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PID溫控器與溫度曲線.......(終?)

2016年7月16日下午,來的人不多,很好。
因為天氣熱,咖啡店的位置不多,幾個人剛好塞滿,吹著冷氣聊天挺嗨的。
這個分享活動嘉義場沒人參加,也剛好颱風來,順勢取消。
台中場似乎天氣熱,實際上來的人也不多,8個人還是9個人?人陸陸續續的來。
帶了兩大箱的工具與材料,一台以前做的紅外線爐烘豆機,一台最近做的DIY002。
關於溫控器的解說與實際接線討論,大概只花了一小時,剩下就是接上DIY002開烘,但是似乎沒人想看溫度曲線?
DIY002用了兩種烘焙火源,一是登山用的蜘蛛爐,使用瓦斯罐;另一是採用炭精。
登山用的蜘蛛爐可以調整火力,炭精就無法調整火力了,所以只能用風門控制溫度。

當天大家烘焙討論的過程:

溫控器的設定等等稍微談深入一點,大家就懶得聽了,所以進快進入實作的階段,辦這個活動的重點是溫度曲線的實作的價值?
因為設定為環境溫度、豆溫各一條曲線,材料清單如下:
1.塑膠控制盒 (145W X 180L X 118H)一個
2.DTA4848R1 二個
3.金屬按鈕開關 一個
4.Ktype 溫控線 二條
5.端子台 1個
6.TAIE KA301 converter 一組
7.電纜固定頭 1個
8.電源線 1條
9.端子 數個
10.電線
製作工時:1人 4小時

基本上這些東西都可以在網路上買的到,但是光材料的部分大概得要花個5千上下,那問題來了,這玩意兒可以賣多少?
當天大家的反應是應該要賣10000元,但是問到有沒有人想花這個錢買,似乎就沉默了。
這個現象很有趣,台灣人會執著於材料的價格,可是對於人工的部分,幾乎會下意識的忽略。我想,就算準備好這些材料,會嘗試製作並在試誤中找到解決辦法的人應該是少之又少,光是軟體的使用與連接上的問題,這些都需要一定的知識與經驗,而這些知識與經驗就是所謂的專業,這些專業價值幾何?
選擇你要使用的材料需要判斷、使用何種工具需要經驗、軟體的通訊模式需要摸索、連接上去如何調整需要不斷的嘗試。
這些過程應該是有價值的。
但是談到錢傷感情,所以最好不要談錢,那就請自行DIY吧!

首先請使用台灣的溫控器或代理商,因為說明書上至少有中文,而且有問題你也找的到人問。
下圖是活動前一天製作出來的溫控器模組:

內部的樣子:可以看到端子台跟一堆電線~~

接線出來的樣子:一般來說電源線要獨立一個孔位,但是這玩意兒只能算自嗨用,就接同一個孔位。

首先來談談溫控器的設定,這些設定要跟軟體的設定是一樣的,先從硬體上設定:
DTA的設定方式是直接按壓面板上的『SET』按鈕三秒以上,就會進入設定畫面。

首先會出現以下的畫面,上層PV顯示的是該設定的名稱(簡寫,每一家溫控器的顯示會不太一樣),SV顯示的設定的內容,出廠預設值是PT2,但是我們使用的是Ktype(-20.0~400.0),所以按壓『SET』旁邊的上下符號選擇『K2』,顯示的樣式請參照說明書。選完後要按『SET』確認。接著按壓『SET』旁邊的迴圈符號按鍵進到下一個設定。

這個設定是顯示的溫度格式,華氏跟攝氏,選擇攝氏C。

可設定的最高溫度,不用特別設定。

可設定的最低溫度,不用特別設定。

這個設定是重頭戲,請選擇ASCII通訊,等一下會在軟體中用到。

這個要注意,RS485可供32顆溫控器並聯使用,所以要設定每一顆溫控器的編號,這一顆設定為"2",另一顆設定為"1"。

通訊傳輸速率?反正選一個你喜歡的,這裡我選擇9600。

通訊位元長度,選擇"7"。

通訊同位位元設定,選擇"E"

通訊停止位元,選擇"1"。

然後接上電腦,請插到RS-485。

接下來進入軟體的設定畫面,Config→Device
選擇PID,第一個ET是環境溫度,其實是可以從這個軟體控制溫控器,但是又是一大工程,再說吧! 第二個BT是豆溫,RS485 Unit ID根據剛剛溫控器的設定分別選擇1跟2。

選擇OK後,就進入Serial Port的頁面設定,選擇KA301的聯接Port,搞不懂哪一個的話每一個都選一次試試~~
Baud Rate (通訊傳輸速率):9600
Byte Size(通訊位元長度):7
Parity(通訊位元長度):E
Stopbits(通訊停止位元): 1
進入Modbus頁面,把剛剛的設定再選擇一次。
下方的 Input1 跟 Input2 的 Register 欄位分別選擇0跟1。
Function:3
Float、little-endian都打勾。
Type:Serial ASCII

然後就會動了......也會跑出曲線~~。




當天使用的是參加人員自行攜帶的Apple power book,設定也是OK的。
有自行嘗試成功的請回應一下~~


來猜猜之後會不會有人用這個內容開課?






