Jak už bylo napsáno dřív, při vaření piva bychom chtěli dodržet co nejlepší podmínky, proto průběh vaření svěříme (aspoň částečně) technice. Základem vaření je udržování správné teploty po správnou dobu, a při změně teploty (ohřívání) nepřekročení maximálního teplotního gradientu (doporučený nárůst 1°C/minutu).

Průběžné měření teploty klasickým teploměrem je pro zkušeného domovarníka dostačující a v pořádku, ale pokud se něco pokazí a pivo nechutná podle představ, mohlo by být užitečné se zpětně podívat, jestli vaření probíhalo tak jak probíhat mělo. Proto budou součástí varny dva snímače teploty - jeden snímač téměř u samého dna, druhý přibližně ve dvou třetinách výšky varné nádoby. Cílem je zjistit, jak se teplo přenáší obsahem, jestli se dílo místy nepřepaluje a jestli je míchání dostačující. Signál z čidel se zpracovává v malé řídící jednotce, na které se naměřené údaje zobrazují. Na řídící jednotce se nastaví požadovaná teplota a jednotka tak sama ovládá topení - buď formou nespojité regulace (zapnuto/vypnuto) pro elektrickou spirálu, nebo formou spojité regulace v případě topení plynem.

K ohřevu - aby nedocházelo k napalování díla na spirálu, bude potřeba ohřev elektrikou realizovat buď přes olejovou lázeň (nevýhoda-zpoždění regulace, ztráty, nižší efektivita…), nebo pomocí nerezové tepelné patrony (stále hledám vhodný typ). Lepší alternativou je vytápění plynem, i z hlediska regulace (plynulá, spojitá charakteristika). Nicméně zatím jsem neobjevil vhodný a bezpečný, elektricky regulovatelný plynový ventil. Budu rád za každý tip. Počítám, že prototyp bude vytápěn oběma způsoby pro účel testování.

[ obr. 1 - topné spirály - různé tvary, výkon stejný (2kW) ]

Protože po řídící jednotce toho chceme poněkud víc dovedností, je potřeba zajistit, aby jednotka:

- uměla zpracovávat měřená data

- uměla teplotu regulovat podle nastavené hodnoty

- uměla celý proces vaření vizualizovat (zobrazit měření, atd.)

- pokud dojde k nestandartní situaci (překročení teplot, výpadek topení, apod.), aby jednotka spustila alarm a upozornila obsluhu

- aby jednotka hlídala časy a recepturu vaření - aby sama hlídala navolený čas, po který je potřeba dodržovat stanovenou teplotu, a po vypršení tohoto času aby sama buď upozornila obsluhu, nebo aby pokračovala v nastavení a udržování další nastavené technologické teploty, například při indukčním vaření

- aby byla propojitelná a plně ovladatelná počítačem v případě, že by bylo potřeba vaření hlídat externím programem

Původně byla v plánu i idea, že by byly na paměťové kartě uložené různé receptury pro různá piva. Při spuštění varny by si pivovarník vybral recepturu a pak pokračoval podle pokynů na displeji jednotky (například "Nasyp šrot, naplň vodou a stiskni OK", atd.) Průběh vaření by tak byl plně automatický. Tento nápad bude časem rozvinutý, zatím se počítá spíše s řízením pomocí počítače připojeného do jednotky, nebo s prostou regulací teploty samotnou řídící jednotkou.

V současné době existují dva modely řídící jednotky - jedna jednoduchá, pro praktické nasazení a druhá, složitější, vývojová.

Aby bylo možné začít co nejdřív s testováním, postavil jsem malou jednotku, která měří dva teplotní údaje pomocí připojených čidel, tyto hodnoty pak dále vizualizuje na displeji. Obsahuje také potenciometr pro nastavení požadované teploty. Jako výstup slouží dvě integrované relé, které mohou spínat jak topné články, tak článek a míchadlo - dle potřeby. Spínaný výkon relátek je omezený a konstrukce pro spínání větších výkonů potřebuje úpravy, nicméně je možné relé využít i pro spínání výkonových stykačů, kterými se již výkonné ohřevy ovládat dají. Jednotka také obsahuje bzučák pro signalizaci alarmových stavů. Celou jednotku je možné připojit k počítači a plně tak vaření ovládat externě. O ovládání počítačem budu psát níže.

