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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frage Regelungstechnik Wassertemparatur regeln


Autor: D. S. (jasmin)
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Hallo,

ich muß die Wassertemparatur eines Behälters mit ca. 250 Litern konstant 
halten. Temperaturbereich soll zwischen circa 20 und 30 Grad liegen 
können.
Heizleistung ca. 200 Watt Umgebungstemparatur ca. 15 bis 30 Grad.

Das System soll eine Regelgenauigkeit von +/- 0,5 Grad oder besser 
einhalten können.

Alles in allem wohl ein recht träges System

Wer jetzt glaubt es sei ein Aquarium der liegt richtig.

Da ich von Regelungstechnik wenig Ahnung habe stelle ich die Frage an 
die Profis.

Reicht hier ,
1) ein einfacher 2 Punktregler,
2) oder besser eine Proportionalsteuerung,
3) oder gar ein PID-Regler o.ä.


Sind die letzten beiden Vorschläge technischer Overkill ?

Können wird das einmal technisch, sachlich und pragmatisch diskutieren ?

Danke für Eure Anregungen.

Dietmar

Autor: Horst (Gast)
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Hi Ditmar,
ich würde da nicht so viel Aufwand betreiben. Für die meisten Fische ist 
es sogar gut wenn die Temperatur um ein paar Grad schwankt, da sie dann 
wiederstandsfähiger sind. Außerdem gibt es in der Natur niergends 
ähnliche konstante Bedingungen.
Meiner Meinung reicht also ein simpler 2Punktregler aus.
Viele Grüße
Horst

Autor: Zacc (Gast)
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Die Frage ist eher wie man misst. Und wo man misst. Wenn man an einem 
Ende heizt und am anderen Ende misst, kann man etliche Grad Differenz 
haben.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Aber dir ist schon klar, dass 200W etwa 1,5Stunden benötigen um 250kg 
Wasser um ein Grad zu erwärmen?

Autor: Jens (Gast)
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Aber wenns erstmal warm ist wirds auch ned schnell kalt :D
Senf dazugeb

Gruß Jens

Autor: Jens (Gast)
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Ok, natürlich war nicht damit gemeint dass 200W Heizleistung genug ist, 
manche leute gehen da von bis zu 300W aus.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Wo steht denn das Aquarium? Im Wohnzimmer sollte es doch so um die 22°C 
haben. Dann brauchst du auch nicht viel zu heizen.
Ansonsten: Wasser abpumpen, über den Heizstab leiten und wieder 
zuführen. Ein Dreipunkt-Schrittregler (PI-Regler) wäre dafür geeignet.
Was machst du aber wenn das Wasser zu warm wird? Irgendwie muss dann ja 
gekühlt werden. Das wäre im Falle einer negativen Regelabweichung.

Autor: D. S. (jasmin)
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Ich komme mit 200 Watt sehr gut hin.

In den Aquaristik Foren gibt es mengenweise Leute, welche behaupten 
schon die tollsten mc Regelungen gebaut zu haben. Bei Nachfragen gibts 
dann nie Antworten; glaube die reden einfach nur viel.
Ich werde alles offenlegen, vielleicht ergibt sich dann für andere eine 
verlässliche Nachbauquelle.

Das System soll dabei völlig "offen" sein, so dass jeder seinen Senf 
dazu geben kann und vielleicht einen schöne Alternative zu den 200-300 € 
Lösungen im Fachgeschäft gibt.

Wenn jemand Anregungen und Vorschläge hat, dann beteiligt Euch bitte.

Ein erstest Basissystem habe ich schon aufgebaut. Basiert auf einem 
Atmega8 (wenns zu eng wird kommt halt ein grösserer Controller zum 
Einsatz), ein 4X20 LCD Display, einem Drehgeber, DS1820 Auswertung, und 
einer RTC für Zeit.

Habe auch schon ansatztweise eine "Schleppregelung" für einen 
Bodenheizer implementiert; der Stabheizer kommt immer nur zum nachregeln 
zum Einsatz.

Interesse am (Bascom) Code ?

Dietmar

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Was macht der Drehgeber im/am Aquarium?