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風門的作用與測定

有人問這個問題,真不知道要從哪裡開始回答?
首先先來談談風門的發展,就我個人的角度來討論;以烘豆機而言,風門的發展是有必然性的,由於歐美於18、19世紀開始發展的咖啡烘焙設備主要以數十公斤甚至上百公斤等級的烘豆機,當時為了因應大量的咖啡需求,能穩定烘焙並烘熟,不容易損壞為原則,其實在Probat提出現在主流的滾筒式烘豆機之前,能見到的多是連續式烘豆設備,主體為長圓鑄鐵管,下方採用瓦斯或木炭等火源,內部設置攪拌葉片,攪拌的過程生豆會逐漸在鑄鐵圓管前進,烘焙的過程就是一端下生豆,另一端出來就是熟豆,至於銀皮與煙塵等等,當時可沒這麼多限制排放的規定,完全就是自然排出。
工業式烘焙進入的中小型烘焙,則是由Probat提出的滾筒式烘豆機為主流,體積小(以當時而言),價格優勢,適合以鐵路為主要運輸的歐洲國家在鐵路的要站設置小型烘焙廠。然而排煙的問題開始出現了,就算烘焙量較少,每鍋也至少有15~30公斤,如何在較小型的烘焙機中將煙塵適當的排出便成了主要的課題。
以我個人的角度來說,風門的主要作用就是避免悶燒,造成咖啡豆內燃,甚至設備的損壞。理所當然也發展出了應用旋風集塵原理的集塵設備,而逐漸嚴格的排放標準也是主要的推手之一,而各種高單價的生豆在市面上開始流通,小型烘豆機的需求應運而生,而製作烘豆機的工廠也開始蓬勃而生,每個人設計製作的概念會因為接觸的環境不同有所差異,也形成了目前的主流半熱風、直火烘豆機。
這兩種形式的烘豆機各有優缺點,而要去思考的就是熱量的交換形式的差異。
直火烘豆機其實主要依靠熱風來烘焙咖啡,跟一般認為的採用接觸熱來烘焙的角度不同,所以典型的富士皇家的直火烘豆機,得達到5kg等級才能有穩定的熱風與接觸熱比例,操控的手法也與1kg的直火烘豆機熱風比例較高完全不同。

台灣的楊家烘豆機普遍以熱源不穩定與價格低廉著稱,先不論這兩點,該烘豆機的鑄鐵鍋極為扎實,卻也因為過於扎實,烘焙易產生所謂的鑊氣。
鑊氣為中華料理中,鐵鍋經高溫過油產生的特有香氣,炒菜時可快速將食物表面炙熟形成保護膜鎖住食物的水分,一般家庭使用的瓦斯爐由於溫度不夠,不易形成鑊氣。
離題了,主要提醒的點是說明烘焙咖啡豆時,如果採用極厚實的鑄鐵鍋,就要很注意熱源的足夠與抽風的強度,不然極易形成鑊氣,烘焙出的咖啡豆具備相當明顯的特徵。
要避免鑄鐵鍋的鑊氣這種特徵,得先了解烘豆時的熱量交換過程的差異:熱風、接…

關於烘豆機的火力與風門的測定,個人見解。

起因是昆明的網友在網路上發問,討論的過程有一些看法。
測試過後的結果挺有趣的,在這裡紀錄一下。
Q:抽風機的選擇與測試?
A:抽風機得測試,每台烘豆機的狀況不一樣,最快的方式是先搜尋國外網站提供的資料,根據做的機器屬於流速快慢,再參考網站上類似機型所提供的抽風數據來挑選抽風機。
裝上測試後,重點是看風門關閉(全閉的狀況下必須有留一個小口)的時候,火力是否穩定,如果火焰不穩定,表示風門的最小口開得太小;風門全開的狀況下,火焰會不會飄。如果火焰的燃燒很勉強,會飄表示風管的口徑太小,需要換大一點,風門全關,火焰會燃燒不太完全是因為進入的新鮮空氣不足。
然後去取樣口,用打火機測試風門:



Q:風門開最大還是升溫快是不是抽風不夠?
A:不是,風門開最大,升溫快要看是接觸熱的作用還是熱風比例高。因為風門開大,抽風變強,烘焙桶本身的蓄熱夠,溫度仍然會上升。

