Sterowanie wędzarni elektrycznych - różne warianty

[roger]

Pojawiają się dosyć często pytania dotyczące różnych sposobów sterowania temperaturą w wędzarniach elektrycznych, postaram się w miarę prosto omówić to zagadnienie. Generalnie wędzarnia "idealna" to taka w której możemy wędzić w sposób klasyczny czyli poprzez tradycyjne opalania ale możemy ją też w miarę prosto zautomatyzować czyli dołożyć dymogenerator i grzałkę elektryczna bo ... bo nie mamy czasu na doglądanie, bo pada, bo zrobiliśmy się leniwi etc ... 

 

Do wędzenia potrzebujemy 3 rzeczy:

1. Dym - i ten temat załatwia nam w wędzarniach elektrycznych dymogenerator. Konstrukcja tych urządzeń jest bardzo różna ale zadanie jedno czyli  wytworzenie dymu wędzarniczego w przewidywanym do tego celu reżimie temperaturowym, nie będę się tu rozpisywał na temat wszystkich typów DG dostępnych na rynku bo troszkę tego jest, tutaj dokładnie opisałem od A do Z przykładową konstrukcję generatora podciśnieniowego:

https://wedlinydomowe.pl/forum/topic/13690-dymogenerator-podci%C5%9Bnieniowy-jak-wykona%C4%87-od-a-do-z/

 

2. Cyrkulacja - czyli ruch powietrza i dymu wewnątrz komory i to musimy przewidzieć przy budowie komory niezależnie od tego jaką budujemy. Komora powinna mieć dopływ powietrza z zewnątrz usytuowany w jej dolnej części (z boku lub z dołu) oraz odpływ w górnej części (czy to komin czy otwory z boku) aby była możliwość prawidłowego "zestrojenia" wędzarni zarówno dopływ jak i odpływ powinien mieć możliwość regulacji poprzez regulowane kratki od dołu po szyber w kominie czy przysłonę. Komora wędzarnicza powinna być tak zbudowana aby swobodny przepływ powietrza i dymu był grawitacyjny czyli niczym nie wymuszony, choć są i bardziej zaawansowane konstrukcje wykorzystujące nadmuch wymuszony poprzez różnego rodzaju wentylatory. Nie będę się tu na ten temat rozpisywał bo parę ciekawych opracowań wisi na forum a każdy Polak budując i tak zrobi "poprawki własne" Tutaj jest dokładny poradnik który naprawdę warto przeczytać:

https://wedlinydomowe.pl/forum/topic/8606-projekt-budowy-w%C4%99dzarni-opracowany-przez-andyandyego/

 

3. Temperatura - i tym się tutaj zajmiemy.  W wędzarni klasycznej medium dostarczającym ciepło jest palenisko, w przypadku konstrukcji alternatywnych może to być np. grzałka elektryczna. Najlepiej dobierać takie grzałki które mają możliwie największa powierzchnię grzewczą uwzględniając oczywiście wielkość komory w podstawie. Większość komór nazwijmy to "amatorskich" drewnianych albo ocieplonych z powodzeniem obsłuży grzałka o mocy 2kW. Sam generator dymu nie zapewni nam odpowiedniej temperatury wewnątrz komory aby wędzenie niezależnie od tego czy gorące czy zimne przebiegało w sposób prawidłowy i kontrolowany. Samo wstawienie grzałki nie za wiele da bo bardzo ciężko dobrać jej moc tak aby zapewnić odpowiednia temperaturę ponieważ mamy zmienne warunki na zewnątrz, rożną ilość wsadu a tym samym różną bezwładność termiczną komory itd ... itp ...  Każda wędzarnia powinna mieć zatem dobry termometr mierzący przynajmniej temperaturę na wysokości wędzonek i możliwość regulacji tej temperatury czyli najprościej mówiąc włączania i wyłączania grzałki (tzw sterowanie 0/1) lub modulacji mocy grzania (tzw sterowanie PID- czyli dążenie do temperatury zadanej ze stopniowym zmniejszaniem bać zwiększaniem mocy). Problem pomiaru temperatury a jednocześnie możliwość sterowania nią zapewniają nam różnego rodzaju sterowniki czy termoregulatory, postaram się omówić najbardziej popularne rozwiązania.