Autor: D. S. (jasmin)
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Standort im Wohnzimmer, was auch die Grundlage der Überlegungen sein 
sollte.
Wenns im Wohnzimmer zu warm ist, stellt das einen Sonderfall dar, 
welchen ich nicht berücksichtgen möchte; natürlich schaltet die Heizung 
dann ab ;-).

Sollte jemand sein Aquarium im Keller haben, so kann es natürlich auch 
schon kühler sein.
Im Winter habe ich morgens schon einmal 12-15 Grad kaltes Wohnzimmer.

Das läßt sich natürlich über die Leistung des Heizers regeln und stellt 
für die grundsätzlichen Fragen kein Problem dar.

Aquarien sind in der Regel auch gut "Wasserbewegt" was eine gute 
Durchmischung und Temparaturgleichheit gewährleistet.

Autor: D. S. (jasmin)
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Matthias L. wrote:
> Was macht der Drehgeber im/am Aquarium?

Bitte ernst bleiben ;-); der Controller schwimmt übrigens auch nicht im 
Wasser.

Der Drehgeber ist zur Eingabe von Regelwerten etc. da.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Hier zum Thema Regelung:
Beitrag "PID-Regler mit anti-Windup"
Kannst den PWM ja so langsam wie möglich machen. ;)

Autor: Thilo M. (Gast)
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Evtl. auch ein hilfreicher Link:
http://www.control-technology.de/ct/pid01.html

Autor: Peter Dannegger (peda)
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0,5° wirst Du nicht einhalten können, der Unterschied im Wasser wird 
schon 5° betragen.

Es sei denn, Du baust ne Fußbodenheizung (dicke Kupferplatte unter die 
gesamte Bodenfläche) und komplette Styroporisolation an den Seitenwänden 
ein.
Oder nen kräftigen Quirl in der Mitte.

Die Regelung selber sollte sehr träge sein und möglichst wenig 
Luftbewegung an den Flächen (keine Zugluft).

Sinnvoll wäre auch ein Lufttemperatursensor, um die benötigte 
Heizleistung im Voraus abschätzen zu können.

Ich weiß jetzt nicht, ob die Fische selber Energie erzeugen 
(Temperaturanstieg nach Fütterung?), die den Regelkreis beeinflussen 
kann.


Peter

Autor: Thilo M. (Gast)
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Die (wohl vorhandene) UV-Lampe oben dran dürfte auch nicht zu verachten 
sein. Da ist auch schon ein Wärmeeintrag vorhanden (schichtet sich bei 
wenig Umwälzung von oben nach unten)

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Oder nen kräftigen Quirl in der Mitte

Fische

Autor: D. S. (jasmin)
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@ Peter

Wie beschrieben, habe ich ja schon so einen Basisentwurf fertig gemacht 
und auch schon praktisch getestet.

250 Liter Wasser sind in der tat ungemein träge !!!

Ich habe mit einem normalen Aquarienthermostat keinerlei Abweichungen 
bei der Temperatur feststellen können (optische Ablesung). Die Software 
arbeitet als 2 Punktregler. Führend ist die Bodenheizung mit ca. 50 
Watt, der Stabheizer kommt nur zum Einsatz, wenn die Isttemperatur zu 
stark von der Solltemperatur abweicht, die 50 Watt also nicht reichen 
(ich habe hier mit 0,5 Grad max. Differenz gearbeitet).

Wie es scheint ist das Regelverfahren also völlig ausreichend.

Ich denke ich bleibe also dabei.

Wieso glaubtest Du das die Temp. um 5 Grad schwanken würde ?

Dietmar

Autor: Thilo M. (Gast)
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Wie gesagt, regle die Temperatur des Wassers, das du über den Filter 
ziehst das, welches zurückgespeist wird). Dauert zwar, aber schnelle 
Änderungen mögen deine 'Quirl'-Fische eh' nicht. ;)

Autor: Gast (Gast)
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@Peda
>>Ich weiß jetzt nicht, ob die Fische selber Energie erzeugen
Fische sind wechselwarm ! Also kann nur die dissipative kinetische 
Energie miteinbezogen werden, die mit Sicherheit vernachlässigbar ist 
....

