Микроконтроллерная автоматизация процессов перегонки и ректификации

Вышеуказанный алгоритм пока НЕ проверялся, но для наглядности привожу пример.
ДАНО:
Куб - 30л
Закипел на газу (или теном) за 50 минут
Эффективная подводимая мощьность составляет при этом P=30*5/50
P=3 киловата
на терморезисторе, в попугаях, было измерено значение 135 градусов (кривые измерения ничего не поделаеш...)
Pотносительная =3/30=0,1 киловата
Интервал снятия производной (не путоть с интервалом снятия показания терморезистора) равен Tminut=2/0,1 = 20 минут.
Время опроса датчика показаний равно 2 минуты.
максимальное значение Tminut(t)-Tminut(t-1) полученное в процессе перегонки (не учитываем нагрев) равно 40 попугаев.
Перегонку завершаем когда значение Tminut(t)-Tminut(t-1)  станет меньше максимального котрое было получено в процессе перегонки деленного на 15.

Реальные значения и температуры по данному алгоритму будут получены на экспериментальном "стенде" на этой неделе, вероятно потребуется корректировка.

sfinexer
Идея хорошая если гнать до воды.
Если в течении какого-то времени температура не растёт значит спирта уже нет.
Но если пытаться отрубать хвосты,то всё усложняется в разы.Придётся учитывать слишком много сторонних факторов. 

 Несколько неясностей.

Время до начала кипения вычисляется из учета времени начала процесса нагрева (вычисляется контроллером) до момента уменьшения значении производной по температуре.
sfinexer, 18 Апр. 11, 15:21

Т,Е. мы в контролёр вводим:
1. количество браги в кубе, измеренное с точностью не менее чем измереная температура.
2.Температуру браги с такой же точностью измеренное
3.Спиртуозность браги с такой же точностью измеренное.

В этом пункте мы получили подводимую мощность с учетом потерь.sfinexer, 18 Апр. 11, 15:21

Потери, в обще не определяемая величина в изменяемых процессах. При 30град она одна, при 50, другая при 80 третья, и зависимость её отнюдь не линейная.
При перегонке от 89 до 98град, она меняется и довольно значительно. Это то же надо записать в контролёр. Туда же надо записать текущее значение напряжение в сети с той же периодичностью как и измерение температуры, значение атмосферного давления (а вдруг оно поменялось), плотность браги   (если ты думаешь что брага без спирта кипит при 100град, то ты ошибаешся)
зерновая и сахарная кипят при разной температуре.и это тоже надо учесть.

Точность задания объема браги в кубе пусть будет порядка 5% что легко достижимо, точнее нет смысла так как много других факторов.
Давление в атмосфере я считаю что оно вобще ненужно, мы используем только последние показания за время скажем 10 минут, за 10 минут я не думаю что давление критично поменяется, разве что смерч где-то рядом пройдет...

При перегонке от 89 до 98град, она меняется и довольно значительно.

Вот тут да, я пока (допускаю что плохо смотрел) на форуме не видел температурно временной зависимости браги в кубе во время перегонки.

Моя брага пока неготова, а если вот ктото будет сегодня/завтра гнать, или есть такие данные, то неплохобы иметь эти значения, тоесть зависимость температуры в кубе в процессе перегонки браги. Тогда можно будет сделать более четкие выводы, потому-что тут у меня еще созрела идейка одна, методика проще но надо все продумать.

Давление в атмосфере я считаю что оно вобще ненужно, мы используем только последние показания за время скажем 10 минут, за 10 минут я не думаю что давление критично поменяется, разве что смерч где-то рядом пройдет...sfinexer, 18 Апр. 11, 19:10

А ты что собрался перед каждой перегонко контролёр програмировать в зависимости от текущего атм давления, тогда каждый раз закладывай показание спиртуозности браги, она каждый раз будет новая.
Как ты вобще собираешся спиртуозность измерять? Это не так просто и не так быстро как кажется. Чем ты собрался измерять температуру? Сопротивление терморезистора ну очень нелинейно, DSкой вряд ли получится под неё своя прошивка нужна и вряд ли ты эту прошивку найдёшь. Остаётся LMка которую надо изначально калибровать.

