Kessel- und Heizungssteuerung mit Raspberry Pi und Python

[Ralf]

Hallo,
ich hatte ja schon mal ganz am Anfang meiner Holzheizerzeit eine Kesselsteuerung mit dem Raspberry Pi programmiert und vorgestellt. Damals lief der Ofen aber mit 12V Gebläsen, die ich per Arduino und PWM angesteuert habe. Inzwischen habe ich 230V Gebläse, die ich per Flammtronik ansteuere.
Da ich jedoch mit einigen Regelverhalten der FT nicht zufrieden bin und außerdem die Entwicklung der FT eingestellt wurde, habe ich mich entschlossen, dann doch wieder meine eigene Regelung zu programmieren.
Ich bin kein Elektroniker, deshalb bin ich auf fertige Module angewiesen, die sich mit dem Raspberry ansprechen lassen. Für die Drehzahlregelung habe ich dieses hier gefunden und probiere es gerade aus.
Das folgende Skript werde ich für ein paar Tage laufen lassen:

Code: Alles auswählen

import smbus
import time
from random import randint

bus = smbus.SMBus(1)
module_address = 0x27
module_dimmer1 = 0x80
module_dimmer2 = 0x81
module_dimmer3 = 0x82
module_dimmer4 = 0x83


def write(dimmer, value): # value 0-100, 100 being min, 0 being max
  bus.write_byte_data(module_address, dimmer, value)
  return(-1)

def writePrimary(value): #value in percent
  write(module_dimmer1, 100 - value)
  return(-1)

while(-1):
  writePrimary(randint(0,100))
  time.sleep(6)

Damit will ich testen, ob der Motor oder das Modul irgendwelche Probleme bekommen, wenn sie länger laufen. Außerdem hat das Modul einen Atmel Prozessor. Mit dem Arduino hatte ich schon mal schlechte Erfahrungen bzgl. Langzeitverhalten gemacht. Ich hoffe, dass dieses Modul und seine Steuerung nicht ähnliche Probleme hat.

Für den 4-Kanal Dimmer habe ich mich übrigens entschieden, weil ich im Hinterkopf habe, evtl. auch das Saugzuggebläse und die Pumpe der Frischwasserstation damit zu regeln.

Ich werde versuchen, Schritt für Schritt, die Regelung von der FT auf meine Regelung umzubauen. Die Fortschritte werde ich hier dokumentieren, schon alleine für mich selbst, damit ich später mal nachschlagen kann, was ich gemacht habe, falls ich es mal wieder brauche.

VG
Ralf

[jostmario]

Hallo Ralf,

klingt sehr interresant ist das eine ganz normale .sh datei die du dann startest ?
Oder wo wird das oben genannte Script hinterlegt ?
Hoffe es gibt dann gleich eine Schnittstelle zu Fhem

Gruß Josty

[Ralf]

@jostmario
Das ist eine .py Datei. D.h. Du kannst sie unter MeinLieblingsprogramm.py abspeichern. Dann kannst Du sie mit dem Befehl

Code: Alles auswählen

python MeinLieblingsprogramm.py

ausführen.

Natürlich muss dazu dieser elektronische Dimmer am I2C des Raspberry angeschlossen sein, sonst führt es zu einer Fehlermeldung, weil unter der Adresse 0x27 kein Gerät gefunden wird.
Aber eigentlich können so alle möglichen I2C Erweiterungen angesprochen werden.
Ich habe gesehen, dass Du etwas Ähnliches mit FHEM gemacht hast. Eigentlich könnte man sogar zur Kesselsteuerung FHEM verwenden, wenn man die entsprechenden Module programmiert. Evtl. kannst Du sogar meine Module so wie sie sind in Dein FHEM implementieren, weil sie sich ähnlich wie die .sh Dateien einbinden lassen. Ich weiss nur nicht, was passiert, wenn man in FHEM ein Skript implementiert, das in einer Schleife ewig weiter läuft. Bleibt dann FHEM stecken oder laufen die Skripte in eigenen Tasks?
Aber das erste Skript oben, macht jetzt nicht all zu viel Sinn. Das ist nur als Test für den Lüfter und das Modul gedacht. Wenn nach ein paar Tagen weder Lüfter noch Modul abgeraucht sind, mache ich weiter.

