Änderungen

Ein '''proportional–integral–derivative controller''' ist ein Reglertyp der im Bereich der Espressomaschinen zur Regelung der Brühwassertemperatur eingesetzt wird. Die Bezeichnung steht dabei nur für einen bestimmen strukturellen Aufbau des Reglers, die technische Realisierung kann ganz unterschiedlich sein. Er wird oft in Dualboilermaschinen verbaut und ist z.Z. die einzig angewandte Möglichkeit konstante Brühwassertemperatur innerhalb eines Kelvin unabhängig vom Volumen zu erzeugen.

Ein '''proportional–integral–derivative controller''' ist ein Reglertyp, der im Bereich der Espressomaschinen zur Regelung der Brühwassertemperatur eingesetzt wird. Die Bezeichnung steht dabei nur für einen bestimmen strukturellen Aufbau des Reglers, die technische Realisierung kann ganz unterschiedlich sein. Er wird oft in Dualboilermaschinen verbaut und ist z.Z. die einzig angewandte Möglichkeit, konstante Brühwassertemperatur innerhalb eines Kelvin unabhängig vom Volumen zu erzeugen.

Der Name leitet sich aus den drei Regleranteilen ab, welche in jeweils unterschiedliche Weise auf eine Regelgrößenabweichung reagieren.  

Der Name leitet sich aus den drei Regleranteilen ab, welche in jeweils unterschiedliche Weise auf eine Regelgrößenabweichung reagieren.  

Der '''Integralteil''' summiert fortlaufend die vorhandene Regelabweichung auf und diese wirkt dann ebenfalls über einen Faktor (dem I-Anteil) auf die Stellgröße.

Der '''Integralteil''' summiert fortlaufend die vorhandene Regelabweichung auf und diese wirkt dann ebenfalls über einen Faktor (dem I-Anteil) auf die Stellgröße.

Der '''Differenzialteil''' nimmt nur die Änderung also die Geschwindigkeit der Reglerabweichung als Grundlage und wirkt wie die anderen Anteile auch über einen Faktor (dem D-Anteil) auf die Stellgröße.

Der '''Differenzialteil''' nimmt nur die Änderung, also die Geschwindigkeit der Reglerabweichung, als Grundlage und wirkt wie die anderen Anteile auch über einen Faktor (dem D-Anteil) auf die Stellgröße.

Sinngemäß wirken die 3 Anteile in folgender Weise:

Sinngemäß wirken die drei Anteile in folgender Weise:

- Der '''P-Anteil''' ist die '''Drossel''': Je näher der Ist-Wert dem Sollwert kommt, desto stärker drosselt er die Heizleistung.

- Der '''P-Anteil''' ist die '''Drossel''': Je näher der Ist-Wert dem Sollwert kommt, desto stärker drosselt er die Heizleistung.

== Problem Temperaturkonstanz ==

== Problem Temperaturkonstanz ==

Mit dem Bedürfnis alle Faktoren bei der Espressozubereitung messen und kontrollieren zu können, wurde entdeckt wie sensibel Kaffee auf geringe Schwankungen (+-1 Kelvin) in der Brühwassertemperatur reagiert. Mit der Einführung von Messgeräten stellte man selbst in gastronomischen Maschinen Schwankungen von bis zu 8 Kelvin fest.

Mit dem Bedürfnis, alle Faktoren bei der Espressozubereitung messen und kontrollieren zu können, wurde entdeckt, wie sensibel Kaffee auf geringe Schwankungen (+-1 Kelvin) in der Brühwassertemperatur reagiert. Mit der Einführung von Messgeräten stellte man selbst in gastronomischen Maschinen Schwankungen von bis zu 8 Kelvin fest.

Grund für diese Schwankungen ist die hohe Wärmekapazität der Boiler, die einige Liter fassen. Daraus folgt:  

Grund für diese Schwankungen ist die hohe Wärmekapazität der Boiler, die einige Liter fassen. Daraus folgt:  

# ein sehr leitungsstarkes Wärmeelement ist nötig  

# ein sehr leistungsstarkes Wärmeelement ist nötig  

# das Wärmeelement kennt nur den Zustand ''an'' oder ''aus''

# das Wärmeelement kennt nur den Zustand ''an'' oder ''aus''

# erst beim Erreichen des Sollwerts schaltet die Heizung aus

# erst beim Erreichen des Sollwerts schaltet die Heizung aus

Ein weiteres Problem bei [[ Zweikreismaschinen]] ist der Wärmetauscher.

Ein weiteres Problem bei [[ Zweikreismaschinen]] ist der Wärmetauscher.

Das Wasser im Boiler ist bei diesen Maschinen viel zu heiß um Espresso zu brühen. Deshalb führt ein Rohr mit kalten Frischwasser durch den Boiler, der dieses aufheizt. Damit das Wasser zwischen Boiler und Gruppe nicht stehen bleibt, wird ein Kreislauf mittels Wärmesiphon betrieben.  

Das Wasser im Boiler ist bei diesen Maschinen viel zu heiß, um Espresso zu brühen. Deshalb führt ein Rohr mit kaltem Frischwasser durch den Boiler, der dieses aufheizt. Damit das Wasser zwischen Boiler und Gruppe nicht stehen bleibt, wird ein Kreislauf mittels Wärmesiphon betrieben.  

An sich eine clevere Erfindung - allerdings ist die Brühtemperatur von den Faktoren Bezugsmenge, Umgebungstemperatur und Anzahl der Bezüge abhängig.

Die Brühtemperatur ist jedoch von mehreren Faktoren abhängig, unter anderem Bezugsmenge, Umgebungstemperatur und Anzahl der Bezüge.