Точность задания объема браги в кубе пусть будет порядка 5%sfinexer, 18 Апр. 11, 19:10

Значит и другие измерения не имеет смысла делать точнее.
А отсюда вывод Если мы будем измерять температуру с погрешностью 5% то она с запасом вкладывается в интервал 95-100град. Зачем тогда огород городить, достаточно только контроля температуры. Т.Е это то с чего я и начал критику данного предложения

)))вчера собирался написать ровно то же самое, но наладонник разрядился не вовремя(((

sfinexer, Насколько у тебя богатый практический опыт самогоноварения? Если бы мне кто нибудь предложил мерять обьем браги перед каждой перегонкой - я бы долго плевался. А на вопрос о том, что надо померять спиртуозность браги....

Кстати говоря, зная ее обьем и спиртуозность - можно тупо гнать по обьему СС, используя датчик уровня откалиброванный и схему на двух транзисторах)))

А ты что собрался перед каждой перегонко контролёр програмировать в зависимости от текущего атм давления, тогда каждый раз закладывай показание спиртуозности браги, она каждый раз будет новая.Селянин, 19 Апр. 11, 05:52

Нам не требуется текущее атмосферное давление нам нужна лиш скорость роста температуры по данным измерения за 10 минут.

Насколько у тебя богатый практический опыт самогоноварения? Если бы мне кто нибудь предложил мерять обьем браги перед каждой перегонкой - я бы долго плевался.игорь223, 19 Апр. 11, 06:29

По опыту тут сказать сложно, занимаюсь уже лет 8 но были периоды когда и по году ничего не перегонял, так что суммарный опыт не очень велик.
Ну объем браги налитое в перегонный куб полюбому ты знаеш, скажем там 20 или 25 литров...

Простые алгоритмы надежнее сложных. Так как процессы периодичные и исходные параметры известны, и размер куба менять раз в день никто не собираться - задать: время всего процесса, время разгона, температуры отбора сортов основываясь на максимуме и минимуме кривой разгонки (как база в отчетах), поставить клапаны для отбора сортов разных (прикидвал красиво 7-8 клапанов разложат на 3 головных сорта- средний и 3 хвостовых + 1 промывочный клапан.)
Все тупо и просто и сбоев минимум.

Может пропустил где но не вижу учета аэродинамического сопротивления паров влияющего на температуру кипения смеси.  ;)

Может пропустил где но не вижу учета аэродинамического сопротивления паров влияющего на температуру кипения смеси.Flyer, 19 Апр. 11, 12:30

Я думал о этой составляющей, но пока не знаю как ее учитывать.
Для колонны отчасти проще, там сопротивление относительно большое, а вот для перегонки... Я решил пока остановится на относительно маленьком сопротивлении при перегонки тоесть его не учитывать в процессе так как процесс перегонки достаточно грубый технологический процесс по сравнению с ректификацией.
Если учитывать сопротивление "холодильника" то решается ряд задач которые приведенные как проблемные в данной теме, так например если при перегонки поставить некое добавочное сопротивление по ходу движения пара (ибо сопротивление холодильника слишком мало), то можно автоматикой поддерживать некое заданное давление в кубе, при этом решается вопрос скачков напряжения в сети, ибо если напряжение падает то например с помощью тиристорного регулятора поднимаем мощность ТЕНов.
НО данная технология с дополнительным сопротивлением применима будет только для конструкций с ТЕНами.

Хотя в принципе, она имеет право на жизнь.

