Temperaturregelung mit PID-Regler und SSR Relais für 15€

Artikel vom 02.07.2019 um 22:39


An meinem Pizza- und Härteofen, die ich für die Wärmebehandlung von Stählen und zum Bearbeiten von Thermoplasten verwende, habe ich nur eine analoge Temperaturanzeige mit einer einfachen An/Aus-Steuerung. Dies war mir schon lange ein Dorn im Auge, da ich weder die genau Temperatur ablesen noch einstellen konnte. Meinen Härteofen habe ich mittels Thermoelement und Multimeter selbst auf genaue Temperatur "geregelt", beim Pizzaofen war eine Temperatursteuerung dabei, die sehr Überschwungen hat. Daher habe ich mich im Internet zu Temperaturreglen informiert und dabei einen sehr günstigen und einfachen Lösungsansatz gefunden. Aus Fernost kann ein Set für knapp über 10€ bestellt werden, welches bereits nahezu alles, was man braucht, beinhaltet. Da der Kostenaufwand sehr gering ist, habe ich nicht lang gezögert und mir das Set und eine Aufbewahrungsbox dazu gekauft.

Die Stückliste

Für ca. 10€ als Set erhältlich:
  • REX/Berme C100
  • SSR 40A (Solid state relais)
  • Thermoelement Typ K (bis 1200°C)
  • Zusätzlich ein Thermoelement Typ K - 2€
  • Kunststoffbox zur Aufbewahrung der elektronischen Komponenten - 5€
  • Altes Verlängerungskabel/Steckdosenleiste
  • Kabelendklemmen/Steckhülsen/Lüsterklemmen und Kabel(was halt vorhanden ist) 2€

Lieferumfang vom Rex/Berme PID SSR Set

Sowohl das Set als auch die Kunstoffbox habe ich bei eBay bestellt, die Kunstsoffbox war kurze Zeit später da. Da das Set auch China versandt wurde, kam dieses erst nach ca. 1-2 Monaten an (Sparversand). Da ich Temperaturen von 150°C bis 1100°C messen und Einstellen muss, habe ich mich für ein Set mit einem Thermoelement entschieden. Sollen kleinere Temperaturbereiche gemessen werden, kann man auch zu einem PT100 Messwiderstand zurückgreifen, wodurch man in niederigeren Temperaturberiechen genauere Messwerte erreicht. Die PID-Regler selbst haben unterschiedliche Messbereiche, Ausgabebereiche und Schaltausgänge - je nach Bestellbezeichnung. Mir ist jedoch aufgefallen, dass man die Temperaturbereiche und Ausgabebereiche auch noch nachträglich ändern kann. Dazu kann die COD-Konfiguration (in der Bedienungsanleitung von Berme beschrieben) verwendet werden. So konnte ich zum Beispiel einen PID-Regler mit der Bezeichnung C100FK02-M*AN kaufen, obwohl diese nur für Messbereiche von 0-400°C angegeben werden (man kann diesen dann in der COD-Einstellung auf den Typen C100FK07-M*AN ändern). Ich habe mir zusätzlich ein anderes Typ-K Thermoelement gekauft, welches etwas länger ist, damit ich tiefer in den Brennraum meines Härteofens damit komme. Dies kann auf dem Video gesehen werden.

