Dampfmaschinen-Telemetrik

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  • Hallo zusammen,

    nachdem ich vor einiger Zeit wieder eine Wilesco Dampfmaschine D141 aus Jugendzeiten mein eigen nenne, dachte ich daran, sie zu telemetrieren und fern zusteuern. Sinn des ganzen soll sein, mit den so gewonnen Daten eine Steuerung zu füttern, die das Dampfregelventil per Servo steuert, so dass die Dampfmaschine möglichst lange im hohen Wirkungsgrad läuft.

    Dabei braucht es vier Sensoren:
    Temperaturfühler (darüber kann man den Druck berechnen)
    Drehzahlsensor (darüber kann man die Laufzeit berechnen)
    Voltmeter
    Amperemeter (um damit die Leistung zu berechnen)

    Zunächst müssen die Sensoren entsprechend angeschlossen und deren Werte visualisiert werden.
    Die zu berechnenden Parameter müssen berechnet und angezeigt werden.
    Sämtliche Daten sollen aufgezeichnet und exportiert werden können, z.B. ASCII>Excel.
    Aus diesen Daten dann eine Steuerung für einen Servo füttern, der das Dampfregelventil gemäß dem Wirkungsgrad regelt.

    Klingt ziemlich einfach, wäre aber durchaus einer Bachelorarbeit würdig. Ich möchte das nur aus Spaß an der Freud an der Dampfmaschine und dem Raspi realisieren lernen können. Und ich schätze, da hab ich mir doch arg viel vorgenommen!
    Hat also wer Lust an diesem Projekt mit zu wirken?

    Danke schon mal für eurer Interesse! :)
    Gruß, Berry

  • Ich beschäftige mich gerade mit einer Heizungssteuerung bzw. Steuerung einer Solaranlage. Dabei müssen etliche Temperaturen in den Raspy rein und etliche Ventil-Stellungsbefehle aus dem Raspberry raus. Mein Bruder hat mir wegen meiner Vorkenntnisse (bin gut in alten Programmiersprachen wie Fortran, Basic, RPG aber kann mit Java und C eher wenig anfangen) zum Raspberry geraten.
    Bisherige Erfahrungen:
    - Digitale Ansteuerungen über IO-Pins und Relaiskarte (aber über Zwischenverstärker-IC) --> kein Problem
    - Temperatur und Luftfeuchtigkeit über DHT 22 --> kein Problem
    - Spannungen mit AD-Wandler --> kein Problem, so lange man mit vier Spannungen zufrieden ist. Am Problem 'mehr als vier Spannungen' wird gearbeitet.
    - Temperatursensoren am I2C-Bus --> aktuell noch ein Problem. Denke über die Verwendung von temperaturabhängigen Widerständen in Verbindung mit den AD-Wandlern nach
    - Raspy ans WLAN bringen --> Problem, sehe aktuell ein Netzwerkkabel vor.

    Ich meine, das Dampfmaschinenprojekt ist mit dem Raspy machbar. Man kann ja die Stellmotoren mit Potentiometer verbinden, die als Spannungsteiler wirken und die Stellung über den AD-Wandler an den Pi geben. Und sich dann überlegen (erst mal austesten, dann entsprechend programmieren), wie lange man den Stellmotor unter Strom setzen muss, um von Stellung A nach Stellung B zu kommen. Dann prüfen, ob Soll-Stellung erreicht (AD-Wandler liefert) und Stellung nochmal korrigieren. Separate Endschalter mit Dioden für die Stellmotoren sollte man nicht vergessen.
    Darauf achten, dass die Regelung nicht ins Schwingen kommt.

  • Zu der Dampfmaschine gibt es ein kleines Erweiterungsset, dass neben einem kleinen Generator auch eine kleine Steckplatine, LEDs & Co. beinhaltet. So kann man spielerisch den Umgang mit dieser Elektronik lernen. Für den Raspi hab ich auch ein Steckbord, Halbleiter-Sortiment, Sensoren usw. gekauft. Hardware sollte also da sein.