 

Najprostsze sterowanie - rozwiązaniem popularnym, najprostszym i najtańszym jest zakup grilla elektrycznego o mocy 2-2,5kW z regulatorem np na popularnym serwisie aukcyjnym, to przeważnie wydatek na poziomie 35-80PLN więc taniej niż zakup samej grzałki podobnej mocy w sklepie elektrycznym.Poniżej parę zdjęć obrazujących czego szukać:

 

 

Czy np. okrągły go beczki

 

Takiego grilla nie trzeba rozmontowywać, po prostu stawiamy go na dnie komory zabezpieczając grzałkę aby nic na nią nie kapało podczas wędzenia (deflektor z blachy czy w ostateczności folia aluminiowa), wyprowadzamy kabel zasilający i mając dodatkowy termometr możemy zaczynać ...  ale ... no własnie nie ma róży bez kolców  Takie rozwiązanie jest bardzo proste ale troszkę ułomne. Urządzenie ma zastosowany termostat bimetaliczny, który kontroluje tak naprawdę temperaturę grzałki a nie powietrza wewnątrz wędzarni. Efektem takiego sterowania będzie możliwość w miarę precyzyjnego ustawienia termostatu na rozłączenie grzałki w funkcji temperatury ( metodą prób i błędów ustawiamy regulator grilla obserwując temperaturę w komorze) ale już jej ponowne załączenie nastąpi dopiero po ostygnięciu stycznika bimetalicznego, czyli będziemy mieli dość dużą bezwładność in minus. Zakładam że  ustawiamy termostat tak aby się rozłączył gdy w komorze będziemy mieli 40st C grzałka się wyłączy ale bezwładnością podciągnie Nam temperaturę jeszcze o 3-5st C niestety gdy temperatura zacznie spadać nie załączy się znów przy np. 39,5st tylko przy około 30st  takie "pływanie" temperatury nazywamy histerezą. W przypadku takiego rozwiązania mamy dość małą histerezę in plus ale dużą in minus, im wyższe temperatury tym histereza bardziej wariuje ... możemy troszkę poprawić sytuację nie zabudowując regulatora i montując tak aby był bezpośrednio przy dolocie powietrza albo wręcz pokrętło było lekko wystawione z komory dzięki czemu szybciej się wychłodzi bimetal. O ile takie rozwiązanie sprawdzi się w niskich i standardowych temperaturach wędzenia 15-45st C to o podpiekaniu raczej zapomnijmy.

Alternatywą dla wbudowanych regulatorów bimetalicznych grilla może być termostat od bojlera, wtedy element pomiarowy możemy umieścić na wysokości wędzonek, niestety tego typu rozwiązanie ogranicza nam zakres regulacji temperatury - możemy pracować od 10-80/85st C, koszt takiego urządzenia to 25-50PLN.

 

 

 

 

Sterowanie proste termoregulatorem elektronicznym - to rozwiązanie załatwia nam dwa problemy po pierwsze mamy dokładny elektroniczny pomiar temperatury w komorze na wysokości wędzonek, po drugie grzałka jest sterowana 0/1 czyli wyłącz / załącz w funkcji tej właśnie temperatury a po trzecie nawet te proste sterowniki występują często w wersjach 2 kanałowych czyli mają dwa wyjścia sterujące więc oprócz grzałki możemy wysterować np. pompką dymogeneratora czy wentylatorem.

