Zum Inhalt springen
Blog » Einbau eines PID-Reglers in die Quickmill

Einbau eines PID-Reglers in die Quickmill

Eine Quickmill Siebträgermaschine mit nachgerüstetem Inkbird PID Regler

Die Quickmill 3035 „Pegaso“ besitzt keinen Kessel. Das Wasser fließt bei der Espresso-Zubereitung durch einen vorher aufgeheizten Thermoblock aus Aluminium, wobei es sich erwärmt. Dabei gibt es zwei Schwachpunkte:

  • Wenn das Wasser schnell durch den Thermoblock schießt, hat es wenig Zeit zur Erwärmung und tritt recht kalt aus. Wenn es sehr langsam durch den Thermoblock fließt, erwärmt es sich hingegen nahezu mit der Block-Temperatur aus. Das ist prinzipbedingt und lässt sich nicht verhindern.
  • Die Heizung des Thermoblocks wird über einen Bimetall-Schalter ein- und ausgeschaltet. Das ist auch über das Klicken zu hören. Die Temperatur des Thermoblocks schwankt dabei stark um bis zu 20 Grad. Das macht es schwierig, gleichbleibend gute Espressi zu erzeugen. Aber zumindest hier gibt es Abhilfe: den PID-Regler.

Der Name PID ergibt sich aus den drei Bestandteilen des Regler-Ergebnis. Der Proportional-Anteil ergibt sich schlicht durch die Betrachtung des Ist-Zustands: Je heißer die Temperatur, desto weniger wird geheizt. Der Derivativ-Anteil schaut auf den aktuellen Trend: Je stärker die Temperatur steigt, desto mehr wird die Heizung reduziert. Und der Integral-Anteil wertet die Vergangenheit aus: Je länger und stärker die Temperatur unter dem Zielwert liegt, desto mehr wird geheizt. Und jeweils umgekehrt.

Damit der PID-Regler funktioniert, benötigt er einen Temperatursensor sowie die Möglichkeit, die Heizung feiner zu regeln. Den von mir verwendeten Regler Inkbird ITC-100 gibt es im Netz häufig als Set mit Temperaturfühler und Solid State Relais (SSR). Letzteres kann die Heizung sehr oft ein- und ausschalten, macht dabei keine Geräusche und verschleißt nicht.

Außerdem werden einige Kleinteile wie Verbindungsklemmen, Isolierband (nur als Scheuerschutz) und 230V-geeignete Kabel sowie ein Multimeter benötigt. Als Gehäuse habe ich ein 50×50 mm Vierkant-Profil aus Edelstahl verwendet.

Achtung, Umgang mit Netzspannung ist lebensgefährlich. Führt diesen Umbau nur durch, wenn ihr entsprechendes Fachwissen habt. Auch ich habe mir dabei von einem Fachmann auf die Finger schauen lassen. Denkt daran, dass es nicht nur um eure Sicherheit während des Umbaus geht. Ihr wollt sicherlich auch bei der Inbetriebnahme keinen Kurzschluss, Brand oder sonstigen Schaden provozieren.

  • Die Schaltseite des SSR wird nach Anleitung mit dem Ausgang des PID-Reglers verbunden.
  • An der Leistungsseite des SSR werden die Kabel angeschlossen, die im Ursprungszustand am Bimetall-Schalter im Thermoblock angebracht sind. Davon gibt es zwei: Vom Kippschalter für den Milchschaum ausgehend lässt sich derjenige finden, der für die Regelung der hohen Temperatur zuständig ist. Für diesen Umbau wird dann der andere benötigt..
  • Die Stromversorgung des PID-Reglers habe ich vom Hauptschalter abgezweigt, sodass er mit der Maschine eingeschaltet wird.
  • Der Temperaturfühler wird ebenfalls nach Anleitung mit dem PID verbunden und dann am, besser im Thermoblock befestigt.

Wichtig: Wenn sich der Fühler vom Thermoblock löst und die „Lufttemperatur“ misst, wird die Heizung immer weiter angesteuert, bis die Schmelzsicherung im Thermoblock auslöst. Eine solide Befestigung ist daher sehr, sehr wichtig.