VG
Ralf

[jostmario]

Hallo Ralf,

ja mit fhem kann man auch direkt i2C Module steuern.
Vieleicht hast du ja lust mit mir zusammen evtl auch ein Fhem Modul zu Programmieren.
Bin da zwar auch nicht ganz so fit aber könnte man schon hinbekommen.
Dann würde der Raspberry mit Fhem die Flammtronik ersetzen

Gruß Josty

[Ralf]

Hallo Mario,
wie gesagt, von FHEM habe ich keine Ahnung. Wenn Du mir aber sagst, was Du brauchst, kann ich gerne versuchen, es in Python zu programmieren. Ich vermute ohnehin, dass man meine Python Skripte direkt in FHEM implementieren kann.
Was mir aber sorgen macht, ist, dass Du nur jedes x-te String von der FT verarbeiten wolltest. Damit wird die Kesselsteuerung nichts. Ich hätte gerne noch mehr Werte, als nur alle 6s. Deshalb plane ich auch schon, wieder die Knödler Schaltung für die Lamdasonde einzusetzen.
Ich verwende einen Raspberry 1 für meine Heizungs- und Rücklaufanhebung Steuerung unter Python. Der läuft nur mit 30% Prozessorlast, obwohl ich alle Werte der FT verarbeite und in einer MySQL Datenbank speichere. Die Kesselsteuerung packt der auch noch locker. FHEM ist leider doch sehr träge, vor allem auf dem kleinen Raspy.
Die Darstellung der Graphen habe ich übrigen auf meinen Laptop ausgelagert. Darum muss sich der Raspy nicht kümmern. Alles was der Raspy machen muss, ist die Daten aus der Datenbank liefern.

Gerne können wir das als gemeinsames Projekt anpacken. Es wäre schön, wenn am Ende dabei eine Alternative zur FT raus kommt.

VG
Ralf

[jostmario]

Hallo Ralf,

Ja hatte irgendwie Probleme mit der Soundausgabe am Raspberry und wollte die Last reduzieren.
Im Prnzip schläft der Raspberry aber die meiste Zeit obwohl ich so einiges über den einen Raspberry laufen habe.

RPI CPU.PNG

RPI Temp.PNG

Das Hauptproblem dabei ist die Speicherkarte wenn er eben alle secunde darauf schreibt.
ich habe ja ca 25 Homematic Devices die alle paar sekunden mit Fhem Kommunizieren und auch jede menge Logs auf die Karte schreiben.

Gruß Josty

[Doppelrohr_BK]

Hallo Ralf und Josty,
die Grundidee finde ich auch sehr gut, die Ofensteuerung in einem offenen Skript zu programmieren.
Aber wer will das stemmen???
Die grundsätzlichen Eingaben und Ausgaben sind ja durch die FT schon definiert.
Mein größter Wunsch gleich 4 programmierbare PID Regler zu implementieren geht dann in Erfüllung!
1. Regelung Primär nach Abgastemperatur (frei wählbar) oder Brennkammertemp. oder beides!!!
2. Regelung Sekundär nach Lambdasonde - Restsauerstoff (frei wählbar)
3. Regelung eines 0..10 Volt Dreiwegeventils für die Rücklaufanhebung (Temp. frei wählbar)
4. Regelung eines 0..10 Volt Dreiwegeventils für das Heruntermischen der VL-Temp. Heizung (Temp. frei wählbar)
Und dann Anzeige der vielen Temperaturen die man rund um den Ofen noch messen kann.
--> Puffer 10 - 20 Eingänge
--> Schornstein
--> Ofen VL RL
--> Nach Mischer Heizung VL RL
--> Brennkammer
... wir liefern alle unsere Ideen ...
Manchmal werden Weihnachträume auch wahr, wenn der Alltag wieder da ist
Volker
P.S. die FT ist schon ein gutes Produkt als Meßlatte!