    In meiner Unwissenheit und Naivität stelle ich mir das so vor, dass ich irgendeinen Sensor an einem GPIO-Pin anschließe und ich dann eine SW brauche, die diesen PIN abfragt und einen Wert ausgibt. Offenbar ist das so einfach nicht...

    Eine Wetterstation ist im Prinzip das gleiche. Hier hats auch mehrere Sensoren, die über den GPIO verbunden sind und eine SW die Werte ausliest und visuell darstellt. Alle weitere Elektronik übernimmt der Raspi. Zumindest werden solche Projekte als übersichtlich und einsteigerfreundlich gehandelt. Vielleicht sollte ich erst mal so etwas realisieren und dann über eine Umsetzung für meine Dampfmaschine nachdenken?

    Bzgl. dem Servo denke ich auch, dass das viel einfacher umzusetzen ist. Servos werden ja über die Spannung gesteuert. Dann wäre 0 bar also 0 Volt. 2 bar = 4 Volt. Usw. Wenn also Pin 8 1 Volt meldet, dann die Spannung an Servo an Pin 5 um ein Volt erhöhen. Soll also über SW gesteuert werden, keine weiteren IC, Busse, Wandler usw.

    Zu einem Arduino wurde mir auch schon geraten. Den allerdings, kenne ich leider nur vom Namen.

    Schätze, ich werde erst mal mit einer Wetterstation beginnen...

    Danke & Gruß


  • .......

    Hier hats auch mehrere Sensoren, die über den GPIO verbunden sind und eine SW die Werte ausliest und visuell darstellt. Alle weitere Elektronik übernimmt der Raspi.
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    Bzgl. dem Servo denke ich auch, dass das viel einfacher umzusetzen ist. Servos werden ja über die Spannung gesteuert. Dann wäre 0 bar also 0 Volt. 2 bar = 4 Volt. Usw. Wenn also Pin 8 1 Volt meldet, dann die Spannung an Servo an Pin 5 um ein Volt erhöhen. Soll also über SW gesteuert werden, keine weiteren IC, Busse, Wandler usw.
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    Die GPIO sind eigentlich digital. Also 0 oder 1, an oder aus.
    Wenn Du analoge Signale abfragen möchtest brauchst Du einen AD-Wandler.
    Ich persönlich würde zum I2C-Bus raten. Da gibts bei ebay usw. kleine Steckplatinen (z.B. PCF8591) an denen Du 3 Analogsignale abfragen und ein analogsignal ausgeben kannst.
    Von den Steckplatinen kannst Du mehrere gleichzeitig verwenden.
    Wenn Du einen Servo steuern möchtest sollte das mit dem I2C-IC PCA9685 klappen.

    Aber ohne Bus (in diesem Fall I2C-Bus) sehe ich da keine Chance.

  • Hi Berry P.,

    klingt alles ganz schön kompliziert, nicht? Ich würde Dir empfehlen mal ganz 'einfach' mit einem Temperatursensor a la DS18B20 den Leidensweg :) in die Raspberry Pi Welt zu beginnen. Da wirst Du auf genügend Klippen treffen die es zu umschiffen gilt.

    Du kannst Dich hier austoben und die gewonnenen Daten speichern, ob in einer MariaDB, einem Textfile oder in einer RRD, um sie dann zu visualisieren oder sonstwie zu bearbeiten.
    Du kann auf Grund der Messwerte Entscheidungen treffen, du kannst GPIOs als Ausgänge setzen um dann passende Relais zu schalten. Du kannst zu bestimmten Zeiten beliebige jobs starten um die Messwerte zu erfassen oder das Backup des pi anzuwerfen.

    Es gibt viel zu tun und noch mehr zu lernen. Ich wünsche Dir ernsthaft viel Spaß und Erkenntnisgewinn dabei.

    Viel Erfolg!

    VG
    Leroy

    Optimismus ist nur ein Mangel an Informationen?

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