'''ein drastisches Beispiel''':

'''ein drastisches Beispiel''':

Es ist leider immer noch üblich, einen Kaffee nicht als Americano zuzubereiten.

Es ist leider immer noch üblich, einen Kaffee nicht als Americano zuzubereiten.

Nach der Gleichung der [http://www.wasser-wiki.de/doku.php?id=wasser_eigenschaften:waermekapazitaet:mischungstemperatur Mischungstemperatur] ergibt das bei einer Bestellung von 3 Tassen Kaffee eine Temperaturdifferenz von 2,3 Kelvin.  

Nach der Gleichung der [http://www.wasser-wiki.de/doku.php?id=wasser_eigenschaften:waermekapazitaet:mischungstemperatur Mischungstemperatur] ergibt das bei einem Bezug von drei Tassen Kaffee eine Temperaturdifferenz von 2,3 Kelvin.  

Es ist also weder möglich, die Temperatur während des Bezugs (Intrashot) konstant zu halten, noch den Bezug danach. Dieser würde ebenfalls zu kalt oder durch Korrektur der Heizung zu heiß sein (Intershot).

Es ist also weder möglich, die Temperatur während des Bezugs (Intrashot) konstant zu halten, noch für den nächsten Bezug dieselbe Temperatur zu gewährleisten. Dieser nächste Bezug würde in der Regel zu kalt oder durch Korrektur der Heizung zu heiß sein (Intershot).

Was bringt also ein Boiler, dessen Wasser man auf 1/10 Grad Celsius einstellen kann, aber ständig um diese Temperatur oszilliert?

Zusammenfassend besteht das Problem also darin, dass zwar eine Wassertemperatur im Boiler in Schritten von 1/10 Grad Celsius einstellbar ist, die tatsächliche Temperatur aber ständig um den gewünschten Temperaturbetrag herum oszilliert.

== Vorrausetzungen für ein stabiles System ==

== Vorausetzungen für ein stabiles System ==

Die Temperaturmessung sollte genaue reproduzierbare Werte liefern und ohne Zeitverzögerung oder Hysterese arbeiten, denn eine genaue Messung der aktuellen Temperatur liefert die Basis für die Regelung.

Die Temperaturmessung sollte genaue reproduzierbare Werte liefern und ohne Zeitverzögerung oder Hysterese arbeiten, denn eine genaue Messung der aktuellen Temperatur liefert die Basis für die Regelung.

Die Faktoren des Regler, also der P-, I-, und D- Anteil, müssen auf die entsprechende Maschine eingestellt werden, da jedes System anders reagiert.

Die Faktoren des Regler, also der P-, I-, und D- Anteil, müssen auf die entsprechende Maschine eingestellt werden, da jedes System anders reagiert.

Eine Berechnung dieser Anteile wäre aber zu aufwendig und erfordert einiges an theoretischem Wissen. In der Praxis sollte es genügen die Werte experimentell zu ermitteln. Das allgemeine Vorgehen ist, erst den P-Anteil zu erhöhen, bis ein schnelles Erreichen der Solltemperatur realisiert ist und danach den D-Anteil zu erhöhen, um das Überschwingen der Temperatur über den Sollwert zu verringern. Zuletzt wird der I-Anteil erhöht, falls immer eine kleine Abweichung von der Solltemperatur erhalten bleibt. Bei der Erhöhung des I-Anteils sollte man vorsichtig zu Werke gehen, da dieser ein sich aufschaukelndes, instabiles System erzeugen kann.

Eine Berechnung dieser Anteile wäre aber zu aufwändig und erfordert einiges an theoretischem Wissen. In der Praxis sollte es genügen, die Werte experimentell zu ermitteln. Das allgemeine Vorgehen ist, erst den P-Anteil zu erhöhen, bis ein schnelles Erreichen der Solltemperatur realisiert ist, und danach den D-Anteil zu erhöhen, um das Überschwingen der Temperatur über den Sollwert zu verringern. Zuletzt wird der I-Anteil erhöht, falls eine ständige, kleine Abweichung von der Solltemperatur zu beobachten ist. Bei der Erhöhung des I-Anteils sollte man vorsichtig zu Werke gehen, da dieser ein sich aufschaukelndes, instabiles System erzeugen kann.

== Umsetzung ==

== Umsetzung ==

== Auswirkungen ==

== Auswirkungen ==

Wirklich sinnvoll sind PIDs erst mit der gleichzeitigen Benutzung eines [http://kaffeewiki.de/index.php/Dualboilermaschine Dual-Boiler-Systems].

Sinnvoll sind PIDs möglicherweise nur im Falle eines [http://kaffeewiki.de/index.php/Dualboilermaschine Dual-Boiler-Systems].

Durch den Gewinn an Temperaturkonstanz ist es nun endlich möglich feinste Unterschiede in der Zubereitungsart, Kaffeemischungen und verschiedenen Kaffeebohnen mittels Espresso zu degustieren. Dieses Privileg blieb vorher nur dem sogenannten Cupping vorbehalten.

Durch den Gewinn an Temperaturkonstanz ist es möglich, auch sehr feine Unterschiede bei unterschiedlichen Zubereitungsarten, Kaffeemischungen und verschiedenen Kaffeebohnen mittels Espresso zu degustieren. Dieses Privileg blieb vorher nur dem sogenannten Cupping vorbehalten.

(teilw. übersetzt aus dem engl. Wikipedia-Artikel [http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller PID contoller] )

(teilw. übersetzt aus dem engl. Wikipedia-Artikel [http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller PID contoller] )

[[Kategorie:Technik]]

[[Kategorie:Technik]]