VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV AUTOMATIZACE A MĚŘICÍ TECHNIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF CONTROL AND INSTRUMENTATION
ŘÍDICÍ SYSTÉM VARNY MALÉHO PIVOVARU CONTROL SYSTEM OF SMALL BREWERY
DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER‘S THESIS
AUTOR PRÁCE
Bc. JAN CEDRYCH
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2014
Ing. LUKÁŠ KOPEČNÝ, Ph.D.
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav automatizace a měřicí techniky
Diplomová práce magisterský navazující studijní obor Kybernetika, automatizace a měření Student: Ročník:
Bc. Jan Cedrych 2
ID: 115159 Akademický rok: 2013/2014
NÁZEV TÉMATU:
Řídicí systém varny malého pivovaru POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: Navrhněte řídicí systém nanopivovaru s možností dálkového dohledu po internetu. 1. Udělejte rešerši v oblasti malých pivovarů. 2. Navrhněte blokové schéma systému. 3. Vyberte vhodnou řídicí platformu. 4. Realizujte řídicí systém. 5. Uvařte a konzultujte výsledky. DOPORUČENÁ LITERATURA: Technická dokumentace pivovaru a varní list. Termín zadání:
10.2.2014
Termín odevzdání:
19.5.2014
Vedoucí práce: Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D. Konzultanti diplomové práce:
doc. Ing. Václav Jirsík, CSc. Předseda oborové rady
UPOZORNĚNÍ: Autor diplomové práce nesmí při vytváření diplomové práce porušit autorská práva třetích osob, zejména nesmí zasahovat nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoníku č.40/2009 Sb.
Abstrakt Tato práce se zabývá návrhem a následným zhotovením a uvedením do provozu řídicího systému pro varnu domácího nanopivovaru. Výkonová elektronika je uzpůsobena již dříve pořízenému vybavení pivovaru. U řídicí jednotky jsou uvedeny možnosti využití dostupných řešení, a následně je vyrobena řídicí jednotka vlastní konstrukce. Následuje tvorba softwaru pro ruční ovládání jednotlivých částí nanopivovaru a automatizací vybraných procesů.
Klíčová slova Nanopivovar, pivovar, varna, automatizace, FriendlyARM, Mini2440, webové rozhranní, Linux, QT
Abstract This thesis describes the design and following fabrication and putting into service of the control system for brewhouse of home nanobrewery. Power electronics is adapted to previously purchased brewery equipment. For controller are given possibilities of using available solutions. Subsequently is made own controller design. Follows a software design for manual control of individual parts nanobrewery and automating some processes.
Keywords Nanobrewery, brewery, brewhouse, automation, FriendlyARM, Mini2440, web interface, Linux, QT
3
Bibliografická citace: CEDRYCH, J. Řídicí systém varny malého pivovaru. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2014. 62 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D..
4
Prohlášení „Prohlašuji, že svou diplomovou práci na téma Řídicí systém varny malého pivovaru jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího diplomové práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. díl 4 Trestního zákoníku č. 40/2009 Sb.
V Brně dne: 19. května 2014
………………………… podpis autora
5
Poděkování Děkuji vedoucímu diplomové práce Ing. Lukáši Kopečnému, Ph.D. za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé diplomové práce.
V Brně dne: 19. května 2014
………………………… podpis autora
6
Obsah 1
Úvod ..................................................................................................................................... 9
2
Stručný úvod do technologie výroby sladu a piva.............................................................. 10 2.1
2.1.1
Výroba sladu ....................................................................................................... 10
2.1.2
Výroba chmele .................................................................................................... 11
2.1.3
Varní voda ........................................................................................................... 12
2.1.4
Pivovarské kvasinky............................................................................................ 12
2.2
4
Výroba Piva................................................................................................................. 13
2.2.1
Zhotovení mladiny .............................................................................................. 14
2.2.2
Kvašení................................................................................................................ 15
2.2.3
Filtrace ................................................................................................................ 16
2.2.4
Stáčení ................................................................................................................. 16
2.3
3
Příprava jednotlivých surovin pro výrobu piva ........................................................... 10
Výroba piva v malých pivovarech .............................................................................. 16
2.3.1
Výroba piva v minipivovaru ............................................................................... 17
2.3.2
Výroba piva v domácím nanopivovaru ............................................................... 18
Návrh vybavení nanopipovaru ........................................................................................... 19 3.1
Varný kotel .................................................................................................................. 19
3.2
Míchadlo varny ........................................................................................................... 22
3.3
Indukční vařič ............................................................................................................. 24
3.4
Míchadlo rmutovacího hrnce ...................................................................................... 25
3.5
Průtokový ohřívač ....................................................................................................... 26
3.6
Teploměry ................................................................................................................... 29
3.7
Celkové uspořádání ..................................................................................................... 30
Řídicí jednotka ................................................................................................................... 31 4.1
Požadavky na řídicí jednotku ...................................................................................... 31
4.2
Dostupná řešení ........................................................................................................... 32
4.2.1
Brauanlage .......................................................................................................... 32
4.2.2
BCS-462 Brewery Control System ..................................................................... 33
4.2.3
BrewTroller ......................................................................................................... 33
4.3
Návrh vlastního řešení řídicí jednotky ........................................................................ 34
4.3.1
PLC + Operátorský panel .................................................................................... 34
4.3.2
oPLC ................................................................................................................... 35
4.3.3
Jednodeskový počítač.......................................................................................... 35
7
4.4
5
4.4.1
Friendly ARM Mini2440 .................................................................................... 36
4.4.2
I/O rozšiřující deska ............................................................................................ 37
4.4.3
Napájecí zdroj ..................................................................................................... 38
4.4.4
Mechanické řešení ............................................................................................... 39
softwáre řídicí jednotky ...................................................................................................... 40 5.1
Operační systém .......................................................................................................... 40
5.2
Řídicí aplikace Pivovar ............................................................................................... 40
5.2.1
Moduly spodní vrstvy ......................................................................................... 40
5.2.2
Moduly vrchní vrstvy .......................................................................................... 43
5.2.3
Automatické procesy a měření spotřeby ............................................................. 44
5.3
6
Řídicí jednotka s modulem Friendly ARM Mini2440 ................................................ 36
Modelování řízených soustav a návrh regulátorů ....................................................... 47
5.3.1
Modelování rmutovacího hrnce .......................................................................... 47
5.3.2
Návrh regulátoru rmutovacího hrnce .................................................................. 50
5.3.3
Modelování varného kotle................................................................................... 52
5.3.4
Návrh regulátoru varného kotle........................................................................... 53
5.3.5
Modelování průtokového ohřívače...................................................................... 54
5.3.6
Návrh regulátoru průtokového ohřívače ............................................................. 56
5.4
Webové rozhraní ......................................................................................................... 58
5.5
Ostatní software řídicí jednotky .................................................................................. 59
Závěr................................................................................................................................... 60
Seznam použité literatury............................................................................................................ 61 Seznam příloh ............................................................................................................................. 64
8
1
ÚVOD
Pivovarnictví má v naší zemi dlouholetou tradici a české pivo mělo a má ve světě dobré jméno. Produkce piva byla v minulosti soustředěna jen do několika málo velkých pivovarů, které díky plně automatizované výrobě dodávají pivo dobré kvality za nízké ceny. V současné době můžeme pozorovat jiný trend. Jsou zakládány nové, malé pivovary, které dodávají pivo do nejbližšího okolí. Díky své velikosti mohou nabízet širší nabídku sortimentu, popřípadě vařit pivo přímo na zakázku. Další alternativou k produkci velkých pivovarů se stalo vaření domácího pita tzv. homebrewing. Lze tak připravit pivo dle vlastní chuti s kvalitou srovnatelnou, někdy i větší než u piv komerčních. Náklady na takto uvařené pivo, také nesou nikterak veliké. Tato činnost je velice náročná na čas a dodržování předepsaných postupů. Aby byly předešlé dva problémy odstraněny, je proveden návrh řídicího systému pro domácí pivovar s následným ověřením funkčnosti při provozu. Hlavním cílem práce tedy bude návrh elektroniky a řídicího programu pro konkrétní domácí pivovar. Návrh univerzálního řešení nebyl zamýšlen z toho důvodu, že většina domácích pivovarníků používá různá vybavení. Dalším faktorem bylo splnění konkrétních požadavků provozovatele. Ústřední částí diplomové práce jsou následující čtyři kapitoly. V první z nich je představen proces výroby piva od zpracování základních surovin až k finálnímu produktu. Jsou zde také uvedeny rozdíly mezi průmyslovou a domácí výrobou. Druhá část se věnuje popisu vybavení domácího pivovaru a návrhu elektroniky, tak aby bylo možno toto vybavení automaticky řídit. Ve třetí části jsou shrnuty požadavky na hlavní řídicí jednotku. Dále jsou představeny dostupné hotové produkty pro řízení domácích pivovarů, načež je přistoupeno k návrhu vlastního řešení. Poslední část se zabývá vytvořením software pro ovládání a automatizaci procesů pivovaru. Protože je při procesu vaření nutné regulovat teplotu, je zde zařazena podkapitola, zabývající se modelováním teplotních vlastností jednotlivých zařízení a následným návrhem regulátorů.
9
2
STRUČNÝ ÚVOD DO TECHNOLOGIE VÝROBY SLADU A PIVA
Pivo je jedním z nestarších kvašených nápojů světa a má pravděpodobně původ již ve starověku. Prvenství ve vaření piva se připisuje Babyloňanům v sedmém tisíciletí před naším letopočtem. Dále je doloženo, že znalost vaření piva měly i další národy: Číňané, Egypťané, Řekové, Galové, Slované, dále také Židé a Germáni [2] . Tato starodávná piva mněla jistě daleko do chuti piva jak ho my Češi známe dnes, tedy pivo plzeňského typu. Jedna z prvních zpráv, ve které je zmiňována výroba piva na našem území se spojuje s Břevnovským klášterem, založeným roku 993 pražským biskupem sv. Vojtěchem a knížetem Boleslavem II. Pobožným. Jeho pivovar možná vznikl již záhy po založení kláštera, jako součást hospodářského zázemí, jeho existence v dané době není ovšem přímo doložená. První dochovaný záznam o vaření piva a o chmelu je v zakládající listině Vyšehradské kapituly z roku 1088 vydané Českým králem Vratislavem II [6] . Následuje období až do 17. století, kdy dochází k rozvoji pivovarnictví. Pivo bylo vařeno podomácku, ale jsou zakládány nové pivovary a vznikají cechy pivovarníků a sladovníků. Rozkvět je ukončen Třicetiletou válkou [2] , kdy nebylo dostupné obilí ani na potravu, natož pro vaření piva. Renesance v tomto oboru nastává okolo roku 1800, kdy František Ondřej Poupě zavádí do procesu výroby piva vědeckou metodu, konkrétně používání teploměru a hustoměru. Pivovarnictví tak získalo náznak vědeckého základu, který se následujícím rozvojem přírodních věd rychle rozšířil [1] .
2.1
Příprava jednotlivých surovin pro výrobu piva
2.1.1
Výroba sladu
Základní surovinou pro výrobu piva plzeňského typu je ječný slad, základem pro jeho výrobu je pivovarnický ječmen, ve kterém při klíčení, což je ústřední krok při sladování, dochází k tvorbě a aktivaci enzymů. Tyto enzymy jsou nutné, aby v průběhu rmutování, což je jeden z kroků při vaření piva, došlo k rozštěpení složitých cukru – škrobu na jednodušší zkvasitelné cukry. Škroby slouží v zrnu jako zásobárna energie [2] . Klíčení je až jedním z posledních kroků výroby sladu. Pivovarský ječmen musí být nejprve do sladovny dopraven, doprava probíhá pomocí nákladních vlaků, nebo automobilů. Následuje fáze přečištění ječných zrn od nežádoucích příměsí. Mezi ně patří například kamínky, písek, části slámy nebo pluchy z poškozených obilek. Dále je nutné odstranit na půl rozlomené obilky, které již nemohou klíčit a zrna cizích obilovin a plevelů.
10
Po přečištění jsou zrna separována na první, druhou třídu a na propad [2] . Kritériem jednotlivých tříd je velikost zrna. Jednotlivé třídy jsou zpracovávány samostatně, aby výsledný slad neměl různorodé vlastnosti. Propad se při výrobě sladu samozřejmě nepoužívá. Následně je ječmen skladován v sýpkách nebo silech. Samotné sladování se skládá ze tří kroků: máčení, klíčení a hvozdění. Při máčení dojde ke zvýšení obsahu vody v jednotlivých zrnech, což odstartuje klíčení zrna a s tím spojenou tvorbu jednotlivých enzymů. Máčením dochází také k oplachu zrna a odstranění nežádoucích látek [2] . Následné klíčení je spojeno s aktivací enzymů v zrnu obsažených a tvorbou enzymů nových. Zásadní pro následnou výrobu piva jsou enzymy α-amylasa a β-amylasa. Tyto dva enzymy rozštěpují škroby na zkvasitelné cukry. Škrob je vzniklými enzymy zpracováván již v průběhu klíčení pro pokrytí energetické potřeby klíčícího zrna. To na druhou stranu vede ke zmenšení využitelného extraktu. Celý sladovací proces musí být proto řízen tak, aby v zrnu došlo ke vzniku a aktivaci požadovaného množství enzymů a ztráty v podobě spotřebovaného škrobu byly co možná nejmenší [2] . Proto je v průběhu klíčení upravována teplota, vlhkost zrna a atmosféra (obsah kyslíku a oxidu uhličitého). Závěrečnou fází výroby sladu je tzv. hvozdění. Cílem hvozdění je snížit obsah vody, zastavit projevy života, a utlumit enzymové aktivity v zrnu, to je nutné pro následné skladování. Dalším účelem hvozdění je vytvořit chuťové a barevné látky. Hvozdění sladu lze rozdělit na tři fáze. V první, růstové fázi, jsou zrna schopná pořád klíčit, obsah vody v nich je větší než 20 % a teploty hvozdu nepřesahují 40 °C. Následuje enzymová fáze, při níž obsah vody poklesne pod 20 %, teploty na hvozdu stoupnou mezi 40 až 60 °C a dojde k zastavení růstových procesů při pokračování reakcí enzymových. Třetí, chemická reakce, se vyznačuje obsahem vody pod 10 %, teplotou hvozdění nad 60 °C a dochází k zastavení enzymových reakcí [1] . Nadále probíhají reakce chemické, které vedou k tvorbě barevných a chuťových látek. Proces hvozdění je řízen pomocí rychlosti proudění sušícího vzduchu, jeho teplotou a vlhkostí. Nastavení těchto parametrů určuje výsledný typ sladu. Po dokončení procesu hvozdění je slad ochlazen a veden do odkličovacího stroje, kde dojde k oddělení takzvaného sladového květu (kořínky a klíčky), dále jsou oddělena zrna poškozená při sladování a vzniklý prach. Poté je hotový slad skladován ve sladových silech.
2.1.2
Výroba chmele
Druhou základní surovinou pro výrobu piva je chmel, konkrétně jeho druh chmel otáčivý[1] . V České republice je chmel pěstován ve třech pěstitelských oblastech – Žatecké, Úštěckové v Čechách a Tršické u Olomouce [2] Nejznámější odrůdou je Žatecký poloraný červeňák. Chmel je rostlina náročná na vegetační podmínky, proto je pěstován jen ve vybraných lokalitách.
11
V potravinářství, tedy i v pivovarnictví jsou používány pouze hlávky samičích květů (chmelové šištice). Pro pivovarnictví je důležitá sklizeň a následná posklizňová úprava chmelových šištic. Sklizeň je u nás prováděna ke konci srpna dnes už převážně pomocí mechanizovaných střihaček a česaček [2] . Ihned po očesání se chmelové šištice suší komorových sušárnách nebo v kontinuálních pásových sušárnách. Sušení je nutné nejen k následnému skladování, ale aby nenastaly ztráty na barvě, lesku a vůni. Při sušení dochází k poklesu obsahu vody až na 8%, takto upravenou šištici lze už skladovat [2] . Skladování usušeného chmele je náročné na okolní podmínky, ve chmelu obsažené silice jsou látky, které rády podléhají chemickému rozkladu, proto je nejlépe chmel uchovávat za nízkých teplot bez přístupu světla a vzdušného kyslíku. Tyto obtíže při skladování sušeného chmele vedly k rozvoji metod jeho dalšího zpracování [1] . Toto zpracování lze rozdělit na tři odvětví podle metody, kterou bylo dosaženo finálního produktu: 1. Mechanickými úpravami hlávkového chmele 2. fyzikálními úpravami hlávkového chmele 3. chemickými úpravami. Do první skupiny výrobků, tedy mechanicky upravené hlávky chmele patří dnes ve velké míře používané chmelové granuláty. Tyto granuláty jsou svým složením téměř identické jako původní chmelové šištice. Granulovaný chmel typ 100 - Chmelové granule, jsou vyrobeny z přírodního sušeného hlávkového chmele pouhým slisováním do velkých granulí, tím je pouze částečně zamezeno přístupu kyslíku a průběhu nežádoucích oxidačních reakcí [2] . Granulovaný chmel typ 90 - Chmelové granule, jsou vyrobeny z předsušeného a rozemletého hlávkového chmele po odseparování nečistot. Ze 100 kg zpracovaného je vyrobeno 90 kg granulí (typ 90). Takto vyrobené granule jsou baleny v ochranné atmosféře do hermeticky uzavřených obalů, čímž je dosaženo dlouhodobé chemické stability výrobku [2] . Takto zpracovaný chmel je dnes běžně ke koupi i v malých baleních.
