Ненавязчивая автоматизация ректификационной установки

ЖКИ типа МТ-10Т ?, но там сразу 6 ног на общение с МК надо...

Тогда уж 1602, тоже 6 цифровых ног использует. Ещё 3-5 ног для датчиков. Как-бы вроде ног хватает (если что, аналоговые можно использовать для вывода цифры).
На 1602 можно выводить все температуры одновременно, и по кнопке, скажем, делать вывод крупно по очереди.

А на матрицу можно и тренды вывести...makh, 12 Апр. 17, 20:02

Очень даже неплохая мысль!

---

Итак, допустим, остановились на 4-разрядном индикаторе. Один режим - сканирование датчиков по кругу. "Мельком" показывается номер датчика, затем (подольше) - его температура. И так по кругу.

По короткому нажатию кнопки переходим в режим отслеживания температуры одного (текущего) датчика. В этом режиме показывается просто его температура с интервалом, допустим, несколько секунд.

По длинному нажатию и удержанию этой же кнопки (если до этого мы были в режиме сканирования датчиков по кругу - тоже переходим в режим отслеживания температуры текущего датчика) на 4-разрядный дисплей выводится в одном разряде (слева) - номер датчика, в трех оставшихся - тренд. В принципе, достаточно наглядно, в трех разрядах индикатора можно отобразить тренды по 9 точкам (моментам времени). По три точки в каждом разряде индикатора. Можно и больше, но будет уже не так наглядно - голова будет "потеть". Вот тут я на картинке поизображал немного (вроде бы ничего не забыл). Варианты 3 и 7 (v и ^) можно сместить по вертикали в соответствующие стороны. Возможно в совокупности (на трех разрядах индикатора) понагляднее получится. Ну это - уже мелочи.

Ну вот если как-то так?

---

А с ЖК, все-таки, не хотелось бы связываться. Нужно остановиться на каком-то едином уровне индикации модульков. Иначе какая-то эклектика получится. ИМХО, некрасиво. Да и на каком уровне тогда останавливаться? Сначала алфавитно-цифровые ЖК, потом можно и пиксельный ЖК, потом наверняка захочется тренд в виде графика показать и пошло и поехало... В результате вместо "легкого" и дешевого модулька (температурного "серверка" ;) родится монстр, полностью выпадающий из концепта. Ну не хотелось бы...

Думаю, совместно мы найдем приемлемые решения и в рамках 7-сегментных индикаторов. ИМХО, мы уже близки к этому ;)

Один режим - сканирование датчиков по кругу. "Мельком" показывается номер датчика, затем (подольше) - его температура. И так по кругу.OldBean, 13 Апр. 17, 04:54

Представил себе такую карусель, что-то мне она не по душе. У нас же есть приоритеты. На этапе разгона нас интересует температура в кубе. Отбор голов и тела - температура в царге. Ну и хвосты - либо в кубе, либо в дефлегматоре. Не проще-ли на плате установить 4-е светодиода и под каждым кнопку? Первый - датчик в кубе, второй - на царге и т.д. Светится светодиод, на индикаторе отображается температура приоритетного датчика. Хотим посмотреть другие, просто нажимаем нужную кнопку. Ничего не нажимаем в течение, допустим 10-сек, значения возвращаются к показаниям приоритетного датчика.
Отображение тренда конечно интересно, но нужно-ли?

А как понять от какого датчика какая температура показывается?U-M, 12 Апр. 17, 19:45

Ну вот я предложил показывать сначала номер датчика, потом температуру. Когда пользователь "ловит" градусник кнопкой, как предлагает коллега OldBean - он в курсе какой градусник ему интересен.

Добавлено через 3мин.:

Не проще-ли на плате установить 4-е светодиодаZagAl, 13 Апр. 17, 13:03

Это тоже тема! И в двоичном коде показывать номер датчика. Итого до 16 градусников!

