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cabeca

Projeto de Automação / PID para Espresso

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cabeca    10

Pessoal,
Sei que já existem vários PID's disponíveis no mercado, dos mais simples que tem processador com código especifico para isso, bastando colocar um termopar ou equivalente na caldeira e está pronto, até os mais avançados com outros níveis de programação como o PID Silvia, Mecoffee etc.. Passando claro pelos intermediários que são aqueles controladores PID porém com alguma modificação para suportar caldeira, timer de pré infusão etc...

Todos, sem excessão, me incomodam em algum ponto. Os mais simples são basicamente um controle de temperatura mais fino, basta? Basta, sem dúvida, mas minha alma de "maker" fala... Tem que ter mais! Tem que ter mais! hehehehehe, os mais avançados basicamente me incomodam pq o preço é um tanto salgado para os padrões brasileiros, custando até 800/900 reais sem contar impostos, se contar com eles é um valor maior ainda. Em geral, principalmente na Gaggia, as máquinas ficam parecendo uma fantasia de robocop de mal gosto, com exceção do meCoffee, porém esse não tem a possibilidade de ter um display mesmo que você queira, e até para uma coisa trivial como acompanhar a temperatura em tempo real, você é obrigado a colocar o celular ou tablet em ação do lado da máquina... 

Enfim, a idéia é ter uma automação na máquina, principalmente com o PID, porém com mimos extra. Um projeto totalmente DIY, baseado em ferramentas e arquitetura opensource para livre alteração de hardware e software. Possivelmente será comercializado em formato de kit para máquinas de entrada.

Fiz um levantamento inicial das características que desejo, e gostaria de comentários para poder ajustar as prioridades e acrescentar/remover funcionalidades bem como ajustar até mesmo a plataforma a ser utilizada na construção do projeto.

Da plataforma:

Será baseada em uma placa micro controladora com chip ESP8266, provavelmente nodeMCU pela quantidade de pinos disponíveis. Este chip tem características boas de processamento e armazenamento além de possuir conexão WIFI e Bluetooth, podendo receber atualizações de software por OTA, sem fio, isso quer dizer que não precisa desmontar a máquina para conectar cabos e atualizar por exemplo.
Terá interface web para configuração e acompanhamento da extração via celular/tablet ou computador porém também terá um painel LCD ou OLED com comandos externos para não precisar a interface web, este será opcional, já que para algumas máquinas o espaço é restrito e talvez o usuário deseja utilizar apenas a interface web.

Das funções:

Controle temperatura via PID (extração e vapor)
Contador de tempo de extração
Desligar e ligar em horários e dias específicos
Pre infusão com controle da bomba
"Receitas" com uso das configurações acima para espresso/ristretto/americano por exemplo (isso será alvo de mais estudos).

Referências:
https://wiebebrewing.com/espressi-o/
https://github.com/Schm1tz1/ESPressIoT
http://www.cyberelectronics.org/?p=458
https://mecoffee.nl/

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viniesp    253

Caso possa te ajudar, tem vários projetos com arduino. Aqui no fórum tem o @Guilherme Torres que só não faz chover com a fiamma dele.
Vc tb não gostaria de colocar uma função de controlar a pressão da máquina, fazendo pressure profilng?

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Carneiro    1,518

Fiz o controle da máquina que uso no trabalho há tempos, e usei Arduino mesmo à época. Já pensei em substituir pelo ESP8266 ou ESP32, e talvez até brincar com Lua ou Python. Acho que é uma boa escolha.

 

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Cabral    2,241

Acho a proposta muito bacana, @cabeca!

Acompanhando as postagens do @Carneiro desde muitos anos atrás eu já brinquei bastante com PID, tanto com módulos prontos (feios mas práticos) quanto com circuitos feitos em placa padrão usando microcontrolador Atmel. Não cheguei a usar Arduino nem essas plaquinhas prontas de desenvolvimento, mas já vi algumas opções online que achei muito interessantes.

Uma coisa que descobri na versão com Atmel foi que fazer um bom isolamento térmico é muito importante pra estabilidade do sistema. Vale pesquisar bem os componentes antes de começar os experimentos, e depois considerar que todos fabricantes exageram quanto as capacidades dos componentes, ou ignoram as flutuações numa margem maior do que a prometida.