Ich habe das mit Lochband gelöst. Für einen besseren Wärmeübergang habe ich das Loch im Thermoblock, in dem der Temperaturfühler steckt, vorher mit Wärmeleitpaste aus dem Computerzubehör gefüllt.

Das schematische Schaltbild mit dem PID-Regler und dem Solid State Relais
Das schematische Schaltbild mit dem PID-Regler und dem Solid State Relais

Im Bild unten ist der Zusammenbau zu sehen. Das SSR ist von unten gegen das Oberteil des Gehäuses geschraubt. Die Leitungen zum PID-sind mit Isolierband zusammengebunden und nach oben aus dem Gehäuse herausgeführt. Der eine Bimetall-Schalter im Thermoblock ist nicht mehr angeschlossen.

Das Innere der Maschine nach dem Einbau des Temperaturfühlers und der Befestigung des SSR

Auf dem Gehäuse „thront“ nun der PID-Regler. Ich habe ihn nach einigen Versuchen auf die folgenden Werte eingestellt (Änderungen gegenüber Werkseinstellungen in Fettschrift):

HIAL 9999
LoAL -1999
dHAL 9999
dLAL 9999
df 0.3
CtrL 3
M50 1500
P 60
t 40

CtI 4
Sn 0
dIP 1
dIL 0
dIH 1000
SC 0.0
oP1 0
oPL 0
oPH 100

ALP 0
CF 2
Addr 1
bAud 9600
dL 0
run 2
Loc 40
EP… alle „none“

Damit heizt die Maschine schnell und ohne Überschwinger auf. Die Solltemperatur wird im Leerlauf konstant eingehalten. Und bei Kaffeebezug reagiert die Maschine schnell mit verstärkter Heizung.

Die Parameter sind in der englischsprachigen Bedienungsanleitung etwas missverständlich bezeichnet/übersetzt. P für die P-Verstärkung ist dabei noch recht eindeutig, obwohl die Anleitung von „Differential“ spricht. M50 als „Integral Time“ entspricht im deutschen Sprachraum der Nachstellzeit und somit der Einstellung des I-Anteils. Die „Hysteresis time“ t ist die Vorhaltzeit.

Ansicht der Maschine mit PID-Regler auf dem Oberteil

Noch besser wird der Espresso aus der Quickmill übrigens, wenn ihr auch ein Expansionsventil nachrüstet. Hier erfahrt ihr, wie das geht!

Nachtrag: Zwei Bilder zum Sensor. Das M6-Außengewinde ließ sich bei meinem Exemplar demontieren. So passte er in die M4-Bohrung im Thermoblock. Die Fixierung erfolgte dann mit Lochband. Das Bohrung mit dem Sensor darin wurde mit Wärmeleitpaste aus dem Computer-Handel verfüllt.

Schlagwörter:

31 Gedanken zu „Einbau eines PID-Reglers in die Quickmill“

  1. Pingback: Quickmill-Siebträgermaschine mit Spannungswandler in Japan betreiben - michaelzöllner.de

  2. Schöner Umbau. Mir ist gerade aufgefallen dass du 240V in der Nähe des Deckels hast, da sollte noch ein Schutzleiter am Deckel direkt anliegen oder du musst den Deckel immer angeschraubt lassen dann vermitteln die Schrauben den Kontakt zum Rest des Gehäuses (welches schon zweimal abgesichert ist). Besser ist aber ein separater Schutzleiter Anschluss. Ich weiß nicht ob du die Maschine noch verwendest, wenn ja würden mich auch Deine Langzeit Erfahrungen interessieren.

    1. Danke für den Hinweis! Ja, normalerweise sind ja alle vier Schrauben zwischen Deckel und Gehäuse angezogen. Bei Gelegenheit werde ich da aber noch ein grüngelbes Kabel ziehen.

      Der PID ist jetzt seit zweieinhalb Jahren im täglichen Einsatz – komplett unauffällig. Die Maschine selbst ist schon gut sieben Jahre alt. Bis auf einen (selbstverschuldeten) Pumpenausfall gab es ebenfalls keine Schwierigkeiten.