Ну тогда 4 светодиода, кнопка переключения и 4 разрядный семисегментный индикатор. Горящий диод показывает датчик, индикатор температуру.

Представил себе такую карусель, что-то мне она не по душе.ZagAl, 13 Апр. 17, 13:03

Ну понятно же, что такой "обзорный" режим (сканирование датчиков по кругу) не будет основным режимом работы. По жизни, основным будет режим отслеживания температуры одного (текущего, выбранного) датчика. Здесь Вы абсолютно правы насчет приоритетов. Но с помощью кнопочки мы сможем переключаться между ними.

Установка дополнительной индикации (светодиодиков) на плате в определенном смысле эквивалентна увеличению разрядности индикатора. Но немножко более затратна по части свободных ног ардуинки. С дополнительным разрядом 7-сегментного индикатора: одна нога = 1 десятичный разряд. Со светодиодиками: 1 нога = 1 двоичный разряд. С другой стороны - если я вдруг забыл температура какого датчика у меня в данный момент отслеживается - кто мешает мне нажать и "придержать" нажатой единственную кнопочку на плате? Дисплей тут же покажет номер датчика. Причем, безо всяких практических ограничений на их количество. Поэтому не совсем очевидно: стОит ли увеличивать разрядность индикации за счет дополнительных ног МК и усилий по физическому расширению индикации?

Про отображение трендов

Я сегодня на досуге быстренько сгенерировал тестовый примерчик на реальном индикаторе, чтобы немного "почувствовать" как это будет выглядеть. Увы, эти "кракозябры" оказались не очень удачным решением, как казалось вначале. В целом информация воспринимается нормально. Но все равно в уме приходится как бы "складывать" показания трех разрядов, чтобы полностью "ощутить" тренд по 9 точкам. Попробовал изображать тренд по трем точкам (три последовательные точки во времени каждая на своем разряде индикатора, см. рисунок).

Получается гораздо нагляднее. Правда и информации о тренде существенно меньше (всего три последовательные точки). Тем не менее, если выводить и тренд, то, скорее всего, лучше именно таким способом.

Отображение тренда конечно интересно, но нужно-ли?ZagAl, 13 Апр. 17, 13:03

Тут a priory вряд ли что-то можно с уверенностью сказать. Нужно экспериментировать. В ряде режимов мы работаем на уровне нескольких квантов датчика. Был бы этот квант (в градусах) равен одному десятичному разряду - никакой необходимости в выводе тренда не возникало бы. Он бы четко формировался в нашей "оперативной памяти" по нескольким последовательным показаниям индикатора. Увы, в своей оперативной памяти обычный человек может держать до 7 относительно простых сущностей ;) А он (зараза квант) равен 0.0625 градуса. А по сути вывод тренда - это и есть просто визуализация изменения температуры "в квантах", а не в градусах.

Ну а с другой стороны что тут ломать голову? Это уже чистый софт. Не оправдает себя опция - ее легко исключить.

Я что-то не пойму что вы обсуждаете?
Не проще ли взять двухцветный oled с i2c и запилить его в существующую систему?

Я что-то не пойму что вы обсуждаете?
Не проще ли взять двухцветный oled с i2c и запилить его в существующую систему?ys1797, 13 Апр. 17, 15:59

Мы обсуждаем градусник для ректификации, содержащий несколько датчиков DS18B20, ардуинку (Mini Pro) и 7-сегментный индикатор (4-разрядный). Градусник может работать как автономно, так и будучи подключенным к управляющему компьютеру по i2c. Точнее, обсуждаем не сам градусник, а UI при работе в автономном режиме.

Еще мощная штука для такого рода интерфейсов -- двухцветные (RG) семисегментники, но вот что-то не стало их в массовом доступе на ебэях. И у всяких фарнелов тоже, только дорогие здоровенные, почему-то. Лет десять назад были ну очень модные. Уверенно распознаваемых даже таким дальтоником как я, цветов восемь можно было сделать.