2.1.3
Varní voda
Voda je třetí základní surovinou pro výrobu piva a tvoří jeho největší podíl, tudíž její kvalita určuje i výslednou kvalitu piva. Vždy by mněla mít charakter pitné vody. Problematika úprav varní vody je velice složitá a je vždy odlišná pro různé pivovary a jejich zdroje vody, proto ji zde nebude dále rozvádět. Podrobnosti o úpravách varní vody lze opět nalézt v [2]
2.1.4
Pivovarské kvasinky
Pivovarské kvasinky jsou čtvrtou surovinou nutnou pro výrobu piva. Pivovarské kvasinky jsou jednobuněčné houbové mikroorganizmy, které dokážou při své metabolické aktivitě přeměňovat jednoduché, zkvasitelné, cukry na alkohol. Při kvašení
12
dále vzniká oxid uhličitý. Kvasinky používané při výrobě piva se používají v zásadě dva druhy kvasinek. Svrchní kvasinky se používají převážně k výrobě piv typu „ale“, „porter“ a „stout“ [2] . Své pojmenování získaly z toho důvodu, že jsou při kvašení vynášeny bublinkami oxidu uhličitého na povrch mladiny do tzv. kvasné deky a vytvářejí zde vrstvu silnou až 5 cm. Pokud je mladina kvašena těmito kvasinkami používá se zákvasná teplota 15 až 18 °C a maximální teplota během kvašení by neměla překročit 25 °C[1] . Délka hlavního kvašení se pohybuje okolo pěti dnů. Spodní pivovarské kvasinky se používají převážně při výrobě piv plzeňského typu. Díky rozdílu ve stavbě buněčné stěny oproti svrchním kvasinkám, nedochází k jejich nadnášení a tak sedimentují ke dnu kvasné nádoby, od toho název spodní[1] . Je pro ně charakteristická zákvasná teplota mezi 6 až 12 °C, teplota při kvašení bývá 9 až 15 °C. Vyšší teploty urychlují proces fermentace, zároveň se ale zvyšuje množství vedlejších produktů kvašení[2] .
2.2
Výroba Piva
V následující části bude stručně popsána výroba piva plzeňského typu klasickou technologií, dvourmutovým postupem ve velkopivovaru. V závěru kapitoly budou nastíněny rozdíly mezi velkopivovarem, minipivovarem popřípadě domácím nanopivovarem. Výroba piva obsahuje tyto částí: 1. Zhotovení mladiny 1.1. Příprava sladiny 1.1.1. Šrotování sladu 1.1.2. Vystírání, Zapářka 1.1.3. Rmutování 1.1.4. Scezování 1.1.5. Vyslazování 1.2. Chmelovar 1.2.1. Vaření sladiny s chmelem 1.2.2. Odfiltrování kalů 2. Zakvašování a Hlavní kvašení 3. Ležení 4. Filtrace 5. Stáčení
13
2.2.1
Zhotovení mladiny
Hlavním cílem této operace je, za pomocí enzymů a řízených průběhů teplot, vyluhovat ze sladového zrna většinu extrahovatelných látek a vzniklý vodný roztok oddělit od zbytků sladu (mláta) [5] Vzniklá sladina se následně povaří s chmelem, čímž získá typickou hořkost. Chmel zde také působí jako stabilizační a konzervační látka [2] . Před zahájením vaření várky musí být známo, jaký druh piva bude vařen a v jakém množství, od toho se odvíjí množství jednotlivých sladů. Pouze velké pivovary mají vlastní sladovnu, většina pivovarů slad nakupuje a následně skladuje. Po odvážení jednotlivých druhů sladů následuje šrotování ve šrotovně. Šrotování je nutné, aby se odhalila vnitřní část zrna – endosperm [1] . Při šrotování je důležité správné nastavení hrubosti rozemletého endospermu. Příliš hrubé mletí dává za výsledek hrubou krupici, která se obtížně rozpouští a její zcukření je příliš dlouhé. Příliš jemná krupice s velkým obsahem tzv. moučky lépe a rychleji zcukřuje, ale vede ke špatné propustnosti mláta při scezování. Dalším důležitý požadavek je, aby docházelo k co možná nejmenšímu poškození pluchy (vnější obal zrna). Při jejím poškození dochází opět k problémům při scezování, navíc se z ní ve větší míře uvolňují chuťově nepříznivé látky [2] . Z těchto důvodů vznikly válcové šrotovníky s dvěma a následně třemi páry válců, kde dochází k separaci jednotlivých frakcí a jejich následnému mletí na dalším stupni. Lze tak optimálně nastavit jejich poměr ve výsledném šrotu. Aby se ještě více omezilo možné poškození pluchy, jsou někdy používány mokré šrotovníky, kde je zrno před šrotováním navlhčeno v kondicionovacím zařízení, čímž se plucha stane pružnější a nedochází k jejímu poškození [1] . Následuje fáze vystírání, při níž se šrot smíchává s varní vodou ve vystírací kádi. Další možností je mísení šrotu s vodou ve specializovaném zařízení zvaném vystěradlo. U dvourmutového postupu se nejčastěji vystírá do vody o teplotě 37 – 39 °C. Během vystírání je puštěno míchání, směs se tak homogenizuje a vyrovnává se teplota v celém objemu. Zapařování je dalším procesem. Vystírka se přidáváním horké vody (cca. 80 °C) ohřeje na zápařnou teplotu 52 °C. Při přidávání vody je nutné postupovat tak, aby se lokálním přehřátím nepoškodily enzymy obsažené ve sladu. Ústředním procesem je rmutování, při kterém probíhá největší enzymatická aktivita, a škroby jsou štěpeny na zkvasitelné cukry. Existují různé způsoby rmutování. Nejjednodušší je infuzní postup, při kterém dochází k ohřevu celého objemu díla najednou s časovými prodlevami až na odrmutovací teplotu. Tento postup je vhodný pro výrobu světlých, svrchně kvašených piv a pro hodně rozluštěné slady. Často se při něm vynechává fáze zapařování. Pro výrobu piv plzeňského typu se nejčastěji používá dekokční dvourmutový postup. Při tomto postupu se část díla, která se nazývá rmut, oddělí do samostatné
14
rmutovací pánve. První rmut je samostatně tepelně zpracováván a po závěrečném povaření je zpět vrácen ke zbytku díla. Tímto postupem se dosahuje vyššího varního výtěžku i u méně kvalitních sladů [1] . Nevýhodou je vyšší energetická náročnost a nutnost použití samostatné rmutovací nádoby. Po dokončení rmutování a úspěšně proběhnuté jodové zkoušce, při níž je ověřeno, že veškerý škrob obsažený ve sladu byl zcukřen, je dílo připraveno ke scezování ve scezovací kádi. Scezování je proces, který z technologického hlediska lze rozdělit na dvě části. První fáze se nazývá scezování předků, v této fázi dojde k oddělení tzv. sladiny a mláta. Nejprve se odrmutované dílo načerpá na scezovací dno. Ve dnu jsou vyfrézovány štěrbiny o šířce 0.5 – 0.8 mm a délce cca. 25 mm. Mláto spolu s tímto dnem vytvoří filtr, přes který se sladina přefiltruje. Ke scezování se nepřistupuje ihned po načerpání celého díla, ale až po zhruba 20 minutové pauze, při níž se mláto usadí a nabude filtrační schopnosti. Sladina při filtrování vytéká nejprve zakalená, proto je zpět vracena vrchem do scezovací kádě. Poté co hladina klesne pod úroveň mláta, je spuštěno vyslazování, během nějž je na povrch mláta napouštěna voda o teplotě 76 °C, tím se z mláta vyluhuje zbytek extraktu. Vyslazování může být kontinuální, napouští se stejné množství, jaké odtéká přes mláto, nebo je vyslazování dvakrát až třikrát přerušeno a je čekáno do doby, až hladina poklesne pod úroveň mláta. Vyslazování je ukončeno, jakmile obsah cukru ve vytékajících výstřelcích poklesne pod 1%. Jakmile je veškerá přefiltrovaná sladina pohromadě, je přečerpána do mladinové pánve, kde je zahájen chmelovar. Při tomto kroku je sladina co nejrychleji přivedena k varu a var je udržován 90 až 120 minut [4] . Při chmelovaru dojde k odpaření přebytečné vody, inaktivaci zbylých enzymů, vysrážení bílkovin, sterilizaci mladiny a především přejdou z chmele do roztoku hořké látky. Protože se některé látky chmele varem rozkládají, je chmel pro dosažení požadované chuti přidáván převážně na dvakrát někdy na třikrát (dvojí a trojí chmelení). Po chmelovaru je nutné ze vzniklé mladiny odstranit vzniklé hrubé kaly a ochladit mladinu na zákvasnou teplotu. K těmto účelům je dnes nejčastěji používána kombinace vířivé kádě a deskového chladiče [2] .
2.2.2
Kvašení
Kvašení neboli fermentaci piva lze rozdělit na fáze: zakvašování, hlavní kvašení a dokvašování (ležení). Po zchlazení mladiny v deskovém chladiči na zákvasnou teplotu (při kvašení spodními kvasinkami) 7 °C – 10 °C je mladina přečerpána do kvasných kádí v místnosti nazývané spilka, kde dále probíhá hlavní kvašení. Během čerpání je mladina provzdušňována a následně jsou do ní přidávány pivovarské kvasinky. Tím je provedeno zakvašení mladiny.
15
Během následné fáze hlavního kvašení je kvasinkami přeměněna největší část extrahovaných cukrů na alkohol, oxid uhličitý. Délka kvašení je hlavně závislá na původním obsahu cukru v mladině, kvasné teplotě a použitých kvasinkách, pohybuje se v rozmezí 6 až 12 dnů. Při kvašení je kvasinkami vytvářeno metabolické teplo, proto je nutné při použití větších objemů kvasných kádí použít chlazení přímo uvnitř kádě a udržovat kvasnou teplotu. Během hlavního kvašení vzniká na povrchu mladiny kvasná pěna, která se na při konci hlavního kvašení změní na přibližně tři centimetry tlustou kvasnou deku. Tuto deku je nutné odstranit, protože obsahuje látky nepříznivě ovlivňující chuť piva. Poté co proběhne hlavní kvašení je vzniklé mladé pivo přečerpáno ze spilky do ležáckých tanků. Ty mohou být konstruovány jako klasické nebo jako dnes hojně používané cylindrokónické tanky. Tanky jsou v průběhu dokvašování piva uzavřeny, aby se pivo mohlo nasytit při dokvašování vzniklým oxidem uhličitým. Teplota je v ležáckém sklepě udržována na 0 – 3 °C.
2.2.3
Filtrace
Filtrace je prováděna po dokončení fáze ležení. Pivo je přečerpáváno z ležáckého do stáčecího tanku a je při tom filtrováno nejčastěji přes křemelinový filtr. Filtrací je z piva odstraněn jemný zákal a zbylé kvasinky. Tím je docíleno neměnné čirosti piva během skladování, dále je částečně zabráněno chuťové degradaci vlivem rozkladu kvasinek.
2.2.4
Stáčení
Pivo je ve většině případů stáčeno do sudů, láhví či plechovek. Stejně jako při každé operaci od chmelovaru i zde je nutná naprostá čistota, proto je každý obal před naplněním důkladně sterilizován. Aby byla zaručena dlouhodobá biologická stabilita piva i při skladování za vyšších teplot, je pivo před stáčením pasterováno, tím jsou zničeny nežádoucí mikroorganismy, případně neodfiltrované kvasinky. Pivo je ve většině případů stáčeno na automatizovaných stáčecích či lahvovacích linkách.
2.3
Výroba piva v malých pivovarech
V předešlém textu byla shrnuta výroba piva ve velkém pivovaru při použití klasické technologie. V následujících dvou podkapitolách budou popsány rozdíly při výrobě v minipivovaru a domácím nanopivovaru. Opět nebudeme uvažovat použití sladového koncentrátu.
16
2.3.1
Výroba piva v minipivovaru
Rozvoj minipivovarů začal po sametové revoluci, když padlo centrální plánování a začal rozvoj volného trhu. Za dob komunismu byly téměř všechny městské a lokální pivovary zrušeny a byly ponechány jen některé velké pivovary [6] Zakladatelé minipivovarů správně zhodnotili poptávku spotřebitelů po pivě vyráběné dle klasické receptury bez přídavku sladových náhražek a cukrů. Další výhodou minipivovarů je právě jejich velikost, můžou si tak dovolit výrobu více druhů piv, popřípadě zařazovat do své nabídky různé „speciály“. Vhodným umístěním varny minipivovaru do restauračních prostor vznikne restaurační minipivovar [6] , ve kterém host restaurace může přihlížet samotné výrobě, popřípadě se účastnit dalších akcí, jako jsou exkurze do ostatních výrobních prostor, ochutnávky piva. Tyto doprovodné programy přináší provozovateli další zisk. Další nabízenou službou může být vaření speciálního piva na základě požadavku zákazníka, tato služba bývá vyhledávaná firmami při pořádání akcí pro zaměstnance. Výroba piva v minipivovaru či restauračním minipivovaru má svá specifika a nejedná se tedy o pouhou minimalizaci. Zde popíšeme podstatné rozdíly. Ke skladování sladu nejsou používána sila, ale povětšinou je slad nakupován a skladován v pytlích. Šrotování je povětšinou prováděno suchou cestou na dvouválcovém či čtyřválcovém šrotovníku. Další možností je nákup našrotovaného sladu přímo ze sladovny. Pro vážení sladu není třeba kontinuální sklopná váha, ale postačuje decimální váha, v dnešní době spíše můstková digitální váha. V restauračních minipivovarech je často používána dvou nádobová technologie, kdy první nádoba slouží jako rmuto-vystírací pánev a druhá jako scezovací a vířivá káď. Ve rmuto-vystírací pánvi probíhá vystírání, rmutování a chmelovar, scezovací káď je kromě scezování použita pro odkládání díla při rmutování. Takovýmto uspořádáním lze šetřit prostor a snížit cenu zařízení. Nevýhodou je menší počet zpracovaných várek za den. Sladový šrot se do vystírací či kombinované pánve dopravuje ručně, při větších množstvích může být použito mobilního šnekového dopravníku. Technologie minipivovaru je samozřejmě vybavena míchadly. Ne vždy je ale nasazeno automatické řízení. Byl proveden pokus o průzkum a následné vyhodnocení používaného řízení v minipivovarech na základě seznamu pivovarů uvedených v [5] , bohužel byla neochota majitelů tyto informace zveřejnit nebo je sami neznali. U tří minipivovarů bylo zjištěno, že řízení procesu a ovládání teplot je prováděno sládkem ručně, u dalších dvou bylo zjištěno nasazení automatického řízení. Jedná se však o nedostatečný vzorek pro statistiku. Z autorových vlastních zkušeností nelze z absence automatického řízení usuzovat na horší kvalitu piva. Sládek se po čase „sžije“ s použitou technologií a lze tak dosahovat i opakovatelných výsledů. Výhodou je velká tepelná setrvačnost díla, což umožňuje ruční ovládání teplot.
17
Další podstatnou změnu najdeme při zpracování piva po ležení. Protože je pivo určeno k téměř okamžité spotřebě, nemusí být prováděna pasterizace piva. Pokud je navíc pivo skladováno za nízkých teplot, nemusí být provedena ani filtrace pro odstranění volných kvasinek. Takto lze uspořit náklady na použitou technologii. U minipovarů je také časté použití ručních plniček láhví.
2.3.2
Výroba piva v domácím nanopivovaru
Domácí vaření piva, anglickým názvem homebrewing, je fenomén několika posledních let, který k nám přišel ze zahraničí. Příčinami, proč se do tohoto relativně složitého procesu pustit, mohou být zvědavost, nespokojenost konzumentů s chutí komerčně vyráběných piv nebo touha vyzkoušet si něco nového. S tím jak se suroviny pro vaření piva staly snadně dostupnými, zejména díky internetovým obchodům, s nabídkou již našrocených sladů, má každý možnost si tento proces vyzkoušet. Malou várku o objemu do 20 litrů lze uvařit v běžně vybavené kuchyni, za pomoci vařečky a teploměru. Jako spilka dobře poslouží velký plastový kýbl či malý barel umístěný do studeného sklepa popřípadě do lednice. Následné ležení lze s úspěchem provést ve sklenicích s patentním uzávěrem, nebo pivních PET láhvích, které umístíme do lednice s teplotou nastavenou na 3° C Pokud se tomuto koníčku chceme věnovat intenzivněji, je vhodné pořídit samostatné vybavení, které je již také na našem trhu dostupné. Při domácím vaření musíme počítat s větším podílem ruční práce a ne všechny úkony se při malých množstvích vyplatí automatizovat. Pro malou domácí varnu se například nevyplatí zakoupení čerpadla pro přečerpání rmutů či sladiny. Ubyla by nám zde nutnost manipulovat s horkou kapalinou, ale protože je při výrobě piva nutné dodržovat čistotu, objeví se zde nutnost použití sanitačních prostředků a proplachu potrubí a čerpadla. Navíc při malém objemu by množství zůstávající v trubkách nemuselo být zanedbatelné a docházelo by ke ztrátám díky proplachům. Procesy manipulace s vařeným dílem jsou však časově relativně krátké a při použití vhodných pomůcek ke zvedání nemusí být ani fyzicky náročné. Největší časové úseky při vaření tvoří fáze, kdy je dílo popřípadě rmut zahříván, či udržován při konstantní teplotě. Tyto fáze u dvourmutového postupu trvají přibližně 3,5 hodiny. Dalším dlouhý časový úsek představuje chmelovar, který trvá okolo 1,5 hodin. Obdobně vyslazování mláta probíhá relativně dlouho a je nutné neustálého nalévání horké vody na jeho povrch. Tyto části výroby by měly být relativně snadno automatizovatelné a úspora času obsluhy může představovat více než polovinu doby vaření.
18
3
NÁVRH VYBAVENÍ NANOPIPOVARU
3.1
Varný kotel
Jako varný kotel bude v následující práci označován 70 litrový dvouplášťový kotel, ve kterém jsou prováděny téměř všechny operace při vaření piva, kromě ohřevu rmutů. Ohřev vody mezi plášti je zajištěn dvojicí topných těles, běžně používaných k ohřevu bojlerů nebo elektrokotlů. Výhodou tohoto systému je cena topných těles a přenášení tepla téměř přes celou plochu vnitřního pláště díky konvekci vody. Nevýhodou je nutnost použití přetlakového ventilu pro dosažení teplot nad teplotou atmosférického varu vody. Další nevýhodou je nutnost ohřevu vody mezi plášti jako teplonosného média, což zvyšuje energetické nároky. Příkon každého tělesa je 4,5 kW celkem tedy 9 kW. Nelze tedy použít běžnou zásuvku 230 V / 16 A. Proto je pro jejich napájení použít trojfázový přívod. Pro přesné nastavování teplot je nutné výkon topných spirál vhodným způsobem ovládat. Aby nemusel být tuhý přívodní kabel veden nejprve do rozvaděče s regulací výkonu a pak dále k varnému kotli, bude regulace výkonu umístěna přímo na jeho vnějším plášti. Pro řízení výkonu byla navrhnuta jednotka s fázovou triakovou regulací. Řízení triaku zajišťuje integrovaný obvod U2008B firmy Atmel. Schéma zapojení pro jednu fázi je uvedeno na následujícím obrázku.
