ZaboBier - Brausteuerung, mit dem Raspberry PI Temperatur messen, regeln, steuern

Allgemeines

Das BKS eine plattformunabhängige Software

Brau-Kontroll-System

aktuelle Version 4.0.0

Protokoll Maischen und Beschreibung des Brauprozesses

Die Brausteuerung überwacht und steuert den Prozess vom Start des Brauvorgangs bis zum Zeitpunkt des Läuterns.

Alle Rezept werden mit Ihren Parametern (Rasten, Kochzeit, Hopfung, Hefe etc.) in einer Datenbank hinterlegt und können über ansprechende Dialoge gepflegt werden.

Die Regelung des Sudtopfes erfolgt vollautomatisch!

Vorteile:

Protokollierung des Brauprozesses => Optimierungspotenzial
Protokollierung des Temperaturverlaufs => Rezeptverfeinerung
reproduzierbare Brauprozesse !!!

Die Module:

der Regulator
Bei dem 'Regulator' handelt es sich um eine native JAVA Applikation, welche den aktiven Brauvorgang kontrolliert. Der Regulator wird beim Starten des Raspberry PI automatisch gestartet und prüft in einem frei definierbaren Zeitscheibenverfahren ob ein Brauvorgang gestartet wurde. Falls ein aktiver Brauvorgang existiert, übernimmt der Regulator die Steuerung der Rasten aufgrund der ermittelten Temperaturwerte und protokolliert alle durchgeführten Maßnahmen.
die Benutzerschnittstelle BKS-GUI
Mittels der BKS-GUI, einer webbasierten Anwendung, wird der Verlauf des gesamten Brauvorgangs visualisiert. Alle durch den Regulator durchgeführte Maßnahmen werden in einem Protokollfenster ausgegeben. Es werden alle ermittelten Temperaturwerte und die sich aus den aktivierten Temperaturfühlern ergebende Durchschnittstemperatur angezeigt. Diese Durchschnittstemperatur ist auch für den Regulator die maßgebliche Größe. Darüberhinaus werden alle für den Brauprozess notwendigen Rasten mit ihren Stellgrößen angezeigt. Die aktive Rast und deren Restzeit sind jederzeit ersichtlich. Des weiteren kann ein angeschlossenen Rührwerks bei Bedarf ein- und ausgeschaltet werden.

Der Brauablauf:

kurzer Test auf 'System Monitor' Seite ob Temperaturfühler und Funksteckdosen generell funktionieren.
Menüpunkt ‚Maischen‘
-> Rezept auswählen und ‚Start Brauvorgang‘ anklicken

Ab Version 2.0.3 (Nachgussteuerung)

ist es möglich parallel zum Brauprozess auch das Erwärmen des Nachguss zu überwachen. Hierzu kann bei einem Rezept eine Nachgusstemperatur eingegeben werden. Gesteuert wird das Erwärmen über einen vereinfachten Temperaturüberwachungsprozess durch Schalten einer dritten Funksteckdose oder dem GPIO-Port 24 (PIN #18).

Ab Version 2.1.0 (Kühlsteuerung)

ist es möglich einen Kühlprozess zu steuern. D.h. beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur wird die Topf- bzw. Kühlsteckdose eingeschaltet. Der Ausgang (Steckdose oder GPIO 22) bleibt solange angeschaltet bis die Temperatur wieder unterschritten wurde !!!

Ab Version 2.1.1 / 2.1.2 (Temperaturfühler via GPIO-Port)

Auslesen der Temperaturfühler auch via GPIO und anderer USB-Adapter möglich - konfigurierbar, Dank Sepp!
Rezepte löschen mit deren Abhängigkeiten (Auswertungen...)
das Menü (links) lässt sich nun auch auf Bedarf ein- & ausklappen. Dies ist für manche Tabletauflösungen nützlich, da mehr Platz für die Informationen beim Brauen bleiben.

Ab Version 2.1.3 (Raspberry PI 3 Model B+)

!!! Raspberry PI 3 Model B+ kompatibel !!!
BugFix: Auslesens der Temperaturfühler via GPIO
Konfiguration der Ansteuerung von Solid-State-Relais. D.h. es kann eingestellt werden ob die GPIO-Port HI oder LOW schalten
Steuerungszyklus alle 10 Sekunden.
Aktualisierung der dargestellten Messwerte alle 10 Sekunden.