Ну и не забываем про десятичную точку у каждой цифирьки, которая если светит или мигает на половину мощи, то тоже штука довольно информативная.

Уря!!! Пришли дисплеи!

OldBean, на датчике RMS ведь должно отображаться напряжение сети, но там при максимальной раскрутке подстроечника те-же 178 вольт. Да и в прошлый раз из консоли я тоже прибавлял 100 как в Вашем сообщении:

print read_byte(0x05) + 100

Куда копнуть? Где и что измерить/проверить?

Регуляторы ТЭНа и клапана отбора работают изюмительно

Добавлено через 2мин.:

И еще вопрос в догонку: для температурного "сервера" заказывать 4-х разрядный дисплей? Или все еще под вопросом?

sevpro, это конечно да, но, как я понимаю автора, не укладывается в концепт: каждый модуль должен быть способен работать независимо от остальных. Общий экран к малине это да, можно.

Куда копнуть? Где и что измерить/проверить?dth, 14 Апр. 17, 08:50

В скетче очень подробно описана процедура калибровки. У Вас калибровки как таковой не будет, но почти все пункты калибровки (кроме 6 и 7) все равно необходимо выполнить. Потенциометр нужно выставить так, чтобы код, при максимальном напряжении в сети, не превышал 600-650 единицы. У Вас ЛАТРа нет, поэтому будет некое номинальное напряжение. Значит код не должен превышать примерно 550-600 единиц. Сделайте это. Пункты 6 и 7 калибровки пропускаете. Оставьте коэффициенты такими как они были. Дойдите до конца. Давайте посмотрим что получилось

И еще вопрос в догонку: для температурного "сервера" заказывать 4-х разрядный дисплей? Или все еще под вопросом?dth, 14 Апр. 17, 08:50

Подождите пока. Нужно додумать этот узел до конца. Потом нужно сделать прототип и проверить его в реальной работе. На предмет usability. Вдруг эта штука получится очень неудобной? Вы пока спокойно можете работать без него - измерять температуры малинкой непосредственно (там один пин спеицально выделен для шины 1-wire). Я уже почти пол-года работаю с этим железом и до сих пор смотрю температуры на экране рабочей станции, с которой управляю малинкой (причем, иногда с расстояния почти 10 км от установки) и никакого дискомфорта пока не испытывал ;) Так что не стОит торопиться. У Вас еще много другой, более актуальной работы впереди.

Кстати, а какое реальное напряжение в сети? Измеряли чем-нибудь?

OldBean, напряжение 220-230в измерял простым тестером. Посмотрел сейчас на смарт-упсе 232-233в (на RMS 179-180).

В понедельник (возможно ранее) откалибрую датчик, отпишусь о результатах. Спасибо!
Тем не менее две ардуинки и 5 дисплеев 4-х разрядных уже заказал, думаю все равно пригодятся, да и не жалко если что - около ста рублей стоят, а ардуинкам всегда найдется применение)
Спасибо!

Вопрос по программе на малине. Не рассматривали вариант демона, которому можно отдавать команды утилиткой из консоли?  Ну и подключаться и мониторить процесс постоянно? Был-бы некий АПИ - можно наворачивать свои интерфейсы кому какие надо.

Вопрос по программе на малине. Не рассматривали вариант демона, которому можно отдавать команды утилиткой из консоли?  Ну и подключаться и мониторить процесс постоянно?dth, 14 Апр. 17, 13:41

Демоны - не демоны, но обычно как-то так оно и происходит. Без демонов.

Я запускаю скрипт автоматизации внутри screen. Screen - это консольный оконный менеджер, позволяющий легко организовать работу приложения в фоновом режиме. После этого я могу вообще отключиться от малинки (с которой был связан по ssh). Скрипт будет продолжать работать в фоновом режиме.