Obr. 1 Řízení výkonu jedné fáze
Protože jsou zapojení pro všechny tři fáze identické, bude popsáno pouze zapojení první fáze. Jak je ze schématu patrné samotné spínání zajišťuje triak BTA16, protože je k výstupu připojena pouze odporová zátěž, není paralelně s triakem zapojen RC člen,
19
který by omezoval strmost změny napětí. Řídící obvod je napájen přes diodu D11 a R16, filtrování napájecího napětí zajišťuje kondenzátor C17. na pin č. 7 je přes R37 přivedeno síťové napětí a slouží k synchronizaci vnitřního generátoru se sítí. Kondenzátor C18 zajišťuje soft start. Kondenzátorem C19 a rezistorem R40 je nastaven vnitřní generátor pilovitého napětí, jeho napětí je porovnáváno s řídícím napětím na pinu č. 3, po překročení tohoto napětí je generován zapalovací puls triaku. Protože je řídící obvod galvanicky spojen se sítí, bylo nutno oddělit tuto výkonovou část od řídící jednotky. Jako nejjednodušší řešení se jevilo použít optočlen, na jehož vstup bude přiváděn pulzně šířkově modulovaný signál a filtrací výstupního napětí z optočlenu získat řídící napětí pro obvod U2008B. Aby na rezistoru R16 nevznikala příliš velká výkonová ztráta, jsou v emitoru tranzistoru optočlenu použity rezistory s relativně velkým odporem. To způsobuje prodluženi doby kdy je tranzistor optočlenu sepnutý. Krátký vstupní puls tedy způsobí relativně dlouhý puls na výstupu optočlenu, pokud by byla perioda PWM signálu volena příliš krátká, bylo by na výstupu plné řídicí napětí i při nízké střídě vstupního signálu. Byla tedy zvolena nízká frekvence PWM signálu 200 Hz, aby se tento děj příliš neprojevoval. Mezní frekvence RC filtru na výstupu optočlenu je menší než 15 Hz, dostaneme tak vyfiltrované řídící napětí. Časová konstanta tohoto filtru i dopravní zpoždění vzniklé použitím fázové regulace v porovnání s časovou konstantou samotného kotle zanedbatelné a nemusí být při návrhu algoritmu regulátoru uvažováno. Odporový dělič R41, R42 zajišťuje posun rozsahu řídicího napětí do rozsahu vnitřního pilovitého napětí. Rezistor R44 měl sloužit k případnému doladění, nebyl však potřeba a není tedy osazen. Tab. 1 Naměřená závislost příkonu kotle na střídě řídícího signálu
S [%] P [kW] S [%] P [kW]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0,00
0,03
0,15
0,46
0,87
1,74
3,15
4,42
5,56
6,48
7,27
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
8,00
8,41
8,68
8,83
8,92
8,96
8,98
8,98
8,98
8,99
Z předchozích naměřených hodnot závislosti příkonu varného kotle na střídě je vytvořen Graf 1. Je patrné, že tato závislost není lineární. To je z části způsobeno nelinearitou převodu střídy řídícího signálu na řídící napětí obvodu U2008B. Toto napětí také neodpovídá žádanému příkonu, ale úhlu otevření triaku. Charakteristika je v rozsahu stříd 10 – 80 % relativně snadno linearizovatelná. Linearizace bude prováděna programově v hlavní řídící jednotce.
20
P [KW]
Závislost příkonu kotle na střídě řídícího signálu 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
S [%]
Graf 1 Naměřená závislost příkonu kotle na střídě řídícího signálu
Na desce plošných spojů se nachází tři tyto výkonové obvody, každý pro jednu fázi. Dále se zde nachází relé, jehož úlohou je spínat třífázový stykač, který je předřazen před samotný regulátor výkonu, a lze ho tak odpojit od sítě. K tomuto odpojení dojde automaticky v případě přehřátí chladiče triaků, nebo pokud teplota vody v plášti kotle překročí 110 °C. Tyto teploty jsou hlídány rozpínacími kontakty řazenými v sérii s cívkou relé. Monitorování stavu kontaktů bude prováděno řídící jednotkou na základě toho, zda cívkou relé protéká proud. Na desce se dále nachází konektory pro připojení čidel teploty, jedno se nachází v plášti kotle a druhé v hlavici umístěné v horní plotně míchadla. Všechny signály jsou vyvedeny na jediný konektor, přes který bude výkonová část spojena s řídící jednotkou. Tato výkonová deska je umístěna v přístrojové krabičce na plášti kotle. Tab. 2 Ovládací signály varného kotle
Ovládaný prvek nebo čidlo Hlavní relé Topné těleso Teploměr Teploměr
Typ signálu
Pin na konektoru Canon
Funkce
Digitální vstup
2
Sepnutí napájecího
GND
1
stykače
PWM vstup
4
Nastavování výkonu
PWM GND
3
ohřívače
Analogový výstup
6 - SGND
Měření teploty vody
(4 – 20 mA)
7 - +24 V
v plášti kotle
Analogový výstup
8 - SGND
(4 – 20 mA)
9 - +24 V
Měření teploty díla
21
3.2
Míchadlo varny
Při přípravě sladiny je nutné vařené dílo míchat. Míchání bylo prováděno ručně, pokud však chceme proces vaření automatizovat, je nutné použít míchadlo s vlastním pohonem. Aby bylo možné pohon využít i k otáčení vyslazovací sprchy, bylo nutné zvolit konstrukčně náročnější řešení s odnímatelným míchadlem a těsnícím domečkem pro přívod vody středem výstupní hřídele převodovky. Míchací zařízení se skládá ze spodní obruče, kterou se upevňuje na varný kotel pomocí pětice šroubů. Obruč je pomocí profilů spojena s horní plotnou, na které se nachází převodovka s motorem a těsnící domeček hřídele. Mezi horní plotnou a upevňovací obručí je bezolovnatou pájkou připájen plášť, ve kterém se nachází dvířka pro přístup do kotle. Protože je vhodné měnit otáčky míchadla dle právě probíhajícího technologického kroku, byl pro pohon míchadla zvolen dvoupólový trojfázový asynchronní motore o výkonu 250 W doplněný frekvenčním měničem. Výstupní otáčky motoru je nutné redukovat na požadované otáčky míchadla, k tomu slouží šneková převodovka. Aby se těžiště míchacího zařízení nacházelo v blízkosti jeho svislé osy, je mezi motor a šnekovou převodovku, která neměla požadovaný převodový poměr, vložen převod ozubeným řemenem. Proto nebyl použit pohon pouze se šnekovou převodovkou a k ní připojený přírubový motor. Rychlost otáčení je nastavena přivedením odpovídající binární kombinace na vstupy Standard I/O modulu frekvenčního měniče Lenze 8200. Základní zapojení ovládacích svorek měniče je na Obr. 1.
Obr. 1 Svorky Standard I/O modulu [9]
Digitální vstupy měniče byly naprogramovány na požadované funkce. Popis je uveden v následující tabulce.
22
Tab. 3 Nastavené funkce svorek Standard I/O modulu
Svorka
Typ
Funkce
28
Digitální vstup
Povolení chodu měniče
E1
Digitální vstup
Spuštění motoru
E2
Digitální vstup
Spolu s E3 binárně kóduje nastavenou frekvenci
E3
Digitální vstup
Spolu s E2 binárně kóduje nastavenou frekvenci
E4
Digitální vstup
Volba směru otáčení (0 – otáčení doprava)
A1
Digitální výstup
Hlášení poruch (Přetížení nebo chyba měniče)
39
GND
Nastavení rychlosti pro jednotlivé kombinace bylo provedeno na základě doporučení uváděných v [2] Nutno poznamenat, že pro nastavování rychlosti, by bylo vhodnější využití analogového vstupu měniče, kde bychom dostali možnost plynulého nastavování otáček. Frekvenční měnič byl zakoupen jako vyřazený kus, díky nefunkčnosti tohoto vstupu a nelze jej tedy použít. Čtyři přednastavené rychlosti by měly být dostačující. Předpokládané použití jednotlivých rychlostí je v Tab. 4. Tab. 4 Nastavení rychlostí frekvenčního měniče
E2
E1
0
Rychlost otáčení -1
Výstupní frekvence
Použití
míchadla [min ]
měniče [Hz]
0
7,6
20
Otáčení vyslazovací sprchy
0
1
13,3
35
Míchání při prodlevě
1
0
19
50
Míchání při ohřevu
1
1
38
100
Míchání při přidávání rmutu
Ve výstupním otvoru šnekové převodovky je vsazena dutá hřídel zakončená spojovací přírubou. Na tuto přírubu je možno připojit samotné míchadlo nebo vyslazovací sprchu. Míchadlo je vyrobeno z dubové desky vsazené do hnací trubky, trubka je na druhém konci opatřena přírubou pro spojení s hnací hřídelí. Spojení je suvné ve svislém směru, dubové míchadlo tak může kopírovat dno kotle. Přenos momentu je zajištěn trojicí čepů. Po vyšroubování čepů lze míchadlo snadno vyndat. Rotační vyslazovací sprchu, používanou při vyslazování mláta, lze namontovat místo míchadla. Voda bude do sprchy přiváděna dutou hřídelí z průtokového ohřívače. Jistý problém představovalo napájení hřídele horkou vodou, ten byl nakonec vyřešen těsnícím domečkem se dvěma gufery. Bylo nutno vybrat gufera se zvýšenou chemickou odolností, aby snesla působení horké vody.
23
V horní plotně se dále nachází otvory pro LED osvětlení a otvor s nátrubkem pro přišroubování teploměru. Veškeré části, které mohou přijít do styku s vařeným dílem, jsou vyrobeny z nerezové oceli. Fotografie konstrukce míchadla je uvedena v příloze 24.
3.3
Indukční vařič
Pro ohřev jednotlivých rmutů je používán nerezový hrnec o objemu 35 litrů spolu s indukčním vařičem BT-350E. Jedná se o jedno plotýnkový stolní indukční vařič. Vařič může pracovat v režimu výkonovém, kdy uživatel zadává požadovaný výkon vařiče a teplotním, kdy je regulována teplota. Teplotní čidlo je však umístěno pod sklokeramickou deskou, takže není regulována teplota v nádobě, ale teplota dna nádoby. Při testu, zda by tento teplotní režim nešel použít, se ukázalo, že takto realizovaná regulace teploty nezaručí požadovanou maximální teplotní odchylku ± 1°C. Další komplikací by bylo to, že teplotu lze nastavovat v kroku pouze po 5 °C, což je také nevyhovující. Jako nejschůdnější řešení se jevilo použití výkonového režimu vařiče a nastavování požadovaného výkonu na základě akčního zásahu regulátoru řídicího systému. Bylo tedy nutné vyřešit komunikaci mezi vařičem a řídicím systémem. Indukční vařič je řízen procesorem, jehož typ se nepodařilo zjistit z důvodu odstraněných typových čísel. I kdyby se podařilo zjistit typ procesoru, bylo by nutné upravit jeho firmware pro komunikaci s řídicím systémem a protože je procesor s největší pravděpodobností zamknutý, znamenalo by to vytvořit celý firmware. Proto byla vybrána schůdnější cesta ovládání vařiče pomocí signálů simulujících stisky ovládacích tlačítek a monitorování stavu jednotlivých signalizačních LED diod. Na ovládacím panelu vařiče se nachází pět tlačítek s těmito funkcemi: On/Off pro zapnutí nebo uspání, Temp/Power pro volbu režimu, dvojice Up a Down pro nastavení požadované teploty nebo výkonu, poslední tlačítko Timer nastavující délku ohřevu. Na panelu se dále nachází led displej indikující nastavenou teplotu nebo výkon, led dioda On/OFF signalizující zapnutí vařiče, dvojice diod Temp a Power signalizující použitý režim. Protože je zem ovládacího panelu vařiče spojena s minusovou větví stejnosměrného napěťového meziobvodu, bylo nutné pro simulaci stisku tlačítek a monitorování stavu signalizačních diod použít optočleny. Aby nenastal případ, kdy uživatel nechtěně přepne nastavení indukčního vařiče, jsou tlačítka na panelu vařiče v době, kdy je připojen řídicí systém blokována. Do zadní části indukčního vařiče byla přidána Euro zásuvka pro zapínání pohonu míchadla rmutovacího hrnce. Za touto zásuvkou je umístěna DPS s relé pro spínání této zásuvky. Dále zde byl přidán konektor pro připojení teploměru rmutovacího hrnce.
24
Tab. 5 Signály pro ovládání indukčního vařiče
Ovládaný prvek nebo čidlo
Typ signálu
Pin na konektoru Canon
Funkce Prvním impulzem je vařič
Tlačítko On/Off
Digitální vstup
2
zapnut. Druhým je přepnut do pohotovostního režimu
Tlačítko Up
Digitální vstup
4
Tlačítko Down
Digitální vstup
5
Tlačítko Power/Temp
Zvyšuje nastavený výkon, popřípadě teplotu Snižuje nastavený výkon, popřípadě teplotu Prvním impulzem je vařič
Digitální vstup
3
přepnut do teplotního režimu. Druhým zpět do výkonového Blikáním signalizuje
LED On/Off
Digitální výstup
8
pohotovostní režim. Pokud svítí, je vařič zapnutý Svítí, pokud je aktivní teplotní
LED Temp
Digitální výstup
LED Power
Digitální výstup
9
Zásuvka
Digitální vstup
6
Blokování
Digitální vstup
7
Blokování tlačítek
GND
1
Zem
+24 V
10
Napájení optočlenů
Analogový výstup
14 - SGND
Měření teploty ve rmutovacím
(4 – 20 mA)
15 - +24 V
hrnci
Teploměr
3.4
režim (nevyužito) Svítí, pokud je aktivní výkonový režim Zapínání spínané zásuvka (1 – zapnuto)
Míchadlo rmutovacího hrnce
Pro míchání rmutu ve rmutovacím hrnci je použit přírubový jednofázový asynchronní motor s úhlovou šnekovou převodovkou. Převodovka je uchycena ve středu poklice hrnce přes plastovou tepelně izolační podložku. Výstupní nerezová hřídel je opět opatřena přírubou s kolíky pro připojení míchadla obdobné konstrukce jako u míchadla varny. Protože se nepředpokládá potřeba měnit rychlost otáčení míchadla, je motor přímo připojen do spínané zásuvky indukčního vařiče. Výstupní otáčky míchadla jsou 48 ot/min.
25
3.5
Průtokový ohřívač
Průtokový ohřívač bude sloužit k ohřevu vody pro vyslazování popřípadě pro napouštění varny vodou, ohřátou na vystírací teplotu. Protože průtokový ohřívač představuje systém s relativně krátkými časovými konstantami a nelze ho bezpečně používat s ručním ovládáním, nebyl v dřívější době používán. Pro ohřev protékající vody je použito topné těleso stejného typu jako u ohřevu varny, pouze s menším příkonem 3 kW, tak aby mohl být průtokový ohřívač připojen do zásuvky 230 V/16 A.
Obr. 2 Použité topné těleso [12]
Těleso je umístěné v tenkostěnné nerezové trubce, na jejímž jednom čele byl přivařen závitový návarek, se závitem odpovídajícím topnému tělesu (M48x2), druhé čelo bylo zaslepeno. Vstupní šroubení se nachází na plášti tenkostěnné trubky ve spodní části, výstupní v protilehlé vrchní části. Teplota vody je snímána pouze na výstupu. Jako v ostatních případech je použito teplotní čidlo PT100, umístěné v jímce se zúženým koncem, tak aby byla zmenšena tepelná setrvačnost celého snímače. Jímka je součástí výstupní armatury. Protože je zde z prostorových důvodů použita malá zakončovací hlavice, ve které se nacházejí pouze spoje vodičů, je převodník na signál 4 – 20 mA umístěn spolu s výkonovou elektronikou v hliníkové krabičce umístěné v přední části celého ohřívače. Výstupní armatura je zakončena kuželovým ventilem, v jehož kuželce jsou umístěny dvě clonky s průměry 0,6 mm a 1,1 mm. Tímto ventilem lze podle potřeby nastavit průtoky vody 0,3 l/min a 1.2 l/min.
26
Výpočet minimálního výkonu ohřívače proběhl následovně: Ze známé doby vyslazování a objemu vyslazovací vody byl spočten požadovaný průtok:
Qvyslazovani
Qvyslazovani
Vvyslazovani
(l min -1 ; l, min)
t vyslazovani
(1)
28 0,31 l min 1 90
Na základě tohoto průtoku vypočteme minimální příkon průtokového ohřívače:
Pmin
Vvyslazovani voda t vyslazovani 60
c výst _ max vst _ min
(2)
(W; l, kg l -1 , J kg -1 °C -1 , °C, min) Kde: Pmin – minimální tepelný výkon průtokového ohřívače Vvyslazovani – objem vyslazovací vody tvyslazovani – doba vyslazování výst _ max – maximální požadovaná teplota výstupní vody
vst _ min – minimální teplota vstupní vody
voda – hustota vody c – tepelná kapacita vody
Pmin
28 1 4,18 103 85 4 1756W 90 60
Z výsledku vyplývá, že lze použít jednofázově napájené těleso. Aby byl průtokový ohřívač použitelný i při napouštění vystírací vody, je zvoleno topné těleso s maximálním možným výkonem a jednofázovým napájením, tedy 3 kW. Na základě známého příkonu a žádané teploty vystírací vody vypočteme průtok pro napouštění: Qnap
Pmax 0.9 60 c výsl _ max vst _ min voda
(3)
(l min ; W, kg l , J kg °C , °C) -1
-1
-1
-1
Po dosazení hodnot: Qnap
3000 0.9 1 60 1,17 l min 1 3 4,18 10 37 4
(4)
27
Pro měření takto malých průtoků je nutné použít odpovídající snímač. Jako nejvhodnější a cenově dostupný se jevil lopatkový průtokoměr používaný v moderních kávovarech. Ten lze zakoupit jako náhradní díl za cenu cca. 150 Kč. Z nabídky byl vybrán průtokoměr značky Sea s rozsahem průtoků 0,3 – 6 l/min.