[Ralf]

Hallo Volker,
Sooo utopisch ist das alles nicht. Die Programme zur PID Mischerregelung habe ich schon. Damit werden schon seit ich den Ofen habe die Mischer für Rücklaufanhebung und Heizkreis geregelt. Allerdings verwende ich 230V Mischer. Für 0-10V braucht man ein Erweiterungsboard für den Raspy. Thermofühler für Puffer laufen mit 1-Wire und können beliebig erweitert werden.
Wenn dieser elektronische Dimmer funktioniert, ist die größte Hürde überwunden. Die Regelung für den Ofen gibt es schon. Welchen Thermofühler Wert Du für die Regelung heranziehst, ist dem Regler egal.
Was ich sicherlich nicht schaffe, ist, dass ich jedem seine persönliche Regelung programmiere. Ich werde versuchen, die Programme so allgemein wie möglich zu halten. Aber auf die eigene Anlage anpassen muss dann schon jeder selbst.

VG
Ralf

[Ralf]

Hallo Mario,
Soundausgabe habe ich bei dem Raspy noch nicht gemacht. Wenn Du dazu die GPIO Pins verwendest, kann ich mir vorstellen, dass das Resourcen frisst. Ansonsten eher weniger.

Das Dimmermodul hat die Nacht überstanden und läuft noch. Das Gebläse auch. Ich hatte noch eine andere Idee, wie man die Gebläse vielleicht sogar ohne diese Karte regeln kann, nur mit Solid-State-Relais und Software.
Wenn der Besuch weg ist, werde ich mal versuchen, ob das geht, wie ich es mir überlegt habe.

VG
Ralf

[jostmario]

Hallo Ralf,

wie wertest du die Lambdasonde mit dem raspberry aus.
Wo ist die am Raspberry angeschlossen ?

Gruß Josty

[jostmario]

Hallo,

in Fhem gibt es auch schon nen fertigen PID Regler davon kann man im Prinzip so viel man möchte einsetzen.
Die Parameter des PID Regler sind dann alle einstellbar.

https://wiki.fhem.de/wiki/PID20_-_Der_PID-Regler

Gruß Josty

[Doppelrohr_BK]

Da scheinen ja die "Zutaten" bereitzustehen.
1-wire; raspberry; ..... Sensoren .....
Mal sehen wann die Suppe eingerührt wird.
Bin dabei wenn es um Idee'n und die praktischen Check Up's geht.
Für's programmieren habe ich keine Zeit und Ruhe. Für's tuning bin ich dann wieder da.
Hoffentlich können vorhandene Hardware Komponenten noch verwendet werden?
Volker

[Timm]

Geht es nur mir so? Nach meinen Erfahrungen mit dem Raspi würde ich ihn NIE, NIE, NIE für so etwas Sicherheitsrelevantes wie eine Heizungssteuerung einsetzen.

Meine Heizung steuert ein ATmega32 Mikrocontroller. Das kann gern auch ein Arduino oder so sein. Da ist ein Programm drauf, das ist fest gebrannt, das wird nicht verändert, das läuft Tag und Nacht jahrelang durch. Nach einem Reset wie Stromausfall ist es innerhalb von Millisekunden wieder da.

Bei einem Raspi ist mir schon passiert:
- Der Raspi friert plötzlich ein und läßt sich nur durch Hardwarereset neu starten.
- Speicherkartenfehler.
- Undefinierte GPIOs beim Starten.
- Undefinierter Zustand nach Upgrade. Beim Upgrade von 4.4.1 auf 4.4.9 war plötzlich die RS232 deaktiviert, haben die Entwickler so festgelegt.
- Der Raspi friert beim Upgrade ein und die Installation muss nach dem Neustart von Hand aufgelöst werden.
- Unaufgelöste Abhängigkeiten mit Arbeitsverweigerung des Programms, wenn man kein Upgrade durchführt.