В следующий раз, когда мне нужно что-нибудь сказать малинке или установке - я соединяюсь с малинкой по ssh (например, - совсем из другого места и другой рабочей станции) и пишу "screen -r". После этого я попадаю в консоль работающего скрипта, могу, например, нажать какую-нибудь клавишу, соответствующую команде (например, вручную сменить режим работы установки, активировать или дазактивировать регулятор отбора, посмотреть лог в виде графика и т.п.).

Пообщался с малинкой и установкой? Ну и ладненько. Я могу опять покинуть screen (ctrl+A+D) и малинку (exit). А скрипт будет продолжать работать и делать свое благородное дело ;)

---

Вот как-то так оно сейчас и устроено. Не нужно ничего специально писать - все делается средствами операционной системы и других (штатных) приложений.

OldBean, скомпилировал скетч с define CALIBR, максимальное значение кода, которое удается получить - 430 единиц. Все-таки что-то не так...

Добавлено через 17мин.:

Выставил так

U1 = 220, C1 = 416, U2 = 228, C2 = 432;

Вроде показывает правильно, в сравнении с тестером...

Все-таки что-то не так...dth, 17 Апр. 17, 08:13

Вариантов не так много: АЦП, делитель и трансформатор.
1. Выдерните модулек из платы, скомпилируйте скетч так, чтобы смотреть код (define CALIBR), прошейте и не отключайте от программатора (точнее - от питания 5В). Подайте на А3 постоянное напряжение близкое к опорному (1.1В, например, от батарейки с делителем). Должны увидеть код близкий к 1000-1024. Так?
2. Проверьте реальное сопротивление резисторов делителя (R1 и R2). Нормально? Бывают всякие чудеса с китайскими комплектующими.
3. Проверьте трансформатор.

Вроде показывает правильно, в сравнении с тестером...dth, 17 Апр. 17, 08:13

Важен еще и наклон. Не трогайте коэффициенты, либо калибруйте обязательно по двум точкам на концах рабочего диапазона.

15.6. Гибридные методы

В предыдущих разделах мы рассмотрели два простых метода регулирования скорости отбора, которые довольно широко применяются в практике кубовой ректификации: регулировка отбора методом "старт-стоп" и регулировка отбора по температуре в кубе). В первом случае для контроля используется датчик температуры, расположенный в нижней части колонны, во втором - датчик, расположенный в кубе. Это - надежные и устойчивые регуляторы, не требующие каких-либо сложных настроек и подборов коэффициентов. Тем не менее, каждый из этих методов несовершенен. Классический "старт-стоп" приводит к заметным колебаниям температуры в нижней части колонны, амплитуда которых увеличивается по мере уменьшения спиртуозности в кубе. В методе отбора по температуре в кубе трудно добиться опитмальной средней скорости отбора, поскольку критерии выбора флегмового числа достаточно размыты. В этом смысле определенную привлекательность могут представлять гибридные методы, представляющие собой классический "старт-стоп" в сочетании со снижением базовой скорости отбора (т.е. скорости отбора во время "старта") в процессе ректификации.

В данном топике мы рассмотрим примеры работы гибридных методов, в которых коррекция базовой скорости отбора производится по температуре в кубе. Один из простейший алгоритмов выглядит так: при каждом срабатывании "стопа", новая базовая скорость отбора вычисляется как некоторое "взвешенное" значение от прежней базовой скорости отбора и скорости отбора, определяемой по температуре куба на данный момент:
где bQ - базовая скорость отбора (новая - слева от знака равенства и старая - справа от знака равенства соответствуенно), cQ - скорость отбора, вычисленная по температуре в кубе на данный момент, wt - вес. Эти обозначения совпадают с названиями переменных в скрипте автоматизации nna_27.py, который находится в приложении к данному топику.
Этот алгоритм реализован для варианта регулятора 1 (modes[mode].reg = 1), который устанавливается в карте режимов скрипта автоматизации. Для установки веса есть отдельная переменная wt.