HINWEIS zu Version 2.1.3:
In der Version wird die Protokollfunktion nicht mehr so detailiert ausgeben wie in vorherigen Versionen. Inkl. der zu den Schaltvorgängen bestehenden Temperaturwerten. Wer möchte kann sich aber einen FIX hierzu herunterladen. Es muss hierfür nur der Regulator, inkl. dem Lib-Verzeichnis im /home/pi/temperature/ Verzeichnis ausgetauscht werden. Bei Bedarf einfach kurz melden, ich schicke euch dann den Link zum Upload.

2.1.4:

Das Protokoll wird wieder vollständig, mit Temperaturwerten angelegt (Stichwort: Auswertungen)
BugFix: Ändern eines frisch angelegten Rasteintrags in der Rezepteverwaltung führte zu einem Darstellungsproblem.
BugFix: die MENGEN-Angabe der Hopfenzugabe eines Rezeptes wurde beim Speichern nicht übernommen.
der SD-Karten Klone kann nun die Messwerte einer iSpindel entgegennehmen (iSpindel-TCP-Server) und diese in der BKS-Datenbank abspeichern. Die Auswertung der Messergebnisse erfolgt noch ausserhalb des BKS mit den von @Tossi zur Verfügung gestellten Diagrammen mittels PHP und Apache-WebServer

3.0.0:

Die SD-Karte wurde komplett neu aufgesetzt, dies war notwendig, weil ein Update auf das neue Betriebssystem BUSTER leider nicht möglich war

4.0.0:

Unterstützung von WLAN Steckdosen via MQTT-Protokoll. Mehr dazu findet ihr hier Hardware/MQTT
BEACHTE: Da in dem SD-Karten Klone die MQTT Einstellungen vorkonfiguriert sind, müssen bei der Verwendung von Funksteckdosen die Einträge: SWITCH, MQTT_POTT, MQTT_AGIT und MQTT_SPAR aus der System-Konfiguration entfernt werden!

Beachte:

Die 15-20 Sekunden Regel (ab V. 2.1.3: 10 Sek.):

Der Regler läuft unabhängig von der Bedienungsoberfläche, welche lediglich den Status anzeigt. Beim Starten eines Brauvorgangs erfolgt ein Eintrag in die Datenbank, der Regler schaut alle 20 Sekunden in der Datenbank nach ob ein aktiver Brauvorgang eingetragen wurde und würde diesen dann beginnen.

Die Benutzeroberfläche (Anwendung) wartet übrigens auch 20 Sekunden (ab 2.1.3: 10 Sek.) und liesst in diesem Zyklus die aktuellen Werte, sowie den Status, aus. Es kann somit zu Zeitverschiebungen von max. 20 Sekunden zwischen Aktion und Anzeige kommen.

Hilfe, ich habe ein Problem!

Ich habe nun mal eine kleine Seite mit den häufigsten Fragen und deren entsprechenden Antworten erstellt.
Diese findest Du hier:
Fragen und Antworten
Falls Du natürlich andere Fragen hast, kannst Du dich natürlich auch weiterhin gerne, via Mail, an mich wenden.

Module

Hardware:

bis BKS-Version 2.1.4 Raspberry PI 2 (+WLAN-Stick), Raspberry PI 3, 3B+
ab BKS-Version 4 auch Rasperry PI 4
Micro SD Speicherkarte 32 GB
Temperaturfühler (DS18B20)
USB 1-wire Adapter (DS9097) Beachte: ein DS9097U wird anders ausgelesen, ich arbeite gerade an einer Konfigurationsmöglichkeit

Alternative:
es ist möglich die Temperaturfühler über den GPIO-Port 4 auszulesen!
Eine Anleitung und die notwendigen Skripts hierzu befindet sich auf dem SD-Karten Klone im Verzeichnis:
/home/pi/bks/tempFuehler-viaGPIO/HowToRaspi.txt
(erst ab SD-Klone Version 2.1.2 !)
433 MHz Empfänger und Funk- Sende Modul & Funksteckdose(n) (z.B. Intertechno 3500Watt)

Alternative:
es ist möglich Geräte (Topf, Rührwerk, Nachguss) über Solid-State-Relais zu schalten!
Kabel Steckbrücken / Drahtbrücken für Arduino Raspberry Pi. "female-female" genügt.

Software (!!! befindet sichkomplett auf dem SD-Karten Klone !!!):

BKS Regulator & BKS WebApplikation
Tomcat 8 Servlet Container und Web Server
MySql Datenbank
Java Runtime Enviroment JRE

Hardware Software

Der Brauprozess sollte trotz dieser Automatisierungsmöglichkeit niemals unbeaufsichtigt ablaufen.
Eine Garantie oder Haftung wird hierfür nicht übernommen!
Alles geschieht auf eigene Gefahr!