Zusammenbau der Komponenten

Da die Kunststoffbox als erste kam, habe ich zuerst den Durchbruch für den PID-Regler angebracht. Dazu habe ich mir die 45x45mm auf der Box angezeichnet und mit einem 2mm Bohrer die Kontur in etwa ausgebohrt. Mit einem Cuttermesser und etwas Kraft konnte dann der Druchbruch rausgedrückt werden. Man kann den Regler sowohl stationör an dem gewünschten Gerät anbauen oder, so wie ich es gemacht habe, mit einem Verlängerungskabel oder einer Steckdosenleiste mobil ausführen. Dazu habe ich meine Steckdosenleiste in der Kabelmitte zertrennt und abisoliert. Damit ich im Bedarfsfall alles wieder auseinander bauen kann, habe ich Steckverbinder gewählt. Die Verkabelung des PID-Reglers ist relativ einfach. Es selbst wird bei uns mit normaler Wechselspannung betrieben (230VAC). Der Regler hat insgesamt 10 Kontakte, die Netzspannung muss an 1, und 2 angeschlossen werden. Kontakt 4 und 5 sind für die Ausgänge des jeweiligen Relais (mechanisch oder SSR) gedacht. Dabei ist jedoch auf die Polung zu achten. Der Plus-Anschluss muss auch an den Plus anschluss des SSR gehen und umgekehrt. Kontakt 6 und 7 sind für eine Alarmfunktion gedacht, diese wird ausgelöst, sobald der Messewert 10°C (Grundeinstellung) höher ist, als der Sollwert. Dies kann zum Beispiel von Bedeutung sein, falls das SSR defekt ist und mit den Kontakten 6 und 7 ein Öffnerrelais ausgelöst wird, was die Spannung trennt. An den Kontakten 8, 9 und 10 ist das jeweilige Messelement angebracht - in meinem Fall des Thermoelements kommt dieses an 9 und 10.
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Ich übernehme keine Garantie für Richtigkeit oder Funktion der Verkabelung und Programme. Die Benutzung erfolgt auf eigene Verantwortung 🙂!
Anbei noch ein Bild von meiner Verkabelung. Das SSR Relais habe ich mit einer Hilfsplatte an den Steckrillen der Kunststoffbox befestigt. Das mitgeliferte SSR kann maximal 40A Stromfluss aushalten bei Spannungen zwischen 32-380V. Dabei ist jedoch zu beachten, dass SSR Relais nicht zu heiß werden dürfen. Daher sollte man diese ggf. mit Wärmeleitpaste an einem Kühlkörper befestigen. Der PID-Regler und die Temperatursteuerung ist sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen geeignet. Soll etwas gekühlt werden, kann dazu ein Parameter in den Einstellungen verwendet werden. Dazu bitte in die jeweilige Bedienungsanleitung schauen.

PID-Regler mit einem Wasserkocher testen

Ich habe alle Komponenten in der Kunststoffbox befestigt und verkabelt. Danach konnte ich meine Schaltung und meinen Aufbau mit einem Wasserkocher realtiv einfach testen. Dazu habe ich das Thermoelement in den mit kaltem Wasser befüllten Wasserkocher gelegt und einen Messwert von 60°C eingestellt. Dieser Versuchsaufbau kann auf folgendem Video beobachtet werden. Den Wasserkocher selbst habe ich an die Steckdosenleiste angeschlossen, dort sieht man auch immer gut, wann das SSR ausgelöst ist.
Dabei sieht man gut, wie sich der Messwert langsam dem Sollwert annähert und dieser dann durch an- und abschalten des Wasserkochers (Anschluss über Relais) gehalten wird. Nach diesem Test habe ich den Wasserkocher aufgemacht, damit dieser nicht bei kochendem Wasser ausschaltet. Damit konnte ich die Höchsttemperatur von Wasser (bei üblichen Luftdrücken ca. bei 100°C) mit dem Messwert des PID-Reglers vergleichen. Dieser Zeigte dann 101°C an, was für meine Anwendungen ausreichend genau ist. Sollte der Regler einen falschen Wert anzeigen (zum Beispiel durch Kontakt- oder Leitungswiderständen) kann ein Korrekturwert in dem Regler abgespeichert werden (siehe jeweiliges Benutzerhandbuch).