При wt = 1 мы получаем обычный "старт-стоп" с неизменной базовой скоростью отбора. Если же wt = 0, то базовая скорость отбора после каждого "стопа" устанавливается равной скорости отбора, вычисленной по температуре в кубе (флегмовое число фиксируется один раз в момент активации регулятора). Ну а при промежуточных значениях веса 0 < wt < 1 мы получаем какие-то промежуточные варианты поведения регуляторов между классическим старт-стопом и отбором по температуре в кубе.

Рассмотрим примеры работы регуляторов при разных wt. Для экспериментов использовалась та же модельная смесь, которая использовалась в экспериментах с регулятором по температуре в кубе. Смысл диаграмм и графиков точно такие же, как и ранее.

На первом рисунке представлены диаграммы, соответствующие случаю wt = 1. По сути - это чистый старт-стоп с фиксированной базовой скоростью отбора 500 мл/час.

Как видно из диаграмм, колебания температуры в нижней части колонны существенно нарастают к концу ректификации (красная кривая на второй диаграмме сверху). Тем не менее, температура в дефлегматоре (зеленая кривая) в течение отбора тела держится на одном уровне.

На следующем рисунке показаны диаграммы другого процесса ректификации. Все тоже самое, только вес для расчета скорости отбора равен wt = 0.8.

На третьей диаграмме сверху по коричневой кривой мы видим как корректировалась базовая скорость отбора при каждом старт-стопе. На втором графике сверху легко видеть, что амплитуда колебаний температуры в колонне стала существенно меньше и остается практически неизменной в течении всего периода срабатывания старт-стопа.

На следующей диаграмме вес еще меньше: wt = 0.5. Т.е. вклад классического старт-стопа и отбора по температуре в кубе приблизительно одинаковый.

Амплитуда колебаний температуры в нижней части колонны осталась практически такой же, как и в предыдущем случае. Частота колебаний уменьшилась, но незначительно (необходимо учесть разный масштаб по времени и момент начала отбора хвостов - в первом случае 99°C, во втором -  98°C).

Ну и, наконец, на следующем рисунке показан вариант с wt = 0. Т.е. на каждом стопе базовая скорость отбора устанавливалась равной скорости отбора, рассчитанной по температуре в кубе.

Как и следовало ожидать, ничего выдающегося, по сравнению с обычным отбором по температуре в кубе, такой режим не дает - скорость отбора уменьшается регулятором быстрее, чем необходимо.

---

Итак, мы вкратце рассмотрели один из вариантов гибридных алгоритмов, в которых базовая скорость отбора старт-стопа корректируется на каждом "стопе" и равна "взвешенной" комбинации предыдущей базовой скорости отбора и скорости отбора, рассчитанной по температуре в кубе. Эксперименты с модельной смесью показывают, что, при весовом коэффициенте wt порядка 0.8 и ниже, амплитуда колебаний температуры в нижней части колонны существенно меньше, чем при обычном старт стопе и не имеет тенденции к росту при снижении спиртуозности раствора в кубе.

======================================

Предыдущий топик  Вернуться к оглавлению  Следующий топик

15.7. Заключение

В этом разделе мы рассмотрели несколько сравнительно простых алгоритмов отбора тела в процессе кубовой ректификации в насадочной колонне. В качестве источников данных для регуляторов скорости отбора использовались датчики температуры, расположенные либо в нижней части колонны, либо в кубе. Помимо этого, во всех проведенных экспериментах, проводился непрерывный контроль температуры еще в одной точке колонны - на входе в дефлегматор.

Невзирая на все температурные "страсти", кипевшие в нижней половине установки, температура в дефлегматоре (чуть ниже узла отбора) во время отбора тела оставалась постоянной с точностью до кванта температурного датчика DS18B20 при максимальном разрешении (0.0625°C). Означает ли это, что во всех случаях мы отбирали одинаковый по качеству спирт? Конечно, нет. Дело в том, что температурные датчики показывают нам лишь температуру кипения раствора. Раствор содержит не только этанол и воду, но и довольно широкий спектр других примесей. Но, поскольку суммарное содержание примесей в спирте-сырце обычно не превышает 0.3-0.5 мас %, то никакого реального влияния на температуру кипения раствора эти примеси не оказывают. Т.е. температура кипения дает нам только относительное количество этанола и воды (спиртуозность раствора). Содержание и состав примесей (на уровне долей процента и ниже) может быть совершенно произвольным. По температуре кипения, измеряемой обычными термодатчиками, мы это никак не заметим. Зато прекрасно это почувствуем органолептически (на нюх, вкус и самочувствие после...).

К сожалению, в настоящее время не существует приборов, доступных для бытовых приложений, способных оперативно и количественно определять примеси в водно-спиртовых растворах. Поэтому процесс домашней ректификации, с точки зрения этих примесей, проводится в значительной степени "вслепую", ориентируясь лишь на некие общие правила (разумные скорости отбора, удерживание температур в определенных рамках и т.п.) и достаточно субъективные методы органолептического контроля конечного продукта. В связи с этим, можно отметить два варианта стратегии получения в любительских условиях спирта-ректификата, содержащего минимальное количество примесей.

Первый вариант заключается в том, чтобы, на основе огромного опыта любителей домашней ректификации, оптимизировать процесс однократной ректификации так, чтобы из спирта-сырца сразу получить спирт-ректификат приемлемого качества (СР1 - спирт-ректификат однократной ректификации). Обычно такой процесс связан с медленным и тщательным отбором голов, частичным фракционированием тела, достойной встречей хвостов "на дальних подступах" и т.д. ;) Это направление очень интересное и уже давно превратилось в настоящее искусство ректификации. Ему посвящено подавляющее большинство топиков, посвященных ректификации спирта, не только на этом форуме, но и на других ресурсах. В общем - есть что изучать и есть над чем поэкспериментировать.

Второй вариант - это многократная ректификация (чаще всего - двойная). В процессе первой ректификации (часто - упрощенной, по сравнению с предыдущим вариантом) из спирта-сырца удаляется вода и основная часть других примесей. Если ректификация производится при давлениях, близких к атмосферному, то после первой ректификации мы получаем азеотроп спирт-вода, содержащий определенное количество других примесей (СР1). Содержание примесей уже невелико - такой низкосортный спирт вполне можно использовать для пищевых целей. Но, как показывает опыт, при помощи повторной ректификации этого спирта (СР1) можно получить продукт (СР2) гораздо более высокого качества. В силу большей трудоемкости, такой подход используется реже. Хотя для домашней кубовой ректификации, ИМХО, он представляется гораздо более привлекательным. Почему? Во-первых, можно сформулировать четкий и прозрачный критерий для оптимизации первой ректификации. Это - максимальная скорость отбора при неизменной температуре в дефлегматоре. Во-вторых, ясно куда нужно стремиться при повторной ректификации: если процессу второй ректификации подвергается азеотроп (т.е. неразбавленный СР1), то нужно выбирать оборудование и режимы, при которых реализуется максимальная разделяющая способность колонны. Т.е. - высокие колонны, мелкая насадка, невысокие скорости отбора и т.п.

---

Если ориентироваться на второй вариант (многократная ректификация), то в качестве "рабочего" алгоритма отбора тела в процессе первой ректификации вполне подойдет гибридный алгоритм с весовым коэффициентом 0.7-0.8. С одной стороны, этот алгоритм настолько же эффективен (по средней скорости отбора), как и классический старт-стоп. Но, в то же время, не приводит к слишком большим амплитудам колебаниям температуры в нижней части колонны.

======================================

Предыдущий топик  Вернуться к оглавлению  Следующий топик

OldBean, мне тут товарищ подсказал, когда я ЛАТР искал. Сделать делитель на резисторах, скажем до 150 вольт и откалибровать.