Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wärmepumpe: NTC durch Digi-Poti ersetzen


von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Hallo,

meine Buderus WPL 8 ART mit HCM300 Regler hat zwar eine API über LAN mit 
der ich die Leistung (im wesentlichen: VL-Temp) beeinflussen kann, 
indirekt über die VOrgabe einer Raum-Soll-Temperatur.

Im Kühlbetrieb funktioniert das leider nicht, da nimmt der Regler keine 
Werte von der API an, nur vom manuellen Bedienelement. Das Verhalten ist 
spezifiziert und hanebüchen begründet...

Ich will aber im Kühlbetrieb trotzdem extern eingreifen - weder kennt 
die Heizung reale Raumtemperaturen noch verwendet sie diese. Auch 
Verfügbarkeit von PV-Energie spielt eine Rolle. Kurzum... ich will über 
den Weg, der Heizung einen VL-IST-Wert vorzugaukeln in die Regelung 
eingreifen. Den Sollwert kenne ich, also kann ich durch geschicktes 
Setzen des IST-Wertes An/AUS als auch den Modulationsgrad beeinflussen.

Der Sensor ist ein NTC und wie in der Anlage beschrieben.

Mit einem AD5170 mit 256 Positionen und 50k müsste es auf jeden Fall 
hinhauen, mit 10k + 5k Serienwiderstand eigentlich auch, ich brauche 
keine Temps <15 ° und > 40° (Selbst WENN ich im Heizbetrieb regeln 
wollen würde.. FBH ist auf 30° ausgelegt)

Die Genauigkeit mit ca 40Ohm sollte dann ausreichend sein.

Die Abfragespannung der Heizung - gemessen per Multimeter an offenen 
Klemmen (also ohne NTC) liegt bei 5V.

Was ich mich jezt noch Frage ist, ob ich eine galvanische Trennung 
brauche.
Der µC wird an KNX angeschlossen - SELV. Hier sollten keine Verbindungen 
in andere Potentiale vorhanden sein. Wie ist so ein Digitalpoti 
aufgebaut? Sind die intern getrennt?

Am einfachsten wohl ein isolierter DC/DC und ein Adum1250 fürs I2C..

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Dom S. schrieb:
> Wie ist so ein Digitalpoti aufgebaut? Sind die intern getrennt?
Nein. Üblicherweise ist das erlaubte Potential der 3 Potianschlüsse auf 
den GND und die Versorgung des Chips bezogen.

> Am einfachsten wohl ein isolierter DC/DC und ein Adum1250 fürs I2C..
Wenn du das Poti tatsächlich willst, wirds mit arg viel weniger nicht 
gehen.

Evtl. könntest du auch was mit einem linearen Optokoppler (wie z.B. 
HCNR200) machen, das geht sogar hinreichend gut mit beliebigen Dual bis 
Quad-Optokopplern und einer Reihenschaltung der beteiligten LEDs.

Ein völlig potentialgetrennter Ansatz: wenn du kühlen willst, dann 
könntest du ja auch den Istwert-NTC mit einem passenden Widerstand ein 
wenig heizen...  ;-)

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Lothar M. schrieb:
> Dom S. schrieb:
>> Wie ist so ein Digitalpoti aufgebaut? Sind die intern getrennt?
> Nein. Üblicherweise ist das erlaubte Potential der 3 Potianschlüsse auf
> den GND und die Versorgung des Chips bezogen.
>
>> Am einfachsten wohl ein isolierter DC/DC und ein Adum1250 fürs I2C..
> Wenn du das Poti tatsächlich willst, wirds mit arg viel weniger nicht
> gehen.
Ja das dachte ich mir. Und eigentlich ist der Bauteilaufwand auch kein 
Problem für so ein Einzelstück.
Sowohl Adum als auch DC/DC müsste ich sogar da haben. Oder ich bau mir 
mal einen kapazitiv getrennten DC/DC, das wollte ich auch mal 
ausprobieren.

Lothar M. schrieb:
> Evtl. könntest du auch was mit einem linearen Optokoppler (wie z.B.
> HCNR200) machen, das geht sogar hinreichend gut mit beliebigen Dual bis
> Quad-Optokopplern und einer Reihenschaltung der beteiligten LEDs.
bestimmt. Nur bin ich bei allem Analogen nicht so fit ich habs lieber 
digital.. für größere Stückzahen sicher interessant wg. Bauteilaufwand.

Lothar M. schrieb:
> Ein völlig potentialgetrennter Ansatz: wenn du kühlen willst, dann
> könntest du ja auch den Istwert-NTC mit einem passenden Widerstand ein
> wenig heizen...  ;-)
äh ja. Genau. Aktuell schalte ich mit einem Kippschalter einen 
Widerstand parallel um der WP eine höhere VL-Temp zu simulieren. Da 
wollte ich jetzt aber ein wenig smarter machen ;)


Außerdem überlege ich ob ich über Reed-Wechsel-Relais das so aufbaue, 
dass der NTC spannunglos ganz normal mit der Heizung verbunden ist und 
nur bei aktiver Ansteuerung der Relais umgeschaltet wird...
Ist nämlich nicht ganz risikofrei der Eingriff...

von Me (Gast)


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Nicht ganz elegant, aber galvanisch getrennt:
Modellbauservo an ein Drehpoti koppeln.

von H. H. (Gast)


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Bau dir ein Digitalpoti aus ein paar Widerständen und Relais.

von temp (Gast)


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Dom S. schrieb:
> äh ja. Genau. Aktuell schalte ich mit einem Kippschalter einen
> Widerstand parallel um der WP eine höhere VL-Temp zu simulieren. Da
> wollte ich jetzt aber ein wenig smarter machen ;)

Dann nimm doch ein paar Optokoppler und bau dir mit geeigneten 
Widerständen einen DA Wandler selbst. Einen Kanal kannst du dann für den 
NTC verwenden. Solle die Sättigungsspsnnung der Ausgangstransistoren 
Probleme machen, es gibt auch OK mit Mosfet Ausgang.
Ich gehe mal davon aus, auf mehr als 2 Grad Genauigkeit kommt es dabei 
eh nicht an. Das sind dann bei deinem 15-40° max. 4 oder 5 bit.
Ein kleiner Maikäfer deiner Wahl, ein paar Widerstände und ein paar 
Wald- und Wiesen Optokoppler reichen. Galvanische Trennung incl., 
Ansteuerung per UART, I2C, CAN oder was auch immer. Eventuell hat ja 
dein Controller ohnehin ein paar Ausgänge übrig.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Wenn das im Bereich liegt, könnte man auch einen LDR benutzen, entweder 
parallel zum NTC oder umschaltbar. Beleuchten dann mit grüner oder 
orangener LED. So ein LDR hat einen sehr hohen Dunkelwiderstand und 
kommt bei voller Beleuchtung so in die Gegend von 1k-2k.

von Wolfgang (Gast)


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Dom S. schrieb:
> äh ja. Genau. Aktuell schalte ich mit einem Kippschalter einen
> Widerstand parallel um der WP eine höhere VL-Temp zu simulieren.

Ein parallel geschalteter Widerstand ist etwas anderes als ein 
Heizwiderstand. Der parallel geschaltet Widerstand ist nicht galvanisch 
getrennt, weil er zum Parallelschalten potentialmäßig mit dem NTC 
verbunden ist.

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Wolfgang schrieb:
> Dom S. schrieb:
>> äh ja. Genau. Aktuell schalte ich mit einem Kippschalter einen
>> Widerstand parallel um der WP eine höhere VL-Temp zu simulieren.
>
> Ein parallel geschalteter Widerstand ist etwas anderes als ein
> Heizwiderstand. Der parallel geschaltet Widerstand ist nicht galvanisch
> getrennt, weil er zum Parallelschalten potentialmäßig mit dem NTC
> verbunden ist.

Ein Parallelgeschalteter Widerstand bringt aber auch keine zusätzlichen 
Potentiale ein, so dass eine galvanische Trennung absolut nicht 
notwendig ist.
Der Unterschied ist mir schon klar - ich wollte damit nur sagen - ein 
Low-Tech Lösung hab ich schon, jetzt soll es etwas smarter werden.

von Wolfgang (Gast)


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Dom S. schrieb:
> Der Unterschied ist mir schon klar - ich wollte damit nur sagen - ein
> Low-Tech Lösung hab ich schon, jetzt soll es etwas smarter werden.

Was hat "smart" mit der Art der Ist-Wert-Vorgaukelung zu tun. "Smart" 
spielt sich eher zwei oder drei Systemebenen höher ab. Wie das 
Steuerglied für den Ist-Wert realisiert ist, spielt dafür überhaupt 
keine Rolle.

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Wolfgang schrieb:
> Dom S. schrieb:
>> Der Unterschied ist mir schon klar - ich wollte damit nur sagen - ein
>> Low-Tech Lösung hab ich schon, jetzt soll es etwas smarter werden.
>
> Was hat "smart" mit der Art der Ist-Wert-Vorgaukelung zu tun. "Smart"
> spielt sich eher zwei oder drei Systemebenen höher ab. Wie das
> Steuerglied für den Ist-Wert realisiert ist, spielt dafür überhaupt
> keine Rolle.

doch. weil eine negative Beeinflussung nicht möglich ist, der 
Kühlwiderstand wurde noch nicht erfunden.
Ok - wurde er irgendwie doch. Aber ein Peltier-Element will ich da jetzt 
nicht einbauen...

von Wolfgang (Gast)


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Dom S. schrieb:
> doch. weil eine negative Beeinflussung nicht möglich ist, der
> Kühlwiderstand wurde noch nicht erfunden.