Nachtrag:

Vom 12. Juni 2019

Da es nun doch einige Nachfragen zu dem Temperaturbereich der China-PID-Regler gab, habe ich mal den Abschnitt aus der Bedienungsanleitung abfotografiert. Hier ist schön zu sehen, dass mit der Bit-Einstellung in SL1 der Messbereich, bzw. auch damit das Messmittel eingestellt werden kann. D.h. auch wenn ein Temperaturbereich auf dem Typenschild von 0-400°C angegeben ist, kann dieser auf bis zu 9999°C eingestellt werden. Ich habe dort für mein Typ-K Thermoelement (bei SL1) die Bits "0000" gesetzt. Leider ist bei mir die Bedienungsanleitung nur in chinesisch vorhanden (ich habe mir meine PID-Regler direkt aus China mitgenommen). Für die Übersetzung kann z.B. Google oder Microsoft verwendet werden. Ich persönlich benutze auf meinem Handy die App "Übersetzer" von Microsoft Übersetzer, da diese auch offline Bilder übersetzen kann.

Hier gibt's den Artikel zu kaufen:


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Kommentar von Mick vor 6 Monaten:

Hallo Thorsten,

hast Du eine Idee wie man bei dem Setup eine "Tür offen"-Schaltung herstellen kann?
Also wenn ich die Tür am Ofen öffne das der PID-Regler nicht versucht den Temperaturabfall auszugleichen.

War am überlegen einen Schalter im Bereich der Backofentür zu positionieren, der beim öffnen den Temperaturfühler unterbricht und einen Fehler verursacht so das der Regler nicht weis was Sache ist.

Oder geht das eleganter?

Kommentar von Thorsten vor 6 Monaten:

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Hallo Mick,

das heißt, dein Ofen bleibt beim Öffnen der Tür selbst so warm, dass du nicht willst, das der Ofen weiter aufheizen will?
Ich denke der PID-Regler an sich kann diese Funktion nicht abbilden.

Ich würde dann entweder einen Schalter neben die Ofentür legen, mit dem man die Heizelemente manuell ausschaltet bevor den Ofen auf macht und erst nach dem Einpendeln wieder einschaltet.

Eine weitere Möglichkeit wäre ein Türkontakt mit kleiner Spannung, der ein Relais ansteuert, was den Stromkreis der Heizelemente schließt. So würden automatisch, sobald man die Tür auf macht, die Heizelemente nicht mehr durch den PID-Regler angeschaltet werden (auch wenn die Temperatur abfällt). Sobald die Tür dann geschlossen wird, gehen die Heizelemente wieder an (kann durch ein Zeitverzögertes Relais auch zeitlich verschoben werden).

Ich hoffe ich konnte dir helfen und wünsche viel Erfolg 🙂

Kommentar von Felix vor 4 Monaten:

Hallo Thorsten,

der Link für den Temperaturregler verweist auf einen Artikel, welcher laut Beschreibung für einen Bereich bis 400 Grad geeignet ist. Ich vermute dies ist ein Fehler?

Von diesen Reglern gibt es ja etliche verschiedene. Ich tue mir gerade etwas schwer einen passenden / richtigen zu finden und würde mich über einen passenden Link freuen.

Danke & Grüße

Kommentar von Thorsten vor 4 Monaten:

✔️ (verifizierter Kommentar vom Seiteninhaber)

Hallo Felix,

der Temperaturmessbereich kann im Setup des PID-Reglers eingestellt werden. Die Angabe hatte mich anfangs auch sehr verwirrt. Ich habe mir immer die REX bzw. Berme PID-Regler mit dem Messbereich 0-400°C bestellt und dann in den Parametern auf Thermoelementmessung Typ K gestellt mit einem Messbereich von 0-1200°C. Dann werden einfach keine Kommazahlen mehr angezeigt.

Du kannst ruhig den verlinkten PID-Regler nehmen (auch wenn auf dem Typenschild nur 0-400°C drauf steht).

Viel Erfolg und Grüße :-)

Kommentar von Felix vor 4 Monaten:

Haha, dann hätten die sich diese Angabe ja auch irgendwie sparen können :-)
Danke dir für die Info !!