  3. Danke für den Einblick!
    Für den Anfang will ich erstmal nur die Temperatur vom Thermoblock abnehmen. In den meisten Sets sind ja M6 Gewinde am Sensor. Mein Thermoblock hat aber nur M4.
    Hast Du den Sensor „nur“ aufgesetzt, oder tatsächlich einstecken können?

    1. Bei meinem Sensor ließ sich die Kappe abschrauben. So passte er in eines der Löcher. Das habe ich dann mit Thermopaste (Computerzubehör) aufgefüllt und den Sensor mit Lochband fixiert. Siehe Nachtrag im Artikel.

  4. Hallo Michael,
    schöner kurzer Artikel mit dem Wesentlichen. Nur „failt“ inzwischen der Link zum PID Regler. Ist wohl einer von der Stange. Jedenfalls gibt’s eine 404-Meldung. Kannst du bitte noch eine Bezugsquelle bzw. den PID-Regler benennen. Die Auswahl ist zu riesig… Ansonsten reitzt mich dein Beitrag stark zum Nachbau, da sehr präzise beschrieben. Super! Und schon mal vielen Dank !!

  5. Hallo Michael,
    Mega Idee und noch bessere Umsetzung.
    Hast du zufällig noch mehr Fotos vom Umbau zum PID ? Ich verstehe das die eine Seite des Temperatur Sensor fest am Thermoblock fixiert wird. Aber wo gehen die zwei anderen Anschlusskabel hin ? Auf dem Bild geht das Kabel nach hinten links unten…
    Muss ich Thermoblock , Mühle oder so ausbauen ?
    Über eine Antwort würd ich mich freuen.
    Gruß

    1. Hallo Tobi, meinst du das andere Ende des Temperatursensorkabels? Das wird am PID-Regler angeschlossen. Für den Umbau musste ich keine Teile ausbauen, sondern nur den Deckel abnehmen.
      PS: Vielleicht mache ich nochmal ein kleines Schaltbild. Ist aber wirklich nicht kompliziert.

      1. Hi danke für die schnelle Antwort. Ja, ich hab heute auch mal bei meiner Maschine den Deckel abgenommen und mir genauer angeschaut. Jetzt konnte ich es auch besser verstehen und überblicken.
        Auf deine tollen umbauten hab ich mir heute die PID und Expansionventil bestellt. Freu mich schon das einzubauen.
        Frage an die runde,… wie habt Ihr das mit dem PID Display gelöst ? So wie bei Michael ?

        Gruß
        Tobi

      2. Hi Michael, ich habe jetzt PID eingebaut.. leider kommt bei mir nur lauwarmer Kaffe raus.
        Deine Zeiten Einstellungen hab ich übernommen… was bei mir aber auch Leuchtet ist die out Lampe (rot)
        Den Fühler hab ich auch an die Stelle mit ner Thermopaste angebracht,
        Die Enden hab ich am PID Eingang 3 und 4 verschraubt (hoffe das ist richtig) Den alten Fühler hab ich am SSR (Input) angeklemmt.
        Ich würde mich sehr freuen wenn du mir weiter helfen kannst.
        Kannst mich auch über meine Mail Adresse anschreiben.
        Gruß
        Tobi

        1. Hallo Tobi, cool, dass du den Umbau angehst!
          Der Anschluss des Thermoelements an 3+4 klingt gut. Ob das richtig ist, siehst du daran, dass der Inkbird bei PV die aktuelle Temperatur richtig anzeigt.
          Der bisherige Thermoschalter wird nicht mehr benötigt, daher sind die Enden im finalen Zustand auch nicht kontaktiert. Die Leitungen, die bislang an die beiden Kontakte des Fühlers gesteckt waren, müssen nun an den Output des SSR angeschlossen werden. Dafür musste ich eigenes Material verwenden, weil die länge der ursprünglichen Kabel nicht ausreicht.
          Außerdem wird der Output des Inkbird mit dem Input des SSR verbunden.
          Ich habe gerade ein Schema der Verschaltung erstellt und im Artikel ergänzt.
          Gruß und gutes Gelingen!
          Michael