Wenn du einen NTC beheizt, verringert sich der Widerstand. Und wenn du 
vorher noch einen Widerstand in Serie schaltest, kannst du ihn vom 
ungestörten Wert in beide Richtungen beeinflussen. Was ist dein 
eigentliches Problem, außer der Software?

von Helge (Gast)


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Ich hatte die Problemstellung so verstanden, daß nur eine höhere 
Temperatur sinumliert werden soll. Dafür ist die LDR-Lösung wirklich gut 
geeignet.

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Helge schrieb:
> Ich hatte die Problemstellung so verstanden, daß nur eine höhere
> Temperatur sinumliert werden soll. Dafür ist die LDR-Lösung wirklich gut
> geeignet.

Ja, das glaub ich dir.
Nein, für eine gute Lösung müssen auch niedrigere Temperaturen simuliert 
werden. Und das auch relativ präzise.

Ich hole kurz aus:
Der Regler der Wärmepumpe regelt relativ zügig auf seine 
SOLL-VL-Temperatur.
Wird die dann unterschritten, moduliert er runter, weicht dann die 
IST-VL-Temp zu sehr nach unten ab, schaltet er aus.

Das Verhalten ist widersinnig - denn: Bei Kühlung über die FBH ist vor 
allem eine konstante Kühlung - Wärmeentzug aus dem Estrich in den 
Heizkreis - wichtig.

Also will ich:

1) Wenn ich die WP starten will:  VL-IST >= VL-SOLL + 3K (sonst legt sie 
nicht los)
2) Dann startet die WP mit 50% Modulationsgrad (4kW Kälteleistung, ca.). 
Jetzt soll sie ASAP auf den minimalen Modulationsgrad runter - dazu 
simulieren ich dann eine VL-IST = VL-SOLL -0.5K
3) Ist der gewünschte Mdulationsgrad erreicht, wird VL-IST = VL-SOLL 
simuliert.
So lange, bis aufgrund zu niedriger VL-Temp oder externer Bedingungen - 
Raumtemp, PV-Energie etc. die Kühlung beendet werden soll.



Es waren hier einige schlaue und interessante Ansätze dabei.
Was für mich aber auch zählt ist, was ich gut umsetzen kann und wo ich 
mich weniger einarbeiten muss.

Die Idee mit dem Modellbauservo und einem Drehpoti hat es mir auch 
angetan!
Nachteil: Verschleiß und Genauigkeit.

Ich denke ich nehm den Digitalpoti und trenne den einfach galvanisch. 
Ist ja kein Hexenwerk.

von Weingut P. (weinbauer)


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Ist halt auch mit Vorsicht zu genießen die Kühlung per FBH, kann auch 
viel Kondenswasser entstehen, Du solltest die %RF mit berücksichtigen.

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Weingut P. schrieb:
> Ist halt auch mit Vorsicht zu genießen die Kühlung per FBH, kann auch
> viel Kondenswasser entstehen, Du solltest die %RF mit berücksichtigen.

eh klar. Daher läuft zur Entfeuchtung auch ein mobiles Klimagerät. Hab 
ich letztes Jahr zu Saisonende bei Lidl sehr günstig bekommen.
So macht es erst richtig Spaß, sonst hatte ich im imm Luftfeuchten >60%, 
da gibts schnell Kondensat. Jetzt 45-50%... Taupunkt liegt bei 11,5° 
aktuell.

von Wolfgang (Gast)


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Dom S. schrieb:
> Jetzt soll sie ASAP auf den minimalen Modulationsgrad runter - dazu
> simulieren ich dann eine VL-IST = VL-SOLL -0.5K

Im Zusammenhang mit einer FBH, die im Estrich liegt, spielt sich ASAP im 
Bereich Stunden bis Tage ab. Also nur keine Hetze.

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Wolfgang schrieb:
> Dom S. schrieb:
>> Jetzt soll sie ASAP auf den minimalen Modulationsgrad runter - dazu
>> simulieren ich dann eine VL-IST = VL-SOLL -0.5K
>
> Im Zusammenhang mit einer FBH, die im Estrich liegt, spielt sich ASAP im
> Bereich Stunden bis Tage ab. Also nur keine Hetze.

Nein, ganz so träge ist das System nicht. Ich kenne meine Wärmepumpe und 
FBH sehr gut, ich beschäftige mich viel damit und zeichne auch alle 
Daten auf, analysiere die Diagramme etc...
Aber ja, für ASAP reichen ein paar Minuten. Ist es länger, dreht wie 
Wärmepumpe aber erstmal auf und nicht ab. Ist eher ein Thema der 
internen Regelung statt der Physik.

Fakt ist: Beste Kühlleistung bei höchstem Komfort besteht, wenn die WP 
möglichst lange bei möglichst kleiner Leistung läuft.
Und dafür muss sie nach dem Anlauf schnell auf Minimum runter.

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