Fernsteuerung von Leistungsstellern mit Raspberry Pi

[Thomas (Gast)]

Hallo Zusammen,

Ich verwende an drei Stellen im Haus eine elektrische Heizung mittels 
230V Heizband (von der Art her eine Rohrbegleitheizung, es wird aber 
kein Rohr beheizt), die im Interesse eines geringen Stromverbrauches 
jeweils auf einen individuellen Temperatur Sollwert geregelt werden 
soll. Die maximale Leistung pro Heizband beträgt etwa 60W. Die 
Impulsantwort des Regelkreises liegt im Bereich von Stunden.
Zur Regelung möchte ich einen zentral verbauten Raspberry Pi B 
verwenden. Die Kabellänge zwischen Raspberry und 1-wire Temp.sensoren an 
den Heizstellen beträgt bei Sternverkabelung ca. 15..20m. Als 
Temperatursensoren kommen die üblichen 1-wire Typen DS18S20 zum Einsatz.
Für die Steuerung der Heizbandleistung überlege ich, welches die 
aufwandsärmste Lösung wäre. Ich sehe folgende Möglichkeiten:

Direkte Ansteuerung eines Halbleiter Relais (SSR, z.B. Carlo Gavazzi, 
RP1A23D3: 
http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C300/RP1A48D5%28280207%29.ger.pdf) 
mittels eines PWM-artigen Triggersignals, wobei die Periodendauer im 
Bereich von ein paar Sekunden liegen könnte, so dass sich 
Ungenauigkeiten (hoffentlich nur im <500ms Bereich) durch das sonst 
nicht PWM geeignete RPi OS nicht nennenswert auswirken.

Ansteuerung eines Dimmers, z.B. dieses Exemplar: 
https://www.voelkner.de/products/82930/Dc-Gesteuerter-Dimmer-Bs.html
Hierzu müßte ich entweder eine PWM vom RPi tiefpaß filtern oder ich 
müßte einen DAC ansteuern.

Da die Leistungssteller (Dimmer / SSRs) nahe der beheizten Stellen 
liegen, stellt sich die Frage, wie das Steuersignal vom zentral 
gelegenen RPi zu den Stellern kommt. Wegen der relativ langen 
Leitungslänge und dem resultierenden Störeinfluß möchte ich ungern am 
RPi eine Gleichspannung erzeugen und diese dann bis zu den Dimmern 
übertragen. Hier sehe ich bisher folgende Möglichkeiten:

1.  One-wire Bus: Der wird wegen den Temp.sensoren ohnehin schon zu den 
Heizstellen geführt. Hier könnte ich den DS2408 8-port Switch verwenden, 
der anscheinend vom RPi bzw. dem Modul w1-ds2408.c unterstützt wird. Mit 
dem DS2408 ließe sich ein einfacher DAC aufbauen gemäß dieser 
Application Note von Maxim: 
https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4627
Mit dem ließe sich der o.g. Dimmer steuern. Nachteil dieser Lösung sind 
die höheren Kosten für den Dimmer und die Notwendigkeit, eine Schaltung 
und Stromversorgung für den DS2408 zu entwerfen und aufzubauen sowie 
eine Pegelanpassung zwischen dem DS2408 (5V) und dem Dimmer (12V).

2.  Niederfrequente PWM: Bei einer PWM mit einer Periodendauer im 
Bereich von sagen wir mal 2..3s dürfte die mögliche Störabstrahlung über 
die ca. 15..20m Kabellänge bis zu den SSRs m.E. nach keine Rolle 
spielen.
Vorteil: Geringere Kosten für die SSRs im Vergleich zum Dimmer, kein 
nennenswerter HW Entwicklungsaufwand. Nachteil: Zusätzliches Kabel oder 
zusätzliche Adern im Kabel zum Leistungssteller erforderlich. Außerdem 
muß der RPi permanent Steuersignale zu den Stellgliedern aussenden. Das 
würde für die Lösung (1) entfallen, weil nur Änderungen signalisiert 
würden.

Ich tendiere momentan, vor allem aus Zeitgründen, zu (2). Sieht jemand 
weniger aufwändige oder insgesamt bessere Lösungen oder gibt es mit (2) 
Probleme, die ich bisher nicht erkannt habe?

Danke und Grüße
Thomas

[bier16v (Gast)]

> Die Sprungantwort liegt im Bereich von Stunden.
Was heizt du mit den 60W auf, und welche Temperaturschwankungen sind 
erlaubt? Bist du dir sicher, dass du da für z.B. 2 Sekunden ein und für 
2 Sekunden wieder ausschalten musst...
Je nach Anzahl der Schaltzyklen, könntest du ein normales Relais 
verwenden, für 60 W sollte da auch günstig sein.
Muss es ein PI-Regler sein, oder würde eine 2 Punkt Regelung auch 
genügen?

Thomas schrieb:
> Außerdem muß der RPi permanent Steuersignale zu den Stellgliedern aussenden

Keine Sorge, der macht das ohne groß zu jammern ;-)

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Lösung 2 klingt doch sinnvoll. Allerdings ist es immer ratsam, die GPIOs 
des RPi zu buffern und nicht direkt auf 20m lange Leitungen zu schicken 
- immerhin gehen die direkt ins Herz des Broadcom und eine 
Spannungsspitze von der Leitung schickt ihn dann zu den Engelein.