Aliexpressで買った組み込み用1/32DIN PID Controller をテストします。

Aliexpressで買った組み込み用1/32DIN PID Controller をテストします。

エスプレッソマシンの温度制御を実装するため、Aliexpressでパーツを買い集めました。
あらかた届いたので、素組してテストしてみます。

パーツチェック

PID Controller

Universal 1/32 DIN Panel XMT 7100 Series Intelligent PID Temperature controller AC/DC85-260V

購入時送料無料で¥ 2,036

AuberのPID KITに激似な汎用PID Controller。
製造元がカスタムしてOEMもするらしいので、ディーラーにより色々なバージョンがあります。Auberでの価格は$36.98(Universal 1/32 DIN PID Temperature Controller )

ただしこの製品も、Auberの単品販売品も、PID Kitに使われているコントローラとは別物というのが自分の予想。

KITではスチームも含めた2値の温度制御=2個のSSR制御の他、抽出を自動化するリレーのOFF/ON信号があります。
この製品はどう眺めてもそんなこと出来なそう。Kitはカスタムファームではないかと思います。

とりあえずそこは目を瞑り、抽出時の温度制御のみを目指します。
ゆくゆくはSeries 96 – Watlowみたいな多値制御のPID Controllerを使えば可能だとは思います。

RTDプローブ

Stainless Steel RTD PT100 Temperature Sensor 2B With 0.5 Meter 3 Cable Wires Platinum Thermal Galvanic Precision Probe Type

本体181円、送料141円。

PT100=白金を使った高精度の温度センサ。-200℃~500℃まで計測可能。
純正サーミスタの形状と同じRTDstat($27.50)とは異なるため、取り付け方は検討の余地アリ。

SSR

SSR-10DA SSR-25DA SSR-40DA 10A 25A 40A Solid State Relay Module 3-32V Input DC 24-380V AC Output High Quality


2次側40Aに対応したSSR-40DA。購入時372円で送料無料。

1回路だけのシンプルなSSR。
1次側はDC3-32V、8mA-25mAで動作し、コントローラの8V/30mA駆動に合致。

配線材

配線に使うケーブルや端子もAliで買いました。

2M Cable Soft Silicone Wire 10AWG 11 12 13 14 15 16 17 18 20 22 24AWG Heat Resistance 200 ° Cold Resistance -60 ° High Quality

120V配線用の14AWGケーブル。
赤と黒1mペアで切り売りだったためx3購入。758円に送料が262円でした。

-65℃から200℃対応のシリコン被覆。
許容電流の表記はないものの14AWG=2sqあれば概ね15Aは流せるだろうという適当判断。

270/135/120pcs 2.8/4.8/6.3mm Crimp Terminals Insulated Seal Electrical Wire Connectors Crimp Terminal Connector Assortment Kit

2.8/4.8/6.3mm 3サイズの平型端子のセット。
45組づつ入って371円送料無料と安い。

スイッチ端子などをハンタ付けせず配線するのに使います。

6.3 Against The Back Shoulder Of Male and Female Plug Spring Terminals Inserted Spring Cold Terminal with Case 6.3mm connector

138円送料107円。

一つの端子から複数結線するのに使います。

PIDコントローラを動かす

エスプレッソマシンを壊す前に、机上で検証を行います。
コントローラに付属のアプリケーションシートから、素組してみました。

RTDは信号線を8番端子へ。残りを6,7番端子につなげます。2本リードのRTDは6,7間をジャンパでつなぐ模様。
100Vはコンセントから取ります。

初期設定

このコントローラには3つの設定モード=Codeがあります。

  • Code:0089ー初期設定用
  • Code:0036ー制御パラメータ変更用
  • Code:0001ー利用者用

このコードが一緒なあたり、同じ外見を持った他社製品も元は一緒なのだと感じます。

”SET”を押すとコード入力になるため、0089と入れて初期設定に入ります。
設定を変えたのは2つ。

  • Inty:P10.0
  • Corf:0

Intyは温度センサーのタイプ。PT100のRTDは”P100”と設定する他、”P10.0”と設定すれば小数点第一位まで制御します。
Corfは華氏と摂氏の切り替え。華氏(1)がデフォなので0にします。

Endを選び、コントローラをOFF/ON。RTDが読み取った温度(PV)が表示されるようになります。
PVが現在値、SVが目標値です。

制御パラメータの変更

コントローラは産業用のため、初期のパラメータはまったく別物。
何百度もある工場機器の制御も想定されているし、センサーが何より違います。

新たに設定するにしても、ベースになる数値が欲しい。

探した所、名物おばちゃんのSeattle Coffee Gearにて、Auberのものと思われるPID Kitの動作概要説明が見つかりました。

Operating the Rancilio Silvia after PID kit modification Version 4

それによると
「多くのユーザーにはカスタマイズの必要は無い。ただし、新品とメンテの行き届いてない旧モデルでは差が出る。そのためチューニングのヒントがある」
としています。

そこで紹介されていたKITのデフォルトパラメータがこちら。

Code003600010089
FunctionPIdSVAH1AL1Corf
Parameter260151051751600

Code:0036に入り、P,I,Dをそれぞれ上記に設定しました。

PIDについて

このP,I,DはまさしくPID制御のパラメータのことで、詳しくは制御工学を・・・。
さしあたり、KITメーカーがひたすらテストした結果、抽出温度に対し以下の効果が現れた様です。

  • P:加算 ー 低いほどショット後の温度回復が早くなる。ただし、その分温度が変動しやすくなる。RTDセンサー使用時のP値は概ね1.8~2.5の間が良い。
  • I:積分 ー 短くすると性能が向上する場合あり。ただし、温度が(SVに対し)振動しやすくなる。逆にIが長すぎると回復速度が遅くなる。
  • D:微分 ー 記載なし

Dの事は書いていませんが、おそらく短くするほど温度修正が強く入り、修正を早めますが安定性を下げるでしょう。

たぶん「おいしいエスプレッソに対する最適なPIDの値」には終わりのないカット&トライが必要です。
ただし、制御上の最適値を出すAuto Tuning機能がついているので、装置に組み付けたら試してみようと思います。

実際に動かしてみた

設定が終わった所で、制御を確認しておきます。

Code:0001に入り、SVを30.0に設定。
室温は24℃くらいなのでPV<SVとなり、コントローラのOUT LEDが常時点灯しました。SSRのインジケータも光ってます。
実際に取り付けたらこの時ボイラーはONになるでしょう。

次にRTDを手で握るとPVがどんどん上昇。
30℃を超えた所で、OUT LEDが点滅を始めました。PV>SVとなったため制御が変わった様です。

てっきり完全にOFFになるかと思ったけど、自然冷却を考慮して細かくONし続けるのかな?

GW中に実装予定

とりあえず、PID Controlの基本形は大丈夫そう。
GW中にSilviaを分解して組み付けてみるつもり。

ただ肝心の制御モードがデフォルトの”2”でいいか確証が持てない・・・。
追加調査を続けようと思います。

2021/04/30 追記
Operating the Rancilio Silvia after PID kit modification Version 1.1によると、出荷キットの制御モード(Outy)は”3″とのこと。
これにするとSVを堺に完全にOFFとONが切り替わるとなる、シンプルな制御となりました。
ただし、活発な論議が行われているPID on Silvia – Rancilio Silvia Forum – Coffee Forums UKでは”2″について書かれています。多くの動画で細かくヒーティングランプが点滅しているのはこの”2″によるものでしょう。

Silvia PID “outy” – Google 検索

コーヒーカテゴリの最新記事