Посмотрел я тут цены на датчики давления и их параметры, получается чета слишком дороговато, можно конечно самодельный сделать, но не знаю насколько это будет обосновано и как поведет себя. Суть метода заключается в примитивном опускании трубки в куб. Под давлением в кубе, в трубке будет подымется уровень воды, установив оптические датчики на трубку, можно держать автоматически данный уровень регулируя мощность ТЕНов. Недостатком, помимо всего прочего, данного метода является возможность появления в трубке пузырьков воздуха -> неточность измерения, а также сложность управления этой "системой" так как на трубку надо будет устанавливать порядка 6 датчиков, для чего потребуется отдельный микроконтроллер управления давлением в кубе во время перегонки, причем данное устройство резко подымит в цене (рублей на 800 а может и больше) стоимость системы для ОБЫЧНОЙ перегонки, да и небезопасно это...

Нам не требуется текущее атмосферное давление нам нужна лиш скорость роста температуры по данным измерения за 10 минут.sfinexer, 19 Апр. 11, 11:37

Да нет же, по вашим словам, вам нужно атмосферное давления дабы в период нагрева браги до кипения определить мощность нагревателя.
Для этого же и нужно:
знать спиртуозность браги
начальную температуру браги
температуру окружающей среды (от неё зависят потери)

А тут вобще не понял

Если учитывать сопротивление "холодильника" то решается ряд задач которые приведенные как проблемные в данной теме, так например если при перегонки поставить некое добавочное сопротивление по ходу движения пара (ибо сопротивление холодильника слишком мало), то можно автоматикой поддерживать некое заданное давление в кубе, при этом решается вопрос скачков напряжения в сети, ибо если напряжение падает то например с помощью тиристорного регулятора поднимаем мощность ТЕНов.sfinexer, 19 Апр. 11, 13:12

Это о чём????
Дискутировать завязываю, беспредметный разговор  не интересен.

.......Если учитывать сопротивление "холодильника" то решается ряд задач которые приведенные как проблемные в данной теме, так например если при перегонки поставить некое добавочное сопротивление по ходу движения пара (ибо сопротивление холодильника слишком мало), то можно автоматикой поддерживать некое заданное давление в кубе, при этом решается вопрос скачков напряжения в сети, ибо если напряжение падает то например с помощью тиристорного регулятора поднимаем мощность ТЕНов........  sfinexer, 19 Апр. 11, 13:12

.......А тут вообще не понял. Это о чём???? ............Селянин, 19 Апр. 11, 15:49

Селянин, наверное, вот о чем:

емкость 50 литров. между змеевиком из нержавейки и баком стоит дроссельная шайба с отверстием 3 мм.
рабочий ТЭН 1 кВт - управляется ШИМ на UC 3825 и мощным полевиком.
ШИМ управляется обратной связью от датчика давления.

короче - суть перегонки основана на жесткой стабилизации давления пара - на калиброванное отверстие.  Zapal, 07 Марта 09, 19:58

Это уже давно опубликовано, sfinexer. А реализовано еще раньше. И пользуют идею до сих пор.

Провел серию экспериментов.
На текущий момент есть некоторые проблемы связанные с измерением температуры браги, есть предположение что измерять температуру браги ошибочное решение, поэтому вероятно надо мерить температуру в верхней части куба.
Также при всей гениальности алгоритма автоматики гдето наблюдается некий сбой причину которого пока не удается обнаружить.

также возникли некоторые сбои в системе охлаждения которые уже почти решены.

ЗЫ: У меня некоторые трудности дома с интернетом, так что к сожалению бываю не так часто на форуме и не могу выложить фотографии отдельных узлов оборудования, надеюсь что завтра эти проблемы будут решены.