Regulatorów tego typu na serwisach aukcyjnych Allegro czy Alliexpress jest bardzo dużo czyli do wyboru do koloru, zasada ich pracy jest identyczna więc skupię się na dwóch typach będą to regulatory z wbudowanymi przekaźnikami i czujnikami temperatury NTC w komplecie w wersji jedno czujnikowej jednokanałowej i w wersji dwu-czujnikowej  dwukanałowej. Wybierając regulator zwracajmy uwagę na obciążalność wyjść sterujących czyli to jaką "moc" maksymalna można podłączyć do wbudowanego przekaźnika. Bardzo dużo tych tańszych urządzeń ma wyjścia 10A  ale nas interesują tylko te które maja minimum 20A . Cały czas mówimy o wysterowaniu grzałki 2-2,2kW więc przy 20A będziemy mieli ponad dwukrotny zapas mocy - tak "dla spokojnosti"  .

 

Musimy pamiętać o jednej rzeczy w momencie gdy mamy grzałkę z grilla wyposażoną w regulator bimetaliczny to musimy go rozebrać i podłączyć grzałkę z pominięciem tego regulatora lub musimy go zmostkować tak żeby był "zawsze zwarty" inaczej układ zacznie wariować !!!! 

 

ES10 - około 115PLN to chyba najbardziej popularny tego typu regulator

 

NA8810 cena identyczna możliwości też

 

Oba sterowniki mają wyjścia 20A dokładność pomiaru temperatury 0,1st C zakres regulacji -50 +150st C, możliwość regulacji histerezy, pracy w trybie grzania lub chłodzenia, dołączone zabudowane sondy temperatury (DS-y). No właśnie niestety te tanie rozwiązania nie maja gniazdka w które możemy bezpośrednio wpiąć grzałkę i iść na piwko

Zakładam, że za budowę wędzarni czy sterowania nie bierze się osoba która ma tzw" dwie lewe ręce i biust na plecach" , tu naprawdę nie trzeba dużo ... wystarczyło nie wagarować na tzw ZPT i fizyce w szkole podstawowej

Cały układ podłączamy zgodnie z załączonym do urządzenia schematem wygląda to mniej więcej tak:

 

 

Ten czarny kwadracik to nasza grzałka którą chcemy sterować, "N" to przewód neutralny czy "0" a "L" to przewód prądowy którym steruje wbudowany przekaźnik w funkcji temperatury mierzonej przez czujnik "T1" na schemacie  - tu biegunowość nie ma większego znaczenia ale w tego typu sterownikach sygnał temperaturowy dajemy na 1 (w przypadku dwu-czujnikowych pin 2 jest wspólny a 1 i 3 to sygnały).

 

 

Po podłączeniu tego wszystkiego do kupy pozostaje obudowanie np z wykorzystaniem takiej standardowej obudowy:

 

 

 

Najprościej w takiej obudowie zamontować gniazdo z uziemieniem albo poprzez dławik wyprowadzić kabel zakończony gniazdem z uziemieniem. Połączenia wewnętrzne mostki etc proszę robić wykorzystując izolowane przewody miedziane 2,5mm2 przyłącze elektryczne i wyjście przewód z linki miedzianej 3x2,5mm2,  przejścia przez obudowę robimy szczelnie poprzez dławiki. 

 

 

 

 

 

Wszystkie urządzenia elektryczne muszą być bezwzględnie uziemione, a połączenia kabli dobrze poskręcane i izolowane, przewody elektryczne przeprowadzone w sposób uniemożliwiający ich przypadkowe uszkodzenie, przetarcie czy zwarcie i proszę o tym pamiętać !!!

 

Takie same sterowniki występują również w wersjach dwukanałowych np ES20 czy też z dwoma czujnikami temperatury  ; NA8820 czy NA8824- tutaj ceny oscylują w granicach 140-190pln

 

 

 

 

Schemat

 

Jak widać mamy tutaj dwa czujniki temperatury T1 i T2 co umożliwia różne warianty sterowania i dwa niezależne wyjścia o różnej obciążalności - możemy przyporządkować który czujnik steruje którym wyjściem i jak to robi.  Wyjście 20A mamy oczywiście dla naszej grzałki ale drugie 8 czy 10A możemy wykorzystać np do zasilania dymogeneratora (pompka lub grzałka i podajnik w DG Borniaka ) czy do wentylatora który przed dymieniem może wspomagać osuszanie.