Obr. 3 Průtokoměr Sea [11]
Aby mohlo napouštění probíhat zcela automaticky, je nutné elektricky ovládat přívodní vody. Jako cenově dostupný byl vybrán nepřímo ovládaný selenoidový ventil s označením MVPE2110.21 výrobce Peveko. Cena tohoto ventilu byla 350 Kč.
Obr. 4 Použitý ventil MVPE2110.21 [8]
Výkonová část regulace výkonu topného tělesa je obdobná jako v případě varny, pouze je díky nižšímu příkonu na místo hlavního stykače použito relé. I zde jsou zabudovány ochrany. První monitoruje přehřátí chladiče triaku, druhá překročení teploty vody nad 95 °C. Při vybavení některé z ochran dojde k rozepnutí hlavního relé. Převodní charakteristika střídy na výkon je podobná té na Graf 1, je změněno vertikální měřítko. Charakteristika má maximum na 3,98 kW.
28
Tab. 6 Ovládací signály průtokového ohřívače
Ovládaný prvek nebo čidlo
Pin č. na Typ signálu
propojovacím konektoru Canon
Digitální vstup
2
GND
1
PWM vstup
4
PWM GND
3
Elektromagnetický
Digitální vstup
11
ventil
GND
12
Napájení 24V
8
Digitální výstup
9
GND
10
Analogový výstup
6 - SGND
(4 – 20 mA)
7 - +24 V
Hlavní relé Topné těleso
Průtokoměr
Teploměr
3.6
Funkce
Sepnutí napájecího relé Nastavování výkonu ohřívače
Signál pro napouštění vody
Napájení a pulzní signál průtokoměru Měření teploty vody
Teploměry
Pro měření všech teplot jsou použita platinová teplotní čidla PT100 spolu s převodníky na proudovou smyčku nesoucí označení JSP P5201. Převodník je v provedení do hlavice a před montáží byl naprogramován tak, aby rozsahu 4 – 20 mA odpovídal rozsah teplot 0 - 120 °C. Po mechanické stránce je teploměr vyroben z nerezové trubky o průměru 12 mm a sílou stěny 1mm, na jejíž jeden konec bylo navařeno šroubení pro přístrojovou hlavici, druhý konec byl zaslepen nerezovým válcem s neprůchozí vnitřní dírou 4,5 mm (zde je umístěno samotné čidlo) a vnějším průměrem 6 mm, který následně přejde na průměr trubky. Ve vzdálenosti cca. 7 cm od hlavice se nachází šroubení pro uchycení teploměru.
Obr. 5 Převodník PT100 na proudovou smyčku [7]
29
3.7
Celkové uspořádání
Na základě předchozího popisu vybavení pivovaru můžeme sestavit blokové schéma celkové sestavy. Varný kotel, indukční vařič, průtokový ohřívač, a frekvenční měnič jsou samostatné jednotky, každá se svým silovým napájením (vyznačeno červeně), Signálové kabely budou vedeny z řídící jednotky z řídicí jednotky do každé z této jednotek. Na každém zařízení dojde zároveň ke sloučení signálových vodičů připojených čidel do jednoho kabelu. Budoucí uspořádání shrnuje Obr. 6. Řídící jednotka bude umístěna na zdi v prostorách varny, měla by tedy být k této montáži uzpůsobena.
Obr. 6 Blokové a propojovací schéma
.
30
4
ŘÍDICÍ JEDNOTKA
Pro ovládání zařízení popsaných v minulé kapitole bylo nutné vybrat vhodnou řídicí platformu. Zde budou shrnuty požadavky na řídící jednotku, dále uvedeme přehled existujících řešení. Zvažované možnosti při výběru platformy pro vlastní řešení jsou zde také uvedeny. Konec kapitoly se věnuje stavbou hardware řídicí jednotky.
4.1
Požadavky na řídicí jednotku
Na základě informací o hardwaru stávajícího vybavení nanopivovaru můžeme shrnout požadavky na řídící jednotku ve formě tabulky: Tab. 7 Požadavky na řídící jednotku
Požadavek
Množství/Typ
Poznámka/Popis
Digitální vstupy
12
Sledování stavu jednotlivých zařízení, kontrola
Rychlé digitální vstupy
2
Čítání pulzů z průtokového snímače
Digitální výstupy
13
Ovládání zařízení
PWM výstupy
2
Analogové vstupy
4
Analogové výstupy
0
Ovládání výkonu varny a průtokového ohřívače Pro připojení převodníku PT100 – proudová smyčka 4 – 20 mA Nebudou požity, je použit PWM výstup. USB – např. pro připojení levné USB kamery
Další rozhraní
USB, RS 232
RS232 nebo RS485 – pro komunikaci s přídavným zařízením
Zobrazování
Barevný LCD panel
Nejlépe s dotykovým panelem pro eliminaci nutnosti použít klávesnici nebo myš (možnost zatečení vody) Pro připojení do domácí sítě a zobrazování
Síťové rozhraní
Ethernet
dat. Nejlépe s vestavěným webovým serverem pro přístup k aktuálním datům.
Prostorové uspořádání Cena
– Do 10 000 Kč
Stejně jako ostatní zařízení pivovaru – kompaktní s možností samostatného použití. S DPH. bez započtení práce.
31
4.2
Dostupná řešení
Přestože většina domovarníků používá při vaření pouze teploměr a teploty udržuje manuálním nastavování výkonu, vzniklo několik projektu vhodných pro nasazení v domácí domácí varně.
4.2.1
Brauanlage
Je program pro PC běžící pod operačním systémem winXP a umožňující automatizaci domácího vaření piva od německého autora Thomase Karpena. Lze tak automatizovat vaření piva v jedno nádobové varně. Pro měření teplot jsou používána teplotní čidla DS18S20 s převodníkem na sériovou linku. Spínání výstupních zařízení je prováděno pomocí LPT portu počítače a reléové desky většinou vlastní výroby, popřípadě lze použít reléovou kartu RK10-05USBV1 nebo USB digitální modul Meilhaus MERedLab. V programu je možno nadefinovat až dvacet kroků postupu vaření. Program je pro nekomerční použití zdarma stažitelný na stránkách autora [13] . Tento software nenabízí širší konfiguraci vstupů a výstupů, proto by ho při řešení tohoto projektu nelze použít. Ale jako první krok pro automatizaci domácího vaření piva jej lze doporučit pro jednoduchost a cenově nízké náklady na pořízení potřebného hardware.
Obr. 7 Hlavní obrazovka programu Brauanlage
32
4.2.2
B BCS-462 2 Brewerry Contrrol System
Jee produkt americké a společnosti Embedded E Control C Conncepts, dispponuje 8 tep plotními vsstupy pro přřipojení term mistorů, 8 digitálními d vstupy a 188 digitálním mi výstupy, z nich 6 m může být urččeno pro geenerování PW WM. Zařízení má Ethernetový poort pro přip pojení do doomácí sítě. Připojení do sítě je také předp poklad spráávné funkcce, protože veškerá naastavení, ovvládání proccesů případdně tvorba uživatelskéh u ho menu see děje přes webové roozhraní. n vat svůj vllastní procees vaření, editovat po odmínky Uživatel si může nakonfigurov skkončení jednnotlivých krroků a mim mo jiné nastaavovat hlášeení pro obslluhu. Dále je možné naastavit zaznnamenáváníí aktuálníchh teplot, naastavených teplot a taaké stavů vstupů v a výýstupů. Ze zaznamenan z ných dat lzee následně exportovat e g grafy. Pokud byychom chtělli použít totto zařízení v našem proojektu, mussel by být zakoupen m modul pro rozšíření r vsstupů a výsstupu s označením BC CS-DIGI 166. Cena tak kovéhoto koompletu se při započítáání ceny doopravy pohy ybuje okolo 8500 Kč. K této ceně musíme jeeště připočíttat cenu zařřízení pro innterakci s užživatelem. Na N toto míssto by bylo nejspíše neejvhodnější použít Tablet. Dostávááme se tak na n celkovouu cenu kolem m 10 000 Kč K
Obr. 8 Řídicí Ř jednotk ka BCS-462 [15]
4.2.3
B BrewTro oller
Jee otevřený softwarový s projekt k říídící desce OpenTrolleer. Tento syystém je sam mostatný a nepotřebujje pro svouu činnost jakýkoliv j další d počítaač. Pro zobbrazování jee použit allfanumerickký LCD dispplej 20x4 znaků, z jedin ným ovládaccím prvkem m je rotační enkodér s tlačítkem, t p pomocí něhhož jde cellý systém nakonfiguro n ovat. Systém m je o něcco méně koonfigurovattelný než BCS-462, B lzze zvolit pouze p z někkolika pevnných nastav vení pro
33
konkrétní konfiguraci hardware. Pokud by bylo potřeba jiné konfigurace, lze jí dosáhnout úpravou zdrojového kódu. Deska OpenTroller disponuje pouze 6 digitálními výstupy, pokud by jich bylo v aplikaci zapotřebí více, lze zakoupit rozšiřující moduly připojené přes sběrnici I2C, či RS485. Pro měření teploty jsou používány teploměry s rozhranním 1-Wire. Pokud uživatel požaduje monitoring přes webové rozhraní, lze zakoupit ethernetový modul s webovým severem, který se k jako ostatní rozšiřující moduly připojí přes sběrnici I2C. Částka, za kterou se dá samotná řídící deska OpenTroller pořídit, se pohybuje okolo 2000 Kč včetně poštovného. Při zakoupení všech potřebných rozšiřujících desek se dostali k částce 5000 Kč.
Obr. 9 Deska OpenTroller [14]
4.3
Návrh vlastního řešení řídicí jednotky
4.3.1
PLC + Operátorský panel
Jedním z prvních řešení, které se zde nabízí je použití programovatelného logického automatu (PLC) spolu s vhodným operátorským panelem (HMI). Dalším krokem by bylo propojení se systémem SCADA pro vzdálený dohled a sběr dat. Toto řešení, které se v průmyslu běžně používá, není pro domácího uživatele příliš vhodné. Takovýto systém je relativně složitý náročný na prostor a je téměř nezbytné ho umístit do vhodného rozvaděče. Další nevýhodou je cena těchto systémů, ať už se jedná o samotný hardware nebo vývojový software, který ne vždy je dostupný zdarma. I zde by se daly najít alternativy. Pokud by neexistoval požadavek dotykový grafický displej, byla by možnost systém postavit na levném kompaktním PLC s ethernetovým rozhraním. Jako příklad uveďme PLC firmy Eaton řady EC4-200 Vizualizaci a sběr dat by mohl zajišťovat otevřený, zdarma dostupný software pvbrowser, který je dostupný i pro
34
operační systémy Linux/Unix. Toto řešení by vyžadovalo použít PC, či jednodeskové PC, ale v obou případech budeme potřebovat větší prostor pro zabudování a cenovou hranici také nedodržíme.
4.3.2
oPLC
oPLC neboli spojení operátorského panelu a PLC je stále častěji používané zařízení v případě, kdy je nutné během procesu uživatelem zadat potřebná data nebo je nutná vizualizace přímo ve výrobě. Jedná se většinou o kompaktní PLC, integrující v sobě řídicí jednotku se vstupy a výstupy a uživatelské rozhraní (klávesnice, displej). Tato PLC v sobě nezřídka kdy mají zabudované rozhraní ethernet a jsou vybavena webovým serverem pro vzdálený přístup a zobrazování procesních dat. Předním výrobcem je firma Unitronics, která nabízí několik řad těchto zařízení. Pro tento projek se jako nejvhodnější jeví oPLC Vision570, které by spolu se vstupně výstupním modulem V200-18-E4XB, splnilo všechny požadavky uvedené Tab. 7, kromě posledního – ceny. Cena této sestavy se pohybuje okolo 28 tisíc Kč. Pokud by se zde jednalo o komerční projekt na řízení minipivovaru, je tato cena přijatelná, neboť se jedná o hotový prověřený produkt i se softwarovým vybavením a technickou podporou. Na stejnou cenovou hladinu se dostaneme s konkurenčními výrobky řady XV-102 firmy Eaton.
4.3.3
Jednodeskový počítač
Protože tento projekt není komerční záležitostí a do výsledné ceny zařízení se nebude započítávat cena práce vývojce zařízení, lze uvažovat o výrobě zařízení vlastního návrhu. Nemá ovšem smysl uvažovat o výrobě veškerého hardwaru, když trh nabízí cenově velmi výhodné vývojové moduly. Takovýto modul je nutné doplnit pouze rozhraním potřebným v dané aplikaci. Kombinací vývojového modulu a rozšiřující desky modulu lze značně urychlit vývoj zařízení. Pokud se jedná pouze o prototyp nebo malou sérii výrobku, je cena výsledného zařízení nižší. I když jsou vývojové moduly určené spíše pro vývoj multimediálních či mobilních aplikací, lze z nabídky vyprat vhodné kandidáty, kteří budou sloužit jako základ řídicího systému. Zde uvedeme dva oblíbené zástupce těchto modulů. První, Raspberrypi, jehož základem je multimediální nízko příkonový procesor Broadcom BCM2835 s jádrem ARM11. Druhým oblíbeným zástupcem vývojových kitů je modul BeagleBone Black. Základem tohoto modulu je procesor AM3358 firmy Texas Instrument s jádrem ARM Cortex-A8. Existuje i celá řada dalších produktu. Za zmínku stojí například cubieboard2.
35
4.4
Řídicí jednotka s modulem Friendly ARM Mini2440
4.4.1
Friendly ARM Mini2440
V předcházejících odstavcích nebyla schválně zmíněna deska jednodeskového počítače Friendly ARM Mini 2440, která je při realizaci řídicí jednotky použita. Důvody pro rozhodnutí použít právě ji byly v zásadě dva. Z hlediska porovnání výkonu je na tom sice o něco hůře než BeagleBone Black, ale co se týká potřebných rozhraní, plně vyhoví, navíc je již součástí dodávky 7“ nebo 3,5“ displej s rezistivním touch screenem. Pro tuto aplikaci byl použit displej 7“, který zajistí lepší ovládání. Druhým důvodem pro zvolení tohoto produktu, byly zkušenosti s touto deskou v jiném projektu. Na desce je použit procesor S3C2440 s jádrem ARM9 stručná charakteristika uvedena v Tab. 8.
Obr. 10 Deska vývojového kitu Mini2440 [16]
Tab. 8 Parametry Mini2440 [17] CPU SDRAM FLASH LCD
Samsung S3C2440A,533 MHz 64 MB SDRAM 100 MHz 128 MB NAND FLASH 2 MB NOR FLASH (BIOS) Rozhraní pro 4 vodičový touchscreen STN, 4096 barev, max. rozlišení 1024x768
36
TFT, 64K barev, max. rozlišení 1024x768
Rozhraní
Rozšíření Rozměry Podpora OS
4.4.2
10/100M Ethernet RJ-45 3x UART USB Host USB Device Slot SDHC Audio výstup, Mikrofonní vstup Elektretový mikrofon JTAG 4x indikační LED diody 6x uživatelská tlačítka Piezo měnič 20-pinové rozhraní pro CMOS kameru Napájecí konektor 34 pinů GPIO 40-pinová systémová sběrnice 100 x 100 (mm) Linux 2.6.32 Windows CE.Net 5.0 uCos2
I/O rozšiřující deska
Tato deka vznikla jako rozhraní mezi jednodeskovým počítačem Mini2440 a ostatními částmi domácího pivovaru z důvodu nedostatečného počtu vstupů a výstupu s potřebnými napěťovými úrovněmi. Také zde byla obava, z nemožnosti využiti integrovaného A/D převodníku procesoru, díky špatně vedeným analogovým signálům na desce Mini2440. Tento předpoklad se jednoduchým měřením potvrdil – získaná data byla příliš zašuměná. I/O deska je napájena napětím 24 V z externího zdroje. Toto napětí slouží pro napájení koncových stupňů digitálních výstupu, teploměrů na proudové smyčce a snímačů umístěných vně řídicí jednotky. Desku Mini2440 je však nutné napájet napětím 5 V. K získání tohoto napětí je použit monolititický snižující měnič LM2576 v zapojení doporučovaném výrobcem [22] . Maximální výstupní proud stabilizátoru je 3 A, což vyhoví, neboť výrobce kitu uvádí maximální odběr včetně displeje 1 A. Deska Mini2440 je napájena přes GPIO konektor, naopak z konektoru je odebíráno napájení 3,3 V. Toto napětí zajišťuje lineární stabilizátor na Mini2440. Na I/O desce jsou tímto napětím napájeny pouze čtyři expandéry, A/D převodník a dva děliče napětí. Celkový proud této větve nepřesáhne odběr 5 mA a není nutné používat vlastní stabilizátor z důvodu velké výkonové ztráty na lineárním stabilizátoru. Sada digitálních vstupů a výstupů nemohla být připojena přímo na piny GPIO konektoru vývojového kitu, protože nemohly být použity sdílené piny. Rozšíření je provedeno pomocí sběrnice I2C a expandérů PCF8574T. Jedna dvojice slouží pro rozšíření výstupů a jsou k ní připojeny obvody TD62783, ty zajišťují spínání samotného
37
výstupu, jehož maximální proudové zatížení činí 50 mA, což dostačuje ke spínání relé nebo malého elektromagnetického ventilu. Nevýhodou je, že obvody obsahují na výstupu pouze nulovou diodu a nejsou vybaveny žádnou další ochranou, např. proti zkratu. Při návrhu bylo zvažováno použití integrovaných obvodů s tranzistory SmartFet. Tyto obvody jsou relativně drahé, hlavně však špatně dostupné v kusových množstvích. Výstupní obvody TD62783 nejsou napájeny napětím 24 V přímo, ale je jim předřazen obvod z hradla XOR a spínacího tranzistoru. Tímto je zamezeno sepnutí výstupu v době kdy jsou expandéry PCF8574T neinicializovány, tedy do doby než proběhne spuštění řídicí aplikace (dlouhé bootování OS). PWM výstupy jsou řešeny obdobně, ale z diskrétních součástek – jsou potřeba pouze dva výstupy pro nastavování topného výkonu varny a průtokového ohřívače. Řídící PWM signál je tentokrát generován přímo na pinech hardwarového PWM generátoru mikroprocesoru. U prvních dvou digitálních výstupů je monitorován proud tekoucí výstupem. K těmto výstupům budou připojeny relé, nacházející se ve výkonových částech regulace výkonu a slouží k připojení výkonové části regulátoru k síti, jejich sepnutí je blokováno teplotními rozpínacími kontakty. Zda proud přes relé protéká, je vyhodnoceno pomocí komparátorů, jejichž překlápěcí úroveň je nastavena na 17 mA, což je polovina nominálního proudu cívky použitého relé. Digitální vstupy jsou řešeny opět pomocí expandérů PCF8574T. Před samotný vstup je předřazen odporový dělič a limitační diody. Tento dělič s limitační diodou zajistí přizpůsobení úrovní a ochranu vstupu. Úrovni log. 0 odpovídají vstupní napětí 0 – 4 V, log. 1 napětí 8 – 30 V. Snímání proudu proudovou smyčkou je řešeno pomocí rezistoru 100 Ω. Na tomto místě by mněly být použity přesné snímací rezistory, v době konstrukce však nebyly dostupné, případná chyba bude kompenzována softwarově. Získaný napěťový signál je vyfiltrován RC filtrem s mezní frekvencí 480 Hz. Následuje dvojice limitačních diod pro ochranu vstupu A/D převodníku. Jako A/D převodník je použit obvod MCP3424, který má maximální rozlišení 18 bitů, čtyři diferenciální vstupy a komunikuje s nadřazeným procesorem pomocí I2C sběrnice. Pro připojení všech vstupů a výstupů jsou použity hřebínkové konektory se zámkem.