[ obr. 2 - malá řídící jednotka ]

Druhou zatím existující jednotkou je složitější, vývojový kit. Tak už obsahuje výkonnější řídící čip, obsahuje výstup pro tři spínané prvky (dva ohřevy, jeden motor míchadla například), obvod reálného času, bzučák, tlačítka pro ovládání zařízení, přepínač režimu (automatický/manuální/vzdálený pro ovládání připojeným počítačem), plně grafický displej a vstup na SD kartu s recepty vaření, případně pro zápis měřených hodnot do souboru. K zařízení je možné připojit až 64 teplotních čidel. Pro komunikaci s počítačem je možné využít sériovou RS-232 linku.

[ obr. 3 - vývojový kit. Nápis o chlupatých potvorách pochází ze souboru na připojené SD kartě a pomáhá mi určit, zdali funguje komunikace s SD kartou. Mimochodem, Chicco=kočka, Bubla=pes :-) ]

K většímu vývojovému kitu jsem si postavil reléovou desku, kterou řídí na jedné straně 3X 5V signál, na straně druhé je výstupem přímo 230V. Deskou zatím řídím výkony do 3kW, pro výkony vyšší je třeba vyrobit/nasadit profi řešení se stykači, ochranami a dalšími souvisejícími záležitostmi. Nicméně nejde o nic neřešitelného.

Protože jsem na začátku potřeboval jednoduše ověřit možnosti naprogramované PID regulace a nechtěl jsem x-krát do hodiny ohřívat vodu kvůli pokusu, zneužil jsem lampičku jako malý fyzikální model varného kotle:

[ obr. 4 - malý, jednoduchý fyzikální model varny pro ověření regulačních schopností řídící jednotky ]

Jak je vidět, na lampičce jsou dva teplotní snímače - jeden dole, druhý nahoře. Žárovka slouží jako náhrada topného členu. Regulátor spíná topení (žárovku), ta ohřívá hrnec (stínítko lampičky) odspodu. Teplo se šíří tělesem stínítka jako by se šířilo ohřívaným dílem a já tak zjišťuju, jestli mi regulátor zabírá, jak potřebuju. Pro nasazení regulace do reálného prostředí musím jen upravit pár parametrů, ale to podstatné funguje.

Na závěr ještě popíšu způsob komunikace řídící jednotky s počítačem - ta se realizuje pomocí sériové linky protokolem Modbus. Jde o jednoduchý, široce rozšířený protokol a umožňuje každému šikovnému domovarníkovi, napsat si pro ovládání varny svůj vlastní program. Řídící jednotka může fungovat i bez počítače, ale já takovou možnost chci - do počítače si tak můžu mimo ovládání také ukládat naměřené teploty a v grafu se tak můžu zpětně podívat, jak vaření probíhalo a jestli nedošlo k nějakému excesu.

Momentálně vše vyvíjím v prostředí I/A Series. Jde o komplexní řídicí systém, který se u nás běžně používá například v rafinérských provozech, v elektrárnách a dalších průmyslových odvětvích. Jde o velmi kvalitní řešení, nicméně pro domácí použití mohu doporučit například Promotic (http://www.promotic.eu/cz/index.htm) - je v českém jazyce, umí Modbus komunikaci, lze si v něm snadno kreslit grafiku a v základní, volně stažitelné verzi, je možné využívat až 30 proměnných, což by mělo pro naše účely stačit.

[ obr. 5 - Základní přehled parametrů řízení pomocí I/A Series ]

[ obr. 6 - Začátek vývoje řízení pomocí prostředí Promotic ]

V dalším příspěvku víc popíšu samotnou varnu, vše už by mělo snad i mít nějakou vyšší štábní kulturu a už by vše mělo i připomínat hotovější koncept. Budu rád za Vaše postřehy, nápady, kritiku, ale třeba i nabídku spolupráce. Jsem na mailu jan@starovic.com