 

Sterowniki PID - to bardziej zaawansowane sterowniki temperatury które oprócz pracy prostej czyli sterowania załącz/wyłącz realizowanego w tzw oknie temperatury (programowana temperatura załączenia i wyłączenia grzałki) czy w histerezie (regulowana wartość odchylenia temperatury od temperatury zadanej - identyczna in + oraz in - ) mają możliwość pracy w tzw algorytmie PID. Co to jest ten regulator PID ? -skrót oznacza  Proportional-Integral-Derivative czyli regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący, nie będę się zagłębiał w wyjaśnianie zasady działania każdego z trzech członów pracy, głównym zadaniem algorytmu jest dążenie do uzyskania wartości zadanej (w naszym wypadku temperatury) i utrzymywanie jej na zadanym poziomie. Sterownik przy naszym zastosowaniu w oparciu o różnicę temperatur aktualna / zadana oraz czas w jakim następuje przyrost czy też spadek temperatury określa "moc" podawaną na grzałkę czyli np zaczyna grzać pełną mocą a im bliżej temperatury zadanej tym mniejsza "moc" sterowana na grzałkę i tak praktycznie praktycznie aż do zera, dzięki takiemu rozwiązaniu mamy bardzo precyzyjną regulację temperatury bo nie ma zjawiska podbijania temperatury związanego z bezwładnością termiczną grzałki i realne oszczędności na prądzie bo grzałka bardzo krótko pracuje z pełną mocą.

Stosując tego typu regulatory mamy praktycznie 3 urządzenia w jednym, mamy dokładny termometr elektroniczny z jedna a nawet i z 4-a czy 8-a sondami temperatury, regulator temperatury i regulator mocy. Na rynku występuje wiele sterowników tego typu ja skupię się na dwóch najbardziej popularnych rozwiązaniach, pierwsze z nich to chyba najtańszy regulator tego typu PID REX C100.

 

 

Sam regulator z sondą to koszt 80-100PLN ale nie ma on wbudowanego przekaźnika więc musimy zastosować jakiś zewnętrzny przekaźnik z obciążalnością 20A, w zależności od typu to koszt od 40 do 100pln 

 

 

 

 

Do tego trzeba jeszcze doliczyć jakąś obudowę , gniazda , wtyczki, włącznik przewody etc. więc będziemy na poziomie ~200-250PLN

 

Kolejna propozycja to gotowe kompletne regulatory i tutaj przedstawię dwa które są chyba najlepszą opcją  kompromisową biorąc pod uwagę możliwości / jakość / cenę 

Prostszy sterownik Pamel PRD2  z dwoma czujnikami temperatury i okablowaniem to koszt 220-230PLN, miejsce montażu wyświetlacza możemy sobie wybrać.

 

 

 

 

 

Ten sterownik występuje również w gotowym zestawie do wędzenia gdzie dodatkowo mamy grzałkę 1300W, 1600W lub 2000W i jej mocowanie taki zestaw z najmocniejsza grzałką PZW1-2000W to na dzień dzisiejszy koszt 265PLN , a zestaw PZW2-2000W ze sterownikiem PRM+ 300PLN. 

 

Bardziej rozbudowany regulator to Pamel PRD3 oprócz wędzenia czy parzenia mamy też inne tryby pracy jak warzenia piwa czy destylacja, standardowo regulator ma 4-y wejścia sond temperatury z możliwością rozbudowy do 8-u (zastosowanie HUB-a), oprócz grzałki ten regulator wysteruje jeszcze 4 lub 6 innych odbiorników (elektrozawory, wentylatory, pompy etc)

Koszt sterownika w zależności od ilości i rodzaju sond temperatury to 310-380PLN

 

 

 

 

Przedstawione regulatory Pamel obsłużą grzałki praktycznie do 5,5kW i co ważne mają aż 5 lat gwarancji i właśnie któreś z tych gotowych rozwiązań polecam szczególnie tym którzy nie mają smykałki do majsterkowania czy bladego pojęcia o elektryce czy elektronice. 

