• < 10 градуса под заданието - макс 36%
• < 3 градуса под заданието - макс 18%
• Над заданието - макс 10%

Тези числа са съвсем опитни и мога да опитам, да ги променя, или да направя параметрично уравнение, така че, да може да се наглася някакъв удобен коефициент в настройките. PID-а работи тук, но с ограничение по мощност, все по-голямо, с приближаване на целта. Така при включване на машината се наблюдава постепенно намаляване на стръмността на покачване на температурата, докато се стабилизира. Времето за достигане на 93 градуса (от 22) е малко под 3 минути, което може би мога още малко да ускоря (до 2, примерно), но и така със сигурност е много по-добре, от Overshoot-а до близо 110 градуса, ако разчитам нa "оптимални" коефициенти на PID регулатора (поне според дълги Auto-Learn процеси, които пусках).

За да не се чака много възстановяване след кафе, когато помпата работи, аз добавям "мощност" под формата на сума в една променлива, която сума алгоритъмът "изразходва" под формата на изкуствено и императирвно увеличаване на мощността над тази, определена от PID регулатора, докато натрупването не се "изчерпи". Ако се сметнат правилно времеконстантите, може съвсем точно да се противопоставим на процесът на изстиване, който идва със закъснение след влизането на студена вода.

На практика процесът се държи инертно, като кондензатори, свързани през известно съпротивление. Реотанът може да се нагрее бързо, но отдава топлината на бойлера и водата известно време. ПО същият начин, водата известно време отнема топлина от бойлера. Експериментално чрез налучкване се постигат много добри резултати - понеже реотанът има достатъчна мощност дори да нагрява водата докато тя изтича, когато се подберат правилни константи, се получава Steady-state положение, което е в рамките на 0.5 градуса от заданието и се колебае около него, а пускането на 40ml кафе води или до незабележимо разколебаване, или до спад с около 1 градус, след което нарастване с 1 градус (или обратното - първо пик и после спад, в зависимост от това, дали сме подали по-малко или повече топлинна енергия, отколкото водата е отнела). Разколебаването се дължи на реакцията на PID регулатора.

Може би ще направя алгоритъм, който да прави приблизителна оценка на топлинния капацитет на системата, както и нейното Rth към външната среда (скорост на изстиване). Тези данни, заедно с времеконстантата на системата, могат да се ползват за да се предвиди колко енергия да се подаде, че да се доближим бързо до заданието, но да не го надскочим. Не съм специалист по термодинамика, та можете да помагате.

И моето налучкване дава отлични резултати, но ако трябва да споделям проекта, трябва алгоритъма да е хубав, с разбираеми входни параметри за настройка.

Редактирано Март 22, 2021 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Взех едно кафе, което се оказа малко по-фино смляно от необходимото, но въпреки това, направих една тестова екстракция на 93 градуса. Дойдоха и датчиците и като имам време ще вържа един и ще пробвам какво ще излезе с регулацията на налягането. ПОлзвам единична цедка, не знам дали ще изсветлява накрая с двойна, ще видя. Но във всеки случай, сега увеличавам мощността на помпата на 20% стъпки и това определено помага, да няма channeling (тази машина е с обикновен плапан с пружина и топче, без соленоид).

 

Мога със сигурност да кажа, че поддържането на точна температура прави ГОЛЯМА разлика във вкуса, честно казано по-голяма отколкото очаквах, тъй като досегашните ми машини бяха все с термостат (а тази на всичкото отгоре е от най-обикновените стари Gaggia, без соленоид и дори без клапан за налягането). Бях малко скептично настроен за значението на температурната стабилност, обаче сега дори ТЕЧЕНЕТО на кафето изглежда както трябва, което не знам каква връзка има с температурата.

Редактирано Март 22, 2021 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Ето още едно видео, на което по-добре се вижда теченето и "лавата":

 

[Evtim Djerekarov]

След като пристигнаха китайските датчици за налягане, и се оказа, че гайката на моя досегашен манометър пасва точно на датчика, реших да свържа целия наличен хардуер (Температурен сензор, сензор за налягане, водомер, купен на старо, датчик за ниво на водата с reed реле и магнитен поплавък, който още не ползвам).

Понаписах и софтуер за тях, макар още да е леко хаусче кода и да не съм свързал менютата.

Ето китайския датчик за налягане 0-500 psi:

Ето и турбинката (водомерчето, засега стилно прихванато с тел):

Това са двете части на сензора за ниво на водата, статичната и поплавъка:

Нагласих желаното налягане на 10 bar и си пуснах едно късо кафе, което сега автоматично спира, когато изтекат 40ml. Имам съмнение че предпазния клапан връща малко вода в резервоара, но ще видя тая работа. Може да се наложи, да го затегна. Сега има втори PID (предимно с голям интегриращ коефициент), който опитва да поддържа зададеното налягане, регулирайки мощността на помпата:

 

Редактирано Март 23, 2021 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

ХаОсче имах предвиТ... 

[SethPlate]

Отдавна не съм писал, просто защото нямаше нищо ново около мен и кафето. Днес обаче имам нещо интересно да ви покажа, което моля да не бъде приемано като реклама на продукт, защото не е. Искам да е ясно, че не съм обвързан по никакъв начин с производителя и не получавам афилиейт комисионни или други подобни. Просто споделям информация за новата си придобивка.

И така, успях да се сдобия с бройка от първата разработена самостоятелна кафемашина за котлон на фирмата 9Barista. Уникална джажа! Това нещо може да прави перфектно еспресо напрактика навсякъде, стига да имате смляно за еспресо кафе и нещо, на което да го нагреете. И не само прави еспресо, амо го прави и много консистентно и няма никакви отклонения между шотовете (стига само да не променяте едрината на смилане и начина на нагряване). Изработката на машината е 100% неръждаема стомана и е супер прецизна, с минимално допустимите луфтове. Това разбира се е отразено и в цената (около 250 паунда без ДДС в Англия, което докато дойде до вас си става около 700 лв ориентировъчно). Цената обаче си струва всяка стотинка и горещо препоръчвам на всеки, който има възможност да инвестира в такава машина (да, това е инвестиция, която ако се поддържа, ще ви надживее, защото освен уплътнения, друго няма какво да се амортизира в нея). Времето за направа на кафе от 0 е около 6 минути макс. Включвате котлона на максимум (при мен е степен 9) и в момента, в който чуете, че водата ври (чува се ясно), намаляте силата на огъня (при мен я намалям от 9 на 6) и след малко имате 100% автентично еспресо.

Ето и един клип на доста добър шот, който направих (от първия път, между другото, защото мелачката ми е настроена за еспресо машината ми)

 

За по-любопитните, повече клипове и подробности по темата има в Youtube (търсете 9barista espresso machine) и сайта на производителя.

Редактирано Март 24, 2021 от SethPlate

[synchu]

Гледах на Джеймс Хофман презентацията още миналата година и съм умерен оптимист - може би ще пробвам първо някъде и после ще се хвърля - засега пътуванията (то вече не че има толкоз) ги минавам с V60, което правилно направено, въобще не е толкова зле.

Идеята и очевидно изпълнението е супер