Autor: D. S. (jasmin)
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Thilo M. wrote:
> Wie gesagt, regle die Temperatur des Wassers, das du über den Filter
> ziehst das, welches zurückgespeist wird). Dauert zwar, aber schnelle
> Änderungen mögen deine 'Quirl'-Fische eh' nicht. ;)

Das Wasser, dessen Temp.g eregelt wird, IST das Wasser welches durch den 
Filter läuft ;-).

Das Wasser im Filter ist in kurzer Zeit (1-2 Minuten) ausgetauscht.

Das Wasser im Filter zu Heizen / Messen ist schon rein mechanisch ohne 
große Umbauten nicht zu realisieren und fällt daher aus flach.


Also wie gesgt mit der 2 Punktregelung klappt das hervorragend; braucht 
also nicht weiter thematisiert zu werden.....Danke !

Autor: Thilo M. (Gast)
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Alles klar! :)

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Dietmar S. wrote:

> Wie es scheint ist das Regelverfahren also völlig ausreichend.

Dann hast Du doch schon die Lösung.


> Wieso glaubtest Du das die Temp. um 5 Grad schwanken würde ?

Ich meinte lokale Unterschiede im Wasser, d.h. ob man oben oder unten, 
in der Mitte oder an den Ecken mißt.

Wo mißt Du denn die Temperatur?


Peter

Autor: David (Gast)
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irgendwie kauf ich dir nicht ab das man da keien temperaturdifferenz 
misst...
meine gerade wenn deine lampen, welche einige leistung in wärme 
verbraten laufen, müsste doch das wasser zuobest wärmer sein als ganz 
unten...

grundsätzlich sollte die lampen in deine berechnung einfliessen... ein 
kolleg von mir hat dafür einen venti montiert, damit das wasser im 
sommer nicht zu warm werden kann...

Autor: Dietmar E (Gast)
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>  irgendwie kauf ich dir nicht ab

Vieleicht sollest Du es noch mal lesen.

Autor: D. S. (jasmin)
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Peter Dannegger wrote:
> Dietmar S. wrote:
>
>> Wie es scheint ist das Regelverfahren also völlig ausreichend.
>
> Dann hast Du doch schon die Lösung.
>

Mit Ideen/Erfahrung vieler könnte man ja noch optimieren, oder 
Erweiterungsvorschläge bekommen.


>
>> Wieso glaubtest Du das die Temp. um 5 Grad schwanken würde ?
>
> Ich meinte lokale Unterschiede im Wasser, d.h. ob man oben oder unten,
> in der Mitte oder an den Ecken mißt.
>
> Wo mißt Du denn die Temperatur?
>
>
> Peter

Wenn ich die Temparatur direkt über dem 150 Watt Stabheizer messe, dann 
gibts natürlich ein Chaos...;-)

Ich messe Breich des ausströmenden Filterwassers, also an der 
gegenüberliegenden Seite des Beckens.
Der Stabheizer ist in der Nähe des Ansaugstutzens angebracht.
Weil der Filter das Wasser gut in Bewegung hält ist auch alles recht 
homogen durchmischt.
Ausserdem läuft meist die Bodenheizung, welche über die gesamte 
Bodenfläche verteilt ist.

Vielleicht hänge ich mehrere DS1820 ins Becken und berechne den 
Mittelwert der Temparatur ?

Oder ich berechne einen "gleitenden Mittelwert"; daher eine Zeitlang 
(mehrere Minuten) messen und erst dann regeln. So wäre noch eine 
"Trägheitskomponente" im Regelkreis.

Autor: Aquarium Besitzer (Gast)
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> Ich meinte lokale Unterschiede im Wasser, d.h. ob man oben oder unten,
> in der Mitte oder an den Ecken mißt.

Wenn ich irgendwelche Wassermittel, sei es Dünger oder dergleichen in 
das Becken gebe, sieht man an der leicht Trübenden Wirkung wie es sich 
in ein paar Minuten im ganzen Becken verteilt.

Die Temperatur Unterschiede sollten wohl sehr gering sein, guten 
Wasswerumlauf vorausgesetzt.

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