Le système décrit sur cette page sert à remplacer le coffret de commande entouré ci-dessous. Il sert à piloter une chaudière de production de vapeur utilisée pour extraire de l’huile essentielle de plantes.
Le coffret d’origine, en plus d’être encombrant, pilotait les résistances en tout ou rien assez lent et ne donnait pas une vision sur la température de vapeur.
La personne qui a demandé ce projet souhaitait en plus que les cycles de production d’huile essentielle soient enregistrés afin d’avoir une meilleure traçabilité, en vue d’une possible réglementation sur ce sujet,
La première étape a consisté à étudier la chaudière elle même pour déterminer sa puissance (4 résistances pour un total de 2010 W), le débit de la pompe à eau qui l’alimente (2 litres / heure) et le type de sonde de température implantée dans l’épaisseur du corps en inox (une PT100) :
Vue ci dessous des essais de mise au point du système électronique, les fonctions finales sont :
- Gestion par un Arduino NANO
- Mode manuel ou mode tout automatique pour que le cycle d’extraction d’huile essentielle se fasse en toute autonomie.
- Pilotage de la puissance des résistances en modulation de largeur d’impulsion, réalisé par un relais statique à une fréquence de 1Hz, ainsi la puissance de chauffe est désormais réglable
- Réutilisation de la résistance de corps de chauffe PT100, grâce à une récupération de la mesure par durée de décharge d’un condensateur (voir détail ci dessous)
- Mesure de la température de sortie vapeur par un thermocouple type K et un décodeur MAX6675, ça aurait pu être aussi une sonde PT100 mais le thermocouple avait l’air plus résistant à la vapeur avec une gaine en inox.
- Pilotage du démarrage automatique de la pompe à eau 230V à l’aide d’un optotriac
- Afficheur LCD pour afficher les températures et le pourcentage de chauffe
- Enregistrement des réglages dans l’EEPROM de l’Arduino
- Enregistrement toutes les 15 secondes dans un fichier texte sur carte SD de toutes les valeurs mesurées.
- Réglage de la date et l’heure au démarrage du système pour horodater les enregistrements et repérer les lots de production.
Ci dessous l’extrait du guide Microchip qui explique comment mesurer une résistance grâce à la charge/décharge d’un condensateur.
Vue à l’oscilloscope de la tension sur GP0 du schéma ci dessus, on voit bien la différence entre le temps de charge à travers la résistance Rref et celui à travers la résistance Rsen (la PT100 de la chaudière). La différence de durée permet d’extrapoler Rsen à partir de la valeur connue de Rref.
Schéma électronique du système :
Ci dessous le diagramme de paramétrage de toutes les variables permettant de calibrer le mode auto. Les étapes de fonctionnement dans ce mode sont :
- Démarrage de la chauffe des résistances à 100%
- A partir de 250°C de T°C de corps chaudière, la pompe à eau démarre
- De la vapeur commence donc à sortir, elle est à 100°C ce qui correspond à la température de saturation à pression ambiante.
- 4 minutes après le démarrage de la pompe, le système passe en mode « régulation », il alterne entre les deux phases suivantes :
- Phase « chauffe forte » où la résistance est réglée à 85%, tant que la vapeur de sortie reste saturée, à une température inférieure à 115°C
- Dès que la température vapeur passe > 115°C, entrée en Phase « chauffe faible » où la résistance est réglée à 70%, en attendant que la vapeur redescende sous 115°C
- Dès le démarrage de la chauffe, le décompte du temps de cycle démarre, il est réglé à 2h30 par défaut pour de la lavande
- Pendant tout le fonctionnement, une sécurité de surchauffe coupe tout le système si la température du corps de chauffe dépasse 420°C (possible si panne de pompe ou plus d’eau par exemple)
- Dès que la durée de cycle est finie, la pompe à eau s’arrête, la chauffe par la résistance continue pour évaporer le fond d’eau qui peut rester dans la chaudière. Cette chauffe de séchage dure soit au maximum 20 minutes, soit elle s’arrête dès que la température vapeur dépasse 130°C (elle se surchauffe quand il n’y a plus d’eau à bouillir).
Exemple ci dessous d’un fichier de log au format .csv, enregistré sur la carte SD par l’Arduino, qui a été ouvert avec LibreOffice :
Ci dessous tracé des données acquises lors d’un essai de mise au point :
Ci dessous, monitoring en temps réel des températures lors des essais de développement. Utilisation pour cela du traceur série de l’IDE Arduino :
La construction du circuit ne montre rien de particulier, il a fallu faire attention à ce que le logement de carte SD dépasse suffisamment d’un coté du circuit pour pouvoir être accessible de l’extérieur, à travers la paroi en plastique du boitier de commande :
Les liaisons ont été réalisées avec du fil à wrapper, noter le meulage des pastilles qui entourent les pins qui sont sous un voltage de 230V, afin d’avoir la distance d’isolement suffisante entre pistes :
Vue finale du boitier, intégrant l’écran LCD, les boutons de commande, le relais statique 16A et le moteur de la pompe à eau :
Façade de commande du boitier :
Ci dessous, vue de la chaudière « remise en état », avec la filerie reconnectée dans une boite de dérivation et la chaudière emballée dans de l’isolant thermique :
Téléchargements :