Ich nutze den Raspi, um Heizungsdaten auszulesen und im Intranet anzuzeigen, oder um die Wetterstation zu monitoren. Aber nicht für etwas Sicherheitskritisches, wo mir bei Fehlfunktion oder Ausfall vielleicht der Kessel durchgeht oder Frau und Kinder frierend im Haus sitzen, weil ich grad auf der anderen Seite der Erdkugel bin und mich nicht drum kümmern kann.

Tipp zum Beherrschen großer Datenmengen: Schreibe sie erst in eine Ramdisk, extrahiere dann alle paar Minuten bis täglich die relevanten Parameter (Mittelwerte, Min-Max-Werte, Laufzeiten) und schreibe nur diese auf die SD. Ein halbes Jahr später interessiert Dich seltenst der genaue Temperaturverlauf an einem Tag, da brauchst Du nur die Aussage, Ofen war an, wie lange und wie warm war es.

[TF14]

Hallo,

gibt es schon Ideen wie man sinnvoll die Wärmemengen über den Raspberry messen kann? Zu Heizungssteuerung findet man zwar bei FHEM durchaus einiges. Nur leider scheint es am Thema Volumenstrommesser noch zu scheitern. Am schönsten wäre es natürlich wenn man die Huba DL von TA nehmen könnte. Da wäre gleich einmal Temperatur dabei. Gäbe es denn am Raspberry die Möglichkeit einen Datenbus aufzubaue?
Ansonsten wären da ja noch die VSG Sensoren von TA.

Weihnachtliche Grüße
Frank

[Mathias]

Schönes Projekt.

Wo ihr schon dabei seit:

Max31855 K Type Thermocouple Breakout Board Temperature 1350°C For 3V-5V Diy N T

Bei eBay für ca. 8€

Kann man diverse Stellen mit überwachen, z.b. BK, Abgas usw.

Von Python bin ich zwar nicht wirklich begeistert, liegt daran, das ich da noch nichts mit gemacht habe und es bereits x andere Script sprachen gibt, aber egal, ist euer Projekt und da will ich mich nicht einmischen.

Was den raspberry betrifft, ist man meiner Meinung nach mit den 3v sehr eingeschränkt, da könnte man einen arduino zwischen bauen und nur als Erweiterung nutzen, die Programmierung auf dem raspberry lassen.

Ich schlage aber vor, die Einstellungen usw. für euer Projekt extern zu speichern.
Also nicht auf der SDKarte, sondern auf einem Stick oder Webspace.

Zeitschaltuhr wird auch interessant, sollte ebenfalls dazu gehören und bin gespannt wie das auf dem raspberry gelöst wird.

Drück euch die Daumen, das alles klappt wie ihr euch das vorstellt.


Hab gerade gesehen, das bereits neue Antworten dazu gekommen sind.

Z.b. Upgrade des Pi und damit verbundene Probleme. Würde ich nicht autom. updaten, sondern nur bei Bedarf und das mit den Abhängigkeiten taucht nicht auf, wenn man am System nichts anpasst.
Passiert das doch, 2te sdkarte mit Sicherung einstecken und neu starten, die Einstellungen sollten wie gesagt extern gespeichert werden.

Rasp friert ein: passiert beim arduino auch, wenn man beim Programmieren nicht aufgepasst hat.
Vor allem der Umgang mit Datentypen und der Wechsel zwischen diesen ist kritisch.
Mal als Beispiel, Integer und Long sind 2 Datentypen für Zahlen. Während Integer relativ wenig RAM belegt ist das bei Long anders.
Dafür passt in eine Long Variable wesentlich größere Zahlen.
Addiert man bei Integer zuviel, überschreibt man ggf. den Speicher einer anderen Variable, was dann zum Absturz führen kann. Kommazahlen(Double) sind wiederum anders und belegen noch mehr Speicher.
Will man einen Double Wert in einer Variable vom Typ Integer speichern, muss man erst aus Double einen Integerwert erstellen und den kann man dann "speichern". Alles komplizierter und aufwendiger als bei Scriptsprachen, aber schneller und Ressourcen schonender, eben C bzw. C++.