4.4.3
Napájecí zdroj
Jako hlavní zdroj byl pro řídicí jednotku vybrán spínaný zdroj Mean Well PS-35-24. Při výstupní napětí 24 V a maximálním výstupním výkonu 35 W je zdroj schopný dodat 1,45 A, což pokryje maximální spotřebu 0,8 A řídicí jednotky (maximální odběr desky Mini2440, všechny výstupy sepnuté s maximálním zatížením) a ještě zde máme rezervu
38
cca. 0.65 A pro případná další čidla nebo zařízení. Zdroj obsahuje ochranu proti zkratu přetížení nebo přepětí a proto není tato ochrana umístěna na I/O desce.
Obr. 11 Zdroj Mean Well PS-35-24[10]
4.4.4
Mechanické řešení
Pří návrhu krabičky řídicí elektroniky byl na prvém místě pokládán důraz na funkčnost, dále na vyrobitelnost a vzhled. Protože byl předpoklad, že obsluha může při ovládání zašpinit, popřípadě namočit dotykovou plochu, bylo požadováno, aby byl touch screen v rámu krabičky utěsněn, popřípadě aby byla krabička utěsněna celá. Protože se nepodařilo najít vhodnou celohliníkovou krabičku pro umístění elektroniky řídicí jednotky, která by byla bez větších úprav použitelná, ani u předních výrobců Bopla a Schroff, byla vyrobena krabička vlastní konstrukce. Veškerá elektronika je tedy umístěna do krabičky vyrobené na míru z desek slitiny hliníku. Jednotlivé díly byly opracovány na CNC frézce a následně smontovány. Vnitřní uspořádání je následující: V čelní desce je vyfrézováno vybrání, do nějž je na silikonové těsnění vložen touchscreen, který je zezadu přitlačován LCD displejem. Displej je pomocí distančních sloupků přichycen k čelní desce a spolu s deskou Mini2440 a I/O deskou tvoří „sendvič“. Spínaný zdroj je uchycen na zadní desku, protože by jinak znemožňoval montáž stop tlačítka, které se nachází v pravé bočnici. Veškeré konektory jsou umístěny ve spodní bočnici. Protože deska Mini 2440 má konektory rozmístěné tak, že se nedaly přímo zaústit ve spodní stěně krabičky, byla vyrobena konektorová DPS s vhodnějším rozmístění konektorů. Tato deska je následně propojena s Mini 2440. Součástí spodní desky je euro konektor pro připojení přívodní šňůry a síťový vypínač. V zadní desce jsou vyfrézovány otvory pro pohodlné zavěšení na zeď. Součástí této kompaktní krabičky je i piezo měnič pro zvukovou signalizaci uživateli.
39
5
SOFTWÁRE ŘÍDICÍ JEDNOTKY
5.1
Operační systém
Deska Mini 2440 je od výrobce dodávána s operačním systémem emebedded Linux s verzí jádra 2.6.32.2 spolu s grafickým prostředím Trolltech Qtopia 2.2.0 a řadou dalších (v našem případě neužitečných) grafických programů. Uživatel tak může ihned po spuštění vývojovou desku vyzkoušet. Z nainstalovaných programů je pro nás nejdůležitější FTP server pro snadné kopírování souborů, terminálový server pro vzdálenou správu. Je zde i možnost zadávat příkazy pomocí grafického terminálového okna prostřednictvím On-Screen klávesnice, to je ale značně nepohodlné. Další možností je použít operační systém WindowsCE ve verzi 5.0, popřípadě 6.0 dodávaných spolu s deskou na přiloženém CD, protože již z počátku bylo zvoleno použití Os Linux, nebyly tyto systémy vůbec instalovány. V průběhu seznamování se s nainstalovaným operačním systémem a prvním oživování komunikace s rozšiřující I/O deskou bylo zjištěno, že v jádře OS není zapnutá podpora sběrnic I2C a SPI. Dalším nedostatkem je absence podpory načítání IP adresy z DHCP serveru. Z těchto důvodů, bylo ze zdrojových kódů zkompilováno jádro nové, s podporou výše zmíněného. Výsledné jádro zkomprimované v zImage bylo do vývojové desky nahráno pomocí nástroje DNW.
5.2
Řídicí aplikace Pivovar
Aplikace se skládá ze dvou vrstev, spodní vrstva zajišťuje obsluhu hardware a základní funkce, je napsána v jazyku C, za použití POSIX knihoven. Horní vrstva zajišťuje grafické rozhraní, zpracovávání technologického postupu a generování dat pro webové rozhraní. Tato část je naprogramována v jazyku C++ s využitím QT knihoven.
5.2.1
Moduly spodní vrstvy
Modul digitalio.c obstarává obsluhu vstupů a výstupů realizovaných pomocí expandérů PCF8574T. V samostatném vlákně jsou s periodou 100 ms vyčteny všechny vstupy z expandérů pomocí systémového ovladače I2C sběrnice, z nových dat je zjištěno, jestli došlo na vstupu ke změnám, popřípadě jakým. Následuje volání funkcí dalších modulů pro zpracování jejich dat a v závěru jsou zapsána nová data na výstupní expandéry. Obdobnou funkci plní modul gpio.c zajišťuje ji pro gpio piny procesoru. V tomto modulu jsou také funkce OutputEnable() a OutputDisable() pro povolení a zakázání funkce expandovaných výstupů (pomocí hradla XOR viz.kapitola 4.4.2).
40
Modul buzzer.c zajišťuje ovládání piezoměniče spínáním příslušného výstupu. Lze zde nastavit kontinuální pískání, nebo přerušované s možností nastavit délku písknutí a jejich počet. Dále je zde funkce pro vypnutí zvukové signalizace. Modul mereni.c spolu s userspace ovladačem pro převodník MCP3424 provádí vyčítání dat a jejich přepočet na teplotu. Samozřejmostí je funkce pro plovoucí průměrování hodnot. Protože ovladač převodníku poskytuje již údaj ve formě napětí v mV, je přepočet na teplotu proveden následovně:: u In 4 10 ( max min ) min 16
(5)
Ovladači jsou předány konkrétní hodnoty velikosti snímacích rezistorů, je tak kompenzováno nepoužití přesných rezistorů. Hodnoty max a min jsou maximální a minimální teploty z rozsahu převodníku. Teploty jsou měřeny s periodou 1 s a ukládány do posuvného registru, tak aby z nich mohl být následně vypočten plovoucí průměr. Volání těchto funkcí probíhá z modulu scheduler.c. Modul indukcniv.c plní kompletní obsluhu indukčního vařiče. Protože nejsou monitorovány všechny stavy vařiče, ale na základě znalosti stavu po zapnutí a provedených akcí je odvozován stav následující, musí být nejprve provedena inicializace. Na základě signálu od LED On/Off je určen stav. Pokud nepřichází žádný signál, vařič není připojen nebo není připojen do elektrické sítě a inicializace se nezdaří. Pokud přichází přerušovaný signál, je vařič v pohotovostním režimu a inicializace proběhne korektně. Příchod nepřerušovaného signálu znamená, že je vařič zapnutý. Protože nevíme jaký je na něm nastaven výkon, je přepnut do pohotovostního režimu. Tímto je nadefinován počáteční stav. Protože bude používán pouze výkonový režim, obsluha teplotního režimu nebyla implementována. Princip obsluhy je následující. Z nadřazené vrstvy (PSD regulátor) je předán požadavek na nastavený výkon. Protože je výkon vařiče možné nastavit pouze v diskrétních krocích uvedených v Tab. 9, je mezi nejbližšími výkonovými kroky přepínáno, aby střední výkon za vzorkovací periodu regulátoru byl ekvivalentní výkonu požadovanému. Tab. 9 Výkony indukčního vařiče
Nastavitelné výkony [W] 500 800 1000 1300 1800 2000 2300 2700 2900 3100 3500
41
Doby setrvávání na jednotlivých nastavených výkonech jsou vypočteny následovně: T1
P P1 TR P1 P2
T2 TR T1
(6) (7)
Jistý problém nastává, pokud je požadován výkon menší než 500 W, protože při zapnutí indukčního vařiče z pohotovostního módu je automaticky nastaven výkon 2000 W a přepnutí na výkon 500 W by znamenalo přejít přes šest kroků, to by znamenalo značné zkreslení. Proto je vařič periodicky zapínán a vypínán. Výpočet doby zapnutí lze provést také dle vzorců (16) a (7), kde za P1 dosadíme 0 W a za P2 2000 W. Z dob a zadaných výkonů je vypočtena spotřebovaná energie, tento údaj bude sloužit pro odhad nákladů na energie. Obsluha varného kotle implementuje modul kotel.c, kde nalezneme funkce pro zapínání a vypínání hlavního stykače, nastavování požadovaného výkonu, inicializaci a kontrolu stavu bezpečnostních kontaktů. Při inicializaci kotle dojde nejprve k nastavení nulového otevření triaků, aby nedocházelo k opotřebení kontaktů hlavního stykače, dále je hlavní stykač zapnut a zkontrolován stav bezpečnostních kontaktů. Pokud není kotel připojen nebo je bezpečnostní kontakt rozpojen, nedojde k inicializaci, hlavní stykač je opět rozepnut a kotel nelze používat, v opačném případě je ponechán hlavní stykač sepnutý a lze zadávat výkon z nadřazeného regulátoru. Funkce zapnutí a vypnutí hlavního stykače obsahují, stejně jako v případě inicializace nejprve nastavení nulového otevření triaků a po časové prodlevě změnu stavu hlavního stykače. Při nastavování výkonu je nejprve proveden přepočet výkonu na odpovídající střídu. To se děje na základě naměřené Tab. 1, která je ve formě textového souboru přiložena k programu. Střída vypočtena lineární interpolací mezi dvěma naměřenými body je pomocí funkce PwmSetVal z modulu pwm.c nastavena na odpovídající výstup. Po inicializaci je periodicky kontrolován stav bezpečnostních kontaktů, pokud dojde k jejich rozpojení, je vypnut hlavní stykač a pro další funkci je požadována manuální inicializace. Jako u indukčního vařiče je ze zadávaného výkonu a času vypočítávána spotřebovaná energie. Stejným způsobem je realizováno ovládání výkonové části průtokového ohřívače v prutok.c, ovládání selenoidového ventilu a měření průtoku je realizováno ve vodomer.c. Ve vodomer.c nalezneme také funkce pro automatické napouštění zadaného množství teplé popřípadě studené vody. Mezi nejdůležitější funkce patří kontrola průtoku při zapnutém ohřevu. Pokud by během napouštění ohřívané vody došlo z nějakého k přerušení průtoku, je ohřev vypnut, ventil zastaven a je znovu požadována inicializace. Je tak předcházeno případnému přehřátí, další ochrannou je tepelný rozpínací kontakt na vrchní části pláště pod tepelnou izolací, který je stejně v případě varného kotle periodicky monitorován.
42
V scheduler.c je spuštěno samostatné vlákno, ve kterém jsou volány funkce z ostatních modulů a to pro vyčtení teplot, výpočet plovoucího průměru, výpočet akčního zásahu regulátoru, po němž následuje volání funkcí nastavující požadované výkony. Vlákno je spuštěno s periodou 1 s, což je perioda vzorkování PSD regulátoru teploty průtokového ohřívače, ostatní regulátory mají vzorkovací periodu 30 s. Implementace PSD a βSP-D regulátorů s filtrací derivační a dynamickým omezením sumační složky je v modulu regulatory.c V současnosti jsou používány pouze regulátory PSD a jejich nastavení je provedeno při inicializaci. michani.c obsahuje funkce pro míchadlo varného kotle tak i rmutovacího hrnce. U míchadla varného kotle je nastavována rychlost otáčení pomocí binární kombinace signálů frekvenčního měniče. Plynulá akcelerace je zajištěna nastavením měniče. Dá se zde také nastavit tzv. cyklování – střídání dvou rychlostí s různou dobou běhu. U rmutovacího hrnce lze míchání pouze cyklicky zapínat a vypínat. Při míchání není prováděn výpočet spotřebované energie, protože spotřeba je oproti ostatním částem zanedbatelná. Přehled provázanosti jednotlivých modulů lze nalézt v příloze 16.
5.2.2
Moduly vrchní vrstvy
Pro ovládání, nastavování a zpracovávání technologického postupu slouží vrchní vrstva napsaná v C++ za využití QT knihoven a k nim patřícího systému signálů a slotů. Tuto vrstvu můžeme rozdělit na dvě podvrstvy, spodnější zajišťuje manuální ovládání jednotlivých částí minipivovaru, uživatel muže realizovat zatím neimplementovaný výrobní postup, popřípadě využít zařízení k jinému účelu. Vstupem do těchto tříd jsou požadavky uživatele zadávány přes grafické rozhraní a signály od tříd realizující zpracování technologického procesů. Pokud je zpracováván automatický proces, není manuální ovládání blokováno, aby uživatel v případě potřeby mohl do procesu zasáhnout. Uveďme nejprve detailní popis prvního okna záložky Manuální ovládání, (příloha 9) kde se nachází vše pro ovládání varného kotle a rmutovacího hrnce. V levé části se nachází ovládání varného kotle, kde postupně shora nalézáme tlačítko pro opětovnou inicializaci, dále tlačítko pro zapnutí/vypnutí silové části. Následuje volba režimu, kde můžeme zvolit regulaci na konstantní teplotu díla, konstantní teplotu pláště, nebo pouze nastavení určitého výkonu. Záložka OFF slouží pro rychlé vypnutí výkonu. Pod ním se nachází pole, kde je zadávána požadovaná hodnota, funkce pole je závislá na zvoleném režimu. Hodnotu lze nastavovat tlačítky +/െ, popřípadě onscreen numerickou klávesnicí po kliknutí do pole. Následuje přehled aktuálních hodnot. Ve spodní části obrazovky je ovládání míchadla, jedná se o grafické rozšířen funkcí ze spodní vrstvy. Lze tedy nastavovat rychlosti, popřípadě cyklování mezi dvěma rychlostmi. Velice podobnou strukturu má ovládání rmutovacího hrnce, v pravé části okna.
43
Pro ovládání průtokového ohřívače se musíme přepnout na následující stránku pomocí šipky. Pole pro nastavení a teploty a množství vody jsou přehledně popsány. Uživatel má možnost provést napouštění nastavené ho množství vody nebo pouhé puštění vody, k jejímuž zastaven dojde už po opětovném stisku tlačítka. Informace o aktuálním stavu napouštění je samozřejmostí, jedná se o teplotu protékající vody, nastavený výkon, doposud napuštěné množství a aktuální průtok.