 

Skróty użyte w opisie i schematach:

 

SSR - przekaźnik elektroniczny Solid State Relay 

NTC - czujnik temperatury Negative Temperature Coefficient - negatywny współczynnik temperaturowy czyli wzrost temperatury powoduje spadek rezystancji

L - przewód fazowy - najcześciej kolor brazowy lub czarny

N - przewód neutralny

PE - przewód ochronny - żółto zielony

 

 

 

 

 

 

Parę słów dotyczących ogólnych spraw związanych z elektryką:

Do pracy każdego urządzenia elektrycznego potrzebna jest instalacja elektryczna istnieje kilka rodzajów sieci odbiorczej niskonapięciowej w domach i mieszkaniach:

 

 

L1 ; L2 ; L3 - przewody fazowe prądu przemiennego ( w przypadku gniazd jednofazowych kolor brązowy lub czarny)

N - przewód neutralny (kolor niebieski)

PE - przewód ochronny (kolor żółto zielony)

PEN - przewód ochronno-neutralny

E - przewód uziemiający

Z - impedancja

 

Stare instalacje dwu-przewodowe to typ TN-C gdzie przewód neutralny jest jednocześnie przewodem ochronnym co jest dużą wadą bo jest on przecież przewodem roboczym narażonym na pełny przepływ prądu i związane z tym obciążenia jak jest wszystko cacy to jest tak:

 

 

Ale gdy na przykład mamy przebicie na obudowę lodówki uszkodzone lub niepodłączone zerowanie w gniazdku to ten sam obrazek wygląda już tak:

 

 

 

Najczęściej obecnie stosowanym układem sieci jest TN-S

 

 

 

 

Jak widać na schematach do pracy urządzenia elektrycznego potrzebne są tylko 2 przewody czyli przewód fazowy L (kolor brązowy lub czarny) oraz przewód neutralny N (kolor niebieski) ten trzeci przewód PE (żółto-zielony) jest potrzebny człowiekowi bo zapewnia ochronę przeciwporażeniową .

 

Wszystkie urządzenia prądowe należy podłączać tylko do  gniazd uziemionych, niedopuszczalne jest podłączanie grzałek w wędzarniach elektrycznych do gniazd nie posiadających prawidłowo podłączonego przewodu ochronnego - czyli tzw bolca, wędzarnie metalowe muszą mieć również uziemioną obudowę bo to jest nasze bezpieczeństwo a nie widzi mi się urzędników.

Przewody doprowadzające prąd do wykorzystywanych przez nas gniazd musza mieć przekroje dostosowane do przewidywanego obciążenia.

 

Wszelkie prace związane z instalacją elektryczną, jej naprawą czy modernizacją powinny być przeprowadzane z należytą starannością i przez osoby posiadające odpowiednią wiedzę i uprawnienia, jeśli ktokolwiek decyduje się na robienie czegoś samemu robi to tylko i wyłącznie na własną odpowiedzialność !!!

 

 

Mam nadzieję że opracowanie będzie przydatne dla "szukających sposobu na .... " i niezdecydowanych

Edytowane 5 Stycznia 2017 przez vtec
usunięty zbędny załącznik

[roger]

Uzupełniłem poradnik o sterowanie PID i proste termostaty , mam nadzieję że to wszystko i nic mi nie umknęło

W tym temacie proszę o dyskusję czy o sugestie związane z uzupełnieniem posta:

 

https://wedlinydomowe.pl/forum/topic/13774-sterowanie-w%C4%99dzarni-elektrycznych-dyskusja-i-uwagi/