Q:火焰離烘焙桶要多少距離?
A:火焰最高點與烘焙桶至少要有5cm~10cm。

Q:火焰離太近了是不是容易烤焦豆子?大火火焰直接燒到滾筒?
A:所以桶身有焦痕,那是燃燒不完全炭附著,紅火是氧氣不足。

Q:圓直徑20cm,長度24cm的滾筒是烘焙量是多少?
A:以圓徑150mm,高150mm,最大的烘焙量是800g,最適合的烘焙量是500g,最佳烘焙量350g,用這樣去計算的話,20cmX24cm的桶子,最佳的烘焙量是1~1.2kg,最大的烘焙量跟最佳烘焙量是不同的。簡單的做法就是把生豆倒進去,不要超過桶子2/5,大概可以算是最大的烘焙量使用圓直徑跟長度一樣的桶子,重點是豆子有空間可以攪拌,所以重點是圓直徑,不是高。火焰的範圍要比度少約4~5cm,不然發生把火焰吸入烘焙桶內造成內燃的狀況,有危險性。

Q:滾筒後面進熱風空間要多少呢?
A: 熱風的空間5cm就夠了。

Q:設計的時候要注意什麼?
A:火排的不同放置的位置不一樣,火力面積大火焰輸出強的口琴式火排或是熱水氣火排不要直接放在烘焙桶正下方,因為這種爐子的輸出很大,要利用空氣從爐嘴之間經過加熱的熱風效果來烘焙;半熱風的機器,靠抽風就可以了,設計的角度都是把零件最少化,但是效果最大化,不然實際製作,會很麻煩。還有設計的時候要考慮裝卸的過程順不順利,螺絲越多,雖然設計的時候很麻煩,但是組裝相對容易,也比較好修改。

Q:好好把要做的機器設計好,我之前一直有個誤區,熱風吹多了豆子味道單薄,後來發…

DIY002_800g烘豆機的組裝過程。

因為懶得畫組裝說明書(其實是不會畫~~),所以用影片的方式說明DIY編號002的烘豆機如何組裝。
主要使用的工具有:
1.十字螺絲起子
2.六角板手
3.7號梅花板手
4.耐心


六角板手直接使用五金行買的到的版本就好,主要用來鎖止付(無頭)螺絲,而7號的梅花板手,最好也準備另一種7號的套筒板手。

整組的六角板手。
梅花板手(7號)
套筒板手(7號)
至於耐心,就不用多說了,因為組裝過程中要不斷的調整烘焙桶的位置,所以鎖螺絲時最好不要一次就鎖緊,等該組件的螺絲都鎖上去後,再轉動烘焙桶,根據轉動的順暢度來確定螺絲的位置,確定好後再鎖緊。

烘豆機的零件:

比較難組裝的部份的零件會先組裝好,這樣在組裝的過程中就不至於花太多時間。
根據組裝的實際狀況來說,熟練的話大概1~2小時能裝完,至於不熟練呢?
就培養耐心吧。

這次使用的是直火鍋,厚度2mm的沖孔不鏽鋼板輥圓銲接。

其實料件不多的狀況下,只要跟著影片中的步驟組裝,應該都能順利完成?
馬達的線路會先接線完成,但是根據每個人使用的馬達也許會有不同,仍就希望採用厚利貿易的 6W AC感應馬達或是 20W的直流無刷馬達,組裝的時候才能符合馬達固定座的開孔尺寸,至於無刷馬達需要直流電,所以必須另外購買一組 AC to DC的電源供應器,這部分另外再寫一篇討論。

開關只有兩個,一個總電源,另一個是4"工業風扇的開關,開關的設定是總開關開啟,馬達就會啟動,而風扇不會動作,得打開風扇開關才會通電。
影片分為三個:
1.主要機體



2.後方機體



3.前方組件與組裝完成




影片是用Iphone 6S手持拍攝,些許晃動請大家多多包涵
有興趣的可以參考一下。

至於有沒有人會去複製?這部分就懶得想了.......

另外備註一下,該台DI002_800g烘豆機將於8/31~9/3於台北南港展覽中心四樓厚利貿易的展位展出,有興趣的人可以於上班時間洽詢
厚利貿易 台中營業所 江小姐 何小姐
台中市407西屯區工業1路96巷7弄1號1F-3
TEL:04-23550318 FAX:04-23550319
E-MAIL:fang@sunholy.com.tw


再備註一下,會從500g改為800g是因為有客戶來試烘,發現下了1kg的耶加雪非一樣烘得很漂亮,於是建議用1kg的容量來銷售,將這一點跟經銷商討論後,決定以800g的容量來銷售。


本著作由蔡…