Praxis

Die ersten Tests der Brausteuerung wurden mittels eines Simulationsprogramms durchgeführt. Danach wurden diverse Tests mit verschiedenen Töpfen im 'Labor' (sprich Küche) durchgeführt.

...Monitor, Tastatur und Maus müssen natürlich nicht angeschlossen sein. Fürs Brauen reicht der gestartete Raspberry. Die Bedienung kann dann via Tablet, Handy, Laptop, PC erfolgen.

Das erste Brauen mit dem BKS fand im Januar 2016 statt
(...mittlerweile wurden etliche Sude mit dem BKS erfolgreich gebraut - nicht nur von mir)

drei Brauer - drei unterschiedliche Systeme - drei Biere

Beim Aufbau wurde auf reale Umgebungsbedingung geachtet und nichts geschönt.

Pünklich um 09:00h ging es los. Zusammen mit zwei befreundeten Bierbrauer wurden mit drei unterschiedlichen Braugeräten zu Werke gegangen.
Gasbrenner und 100l Topf, 29l Einkochtopf ohne maschinelle Unterstützung, 29 l Topf mit Rührwerk und BKS.

Später habe ich mich dazu entschlossen alle technischen Geräte im Schaltschrank zu verstauen.

Zur Brausteuerung:

Start der Maischüberwachung mit 7,5 °C kaltem Wasser. Als erste Rast habe ich das Einmaischen, als manuell weiterzuschaltende Rast konfiguriert. Lt. Rezept sollte dies bei 57 °C erfolgen. Nach 47 Minuten hat die Braustuerung bei 57 °C den Topf gemäß der Konfiguration (57 °C Nachlauftemp., 0 Sek. Nachlaufzeit) ausgeschaltet und auf das manuelle Weiterschalten (nach dem Einmaischen) gewartet. Danach liefen alle weiteren Prozesse automatisch weiter. Hochfahren bis zur Maltoserasttemperatur, halten der Temperatur über die vorgegebenen Zeitraum. Selbstständiges Weiterschalten und Aufheizen auf die Temperatur der Verzuckerungsrast. Temperatur über den vorgegebenen Zeitraum konstant halten. Dann auf 78 °C aufheizen und Temperatur halten. Beenden der Maischüberwachung - Trennung von Maische und Bierwürze.

Protokoll Datenbank Protokoll exportiert in Tabellenkalkulation

Protokoll des Brauvorgangs

In der oben dargestellten Tabellenkalkulation sind alle in der DB abgespeicherten Protokolleinträge dargestellt.
Die ersten drei Spalten wurden von mir händisch eingefügt, um den Brauprozess übersichtlicher darzustellen.
Es wurden insgesamt 1725 Temperaturmesswerte protokolliert.
Drei Stunden, zwölf Minuten dauerte der Prozess vom Start mit 7,5°C kaltem Wasser bis zum Läutern.

Folgende Einstellungen wurden verwendet:

Rezept

??? Interesse ???

Wer Interesse an der Steuerung hat, kann sich gerne per Mail an info @ zabobier.de wenden.
Ich habe bzgl. der Brausoftware keine kommerziellen Interessen. Wer meine Arbeit gut findet, darf natürlich gerne die Weiterentwicklung des BKS 3000 mit einer kleinen Spende unterstützen.
Es gibt zur Zeit zwei Möglichkeiten die Brausteuerung BKS 3000 zu erhalten:

1. Das Rundum-sorglos-Paket via Postzustellung (SnailMail):
Auf Wunsch kann ich - zum Selbstkostenpreis - eine komplett fertig installierte 32GB SD-Karte per Post zuschicken. Die Karte wäre dann von mir getestet und kann ggf. vorkonfiguriert werden (z.B. Nutzung von Solid-State-Relais).
Dies wäre - nur der Vollständigkeit halber - kein gewährleistungspflichtiger Verkauf, sondern nur ein freiwilliges Weitergeben meiner Software unter Brauern.
2. via Download:
Ich schicke euch einen Download-Link mit dem man sich ein ZIP gepacktes Image der SD-Karte herunterladen kann.
Die ZIP gepackte ImageDatei hat eine Größe von ca. 2GB. Das Image musst Du dann entpacken und mit einem geeigneten Klone Programm auf eine 32-GB SD-Karte kopieren.

Auf der SD-Karte sind Treiber, Datenbank, WebServer, Hilfsmittel und die komplette Steuerung inkl. einiger Rezepte mit den dafür verwendeten Einstellung für einen elektrischen Einkochtopf der 20l Klasse installiert.
Wer mit der Software zufrieden ist und/oder meine Entwicklungsarbeit unterstützen möchte kann auch gern über den nachfolgend aufgeführten Button etwas spenden.

BEACHTE