          1. Das ist ja der Wahnsinn das du das auch noch nach getragen hast ! Danke.
            Mein Problem ist das PV die Temperatur anzeigt, aber nicht heißt. Wenn ich aber Kaffee ziehe geht die Temperatur hoch… was aber bei 21°c auf 23°c nicht relevant ist. Entweder hab ich den PID komplett falsch programmiert , oder der SSR ist kaputt ? (Kann ist den selbst Testen?)
            Nachher hab ich hier so viel geschrieben… sorry Leute. Ich bastel gern, bin aber kein Elektriker 😉
            Gruß und danke dir =)

            1. Hallo Tobi, wenn die „Out“-LED am PID leuchtet, ist der fürs erste richtig eingestellt. Immer dann sollte auch die Heiz-Lampe an der Quickmill aufleuchten. Das tut sie bei dir offenbar nicht, also ist das SSR vermutlich falsch abgeschlossen (z.B. Plus/Minus des Eingangs vertauscht).
              Auch wenn SSR normalerweise unkompliziert sind, kannst du es auf Funktion prüfen, in dem du z.B. am Eingang eine 9V Blockbatterie anschließt und dann am Ausgang den Widerstand misst (der muss dann von unendlich auf quasi null fallen).

      1. Hallo Tobi, ich habe meine Einstellungen in den Artikel geschrieben. Gegenüber den Werkseinstellungen habe ich aber tatsächlich nur die drei bisher genannten Parameter geändert.

    2. Hallo Michael,
      habe gerade deinen Umbau gefunden, trage mich auch mit dem Gedanken so einen Umbau vorzunehmen.
      Ich denke ich habe es soweit verstanden, ich stelle mir nur gerade die Frage wie ist das mit dem Dampfbezug? wird dann der PID überbrückt oder wie bekommt der die Sollwertänderung, weil er muss den Thermoblock ja hochheizen.

      Danke Tom

      1. Hallo Tom,
        bei Dampfbezug bestimmt der zweite Thermoschalter, ob geheizt wird. Dieser bleibt beim Umbau unangetastet.
        Der PID möchte dann weniger (bzw. gar nicht) heizen, hat aber keinen Einfluss.
        Gruß und viel Erfolg, Michael
        PS: Theoretisch gibt es nach dem Dampfbezug durch den aufgelaufenen I-Anteil eine Abweichung hin zu niedrigeren Temperaturen. Praktisch bemerke ich davon nichts.

    3. Hallo Michael,
      Ich hätte noch eine Frage zum Schutzleiter, daß ist für mich noch unklar. Heißt das den Schutzleiter direkt vom Deckel ableiten zu den anderen zwei Schutzleitern die an der Platte neben den Thermoblock verschraubt sind, oder muss ich vom SSR aus den Schutzleiter zum Deckel ziehen, wenn ja von welchem Anschluß aus.
      Wie schaut deine Lösung dazu aus.

      VG Michael Hacker

      1. Hallo Michael, ich vermute bzw. befürchte (kann es gerade nicht überprüfen), dass ich das kleine Edelstahlgehäuse des Inkbird nicht geerdet habe. Das möchte ich aber bei Gelegenheit noch nachrüsten.

        Am Inkbird selbst (Kunststoff…) ist ja kein PE-Anschluss. Und der Deckel der Quickmill ist geerdet, sobald er mit dem Hauptgehäuse verschraubt ist. In ein paar Tagen kann ich es dir genau sagen…

        1. Hsllo Michael
          vielen Dank für die schnelle Antwort. Da ich ein Laie bin was Elektronik angeht, wäre das Thema Sicherheit und wenn sie doppelt vorhanden ist für mich ein wichtiges Thema.
          Bin auf jeden Fall gespannt wie der Schutzleiter verbaut wird.