[Ralf]

Hallo Ralf,

wie wertest du die Lambdasonde mit dem raspberry aus.
Wo ist die am Raspberry angeschlossen ?

Gruß Josty

Im Moment noch über die FT. In Zukunft könnte das über die Knödler Schaltung gehen. Beides läuft über die serielle Schnittstelle.

VG
Ralf

[Ralf]

Schönes Projekt.

Wo ihr schon dabei seit:

Max31855 K Type Thermocouple Breakout Board Temperature 1350°C For 3V-5V Diy N T

Bei eBay für ca. 8€

Kann man diverse Stellen mit überwachen, z.b. BK, Abgas usw.

Von Python bin ich zwar nicht wirklich begeistert, liegt daran, das ich da noch nichts mit gemacht habe und es bereits x andere Script sprachen gibt, aber egal, ist euer Projekt und da will ich mich nicht einmischen.

Was den raspberry betrifft, ist man meiner Meinung nach mit den 3v sehr eingeschränkt, da könnte man einen arduino zwischen bauen und nur als Erweiterung nutzen, die Programmierung auf dem raspberry lassen.

Ich schlage aber vor, die Einstellungen usw. für euer Projekt extern zu speichern.
Also nicht auf der SDKarte, sondern auf einem Stick oder Webspace.

Zeitschaltuhr wird auch interessant, sollte ebenfalls dazu gehören und bin gespannt wie das auf dem raspberry gelöst wird.

Drück euch die Daumen, das alles klappt wie ihr euch das vorstellt.


Hab gerade gesehen, das bereits neue Antworten dazu gekommen sind.

Z.b. Upgrade des Pi und damit verbundene Probleme. Würde ich nicht autom. updaten, sondern nur bei Bedarf und das mit den Abhängigkeiten taucht nicht auf, wenn man am System nichts anpasst.
Passiert das doch, 2te sdkarte mit Sicherung einstecken und neu starten, die Einstellungen sollten wie gesagt extern gespeichert werden.

Rasp friert ein: passiert beim arduino auch, wenn man beim Programmieren nicht aufgepasst hat.
Vor allem der Umgang mit Datentypen und der Wechsel zwischen diesen ist kritisch.
Mal als Beispiel, Integer und Long sind 2 Datentypen für Zahlen. Während Integer relativ wenig RAM belegt ist das bei Long anders.
Dafür passt in eine Long Variable wesentlich größere Zahlen.
Addiert man bei Integer zuviel, überschreibt man ggf. den Speicher einer anderen Variable, was dann zum Absturz führen kann. Kommazahlen(Double) sind wiederum anders und belegen noch mehr Speicher.
Will man einen Double Wert in einer Variable vom Typ Integer speichern, muss man erst aus Double einen Integerwert erstellen und den kann man dann "speichern". Alles komplizierter und aufwendiger als bei Scriptsprachen, aber schneller und Ressourcen schonender, eben C bzw. C++.

Hallo Mathias,
den Max31855 habe ich mir auch schon überlegt, für BK und Abgastemperatur. Den Rest kann über die 1-Wire Sensoren machen.
Die Probleme mit einfrieren, die Du beim Arduino schilderst, kenne ich. Genau deshalb ist für mich der Raspberry die bessere Wahl. Mein Raspberry ist noch nicht ein mal abgestürzt seit er die Heizanlage steuert. Das ist auch ein Vorteil von Python. Über solche sachen, wie Variablentypen muss man sich unter Python nur am Rande Gedanken machen. Ressourcen sind bisher kein Problem die Steueraufgaben sind nicht Zeitkritisch.