Sobre controlar a pressão da bomba vibratória com PWM, leve em consideração que o sistema auto-oscilante mecânico desse tipo de bomba possui uma faixa de instabilidade fora da sua histerese que provoca rápida deterioração da esfera da válvula de ciclo anti-retorno, então aquele tipo de ajuste linear e sem limites que o Torres e tantos outras estão usando tende a danificar a bomba muito depressa. Se fosse fácil fazer controle livre de pressão com bombas vibratórias, todos estariam fazendo. É necessário descobrir e escolher quais das sub-harmônicas mecânicas do modelo de bomba escolhido/presente utilizar para minimizar o desgaste acelerado. Dá pra incluir um sensor de carga (se a plaquinha já não tiver) e correlacionar variações não proporcionais com a largura de pulso em uso, identificando as ressonâncias mecânicas e incluindo uma rotina de "ajuste fino" por realimentação.

Pelo que medi, alguns módulos GICAR, por exemplo, usam um sistema simples de sensor de feedback de corrente que atua em uma faixa predeterminada desejada de larguras de pulso (uma certa taxa em torno de 82% de ciclo no módulo utilizado pela ECM) para reduzir a pressão da bomba entre 1/3 e 2/3 da nominal. Mesmo trocando de bomba (seja o mesmo ou outro modelo, inserem-se variações nas especificações da bomba), o sistema se ajusta a cada acionamento dentro dessa faixa para oferecer algum nível de pré-infusão. A Breville usa algo parecido na Dual Boiler, mas com parâmetros mais flexíveis por ser algo configurável em faixas (de porcentagem) pelo usuário, sendo assim mais propenso a danificar a bomba, que tem de ser trocada com intervalos curtos de tempo, comparando-se com modelos sem pré-infusão com pressão reduzida.

Boa diversão!

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Carneiro    1,518

Talvez eu tenha uma placa que foi feita no escritório da Ulka da Coreia do Sul. Tinha 2, uma fiz caca e queimei. Vou procurar.

Detalhe sobre a máquina que tenho no trabalho, não uso vibratória, é uma MGFR da Fluid-o-tech, de engrenagem e já com circuito de controle no motor DC. Moleza B)

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cabeca    10
5 horas atrás, Carneiro disse:

Fiz o controle da máquina que uso no trabalho há tempos, e usei Arduino mesmo à época. Já pensei em substituir pelo ESP8266 ou ESP32, e talvez até brincar com Lua ou Python. Acho que é uma boa escolha.

 

Carneiro, eu vou utilizar o ESP8266, porém não vou usar LUA nem Python, será C ou sketchs de Arduino, pois já tenho uma boa experiencia na contribuição de código de um controlador PID/Automação para o mercado cervejeiro, que é uma evolução de um projeto de sucesso utilizado em Arduino. Chama-se BrewManiacEX.

Sobre a bomba, eu não tinha a menor idéia de como essas bombas trabalhavam, vou checar melhor a construção e trabalho dela depois da aula que o @Cabral deu no post aí em cima...
Existe uma possibilidade para não trocar a bomba, meio maluca, seria uma válvula de agulha eletrônica com um sensor de pressão na linha, isso permitiria não um controle da bomba, mas um controle de alívio para fazer o excesso retornar ao reservatório, com uma OPV eletrônica, os problemas são: mais adição de componentes, maiores os problemas gerados...  estou de olho em outro projeto, vou citar no post do Cabral em seguida... Mas diga aí... tem post do teu projeto? fotos? #curiosidade.

3 horas atrás, Igor Coutinho disse:

Já leu sobre o espressuino? http://www.cyberelectronics.org/?p=315

 

Como nada se cria, tudo se copia, acredito que lhe servirá de inspiração...

Opa! sim, é uma das referencias  que estão no post original! :-)

11 horas atrás, viniesp disse:

Caso possa te ajudar, tem vários projetos com arduino. Aqui no fórum tem o @Guilherme Torres que só não faz chover com a fiamma dele.
Vc tb não gostaria de colocar uma função de controlar a pressão da máquina, fazendo pressure profilng?

Já troquei uma idéia com o Guilherme, ele foi um dos que me aconselharam a comprar o NEMOX, que pelo que li vc tb tinha e está com o Edu Gurjão, certo? heheheh

Sobre a pressão, dá uma olhada na citação que fiz pro Cabral abaixo...

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cabeca    10
2 horas atrás, Cabral disse:

Acho a proposta muito bacana, @cabeca!

Acompanhando as postagens do @Carneiro desde muitos anos atrás eu já brinquei bastante com PID, tanto com módulos prontos (feios mas práticos) quanto com circuitos feitos em placa padrão usando microcontrolador Atmel. Não cheguei a usar Arduino nem essas plaquinhas prontas de desenvolvimento, mas já vi algumas opções online que achei muito interessantes.

Uma coisa que descobri na versão com Atmel foi que fazer um bom isolamento térmico é muito importante pra estabilidade do sistema. Vale pesquisar bem os componentes antes de começar os experimentos, e depois considerar que todos fabricantes exageram quanto as capacidades dos componentes, ou ignoram as flutuações numa margem maior do que a prometida.

Sobre controlar a pressão da bomba vibratória com PWM, leve em consideração que o sistema auto-oscilante mecânico desse tipo de bomba possui uma faixa de instabilidade fora da sua histerese que provoca rápida deterioração da esfera da válvula de ciclo anti-retorno, então aquele tipo de ajuste linear e sem limites que o Torres e tantos outras estão usando tende a danificar a bomba muito depressa. Se fosse fácil fazer controle livre de pressão com bombas vibratórias, todos estariam fazendo. É necessário descobrir e escolher quais das sub-harmônicas mecânicas do modelo de bomba escolhido/presente utilizar para minimizar o desgaste acelerado. Dá pra incluir um sensor de carga (se a plaquinha já não tiver) e correlacionar variações não proporcionais com a largura de pulso em uso, identificando as ressonâncias mecânicas e incluindo uma rotina de "ajuste fino" por realimentação.

Pelo que medi, alguns módulos GICAR, por exemplo, usam um sistema simples de sensor de feedback de corrente que atua em uma faixa predeterminada desejada de larguras de pulso (uma certa taxa em torno de 82% de ciclo no módulo utilizado pela ECM) para reduzir a pressão da bomba entre 1/3 e 2/3 da nominal. Mesmo trocando de bomba (seja o mesmo ou outro modelo, inserem-se variações nas especificações da bomba), o sistema se ajusta a cada acionamento dentro dessa faixa para oferecer algum nível de pré-infusão. A Breville usa algo parecido na Dual Boiler, mas com parâmetros mais flexíveis por ser algo configurável em faixas (de porcentagem) pelo usuário, sendo assim mais propenso a danificar a bomba, que tem de ser trocada com intervalos curtos de tempo, comparando-se com modelos sem pré-infusão com pressão reduzida.

Boa diversão!

Cabral, confesso que sei pouco sobre as características mecânicas e modo de operação da bomba, mas já imaginava que PWM não seria uma boa opção por conta do ciclo do pistão da bomba, e no caso do dimmer/triac seria manual por conta restrições de carga nos sistemas eletrônicos de dimmer/triac.
Um texto muito bacana de um projeto para controle de bomba é o deste link: http://espresso-for-geeks.kalaf.net/features/pressure-profiling/ ele elenca muito bem os prós e contras de cada modelo de operação, por pulso, frequencia, controle de ciclo etc... 

Como falei mais cedo, uma possibilidade é simplesmente deixar a bomba quieta e controlar uma válvula de agulha com motor de passo (existe pronta para aplicação em sistemas de gás e outros), mandando o excesso de pressão para o reservatório, mas isso adiciona mais componentes ao sistema e eu quero evitar isso.

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Carneiro    1,518

Não tenho nada documentado, fiz com pressa... 

Uso PT100 mas tenho um shield bacana que resolve isso. Claro que encareceu... O resto é simples, SSR pra potência, relé pra 3 vias, 0 a 5V pra bomba.

Controlar uma válvula de desvio pra regular fluxo/pressão é muito legal. Atende a qualquer bomba.

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