Kommentar von Heiner vor 2 Monaten:

Hallo Thorsten.
Gibt es auch System für ein T-Type Termoelement? (Ist so eingebaut)
Danke und Grüße
Heiner

Kommentar von Thorsten vor 2 Monaten:

✔️ (verifizierter Kommentar vom Seiteninhaber)

Hallo Heiner,

ich habe mal den Ausschnitt meiner Bedienungsanleitung an den Artikel mit angehängt. Er sollte laut der Anleitung auch auf ein Typ T Thermoelement eingestellt werden können (mit Bit "0111").

Ich hoffe, es klappt 🙂 du kannst ja mal berichten.

Grüße Thorsten!

Kommentar von MIK vor 3 Wochen:

Hallo,

Erstmal Danke für die super Erklärung und Doku. Hat mir einiges geholfen.

Ich habe einen alten, großen Härteofen den ich auch zum Schmieden (also zum härten von Klingen) benutze.

Den will ich auch auf digitale Steuerung umbauen. Das Material liegt schon länger bei mir rum. Hatte bisher keine Zeit.
Will das Thema aber demnächst angehen.

Ich habe ein paar Fragen:

1.
Warum "pulst" das SSR bei Dir ständig bei dem Wasserkocher...?
Liegt das daran weil der Sensor unten direkt über der Heizplatte ist und es da immer kurz "zu" warm wird, also über 60 Grad?

Für meinen Fall wäre es mir recht wenn das SSR nicht pulst. Sondern Strom gibt bis die eingestellte Temperatur erreicht ist.

2.
Ich habe vor die 2 SSRs die ich für den Härteofen brauche in einem Alugehäuse auf Kühlkörper zu setzen.
Ich brauche 2 SSRs da der Ofen mit 400V läuft und die Heizdrähte über 2 Phasen mit jeweils 10A angesteuert werden.
Von der dritten Phase würde ich 230V abzweigen für die Ansteuerung des PID.

Kann ich von dem Ausgang zum SSR des PID problemlos 2 SSRs ansteuern, oder..?

Also einfach von dem Ausgang Leitung mit + und - weg und die dann über eine Wago Klemme verteilen auf die 2 SSRs?

Ich weiss nicht, oder der Steuer-Ausgangs-Strom des PIDs ausreicht, um problemlos 2 SSRs ansteuern zu können.

Ich habe mit solchen Schaltungen keine Erfahrung.

Wäre super wenn Du zu den Fragen was weisst.

Danke Dir!

Kommentar von Thorsten vor 4 Tagen:

✔️ (verifizierter Kommentar vom Seiteninhaber)

Hallo MIK,

erstmal Entschuldigung für die späte Rückmeldung - ich war quasi in der Sommerpause.
Nun zu deinen Fragen:

1. Ich weiß nicht genau, weshalb der PID-Regler beim Wasserkocher so schnell Pulst. Dies hat sich nach dem "einschwingen" der Temperatur so automatisch eingestellt. Ich hatten den PID im Auto-Config und ich denke er hat den P, I und D-Wert in der Regelung auf meinen Wasserkocher angepasst. Ich vermute, dass der Heizstab beim Wasserkocher so stark und schnell Einfluss auf die Wassertemperatur hat, dass dieser nur sehr kurz eingeschaltet sein muss um den Wärmeverlust von der Umgebungsluft auszugleichen. Wenn ich meinen PID-Regler an meinem Härteofen betreibe ist die Temperaturänderung deutlich träger und somit die Einschaltzeit beim Halten der Temperatur auch höher. Wichtig ist ja nur, dass die Temperatur relativ konstant gehalten wird.

2. Ich habe noch nie getestet, ob zwei SSR-Relais von dem PID gleichzeitig gesteuert werden können. Meiner Meinung nach sollte es aber eigentlich kein Problem darstellen. Du kannst ja mal berichten, ob es geklappt hat.

Viel Erfolg beim Umbau!

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