5.2.3
Automatické procesy a měření spotřeby
Nejvrchnější vrstvu aplikace tvoří automatické procesy, jejichž rozhraní se nachází na stejnojmenné záložce. Jde o procesy s názvy Varna, Rmuty, Chmelovar a Vyslazování. Prvním z používaných procesů je Varna, kde jsou implementovány postupy vystírání, zapařování a část rmutování, pokud se jedná o dvourmutový postup, popřípadě celé rmutování pokud se jedná o postup infuzní. Proces lze spustit okamžitě tlačítkem start, nebo pomocí funkce odloženého startu. Jakmile je proces spuštěn, jsou uloženy parametry jeho nastavení a již je nelze měnit a jsou prováděny následující úkony. Nejprve je provedena inicializace, tím je zjištěno, zda jsou všechny potřebné zařízení připojeny a správně inicializovány. Pokud se vyskytne chyba, je proces zastaven a po kontrole obsluhy musí být spuštěn znovu. Po úspěšné inicializaci je dle volby uživatele zahájeno automatické nebo ruční napouštění. Výhodou ručního napouštění je rychlost, kdy je do varného kotle nalita již ohřátá voda, ale uživatel musí být přítomen u technologie od prvního kroku vaření. Naproti tomu automatické napouštění trvá podle požadovaného množství vystírací vody cca. 20 minut, protože je voda napouštěna na již nasypaný sladový šrot, lze start vystírání naplánovat pomocí funkce zpožděného startu tak, aby přítomnost obsluhy byla vyžadována v rozumnou ranní dobu, až při odebírání prvního rmutu u dvourmutového postupu. Po nalití potřebného množství vystírací vody do kotle u ručního napouštění je voda automaticky ohřátá na nastavenou vystírací teplotu, poté je uživatel vyzván na nasypání sladového šrotu. Při automatickém napouštění je prováděn ohřev vody v plášti na vystírací teplotu. Informace od teploměru díla zde nemůžeme použít, protože teploměr není zatím ponořen do vody. Poté co je napuštěna veškerá voda dojde k dohřevu díla na vystírací teplotu, zde je již informace vzata z teploměru díla. Současně s dohřevem proběhne intenzivní promíchání, čímž dojde k rozmělnění hrudek vzniklých napouštěním vody na sladový šrot. Následuje vystírací prodleva, při níž je udržována konstantní teplota díla. Míchání je prováděno nejnižší rychlostí, je zde ale každou minutu a půl zařazeno zvýšení rychlosti míchadla, aby došlo ke zvednutí sladového šrotu ode dna varného kotle. Po uplynutí vystírací prodlevy je zvednuta žádaná teplota regulátoru teploty díla na zapařovací teplotu. Současně je zvýšena
44
rychlost míchání, aby byl zajištěn lepší přenos tepla a rovnoměrná teplota v celém objemu díla. Poté co je v díle dosažena zapařovací teplota je zařazena zapařovací prodleva a míchaní probíhá stejně jako v případě vystírání. Po skončení prodlev další technologický krok záleží na tom, zda je zvolen infuzní nebo dvourmutový postup. V případě infuzního postupu jsou zařazovány fáze zahřívání s intenzivním mícháním následované časovými prodlevami, podobně jako při přechodu z vystírací na zapařovací teplotu. Je tak dosaženo první a následně druhé cukrotvorné teploty, po nichž na základě zvoleného technologického postupu může následovat ještě dosažení odrmutovací teploty s následnou prodlevou. Infuzní postup s automatickým napouštěním je tudíž bezobslužný, obsluha musí připravit až následné scezování. Dvourmutový postup vyžaduje zásah obsluhy po skončení zapařovací prodlevy, kdy je nutné odebrat první hustý rmut. Obsluha je na tuto skutečnost upozorněna informační hláškou na displeji a zvukovým signálem, o současný stav lze samozřejmě sledovat přes webové rozhraní. Poté co obsluha potvrdí svoji přítomnost, je zastaveno míchadlo a je zahájeno „spouštění“ prvního rmutu, kdy je část díla vypuštěna do rmutovacího hrnce. Jakmile obsluha provede potvrzení provedení tohoto úkonu, je ve rmutovacím hrnci spuštěn proces prvního rmutu, který bude popsán dále. Ve varném kotli je opět spuštěno pomalé promíchávání s udržováním konstantní teploty. Pět minut před dokončením prvního rmutu je opět přivolána obsluha, která potvrdí spuštění fáze nahřívání vody v plášti varného kotle na první cukrotvornou teplotu. Je tak omezeno ochlazování díla po spojení s prvním horkým rmutem. Při této fázi je vypnuto míchadlo, aby byl přenos tepla z pláště do zbylého díla co nejmenší. Obsluha vyčká na dokončení prvního rmutu, načež je vyzvána k navrácení rmutu zpět do varného kotle. Nalévání rmutu probíhá pomalu za nejrychlejšího chodu míchadla, je tak zabezpečeno, aby nedocházelo k lokálnímu přehřátí díla ve varném kotli, což by způsobilo inaktivaci potřebných enzymů. Poté co obsluha potvrdí dokončení přidání celého prvního rmutu, je do procesu zařazena prodleva opět s pomalým mícháním a krátkými intenzivními promíchnutími. Při této prodlevě dojde ke zcukření škrobů uvolněných během varu rmutu. Po skončení prodlevy následuje příprava druhého rmutu. Ta je až na samotný průběh rmutování stejná jako u prvního rmutu. Opět zde proběhne fáze spouštění rmutu, samotné rmutování, nahřívání vody pláště a přidávání rmutu zpět ke zbylému dílu, následované prodlevou pro proběhnutí enzymatické reakce. Dle druhu vařeného piva může být stejně jako v případě infuzního postupu zařazena fáze odrmutování. Žádaná hodnota regulátoru teploty díla je vždy změněna po kompletním přidání rmutu. Zpracování rmutů je implementováno v samostatné třídě s vlastním nastavením. Podobně jako u varny lze nastavit jednotlivé teploty a prodlevy. Po spuštění rmutu do rmutovacího hrnce je rmutovací proces obsluhou spuštěn. Muže být spuštěn i s časovým zpožděním. Po úspěšně proběhnuté inicializaci je uvedeno do chodu míchadlo rmutovacího hrnce, současně je nastavena požadovaná první cukrotvorná teplota rmutu,
45
po jejímž dosažení následuje prodleva. Poté je regulátoru teploty rmutu nastavena jako požadovaná hodnota druhá cukrotvorná teplota, po jejímž dosažení opět následuje nastavená prodleva. Poslední fází je fáze varu. Zde je možné nastavit výkon, kterým je var udržován, nebo lze nastavit teplotu v rozmezí 95 až 99 °C. Po dosažení této teploty, nebo po dosažení teploty 99,5 °C, v případě kdy je požadován výkon, je spuštěn časovač pro odčasování prodlevy. Druhý rmut je prováděn stejným způsobem, pouze je vynechána fáze první cukrotvorné teploty. Před zahájením scezování je do varného kotle vloženo scezovací síto a na místo míchadla je namontována vyslazovací sprcha, jejíž přívod je propojen s průtokovým ohřívačem. Po usazení mláta na scezovací síto může být zahájeno vycezování. Jakmile hladina poklesne pod úroveň mláta, obsluha spustí program automatického vyslazování. V okně nastavení tohoto procesu je možno zadat teplotu a množství vyslazovací vody, popřípadě jestli má být vyslazování prováděno na vícekrát. V takovém případě je zadané množství vody rovnoměrně rozděleno pro požadovaný počet vyslazování. Poté, co je průtokovým ohřívačem napuštěno odpovídající množství vody je zařazena navolená prodleva. Se zapnutím průtokového ohřívače je zároveň zapínán pohon míchadla varného kotle na nejnižší rychlost, tak a by bylo vyslazovací sprchou pomalu otáčeno a povrch mláta byl rovnoměrně zkrápěn. Jakmile je poslední vyslazování dokončeno je přivolána obsluha, pro přípravu technologie k nadcházejícímu chmelovaru. Po dokončení vyslazování je na místo vyslazovací sprchy namontováno zpět míchadlo a do kotle nalita veškerá sladina. Poté obsluha spustí proces chmelovaru. Po počáteční inicializaci je sladina za nejrychlejšího chodu míchadla přiváděna k varu. Jako v případě rmutování lze i zde nastavit, zda var bude udržován přednastaveným výkonem, nebo bude pouze udržována teplota v rozmezí 95 až 99 °C. Pokud je zvolen mód výkonu, je při dosažení teploty sladiny 98 °C a teplotě v plášti kotle vyšší než 102 °C snížen výkon, aby nedošlo ke vzpěnění sladiny příliš intenzivním varem. Po dosažení teploty sladiny 99,5 °°C, je výkon kotle nastaven na obsluhou předvolenou hodnotu, zároveň jsou sníženy otáčky míchadla. Po tomto kroku následuje dvouminutová prodleva pro ustálení varu. Jakmile je prodleva odčasována, je obsluha vyzvána ke vložení první várky chmelu. Potvrzením vložení je odstartován časovač prvního chmelení. Po odčasování tohoto časovače je uživatel znovu vyzván ke vložení druhé várky chmele, což opět požaduje potvrzení vložení, které je následováno prodlevou druhého chmelení. Stejným způsobem je provedeno třetí chmelení, po jehož skončení dojde k vypnutí varného kotele. Za pomalého domíchávání je čekáno na příchod obsluhy. Pokud je vařeno méně aromatické pivo, může být třetí popřípadě druhé chmelení vypnuto a chmelovar je ukončen po druhém popřípadě prvním chmelení.
46
Na poslední záložce s názvem Statistiky se nachází prozatím pouze informace o množství spotřebované energie jednotlivými částmi. Prozatímně se zde nachází také hodiny s aktuálním časem a tlačítka pro ukončování programu.
5.3
Modelování řízených soustav a návrh regulátorů
Při procesu vaření piva je jednou z důležitých podmínek dobrého výsledku správné udržování teplot. Nejkritičtější je proces rmutování. Proto je důležité správné nastavení jednotlivých regulátorů teploty, tak aby nedocházelo k přeregulování a tím zničení potřebných enzymů. Aby bolo možné správně navrhnout regulátory, byly vytvořeny modely jednotlivých systémů a následně identifikovány neznáme parametry na základě vstupních a výstupních dat.
5.3.1
Modelování rmutovacího hrnce
Na základě známých rozměrů, hmotností a tepelných vlastností použitých materiálu byl vytvořen zjednodušený analytický model v prostředí Simscape simuláčního nástroje Matlab Simulink. Simscape nabízí sadu základních bloku k sestavení simulačních schémat fyzikálních systémů, může se jednat o systémy mechanické, elektrické, hydraulické či tepelné. V tomto případě samozřejmě využijeme nabídku pro simulaci tepelných systémů.
Obr. 12 Simulační schéma rmutovacího hrnce
Indukční vařič můžeme považovat za zdroj tepelné energie bez setrvačnosti, stejně tak použitý teploměr má oproti zbývající části tepelnou kapacitu zanedbatelnou, proto ji nebudeme uvažovat. Zbývají nám zde tedy dvě hlavní tepelné kapacity. Nerezové dno rmutovacího hrnce, ke kterému byl pro zjednodušení připočten i materiál stěn. Druhou tepelnou kapacitu tvoří samotný rmut. Pro první přiblížení byla při identifikaci namísto rmutu použita voda. Vezmeme li v úvahu, že sladový šrot má cca. 20x menší tepelnou
47
kapacitu než voda, lze tento fakt při následném návrhu regulátoru zanedbat. Ze změřených rozměrů byly vypočteny velikosti přestupních ploch, tepelný odpor použitých materiálů byl nalezen v [21] , za koeficienty přestupu tepla byly pro první přiblížení použity hodnoty ze středu intervalu uváděných také v [21] . Následovalo nalezení přesnějších hodnot při identifikaci. Porovnání odezvy realného hrnce a modelu (odhadnuté parametry) 90 80 Teplota rmut Teplota rmut - model
Teplota [°C]
70 60 50 40 30
20
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Čas [min]
Zadávaný výkon 3500 Výkon vařiče 3000
Wýkon [W]
2500 2000 1500 1000 500
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Čas [min]
Obr. 13 Porovnání odezev reálné soustavy a modelu (odhadnuté parametry)
Na Obr. 13 je porovnání odezvy reálné soustavy a modelem, u kterého byly nastaveny pouze odhadnuté přestupní koeficienty tepla. Po této první simulaci byla pomocí funkce fminsearch a zní volané KriteriumHrnec, kde je spuštěna simulace, vypočteno kvadratické kritérium a změněny parametry modelu.
48
Porovnání odezvy realného hrnce a modelu 100 90 80 Teplota rmut Teplota rmut - model
Teplota [°C]
70 60 50 40 30 20
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Čas [min]
Zadávaný výkon 3500 Výkon vařiče 3000
Wýkon [W]
2500
2000 1500 1000 500 0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Čas [min]
Obr. 14 Porovnání odezev reálné soustavy a modelu (identifikované parametry)
Pro návrh regulátoru však pro nás bude přínosnější znát operátorový přenos. Na základě struktury fyzikálního modelu byla pro aproximaci zvolena soustava druhého řádu s různými časovými konstantami s přenosem: FS ( p)
KS (TS 1 p 1)(TS 2 p 1)
(8)
Protože z naměřené charakteristiky nelze přímo určit zesílení (byl zadáván příliš vysoký výkon) byly parametry určeny opět pomocí funkce fminsearch. Identifikovaný přenos pro návrh regulátoru je tedy: FS ( p)
0,1002 (11,618 p 1)(4746,6 p 1)
49
Porovnání odezvy realného hrnce a Identifikované soustavy 100 90 80 Identifikovaná soustava Teplota Rmut
Teplota [°C]
70 60 50 40 30 20
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Čas [min]
Zadávaný výkon 3500 Výkon vařiče 3000
Wýkon [W]
2500 2000 1500 1000 500 0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Čas [min]
Obr. 15 Odezva identifikované soustavy
5.3.2
Návrh regulátoru rmutovacího hrnce
Při návrh regulátoru je nutné vždy zvolit vhodný typ regulátoru a vhodnou metodu návrhu. Protože požadujeme nulovou ustálenou odchylku teploty rmutu a soustava nemá astatismus, volíme regulátor typu PS, který vzhledem velikosti časových konstant soustavy bude navrhnut jako regulátor PI s následným přepočtem parametrů. Dále požadujeme nulový nebo jen minimální překmit teploty, Tento požadavek reflektuje metoda optimálního modulu [19] , která byla při návrhu použita. Metoda optimálního modulu vychází z přenosu řízení regulačního obvodu FW(p), který by mněl být v ideálním případě roven 1, v kmitočtové oblasti poté: FW ( j ) 1
(9)
Podmínka je však v reálných podmínkách nesplnitelná a bude platit: AW ( ) 1
(10)
Optimální bude, když průběh modulu (AW(ω)) přenosu řízení uzavřeného obvodu z počátku konstantní do co možná nejvyšších frekvencí a následně je monotoně klesající, tudíž bez rezonančních převýšení, které by způsobily překmity u přechodové charakteristiky. Odvození výpočtu parametrů regulátoru, tak aby byl co nejlépe splněn předcházející požadavek lze nalézt v [19] , kde jsou uvedeny rovnice výpočtu parametrů
50
regulátorů pro základní typy přenosových soustav. Pro soustavu druhého řádu a PI regulátor tak dostáváme: r0
1 (TS1 / TS 2 ) 2 1 K S 2 K S TS 2 / TS1
(11)
r1
(TS 1 / TS 2 ) 2 TS 2 / TS 1 1 1 K S TS1 2 TS 2 / TS1 (TS 2 / TS1 1)
(12)
K R r0 TIR r
(13)
r0 r1
(14)
Po dosazení parametru soustavy dostaneme výsledné parametry regulátoru:
K R 2039 TIR 4746 Navržený regulátor byl ověřován ve spojení s modelem vytvořeným v prostředí Simscape. Přechodová charakteristika řízení výsledného regulačního obvodu při zadávání jednotlivých cukrotvorných teplot je na Obr. 16. Simulace odezvy hrnce na změnu žádáné teploty rmutu 100 Tepllota rmut Regulační odchylka Žádáná teplota rmutu
80
Teplota [°C]
60
40
20
0
-20
0
20
40
60
80 Čas [min]
100
120
140
160
Akční zásah regulátoru 3500 Výkon vařiče 3000
Wýkon [W]
2500
2000 1500 1000 500 0
0
20
40
60
80 Čas [min]
100
120
140
160
Obr. 16 Přechodová charakteristika řízení rmutovacího hrnce
51
5.3.3
Modelování varného kotle
Při modelování varného kotle bylo postupováno stejně jako v případě rmutovacího hrnce. Největší tepelné kapacity zde tvoří voda vyplňující prostor mezi plášti, sloužící jako médium přenášející teplo. Druhou tepelnou kapacitu představuje samotné dílo. Tepelné kapacity materiálu kotle byly zanedbány.
Obr. 17 Simulační schéma varného kotle
Stejně jako v reálné soustavě i zde je měřena teplota vody ve dvouplášti, protože však tato voda není promíchávána a tepelné čidlo se nachází ve značné blízkosti topných spirál, nebudou výsledky simulace modelu se soustředěnými parametry odpovídat hodnotám na reálném zařízení. Dílo ve varném kotli bylo po celou dobu ohřevu intenzivně mícháno, takže zde by se problém projevit neměl. Při následné identifikaci byla předchozí skutečnost zohledněna větší váhou hodnoty kritéria srovnávajících teploty díla. Pro návrh regulátoru opět identifikujeme parametry operátorového přenosu odpovídající soustavy a dostaneme výsledek: FS ( p)
0,1002 (11,618 p 1)(4746,6 p 1)
Pokud by se neosvědčil zamýšlený PI regulátor a bylo by přistoupeno k nasazení rozvětveného regulačního obvodu, musely by být identifikovány i dílčí přenosy.
52
Porovnání odezvy realného kotle a modelu 90 80 70 Teplota Teplota Teplota Teplota
Teplota [°C]
60 50
plášť dílo plášť - model dílo - model
40 30 20 10
0
20
40
60
80 Čas [min]
100
120
140
160
Zadávaný výkon 9000 Výkon kotle 8000 7000
Wýkon [W]
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
0
20
40
60
80 Čas [min]
100
120
140
160
Obr. 18 Porovnání odezev reálné soustavy a modelu
Porovnání odezvy realného kotle a Identifikované soustavy 90 80 70 Identifikovaná soustava Teplota Dílo
Teplota [°C]
60 50 40 30 20 10
0
20
40
60
80 Čas [min]
100
120
140
160
Obr. 19 Odezva identifikované soustavy
5.3.4
Návrh regulátoru varného kotle
Pro návrh regulátoru byla opět použita metoda optimálního modulu a PS regulátor. Na základě hodnot operátorového přenosu identifikované soustavy byly vypočteny následující parametry regulátoru. Protože je postup stejný jako v kapitole 5.3.2, uvedeme jen výsledky:
K R 729,1 TIR 22323
53
Simulace odezvy kotle na změnu žádáné teploty díla 80 70 Teplota plášť Tepllota dílo Regulační odchylka Žádáná teplota díla
60
Teplota [°C]
50 40 30 20 10 0 -10
0
20
40
60
80 Čas [min]
100
120
140
160
Akční zásah regulátoru 9000 Výkon kotle 8000 7000
Wýkon [W]
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
0
20
40
60
80 Čas [min]
100
120
140
160
Obr. 20 Přechodová charakteristika řízení varného kotle
5.3.5
Modelování průtokového ohřívače
Protože v Simscape nelze kombinovat tepelné a hydraulické modely, byl model průtokového ohřívače sestaven ze standardní nabídky bloků Simulinku. Nejprve byla sestavena tepelná bilanční rovnice:
PO CQ IN VC
d CQ dt
(15)
Kde: PO – Výkon ohřívače – Hustota vody
C – Tepelná kapacita vody Q – průtok ohřívačem
IN – Teplota vstupní vody – Teplota vody v ohřívači a současně výstupní vody Rovnici upravíme: P Q IN Q d O dt VC V V
(16)
54
Dle této diferenciální rovnice můžeme vytvořit model Na základě výsledků první simulace, byl model doplněn o druhou tepelnou kapacitu, představující materiál pláště, je tím dosaženo lepšího přiblížení ke skutečnosti. Změna nebyla výrazná, proto při návrhu regulátoru budeme uvažovat pouze s jednou tepelnou kapacitou. Protože se tepelné čidlo nachází až ve spodní části výstupní armatury, projevuje se zde dopravní zpoždění s dobou danou objemem tohoto potrubí a velikostí průtoku. Toto dopravní zpoždění bylo do modelu také doplněno a bude vzato v úvahu při návrhu regulátoru. Zadávání výkonu při identifikaci nebylo prováděno ručně, tak jako v případě varného kotle a rmutovacího hrnce, protože by mohlo dojít k překročení prahové teploty havarijního spínače. Byl tedy použit P regulátor a parametry modelu byly identifikovány z regulátorem nastavovaného výkonu a teploty výstupní vody. Při identifikaci byl zanedbán ohřev vstupní vody během průtoku připojovací hadicí, což je vidět na konci naměřené přechodové charakteristiky. Dále se zde projevuje absence míchání a tím vzniklé nehomogenní rozložení teplot uvnitř průtokového ohřívače, protože přívod vody je ve spodní části a při relativně pomalém proudění přes průtokový ohřívač dochází vlivem konvekce k tvorbě ohřáté vrstvy ve vrchní části ohřívače. Přestože tyto skutečnosti nebyly modelovány, dává vytvořený model dobré výsledky.