Также при всей гениальности алгоритма автоматики гдето наблюдается некий сбой причину которого пока не удается обнаружить.sfinexer, 27 Апр. 11, 15:25

Предлагаю рассмотреть и ввести в алгоритм еще одну переменную- давление в кубе при перегоне. Сразу сделаю оговорку- у меня не прямоточник. Я дистиллирую дефлегматором. Так вот, при перегонке давление в кубе меняется от минус 2 до +6 единиц в мм рт!! Проблема в периодическом вспенивании браги и опадании этой пены.
Все затронутые вопросы проблемы перегонки легко решаются при введении в систему датчика давления, буквально простой зашивкой таблицы в контроллер. Но- стоит датчик денег. Вот тут то и появляются пресловутые " тысячи" .
Поделился бы графиками давления, температуры при перегонке, но меняя ноут посчитал их ненужными- грохнул ((.
Ага, еще вспомнил, не забывай учесть уменьшение объема продукта в кубе при перегонке. Причем разное при разной загрузке куба. Ну там бочку перегоняешь кубом 25 литров, раз 20 литров, два 20 литров, на третий раз осталось 11 литров браги.

Проблему с интернетом решил, теперь могу хоть отсканировать чтото))
В общем суть метода который стока времени собирался рассказать.

На приложенном рисунке нарисована кривая изменения температуры браги в процессе дистилляции.
Предположим что начальная ее температура 20 градусов (в общем это тут не столь важно).
Зеленым цветом (маркером) показано изменение температуры от времени в процессе нагрева браги.
Сплошная линия, соответствует нагреву браги с большей спиртоузностью, штриховая - меньшей.
Также показаны точки начала кипения.
Сплошной розовой линией показано изменение температуры в процессе кипения браги, стоит заметить что данная кривая НЕ ЗАВИСИТ ОТ НАЧАЛЬНОЙ СПИРТОУЗНОСТИ исходного продукта.
На данной кривой нанесены 4 точки, точки 1 и 2 это точки в которых были проведены измерения температуры (или попугаев....) в начале кипения, интервал "дельта T" который указан рассчитывается по формуле приведенной выше и вычисляется самим микроконтроллером, по данным точкам вычисляется приращение температуры.
Дальше показаны другие точки - точки 3 и 4, где также были проведены измерения, и получено МЕНЬШЕЕ приращение функции.

Суть метода состоит в том, чтобы когда данное приращение достигло определенной величины - процесс перегонки завершать.

Теперь нюансы, если атмосферное давление отличное от "нормы", тут я рассмотрел два случая с разными давлениями Р1 и Р2, соответствующие графики приведены, в одном случае вода кипит при 100 градусов в другом при 98.
На сто СТОИТ обратить внимание - так на то что изменение атмосферного давления не влияет на приращение функции! либо влияет незначительно, что показано путем простого параллельного переноса кривой кипения браги от времени.

Вот собственно и все.

Осмелюсь поинтересоваться, сколько было точек измерения температуры при давлении Р1 и при давлении Р2? Неужели только 4 и все остальное- аппроксимация? Из чего сделан вывод о не влиянии атмосферного давления на приращение функции?

Осмелюсь поинтересоваться, сколько было точек измерения температуры при давлении Р1 и при давлении Р2? Неужели только 4 и все остальное- аппроксимация? Из чего сделан вывод о не влиянии атмосферного давления на приращение функции?
SerjNSK, 28 Апр. 11, 23:29

При данных давлениях измерений не было, график приведен как пояснение к методике, в реальности при подведении мощности из расчета (примерно с учетом потерь) 100 ватт на литр исходной браги (если куб например 10 литров то тэн 1 киловатт и т.д.) делается порядка 60-80 измерений в процессе кипения исходного сырья, примерно раз в минуту.
Последние 10 (у меня так) измерений заносятся в память микроконтроллера, и вычисляется по форумуле значение
tprirost=t[0]-t[5]+t[1]-t[6]+t[2]-t[7];
t[0] - текущее значение измерения,
t[5] - значение которое было 5 шагов ранее (в данном случае 5 минут назад, но для каждого куба это время разное, и зависит от мощьности нагревателя, и количества исходного сырья).
Как только значение tprirost меньше определенной величины перегонка прекращается.

ЗЫ: на данном этапе я пока произвожу калибровку процесса перегонки и делаю опробацию изложенной методики и ее коррекцию для УНИВЕРСАЛЬНОГО применения с разнообразными кубами, а также разнообразными датчиками температуры, коими на данном этапе являются терморезисторы.