          VG Michael

          1. Hallo Michael,
            sorry für die späte Antwort. Ja, eine vorsichtige Herangehensweise und ein weiteres Nachfragen im Zweifelsfall ist auch gesünder… 😉
            Ich habe heute mal wieder für die Mühlenreinigung die Maschine geöffnet:
            Der Deckel der Quickmill, an den ja bei meiner Lösung das Relais geschraubt ist, wird wie schon beschrieben durch die Verschraubung mit dem Hauptgehäuse geerdet. Das ist sicher, solange nicht jemand die Maschine mit unverschraubtem Deckel betreibt. Eine gesonderte Leitung ist natürlich noch besser und auf meiner To Do Liste, sobald ich aus Japan zurück bin und wieder richtig basteln kann.
            Das Vierkantprofil, das als Gehäuse für den Inkbird dient, ist auf dem gleichen Weg mit dem Deckel verbunden. Falls sich also mal der Leiter vom Inkbird lösen sollte und gegen das Vierkantprofil kommt, wird der FI auslösen.
            Im Zweifel kannst du bei gezogenem Netzstecker mit einem Multimeter eine Durchgangsmessung machen. Zwischen dem PE-Kontakt des Netzanschluss, dem Hauptgehäuse, dem Gehäusedeckel sowie dem Gehäuse des Inkbird muss das Multimeter jeweils elektrischen Durchgang anzeigen (und piepsen).
            Gruß, Michael

    4. Hallo Michael,
      sehr schöner Umbau!
      Ich habe eine Evolution 70 (3130). Leider mußte ich feststellen das der integrierte PID Regler spinnt und alles macht aber keine stabile Temparatur einregelt. Da die Maschien zu alt für Garntie ist und eine neue Elektronik 110€ + Versand kosten soll habe ich mich für den Inkbird Umbau wie Du ihn schön beschreibst entschieden.
      Elektrisch ist das ja kein Hexenwerk.
      Zu dem Gehaüse für den Regler habe ich aber noch ein paar Fragen. Deine Lösung sieht optisch sehr ansprechend aus.
      Du schreibst du hast ein 50 x 50 Edelstahlprofil verwendet richtig? laut Datenblatt hat der Inkbird aus 48 x 48. Auf Deinem Fot sieht es aber so aus als ob der Regler außen genau bündig mit dem Profil abschließt. Wie hast Du das gemacht? Wie hast Du das Profil Gehaüse auf der Maschine befestigt? Auf dem Fot sieht es so aus als ob Du eine Art Fuß gebaut hast richtig? Zu gute letzt, wie hast Du das Profil hinten zu gemacht?
      Viele Grüße,
      Wolfgang

      1. Hallo Wolfgang, der Inkbird passte tatsächlich sehr gut in das 50×50 Profil. Evtl. Haben wir beim Zusammenbau beidseitig etwas Karton zwischen Inkbird und Gehäuse geklemmt, damit nichts wackelt. Bin mir nicht mehr ganz sicher, ist ja nun vier Jahre her.

        Die Füße sind einfach drei Kunststoffhülsen, ca. 1cm Länge und Außendurchmesser. Die beiden vorne und hinten dienen zur Verschraubung. Durch die mittlere laufen die elektrischen Leitungen.

        Für die hintere Seite hat mein Bastlerkollege einen 50×50 Kunststoffdeckel im Fundus entdeckt. Der passt so ungefähr, ist aber etwas lose. An meinem Aufstellort stört das nicht. In anderen Fällen benötigt man da evtl. etwas Schickeres.

        1. Hallo Michael,
          vielen Dank für Deine Antwort obwohl Du wahrscheinlich gerade im Umzugsstreß bist.
          Ich habe mir inzwischen ein 50×50 Profilstück bestellt. Es wir am hinteren Ende eine Gehrung von ca. 67,5° haben. Ich will es dann mit der Gehrung nach unten so auf dem Deckel montieren, daß es aussieht als wenn es flach schräg aus dem Deckel heraus kommt. So spare ich mir den hinteren Deckel und kann ein schöne unsichtbare Durchführung der Kabel realisieren. Passt glaube ich auch so ganz gut zum Design meiner Evolution 70. Ich warte jetzt noch auf den PID, da er im Moment nur in China zu bestellen ist.
          Hast Du eigentlich bei dem PID auch eine „Autocalibration“ durchgeführt oder wirklich nur wie oben beschrieben die 3 Werte angepasst?