Obr. 21 Model průtokového ohřívače s dopravním zpožděním
55
Pro návrh regulátoru předpokládejme, že bude postačovat, nahradíme li model soustavou prvního řádu s dopravním zpožděním. Parametry soustavy jsou stejně jako v případě modelu závislé na průtoku. Protože však při vyslazování bude použit průtok vždy stejný, navrhneme regulátor pro průtok 0,34 l/s. Pokud by se osvědčila metoda napouštění kotle přes průtokový ohřívač, bude navrhnut regulátor i pro vyšší průtok a bude mezi nimi přepínáno. Operátorový přenos použité soustavy má tvar: FS ( p )
KS e TD p (T1S p 1)
(17)
Po dosazení konkrétních hodnot: 0,0372 FS ( p) e 8.44 p (53.55 p 1) Porovnání odezvy reálného průtokového ohřívače a modelu 100 Výstupní teplota Výstupní Teplota model Výstupní Teplota model (S dopravním spožděním)
Teplota [°C]
80 60 40 20 0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Čas [min] Zadávaný výkon 3000 Výkon ohřívače
Wýkon [W]
2500 2000 1500 1000 500 0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Čas [min] Průtok ohřívačem 0.35 0.3
Aktuální průtok ohřívačem
Průtok [l/min]
0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Čas [min]
Obr. 22 Porovnání odezvy průtokového ohřívače a jeho modelu
5.3.6
Návrh regulátoru průtokového ohřívače
Protože soustava obsahuje dopravní zpoždění, byla pro návrh regulátoru zvolena metoda požadovaného modelu (metoda inverze dynamiky). Touto metodou lze navrhnout parametry konvenčních spojitých i diskrétních regulátorů pro lineární soustavy i s výrazným dopravním zpožděním. Při návrhu lze zohlednit maximální dovolený překmit a regulátor navržený touto metodou zaručuje nulovou ustálenou
56
regulační odchylku při skokové změně žádané veličiny, nebo poruchy na výstupu soustavy. Odvození metody je uvedeno v [19] , kde také nalezneme vypočítané parametry β pro požadovaný maximální překmit. Zde zvolíme maximální překmit κ = 5%, kterému odpovídá β = 1,944. Pro soustavu prvního řádu s dopravním zpožděním je doporučen PI regulátor s parametry vypočtenými dle následujícího: TIR T1S
a
(18)
1 TDS
KR
(19)
a TIR KS
(20)
Takto nastavený regulátor však při skokové změně z počátku požaduje výkon značně přesahující maximální výkon průtokového ohřívače. Skutečnost byla vzata v úvahu a následovalo experimentální nalezení velikosti sledovací časové konstanty dynamického omezení integrační složky. Přijatelné výsledky dostaneme pro TT = 66 s. Simulace odezvy průtokového ohřívače na změnu žádáné teploty výstupní vody 90 80 Tepllota výstupní vody Regulační odchylka Žádáná teplota výstupní vody
70
Teplota [°C]
60 50 40 30 20 10 0 -10
0
0.5
1
1.5 Čas [min]
2
2.5
3
Akční zásah regulátoru 3000 Výkon ohřívače 2500
Wýkon [W]
2000
1500
1000
500
0
0
0.5
1
1.5 Čas [min]
2
2.5
3
Obr. 23 Přechodová charakteristika řízení průtokového ohřívače
57
5.4
Webové rozhraní
Vývojová deska Mini 2440 v dodávce s operačním systémem Linux obsahuje přeinstalovaný webový server Boa. Jedná se o jednoduchý single task webový server s omezenými možnostmi. Jeho jednoduchost a malé nároky na systémové prostředky ho však předurčují právě pro použití v embedded systémech. Protože je předpokládáno připojení pouze několika uživatelů a odesílání malého množství dat, byl shledán tento webový server jako dostačující. Dále je předpokládáno pouze sledování stavu pivovaru, v době kdy nemusí být obsluha přítomna u technologie, bez vzdálených zásahů protože všechny úkony, kdy není potřeba obsluha, jsou již automatizovány a v případě nečekané situace je fyzická přítomnost obsluhy u technologie nutná. Pokud tedy bude probíhat pouze zobrazování technologických dat, nebude vadit absence zabezpečení přístupu, kterou server Boa nepodporuje.
Obr. 24 Webové rozhraní zobrazené v mobilnim telefonu
Pro sdílení dat mezi řídicí aplikací a webovým zobrazením byl zvolen dnes již značně rozšířený formát XML. XML (Extensible Markup Language) je značkovací jazyk, při jehož použití se spolu s daty přenáší i informace o významu těchto dat. Předávání dat v tomto formátu mělo tři hlavní důvody: Parsery takto vytvořených dokumentů jsou standardní součástí internetových prohlížečů, což usnadňuje zpracování dokumentu. Takovýto dokument je přehledný a lze z něj vyčíst data i bez zpracování. A třetím důvodem byla podpora knihoven přímo v QT.
58
Cesta dat k uživateli by se dala popsat následovně. V řídicí aplikaci Pivovar je v pravidelném intervalu 1 s otevřen a přepsán soubor data.xml. Do tohoto souboru každá třída grafického rozhraní vloží aktuální data. Uživatel, který chce zobrazit data, zadá do prohlížeče IP adresu řídicí jednotky a je mu načtena jednoduchá stránka s textovým výpisem, do které jsou pomocí Java skriptu načteny data aktuální data ze souboru data.xml. Data jsou poté cyklicky načítána každou vteřinu. Vzhled stránky je nadefinován pomocí kaskádových stylů. Mohlo by se zdát, že pouze textové zobrazení aktuálních dat bez další vizualizace je krokem zpět, opak bude pravdou, pokud si uvědomíme, že uživatel po většinu času stav sleduje ze svého mobilního telefonu, kde se je na malém displeji velice obtížné pokoušet o jakoukoliv velkou vizualizaci.
5.5
Ostatní software řídicí jednotky
Pro spouštění řídicího programu pivovar slouží Shellový skript pivo, ten nejprve nastaví proměnné prostředí a následně spustí program. Na základě návratové hodnoty programu vypne řídicí jednotku, nebo spustí grafické rozhraní Qtopia, popřípadě není provedeno nic a systém čeká na vzdálené příkazy. Některé procesy je v domácích podmínkách relativně složité automatizovat a je jednodušší když je provádí obsluha manuálně, ale nepotřebují stálou přítomnost. Příkladem může být scezování, kdy po počátečních přípravách a navrácení zakalených předků do scezovací kádě následuje relativně dlouhá fáze, kdy je potřeba jen občasná vizuální kontrola. Pro vzdálenou kontrolu by tak mohla posloužit vhodně umístěná kamera. Nejlevnějším řešením je zakoupení USB Webové kamery. Aby bylo možné záběry z kamery připojené do USB portu řídicí jednotky vzdáleně prohlížet bylo nutné nainstalovat streamovací server. Proto byl ze zdrojových kódu zkompilován otevřený projekt MJPG-streamer [29] . Volba tohoto serveru se ukázala jako velice dobrá, protože je velice nenáročný na systémové zdroje a při jeho běhu se zátěž procesoru zvedla pouze o cca 4%.
59
6
ZÁVĚR
V diplomové práci bylo popsáno vybavení domácího nanopivovaru a jeho nutné úpravy pro nasazení automatického řízení. Na základě použitého vybavení byly vytvořeny požadavky pro hlavní řídicí jednotku. Po zhodnocení dostupných řešení, byla zhotovena a naprogramována vlastní řídicí jednotka, založená na vývojovém kitu jednodeskového počítače FriendlyARM Mini2440 doplněném o desku vstupů a výstupů vlastního návrhu. Volba takovéto koncepce se ukázala velice dobrou. Odpadla část návrhu, výroby a oživování relativně složitého hardwaru a podařilo se dodržet stanovený cenový limit Vhodné také bylo použití odporového dotykového displeje pro ovládání celého systému. Odpadla tak nutnost používání klávesnice, myši či jiných ovládacích tlačítek v prostorách varny, kde by mohlo dojít k jejich znehodnocení zatečenou vodou. Protože byla řídicí jednotka nasazována do procesu vaření téměř ihned po dokončení jejího hardware a naprogramování nejnutnějších modulů, byly všechny další funkce postupně odladěny při vaření několika várek piva. Ukázala se tak například nutnost použití přerušovaného vyslazování. Při posledních dvou vaření, kdy už byly všechny naprogramované funkce a postupy odladěny, byla zjišťována dosažená časová úspora obsluhy. Vaření trvalo původně 7 hodin, kdy obsluha musela provádět veškeré úkony ručně. Použitím navrženého systému došlo k úspoře cca 30 minut avšak doba, po kterou je zapotřebí přítomnosti obsluhy se zkrátila významně na pouhých 50 minut. Takto výrazná časová úleva je do značné míry ovlivněna používáním webového rozhraní s informacemi o stavu jednotlivých procesů, kdy je obsluha upozorněna na právě dokončený krok. Poté co bylo uvedeno do provozu automatické řízení, bylo jedním z nejdelších a nejnamáhavějších úkonů mletí sladu. Tento problém byl vyřešen motorizací původně ručního šroťáku sladu. Nezbývá tedy již moc úkonu pro další automatizaci, které by nepotřebovaly velkého zásahu a investice do stávajícího vybavení. Byl sice přednesen návrh na výrobu automatické násypky chmele, která by dávkovala předpřipravené směsi ve stanovenou dobu a jejíž výroba by nejspíše nepředstavovala značnější problém, ale její přínos v podobě několika minutové úspoře času se zdá být malý. Prostor pro další rozvoj funkčnosti zařízení je spatřován ve vývoji databázové aplikace, ve které bude probíhat správa receptů jednotlivých várek, ke kterým budou v průběhu výroby zaznamenávány důležité procesní hodnoty, aplikace dále měla zajišťovat zprávu sladového a chmelového hospodářství a také evidenci o zaplnění ležáckého boxu. Bylo by tak možné dohledávat záznamy o jednotlivých várkách, popřípadě rychle a relativně přesně vypočítat náklady na základě ceny surovin, spotřeby pro uvaření várky a doby ležení v boxu.
60
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1]
CHLÁDEK, Ladislav. Pivovarnictví. 1. vyd. Praha: Grada, 2007, 207 s., 8 s.barev. obr. příl. Řemesla, tradice, technika. ISBN 978-802-4716-169.
[2]
KOSAŘ, Karel a Stanislav PROCHÁZKA. Technologie výroby sladu a piva. 1. vyd. Praha: Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, 2000, 398 s. ISBN 80-9026586-3.
[3]
ČAPKOVÁ, Veronika, Václav POTĚŠIL a Petr JANÍK. Restaurační minipivovary v České republice: Restaurant microbreweries in the Czech Republic. Praha: Výzkumný ústav pivovarský a sladařský, 1999, 80 s. ISBN 80902-6580-4.
[4]
BASAŘOVÁ, Gabriela a Ivo HLAVÁČEK. České pivo. 1. vyd. Pacov: Nuga, 1998. ISBN 80-859-0308-3.
[5]
GROCHOL, David. Minipivovary v České republice: Regionálně geografická analýza. Brno, 2011. . Dostupné z: http://is.muni.cz/th/323921/prif_b/. Bakalářská práce. Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta, Geografický ústav. Vedoucí práce Václav Toušek
[6]
POJMANOVÁ, Kateřina. Restaurační minipivovary a rodinné pivovary v podmínkách České republiky. Praha, 2007. Dostupné z: http://www.vse.cz/vskp/1281_restauracni_minipivovary_a_rodinne_pivovary_v_p odminkach_ceske_republiky. Diplomová práce. Vysoká škola ekonomická v Praze, Katedra managementu. Vedoucí práce Vladimír Vojtík.
[7]
Návod P5201: Univerzální programovatelné převodníky. 2012, 16 s. Dostupné z: http://www.jsp.cz/files/b0288npcz.pdf
[8]
Dvoucestné membránové elektromagnetické ventily: nepřímo ovládané. 2009, 2 s. Dostupné z: www.peveko.cz/data/mvpe2115.pdf
[9]
Lenze. 8200 vector: System Manual [online]. 548 s. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: http://download.lenze.com/TD/E82EV__8200%20vector%200.25-90kW__v30__EN.pdf
[10] MeanWell. PS-35: 35W Single Output Switching Power Supply [online]. 2011, 2 s. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: www.meanwell.com/search/PS-35/PS-35spec.pdf
61
[11] Water Flow Sensor Fluid Flowmeter. Ebay [online]. [cit. 2014-05-09 ]. Dostupné z: http://www.ebay.com/itm/Water-Flow-Sensor-Fluid-FlowmeterSwitch-Counter-0-3-6L-min-for-Imprinter-T1K/380746990720?pt=LH_DefaultDomain_2&hash=item58a64a0480 [12] Topné těleso do kotle 230V 3000W. RADESIT [online]. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: http://www.radesit.cz/nahradni-dily-do-bojleru/topna-telesa-dobojleru.html/topne-teleso-do-kotle-230v-3000w-1401190020.htm [13] Hobbybrauer - Bierseidla - Bierrezepte - Hobbybrauerforum - Brausoftware Bier selberbrauen [online]. 2013 [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: http://www.bierseidla.de/ [14] Open Source Control Systems. BrewTroller [online]. 2013 [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: https://www.oscsys.com/projects/brewtroller [15] Embedded Control Concepts. BCS Brewery Control Systems [online]. 2012 [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: http://www.embeddedcontrolconcepts.com/index.html [16] GUANGZHOU FRIENDLYARM COMPUTER TECH. Mini2440 manual [online]. 2010, 78 s. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: http://www.friendlyarm.net/dl.php?file=mini2440_manual.pdf [17] GUANGZHOU FRIENDLYARM COMPUTER TECH. Mini 2440 Hardware overwiev [online]. 2010, 12 s. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: http://www.friendlyarm.net/dl.php?file=mini2440_overview.pdf [18] NOSKIEVIČ, Petr. Modelování a identifikace systémů. Ostrava: Montanex, 1999, 276 s. ISBN 80-722-5030-2. [19] BALÁTĚ, Jaroslav. Automatické řízení. 2., přeprac. vyd. Praha: BEN, 2004, 663 s. ISBN 80-730-0148-9 [20] BLÁHA, Petr a Petr VAVŘÍN. Řízení a regulace I: Základy regulace lineárních systémů - spojité a diskrétní [online]. 2009, 213 s. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: www.uamt.feec.vutbr.cz/~richter/vyuka/0809_BRR1/texty/brr1.pdf [21] FUKÁTKO, Tomáš. Teplo a chlazení v elektronice. 1. vyd. Praha: BEN technická literatura, 2006, 118 s. ISBN 80-730-0199-3. [22] TEXAS INSTRUMENTS. LM2576/LM2576HV: Simple Switcher [online]. 2013, 37 s. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: http://www.ti.com/lit/gpn/lm2576
62