VG
Ralf

[Mathias]

Probleme habe ich mit dem arduino keine.
Das läuft, wenn man ein paar Punkte beachten.

Beim raspberry sieht das etwas anders aus.
Da sind die Probleme halt anderer Art, aber ebenfalls zu meistern.

Perfekt wäre die Kombination aus Pi und arduino, mit Notprogramm falls mal was am raspberry ausfällt und zum Ändern von Einstellungen usw vom arduino, was mit dem Pi leichter und einfacher ist.

Beides hat vor und Nachteile.

[Ralf]

Bezüglich der Frage mit der Zeitschaltuhr.
Ich hatte mal einen Brauchwassertank. Um den aufzuheizen habe ich immer um eine gewisse Uhrzeit die Pumpe angeschaltet. Dafür habe ich mir dieses Programm zusammengefriggelt. Das geht sicherlich eleganter, aber es hat funktioniert.

Code: Alles auswählen

# ===========================================================================
# Class Alarm
# ===========================================================================
import datetime
import threading

class Alarm:
  def __init__(self):
    self.timerThread = threading.Timer(1, self.checkAlarm)
    self.timerThread.setDaemon(True)
    self.timerThread.start()
    self.whStatus = 0

  def checkAlarm(self):
    now = datetime.datetime.now().time()
    if (now.hour == 5 and now.minute == 0) or (now.hour == 15 and now.minute == 30):
      self.startWaterHeater(2000)
    else:
      os.system('gpio write 1 0')
      self.whStatus = 0
      self.timerThread = threading.Timer(60, self.checkAlarm)
      self.timerThread.setDaemon(True)
      self.timerThread.start()

  def startWaterHeater(self, time):
    try:
      self.timerThread.cancel()
    except:
      pass
    os.system('gpio write 1 1')
    self.whStatus = 1
    self.timerThread = threading.Timer(time, self.checkAlarm)
    self.timerThread.setDaemon(True)
    self.timerThread.start()

  def getWHStatus(self):
    return(self.whStatus)

# ===========================================================================
# End of Class Alarm
# ===========================================================================

VG
Ralf

[Ralf]

Ich habe ein paar Versuche gemacht:
Mit dem elektronischen Dimmer zeigt das original Gebläse vom Orlan ein komisches verhalten. Er startet bei 7% aus dem Stand heraus. Dann lässt er sich bis ca. 30% gut nach oben regeln. Ab ca. 30% scheint der Motor dann plötzlich auf volle Drehzahl zu gehen. Beim CAN-Bus Modul habe ich das noch nicht beobachtet. Allerdings habe ich mich da auch noch nicht extra dafür hingesetzt. Außerdem habe ich diesen Motor noch nie am CAN-Bus Modul gehabt.
Ich habe dann mal was anderes versucht. Ich habe den Motor an ein Solid-State-Relais angeschlossen und per Raspberry das Relais gepulst geöffnet. D.h. 0.01s auf, 0.99s zu oder 0.50s auf und 0.50s zu etc. Rein von der Luftmenge, die das Gebläse dabei fördert, scheint das die bessere und feinfühligere Regelung zu sein. Aber der Motor pulst natürlich hörbar auch die Luft pulst etwas, im gleichen Takt. Jetzt fehlt mir wieder mal das Elektronikwissen: Kille ich damit den Motor oder das Relais, weil der Motor jede Sekunde kurz den Anlaufstrom zieht, oder mache ich mir unnötig Sorgen, nur weil ich den Puls hören kann?
Ob der Puls Einfluss auf den Abbrand hat und sich evtl. etwas auf schaukelt, muss man testen. Ich glaube nicht, dass die Glut mir das all zu übel nehmen wird.
Wenn da jemand Ahnung von hat, wäre eine kurze Beurteilung sehr nett. Ich weiß, die beste Art den Motor zu regeln wäre ein Frequenzwandler. Der steht aber aufgrund der Kosten außer Frage. Die FT verwendet ja auch Phasenanschnittsteuerung, oder?

VG
Ralf