          1. Das mit der Gehrung sieht vor meinem inneren Auge auch schick aus. Gerne mal ein Bild schicken, wenn es fertig ist.

            Die Auto Calibration habe ich mal laufen lassen, war mit dem Ergebnis aber nicht zufrieden. Auch die PID-Einstellregeln (Ziegler-Nichols usw.) funktionieren in diesem Fall nicht, weil man nicht „rückwärts heizen“ kann. Also habe ich das iterativ optimiert, bis mir das Ergebnis (schnelles Aufheizen ohne Überschwinger, Störverhalten) gefallen hat.

            1. Hallo Michael,
              sobald ich die Teile erhalten habe und der Umbau fertig ist werde ich berichten.
              Bild gibts dann natürlich auch.

    5. Hallo Michael,
      heute ist endlich der Inkbird aus China eingetroffen. Ich habe mich sofort an den zunächst provisorischen Einbau begeben. Bei meiner Evolution 70 (3140) war es sehr einfach. Da sie ja schon eine (nicht richtig funktionierende) PID Regelung hat hängt die Heizung schon an einem SSR Relais von Panasonic. Das konnte ich einfach weiter verwenden. Für den Temperatursensor habe ich eine M4 Bohrung auf dem Thermoblock aufgebohrt und mit M6 Gewinde versehen. Die Überwurfmutter hat kein metrisches Gewinde. Ich habe das einfach mit einem M6 Wendeisen nachgeschnitten. So konnte ich den Sensor sicher am Thermoblock verschrauben.
      Nach dem Einschalten zeigte der PID erst einmal stumpf 90°C Isttemperatur bei realen 20°C.
      Nachdem ich die im Schaltplan vorgesehene Brücke zwischen Anschluß 5 und 6 des PID wieder entfernt hatte wurde eine realistischere Temperatur angezeigt. Allerdings zeigte ein direkt daneben montierter weiterer K-Sensor 4°C mehr an. Ich habe daher Sensor Calibration Wert SC auf 4°C gestellt. Hast Du hier auch einen Korrektur Wert eingetragen? Auf welche Temperatur regelst Du normalerweise? Die 107°C auf dem Foto? Ich hatte den Kontroll K-Sensor schon vorher an der Maschine und das beste Ergebnis in der Tasse hatte ich bei 118°C (dunklere Röstung).
      Nach einem Leerbezug übersteuert der Regler um ca. 2-3°C. Ist das bei Dir auch so? Aansonsten bringt der PID die Maschine mit Deinen Parameter sehr schön auf Temperatur und hält sie dan auch schön. Fotos schicke ich sobald ich alles vernünftig verbaut habe.
      Nochmal vielen Dank für Deine tolle Anleitung und Anregung!
      Viele Grüße,
      Wolfgang

      1. Hallo Wolfgang, schön zu hören dass deine PID Regelung auch funktioniert. Die Werkslösung von Quickmill scheint ja ganz ähnlich zu funktionieren… Der Korrekturwert des Thermoelements ist bei mir null. Ich habe die Abweichung damals per Infrarottermometer gemessen und den Sensor für ausreichend genau befunden. Die Solltemperatur ist auf 107 Grad eingestellt, richtig. So schmeckt mir der Espresso (ebenfalls dunkle Röstung). Die Austrittstemperatur habe ich nie überprüft, wäre mal interessant. Drei Grad Überschwinger nach Leerbezug sehe ich hier auch.

    6. Hallo Michael,
      ich habe inzwischen für sehr kleines Geld die PID Regelung weiter verbessert.
      Der Inkbird kann uch mit einem PT100 Messfühler betrieben werden.
      Da gabes einen bei Pollin ohne dickes Gehäuse weshalb er besonders schnell anspricht..
      Den habe ich direkt auf dem Thermoblock montiert.
      Das schnelle Ansprechen des Sensors verbessert das Regelverhalten deutliche!
      Viele Grüße,
      Wolfgang

    Schreibe einen Kommentar

    Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert