エスプレッソマシンRancilio Silviaの改造まとめ(PID制御追加)

エスプレッソマシンRancilio Silviaの改造まとめ(PID制御追加)

今まで五月雨式にエスプレッソマシン”RANCILIO SILVIA”の改造記事を載せてきました。

そこで改めて「何をしたか」ではなく「どうなっているか」を観点に、一旦まとめておこうかと思います。
たとえオーナーが変っても、このページを読めばわかるように。

1.改造概要

  • 抽出温度を安定させるための細かなボイラー加熱
  • ドライスチームのためのスチーム温度キープ

を目的に、PIDコントローラによる温度制御に変更しました。

純正から追加したもの

  • PID 温度コントローラ
  • RTD(温度センサ)
  • ソリッドステートリレー  x2

取り付けのための切削、穴あけなどの加工はなし。

純正から取り外したもの

・抽出100℃サーミスタ

・スチーム140℃サーミスタ

2.配線図

純正状態

Silviaは純正状態で以下の回路となっています(取扱説明書より)

これに実際使われている内部配線の色で線を引くとこうなります。

白抜けしているのは白いケーブルです。
もうちょっと表現を考えれば良かったか。

改造後

これに「改造によって追加したもの」を追記しました。

T1,T2のサーミスタを取り外し、2つのSSRにコントローラ、RTD温度センサを追加しています。
左のSSRがスチーム用で、右が抽出用SSR。

配線の解説

コントローラの結線について記載します。

  • 端子No.1-2はAC電源。
  • 端子No.4-5はスチーム用SSRの制御端子。指定値より高いか|低いかの単純制御のみができます。
    No.4からAC電源のL側が入り、No.4とNo.5の間にある内部リレーを通ります。その後No.5からスチーム用SSRに入り、抽出用SSRの二次側端子でAC電源のN側と繋がるループを形成します。
  • 端子No.6-8はRTD専用端子。
  • 端子No.9-10は抽出用SSRの制御端子。PIDによる細かい指定値制御が可能。DC出力で電圧は低め。

線材について記載します。

  • AWG22 150℃耐熱電材:コントローラの電源、及びSSRの1次側(INPUT)に使用。何れも20mA前後の電流を想定。
  • AWG14 200℃耐熱電材:SSRの2次側(LOAD)に使用。1000W=8.3A+マージンを想定しましたが、200V15Aくらいまで使えます。
  • 分岐平型端子:電源スイッチ上部でACの分岐に使用。
  • 平型端子:サーミスタを取り外したコネクタとの接続に使用。エーモンの250型端子。
  • U字端子:SSRの2次側に使用。

はんだ付けは無く、全て圧着及びネジ止めです。

配線写真

背面カバーと水タンクカバーを外した裏面から撮影しました。

左下が抽出用SSR(DC)。線が細い手前が1次側=コントロール用。
右中の張り付いているのがスチーム用SSR(ACモデル)。右が1次側。

スチーム用SSRの2次側=負荷側の黒は抽出用SSRと並列接続されています(ケーブル削減のため)
スチーム用SSRの1次側もケーブル削減のため抽出用SSRの1次側からAC100Vを得ています。

以下はボイラー部分と接続を拡大したところ。

ボイラー上部に2個あった純正のサーミスタは取り外しました。
RTDを大きなワッシャーで挟み込み固定しています。白い液体は熱伝導グリスです。

黄色い熱収縮チューブを巻かれ、コネクタとつながっているのがSSRからの配線。
熱害を避けるため、ボイラーから離れた所で結束してあります。

最後はコントローラ側の写真です。

両面テープでカップウォーマー横に固定してあります。

ケーブルはグループヘッド横の隙間からまとめて出し、コルゲートチューブを被せました。
蒸気と汚れからケーブルを保護する目的です。

コントローラケース裏面のアースはボイラーと接続されています。

3.温度遷移

純正状態と改造後、2つの温度変化を示すグラフを書きました。
手書きのため、あくまで概要として参照してください。

純正:スチーム温度

購入時はサーミスタにより単純に制御されています。
途中AC100V→120Vの昇圧トランスも購入したため、その違いも記します。青が100V直結、赤が120V昇圧の結果。

開始点は室温と同じ25℃。
そこからスチームスイッチをONにしてから電源を入れると、A=140℃、B=147℃、C=126~132℃となりました。

120V昇圧の時、加熱が切れるまで4:30。切れた後も上昇を続け、最高点Bに達する時間Dは5:00。
30秒ほどで冷め、保温のための再加熱が行われます。それが完了するEは7:20(141℃)

100Vの時は、加熱が切れるまでが7:20、最高点に達する時間Fは8:10。

両方とも以降は繰り返しで変化はありません。

改造後:抽出温度

PIDコントローラが温度制御を行うと以下の様に動きます。

同じく25℃でスタートし、A’=105℃と設定するとB’=116℃、C’=102℃となりました。

A’に近づくと加熱はゆるやかに減速し、やがてA’を超えた後、緩やかにB’まで到達します。
A’の到達にかかる時間は3:45、最高点B’に達する時間D’は4:20。

その後冷却と再加熱を繰り返しますが、次第に目標値A’に対する温度の揺らぎは減ります。
だいたい3回過ぎればA’の5℃以内をキープするかな?という印象。
ただし抽出などによりお湯の出入りがあれば、また温度は揺れ動きます。

改造後:スチーム温度

スチームは130℃を下回ったら加熱ON、132℃を超えたら加熱OFFという単純制御を行います。
この結果、最低129.8℃・最高136.4℃の間を往復します(自然冷却の場合)

純正のサーミスタよりも細かく、一定&指定の温度でヒータをOFF/ONすることができます。

制御パラメータ

コントローラの制御パラメータは以下を設定。あとはデフォルト。

Sv105
P2.0
I60
D15
AL1132
AH1130

あとがき

これで一通り、Silviaにまつわる改造を書き記せたと思います。
過不足を見つけたら随時修正していくつもり。

Silviaにはおおむね満足しているけれど、水タンクの残量が見えないのがかすかな不便。
満杯に入れると水の廃棄が増える。減らすと肝心なときにボイラーが空焚きになる。

これをどうするか。

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