[23] PHILIPS SEMICONDUCTORS. PCF8574: Remote 8-bit I/O expander for I2Cbus [online]. 2002, 24 s. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: www.nxp.com/documents/data_sheet/PCF8574.pdf [24] TOSHIBA. D62783AFG: 8 ch High-Voltage Source Driver [online]. 2011, 10 s. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: http://www.semicon.toshiba.co.jp/info/docget.jsp?pid=TD62783AFG&lang=en&typ e=datasheet [25] MICROCHIP. MCP3424: alog-to-18-Bit, Multi-Channel ΔΣ AnDigital Converter. Dostupné z: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22088c.pdf [26] MICROCHIP. MCP3424: alog-to-18-Bit, Multi-Channel ΔΣ AnDigital Converter [online]. 2009, 58 s. [cit. 2014-05-09]. Dostupné z: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22088c.pdf [27] CHROBOCZEK, Martin. Grafická uživatelská rozhraní v Qt a C: [plně kompatibilní s QT 5]. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2013, 392 s. ISBN 978-80251-4124-3. [28] Počítačové řízení minipivovaru VŠCHT Praha. AUTOMA: časopis pro automatizační techniku. 2013, č. 10, s. 4. Dostupné z: http://www.odbornecasopisy.cz/flipviewer/Automa/2013/10/Automa_10_2013_o utput/web/Automa_10_2013_opf_files/WebSearch/page0011.html [29] MJPG-streamer [online]. 2010 [cit. 2014-05-08]. Dostupné z: http://sourceforge.net/apps/mediawiki/mjpg-streamer/index.php?title=Main_Page
63
SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 – Schéma I/O desky ....................................................................................................... 1 Příloha 2 – Podklady pro výrobu I/O desky .................................................................................. 3 Příloha 3 – Konektorová deska řídicí jednotky ............................................................................. 5 Příloha 4 – Mechanický model řídicí jednotky ............................................................................. 5 Příloha 5 – Schéma zapojení výkonové desky kotle ..................................................................... 6 Příloha 6 – – Podklady pro výrobu výkonové desky kotle ........................................................... 7 Příloha 7 – Schéma zapojení výkonové desky ohřívače ............................................................... 8 Příloha 8 – Podklady pro výrobu výkonové desky ohřívače ......................................................... 9 Příloha 9 – Uživatelské rozhraní – manuálního ovládání ........................................................... 10 Příloha 10 – Uživatelské rozhraní – automatické procesy .......................................................... 11 Příloha 11 – Uživatelské rozhraní – statistiky a ukončování ...................................................... 11 Příloha 12 – Uživatelské rozhraní – odložení a dotyk. klávesnice .............................................. 12 Příloha 13 – Uživatelské rozhraní – varna .................................................................................. 12 Příloha 14 – Uživatelské rozhraní – rmutování a chmelovar ...................................................... 13 Příloha 15 – Uživatelské rozhraní – vyslazování ........................................................................ 13 Příloha 16 – Provázanost softwarových modulů ......................................................................... 14 Příloha 17 – Vývojový diagram pro procesy varny .................................................................... 15 Příloha 18 – Vývojový diagram rmutování ................................................................................. 16 Příloha 19 – Vývojový diagram rmutování ................................................................................. 17 Příloha 20 – Vývojový diagram chmelovaru .............................................................................. 18 Příloha 21 – Vývojový diagram vyslazování .............................................................................. 19 Příloha 22 – Fotografie řídicí jednotky ....................................................................................... 20 Příloha 23 – Fotografie sestavy rmutovacího hrnce .................................................................... 21 Příloha 24 – Fotografie sestavy varného kotle ............................................................................ 22 Příloha 25 – Fotografie sestavy průtokového ohřívače ............................................................... 24 Příloha 26 – Fotografie motorizovaného šroťáku ....................................................................... 25
64
AGND
GND
E IN T 4
GPB0
G N D IO
GND
+
GND
LM 2903
7
IC 3 B
R28
1k2
33
27 29 31
21 23 25
17 19
11 13 15
7 9
1 3 5
Q4 BC849SM D
E IN T 0 E IN T 2 E IN T 4 E IN T 6 E IN T 9 E IN T 1 3 E IN T 1 5 E IN T 1 8 S P IM IS O S P IC L K I2 C C S L GPB0 CLKO UT0
VCC GND
GND
1uF
C3
Q2 BSP60
G N D IOG N D IO
6
5
34
28 30 32
22 24 26
18 20
12 14 16
8 10
2 4 6
4 2
G N D IO
IS 1
G N D IO
10 0uH
X 2 -1
2 2 -2 3 -2 0 2 1
E IN T 1 E IN T 3 E IN T 5 E IN T 8 E IN T 11 E IN T 1 4 E IN T 1 7 E IN T 1 9 S P IM O S I NSS_SPI I2 C S D A GPB1 C LK O U T1
G N D IO
L1
X 2 -2
GND
D1
+3V3 NRESET
M -2 X 1 7 D IL -2 M M
U $5
GND
GND
O N * /O F F
FB OUT
E IN T 6
4
R38
1k2
C20
GND
1k2
Q3 B C 849 S M D
1
IC 3 A
LM 2903
Q1 BSP60
2
G N D IO
IS 2
G N D IO
G N D IO
1 X 5 -2
E IN T 1 5
X 5 -1
H1
R42
1k2
Q7 BSP60
M O U N T-PA D -R O U N D 3 .2
H4
M O U N T-PA D -R O U N D 3 .2
H3
M O U N T-PA D -R O U N D 3 .2
H2
M O U N T-PA D -R O U N D 3 .2
Q8 BC849SM D
STP1 STP2
2
2 2 -2 3 -2 0 2 1
Q5 BSP60
G N D IOG N D IO
G N D IOG N D IO
3
GND
1 M /1 0 V
C17
Q6 B C 849 S M D
100nF
C2
74 A H C 1G 86D B V
e
IC 6
R24
2
GPB1
1
GND
E IN T 1 4
1uF
C1
GND
IC 6 P
E IN T 1 3
GND
R2 R1
+24V
2 2 0 0 u F /3 5 V
C4
VCC
M B R 3 6 0 /1 n 5 8 2 2
+3V3
4k7 1k5 +3V 3
GND
R26
R 27
5 3
X 1 -1
10k
R22 R 23
2 2 -2 3 -2 0 2 1
R 29
R36 R37
VCC GND
+
10k 8k2
5
10k
8k2
+3V3
10k
S1 +24V
VCC R25
R40
3
R18 12k
R19 1k5
24V S P
R15 20R
10k 8k2 +3V3
G N D IOG N D IO
10k
GND
13
GND
100nF
C9
+3V3
2 3
1
14
15
13
2 3
1
14
15
GND
+3V3
2 3
13
GND
+3V3
1
14
15
13
GND
1 2 3
I2 C S D A 1 5 I2 C C S L 1 4
GND
100nF
C10
V E N T IL
100nF
C 11
GND
100nF
G ND
C12 100nF
+3V 3 C13
GND
+3V 3
10k
10k
R41
24V S P R43
+3V 3 R 35 4k7
LM 2576
+3V 3
+3V 3 R 34 4k7 +3V 3
IN
VS S
VS S
VS S
VS S
P6 P7
P3 P4 P5
P1 P2
P0
VDD
PCF8574T
A2
A0 A1
SDA SCL
IN T
IC 2
P6 P7
P3 P4 P5
P1 P2
P0
VDD
PCF8574T
A2
A0 A1
SDA SCL
IN T
IC 4
P6 P7
P3 P4 P5
P1 P2
P0
VDD
PCF8574T
A2
A0 A1
SDA SCL
IN T
P5 P6 P7
P3 P4
P0 P1 P2
VDD
PCF8574T IC 1
A1 A2
A0
SDA SCL
IN T
IC 5 16
8
11 12
7 9 10
4 5 6
16
8
11 12
7 9 10
5 6
4
16
8
11 12
7 9 10
4 5 6
16
8
10 11 12
6 7 9
4 5
+3V3
24V SP
+3V3
24V SP
+3V3
+3V3
3 2
6 5 4
9 8 7
3 2
6 5 4
8 7
9
U$2
O5 O6 O7
O3 O4
O0 O1 O2
O6 O7
O3 O4 O5
O1 O2
O0
T D 62783A F
VCC GND
I7
I4 I5 I6
I2 I3
I0 I1
U$3
T D 62783A F
VCC GND
I6 I7
I4 I5
I1 I2 I3
I0
100nF
C16
9
7 8
4 5 6
1 2 3
9
6 7 8
3 4 5
1 2
GND
+3V 3
GND GND
8k2 +3V 3
GND GND
R39 R20 12k R21 1k5
24V S P R16 20R
GND
G N D IO
1
G N D IO
10
12 11
15 14 13
18 17 16
G N D IO
10
13 12 11
16 15 14
18 17
G N D IO
1
X _ O 2 -8
X _ O 2 -5 X _ O 2 -6 X _ O 2 -7
X _ O 2 -3 X _ O 2 -4
X _ O 2 -1 X _ O 2 -2
2 2 -2 3 - 2 0 8 1
X _ O 1 -7 X _ O 1 -8
X _ O 1 -5 X _ O 1 -6
X _ O 1 -2 X _ O 1 -3 X _ O 1 -4
X _ O 1 -1
2 2 -2 3 - 2 0 8 1
E IN T 5
G N D IO
G N D IO
IS 1 IS 2
GND
+3V3
X 1 -2
+3V 3
D6 B AV 9 9
X 1 4 -1
X 1 4 -3 X 1 4 -2
100nF
C14
G N D IO
100nF
C15
G N D IO
2 2 -2 3 -2 0 3 1 GND
R30
100R
X 8 -8
X 8 -5 X 8 -6 X 8 -7
X 8 -3 X 8 -4
X 8 -1 X 8 -2
2 2 -2 3 -2 0 8 1
X 9 -7 X 9 -8
X 9 -5 X 9 -6
X 9 -2 X 9 -3 X 9 -4
X 9 -1
2 2 -2 3 -2 0 8 1
+3V3
U$1
8 4
470 RN3 470R RN1
+24V +24V
1
Příloha 1 – Schéma I/O desky
1
2
D I_ O _ 8
D I_ O _ 9
D I_ O _ 1 0
D I_ O _ 11
D I_ O _ 1 2
D I_ O _ 1 3
D I_ O _ 1 4
D36 B AV 9 9
B AV 9 9
D35
D38 B AV 9 9
D37 B AV 9 9
D40 B AV 9 9
D39 B AV 9 9
D42 B AV 9 9
R89 3k3
R87 3k3
R93 3k3
R91 3k3
R97 3k3
R95 3k3
R101 3k3
R99 3k3
D I_ 8
D I_ 9
D I_ 1 0
D I_ 11
D I_ 1 2
D I_ 1 3
D I_ 1 4
D I_ 1 5
D I_ 8 D I_ 9 D I_ 1 0 D I_ 11 D I_ 1 2 D I_ 1 3 D I_ 1 4 D I_ 1 5
+24V
E IN T 1
X _ I2 -7 X _ I2 -8
X _ I2 -4 X _ I2 -5 X _ I2 -6
X _ I2 -1 X _ I2 -2 X _ I2 -3
E IN T 2
GND
GND
GND
GND
B AV 9 9
D8
D7 B AV 9 9
X 1 5 -3 X 1 5 -2 X 1 5 -1
X 1 6 -1
X 1 6 -3 X 1 6 -2
2 2 -2 3 -2 0 3 1
GND
R32
100R
GND
2 2 -2 3 -2 0 3 1
R17
G N D IO
X 4 -7 X 4 -8
X 4 -4 X 4 -5 X 4 -6
X 4 -1 X 4 -2 X 4 -3
2 2 -2 3 -2 0 8 1
100R
X 3 -7 X 3 -8
X 3 -4 X 3 -5 X 3 -6
X 3 -1 X 3 -2 X 3 -3
2 2 -2 3 -2 0 8 1
D I_ O _ 0
D I_ O _ 1
D I_ O _ 2
D I_ O _ 3
D I_ O _ 4
D I_ O _ 5
D I_ O _ 6
D I_ O _ 7
D28 B AV 9 9
D27 B AV 9 9
B AV 9 9
D30
D29 B AV 9 9
D32 B AV 9 9
D31 B AV 9 9
D34 B AV 9 9
D33 B AV 9 9
R 71 3k3
R 70 3k3
R 73 3k3
R 72 3k3
R 75 3k3
R 74 3k3
R 77 3k3
R 76 3k3
D I_ 0
D I_ 1
D I_ 2
D I_ 3
D I_ 4
D I_ 5
D I_ 6
D I_ 7 D I_ 0 D I_ 1 D I_ 2 D I_ 3 D I_ 4 D I_ 5 D I_ 6 D I_ 7 X _ I1 -7 X _ I1 -8
X _ I1 -4 X _ I1 -5 X _ I1 -6
X _ I1 -1 X _ I1 -2 X _ I1 -3
2 2 -2 3 -2 0 8 1
I2 C S D A
I2 C C S L
+3V3
SC L
AD R0
AD R1
SD A
+24V L3
I2 C
VDD
OSC
ADC
VSS
D elta -S ig m a
V ref 2 .0 4 8 V
C 21
X 7 -7 X 7 -8
X 7 -4 X 7 -5 X 7 -6
X 7 -1 X 7 -2 X 7 -3
2 2 -2 3 - 2 0 8 1
PGA
M C P 3 42 4
U $4
G N D IO
L2
C18
CH2-
C H2+
CH1-
C h1+
CH4-
C H 4+
C H3-
C H 3+
X 6 -7 X 6 -8
X 6 -4 X 6 -5 X 6 -6
X 6 -1 X 6 -2 X 6 -3
2 2 -2 3 - 2 0 8 1
A IN 0
A IN 1
A IN 2
A IN 3
R5 3k3
R8 3k3
R 11 3k3
R14 3k3
100nF
C8
D5 B AV 9 9
100nF
C7
D4 B AV 9 9
100nF
C6
D3 B AV 9 9
100nF
C5
D2 B AV 9 9
+ 2 4 V _ F IL R3
2 2 -2 3 -2 0 8 1
+3V3 +3V3
R31 R33
+24V
+24V
100R 100R
AGND
D41 B AV 9 9
AGND
+3V3
+3V 3
+3V3
+3V 3
+3V3
+3V3
+3V3
+3V3
MUX
+3V3 AGND +3V3 AGND
D I_ O _ 1 5
+24V
+3V 3 +3V3 +3V3 +3V3 +3V3 +3V3 +3V3 +3V3
+ 2 4 V _ F IL
R4 R7 R10
+3V3 AGND +3V3 AGND
100R 1%
R13
100R 1% 100R 1%
R9 AGND + 2 4 V _ F IL
100R 1% 100R 1% 100R 1%
AGND + 2 4 V _ F IL R6 AGND + 2 4 V _ F IL 100R 1% 100R 1% R12 AGND
X 1 3 -2
X 1 3 -1
2 2 -2 3 -2 0 2 1
X 1 2 -2
X 1 2 -1
2 2 -2 3 -2 0 2 1
X 11 -2
X 11 -1
2 2 -2 3 -2 0 2 1
X 1 0 -2
X 1 0 -1
2 2 -2 3 -2 0 2 1
Příloha 2 – Podklady pro výrobu I/O desky KLIŠÉ - STRANA SPOJŮ
Rozměr desky 100 ×100 mm, měřítko M 1:1
KLIŠÉ - STRANA SOUČÁSTEK
Rozměr desky 100 ×100 mm, měřítko M 1:1
3
OSAZOVACÍ PLÁN - STRANA SPOJŮ
OSAZOVACÍ PLÁN - STRANA SOUČÁSTEK
4
Příloha 3 – Konektorová deska řídicí jednotky SCCHÉMA ZAPOJENÍ 1
2
3
4
A
A
1 2
2 1
3 4
USB
X1 4 3
JP 3 1 3
2 4
5 7
6 8
1 2 3
J1
4 5 6
JP 1
7 8
B
B
X3
JP 4
C
1
3 2 1
2 3 4
USB
X2 4
1 3 5
2 4 6
6 7 8
1 2 3
7 9
8 10
9
4 5
C
JP 2
D
D
1
2
3
4
KLIŠÉ - STRANA SPOJŮ
Příloha 4 – Mechanický model řídicí jednotky
5
Příloha 5 – Schéma zapojení výkonové desky kotle
6
Příloha 6 – – Podklady pro výrobu výkonové desky kotle KLIŠÉ - STRANA SPOJŮ
Rozměry desky 139 ×89 mm
OSAZOVACÍ PLÁN – STRANA SOUČÁSTEK
7
D
C
B
A
J6-2
X 1 -5
X 1 -1 2
X 1 -2
2 2 -2 3 - 2 1 2 1
X 1 -1
1
N A S TAV E N Í V Ý K O N U - P W M
2 2 -2 7 -2 0 2 1 -0 2
J5 -1
J 5 -2
R43 180
C ID L O -T E R M O S TAT C H L A D IC E
2 2 -2 7 -2 0 2 1 -0 2
J4 -1
J4 -2
C ID L O -T E R M O S TAT P R U T O K U
X 1 -4
X 1 -3
ZAPNU TI RELE
J6-1
X 1 -6
2 2 - 2 7 - 2 0 2 1 -0 2
J7-2
P R O P O JEN I PR O U D O V E SM YC KY
J7-1
X 1 -7
2 2 - 2 7 - 2 0 2 1 -0 2
X 1 -8
N A PÁJEN Í 24V
J1-3
J1-2
X 1 -9
J1-1
X 1 -1 0
2 2 - 2 7 - 2 0 3 1 -0 3
X 1 -11
2
2
1
P C 817
OK7
4052 K1
1N 4004 D1
PR O PO JEN I VO D O M ER U
2 1
2
3
4
3
R44 X
C20
C19
100n
10n
R41 8k2
3
3
2
4 ,7 M /2 5
M O U N T-H O L E 3 .2
M O U N T-H O L E 3 .2 H4
M O U N T-H O L E 3 .2 H3
M O U N T-H O L E 3 .2 H2
H1
C21
R38 68k 1u
3
2
C17
R42 6k8
1 0 0 M /2 5
+
C18
IC 7
+
1 1 4 4
8 8
U2008B 5 5
1
6
7
6
7
R39
180R
180k
4
R40
680k
R37
T1
4
D 11 1N 4004
R16
K1 O2 1
S2 1
5
5
PEA
PEB
PEC
L 1 -O 1
L1
2 1
2 1
N -O 1
N
2 1
2 1
P E _ S K R IN
2 1
2 1
2 1
2 1
6
6
D
C
B
A
Příloha 7 – Schéma zapojení výkonové desky ohřívače
8
P2 1
Příloha 8 – Podklady pro výrobu výkonové desky ohřívače KLIŠÉ - STRANA SPOJŮ
Rozměry desky 83 ×55 mm
C 21 R 43
T1
N
R 39
R 40
N -O 1
R 37
+
1 0 0 M /2 5 C 17
+
4 ,7 M /2 5 C 18
IC 7
OK7
C 20
C 19
R 42
R 38
R 44
R 41
OSAZOVACÍ PLÁN – STRANA SOUČÁSTEK
D 11
R 16
X1
L1
J5
1
2 J1 4
1
J1
PEC1
PEA1
PED1
L 1 -O 1
OCHRANA C H L A D IC
VO DO M ER
N A PA J E N I
P R O U D O VA SMYCKA
31
OCHRANA PR UTO K
21
P E _ S K R IN
J7 J6
2
K1
D1
2
9
Příloha 9 – Uživatelské rozhraní – manuálního ovládání
10
Příloha 10 – Uživatelské rozhraní – automatické procesy
Příloha 11 – Uživatelské rozhraní – statistiky a ukončování
11
Příloha 12 – Uživatelské rozhraní – odložení a dotyk. klávesnice
Příloha 13 – Uživatelské rozhraní – varna
12
Příloha 14 – Uživatelské rozhraní – rmutování a chmelovar
Příloha 15 – Uživatelské rozhraní – vyslazování
13
Příloha 16 – Provázanost softwarových modulů
14
Příloha 17 – Vývojový diagram pro procesy varny
15
Příloha 18 – Vývojový diagram rmutování
16
Příloha 19 – Vývojový diagram rmutování
17
Příloha 20 – Vývojový diagram chmelovaru
18
Příloha 21 – Vývojový diagram vyslazování
19
Příloha 22 – Fotografie řídicí jednotky
20
Příloha 23 – Fotografie sestavy rmutovacího hrnce PŘEDNÍ POHLED
ZADNÍ POHLED – PŘIDANÉ KONEKTORY
21
Příloha 24 – Fotografie sestavy varného kotle PŘEDNÍ POHLED
22
ZADNÍ POHLED – KRABIČKA S VÝKONOVOU ELEKTRONIKOU
23
Příloha 25 – Fotografie sestavy průtokového ohřívače
24
Příloha 26 – Fotografie motorizovaného šroťáku
25