ЗЫ2: По поводу критики в неточностях измерений с использованием 10 разрядного АЦП в контроллере, хочу сказать, что вобщето он меряет значение входного сигнала не от 0 до 5 вольт, а от того минимума который выставит пользователь (ручная калибровка посути подстроечным резистором, делается только при смене датчика), а также максимальное значение. Получается что наш диапазон от 30 до 100 градусов разбивается на 1024 участка что дает возможность измерять с точностью порядка 0,1 градуса, а при желании и с большей точностью (используется для ректификации, в которой на 1024 участки разбивается диапазон от 70 до 85 градусов, или более узкий диапазон).

На приложенном рисунке нарисована кривая изменения температуры браги в процессе дистилляции.Предположим что начальная ее температура 20 градусов (в общем это тут не столь важно).sfinexer, 28 Апр. 11, 23:01

Я правильно понимаю, что мы считаем что подводимая мощность у нас const и не зависит от напряжения в сети?! А температура кипения не связана с атмосферным давлением, которое может изменяться как в примере http://meteoweb.narod.ru/obs/amat/obzor/images/pr2710021101.gif
Согласно приведённым данным ваша автоматизация будет работать, только если вы перегоняете за очень короткое время.

Я правильно понимаю, что мы считаем что подводимая мощность у нас const и не зависит от напряжения в сети?! А температура кипения не связана с атмосферным давлением, которое может изменяться как в примере http://meteoweb.narod.ru/obs/amat/obzor/images/pr2710021101.gif
Согласно приведённым данным ваша автоматизация будет работать, только если вы перегоняете за очень короткое время.
SnakeFish, 28 Апр. 11, 23:57

Тут пока я точно не решил как это сделать более правильно.
Предполагается что в целом, сопротивление холодильника минимально, подводимая мощность равна константе. Вопрос по подводимой мощности сейчас я еще решаю, я живу в городе и напряжение сети у меня не колеблется, а на даче бывали случаи что было ниже 215 (а в прочем и 180 не редкость) вольт, причем очень часто. Тут пока ниже 215 замечено не было, впрочем как и выше 227 (тоесть было замечено превышение два раза за последний год - у меня защита компьютера срабатывала = пищал стабилизатор по превышению сетевого напряжения выше 227 вольт).
Поэтому стабилизацию нагрева для меня пока рассматривать не актуально, но она также будет мною рассмотрена как тока придумаю как это сделать более грамотно.

Перегонка за короткое время, это не верно, в моем случае используемые значения температуры ограничиваются только последними 7 минутами, тот график который предложен к рассмотрению имеет размерность по оси времени на несколько порядков больше чем 7 минут и рассматриваться не может, а перегонять можно хоть сутки...

Перегонка за короткое время, это не верно, в моем случае используемые значения температуры ограничиваются только последними 7 минутами, тот график который предложен к рассмотрению имеет размерность по оси времени на несколько порядков больше чем 7 минут и рассматриваться не может, а перегонять можно хоть сутки...sfinexer, 29 Апр. 11, 00:25

Ну может я что-то не учёл в твоём принципе... Просто хотел показать, что температура кипения за сутки довольно сильно может измениться.

Ну может я что-то не учёл в твоём принципе... Просто хотел показать, что температура кипения за сутки довольно сильно может измениться.
SnakeFish, 29 Апр. 11, 01:02

Это я понял, конечно влияние будет, вопрос лиш насколько сильное... Конечно учесть наличия внезапно возникшего смерча нельзя, но минимизировать внешнее воздействие можно.
Давление несомненно надо стабилизировать, весь вопрос как это сделать более правильно и подешевле, ну и чтобы точность была приемлемой.

Я думаю мне понадобится еще недели две для доведения до ума системы перегонки, после буду делать систему автоматизации для колонны. Почему две недели - брага кончилась(((