DE202013009305U1

DE202013009305U1 - control system

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Publication number: DE202013009305U1
Application number: DE202013009305U
Authority: DE
Original assignee: Severin Elektrogeraete GmbH
Current assignee: Severin Elektrogeraete GmbH
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-10-23

Abstract

Regelungssystem mit einer elektrischen Steuer- und Regelungseinrichtung zur Einstellung einer physikalischen Heizgröße, insbesondere zur Ansteuerung eines Heizkörpers einer Getränkezubereitungsmaschine zur Regelung der Temperatur des darin zu erwärmenden Wassers, wobei die elektronische Steuer- und Regelungseinrichtung einen elektronischen Speicher umfasst, in welchem ein analytischer experimentell erstellter Datensatz hinterlegt ist, bei welchem ein Anfangswert einer zu regelnden Eingangsgröße Xanf bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines vorher festgelegten oder festlegbaren Sollwertes ein analoger Regler in der elektronischen Steuer- und Regelungseinheit vorgesehen ist, über ein gezielter Anstieg des Sollwertes bei Überschreiten des vorher festgelegten Anfangswertes Xanf durch Integration der Differenzbildung zwischen einem festgelegten oder festlegbaren Endwert Xend ein Sollwert über die Zeitdauer T in den vorher in der Steuer- und Regelungseinrichtung hinterlegten Verlauf folgt, um eine während der Regelung der physikalischen Einheitsgröße auftretende Toleranzstreuung möglichst gering zu halten.Control system with an electrical control and regulating device for setting a physical heating variable, in particular for controlling a radiator of a beverage preparation machine for controlling the temperature of the water to be heated therein, wherein the electronic control and regulating device comprises an electronic memory in which an analytical experimentally created record in which an initial value of an input variable Xanf to be controlled can be determined, characterized in that an analog controller is provided in the electronic control and regulation unit for setting a predetermined or definable setpoint, via a targeted increase of the setpoint value when the previous value is exceeded fixed initial value Xanf by integrating the difference between a fixed or definable final value Xend a setpoint over the period T in the previously in the control and Regelseinsein followed course stored to keep occurring during the control of the physical unit size tolerance spread as low as possible.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungssystem mit einer elektrischen Steuer- und Regelungseinrichtung zur Einstellung einer physikalischen Einheitsgröße, insbesondere zur Ansteuerung einer Getränkezubereitungsmaschine zur Regelung der Temperatur des darin zu erwärmenden Wassers, wobei die elektronische Steuer- und Regelungseinrichtung einen elektronischen Speicher umfasst, in welchem ein analytischer experimentell erstellter Datensatz hinterlegt ist, bei welchem ein Anfangswert einer zu regelnden Eingangsgröße X_anf bestimmbar ist.The present invention relates to a control system with an electrical control and regulating device for setting a physical unit size, in particular for controlling a beverage preparation machine for controlling the temperature of the water to be heated therein, wherein the electronic control and regulating device comprises an electronic memory in which an analytical stored experimentally set record in which an initial value of an input variable to be controlled X _{anf is} determinable.

Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen sind auf dem Gebiet zur Regelung thermodynamischer Prozesse oder auch chemischer Prozesse wie beispielsweise zur Temperaturregelung von Flüssigkeiten in Getränkezubereitungsmaschinen bekannt.Such methods and devices are known in the art for controlling thermodynamic processes or chemical processes such as for controlling the temperature of liquids in beverage preparation machines.

Bei den thermodynamischen Prozessen zur Erwärmung von Flüssigkeiten gibt es im Wesentlichen zwei Grundkonzepte. Ein erstes Grundkonzept sieht vor, eine bestimmte Menge an Flüssigkeit ohne kontinuierlichen Durchfluss in einem Behälter wie beispielsweise einem Boiler zu erwärmen. Die Dauer des Aufwärmprozesses der Flüssigkeit hängt im Wesentlichen vom Wärmeleitwert einer zwischen der Flüssigkeit und dem Behälter gebildeten Grenzschicht ab. Um die Flüssigkeit in dem Behälter möglichst schnell aufzuwärmen, müssen sowohl die Auswahl des Werkstoffs des Wärmebehälters als auch die durch den Wärmebehälter zur Verfügung stehende bzw. definierte elektrische Leistung berücksichtigt werden. Dazu wird im Stand der Technik ein ausgewähltes Gesamtkonzept erstellt, bei dem sowohl die Abmaße und das Gewicht des Flüssigkeitsbehälters als auch die Art der Ansteuerung der elektrischen Leistung und die Erfassung der Temperatur an der Grenzschicht zwischen Flüssigkeit und Wärmebehälter einfließen.In the thermodynamic processes for heating liquids, there are essentially two basic concepts. A first basic concept is to heat a certain amount of liquid without continuous flow in a container such as a boiler. The duration of the heating process of the liquid essentially depends on the thermal conductivity of a boundary layer formed between the liquid and the container. In order to warm up the liquid in the container as quickly as possible, both the choice of the material of the heat tank and the electrical power available or defined by the heat tank must be taken into account. For this purpose, a selected overall concept is created in the prior art, in which both the dimensions and the weight of the liquid container as well as the type of control of the electrical power and the detection of the temperature at the boundary layer between liquid and heat tank flow.

Ein wesentlicher Nachteil an dieser Konzeption ist in der Energieeffizienz zu sehen, da dieses vorsieht, das erwärmte Medium ständig auf einem definierten Temperaturniveau zu halten, um nach einmaliger Aufwärmzeit bei erneuter Nutzung des Gerätes und somit des Wassers nicht wieder die komplette Aufwärmzeit in Anspruch nehmen zu müssen. Je größer die Masse des zu erwärmenden Mediums ist, desto länger dauert diese Aufwärmehase, weshalb ein Warmhalten des Mediums nach Erreichen des gewünschten Temperaturniveaus in solchen Fällen bevorzugt wird.A major disadvantage of this conception is to be seen in energy efficiency, since this provides to keep the heated medium constantly at a defined temperature level, after a single warm-up time when re-use of the device and thus the water does not take the full warm-up time to complete have to. The greater the mass of the medium to be heated, the longer this warm-up phase lasts, for which reason keeping the medium warm after reaching the desired temperature level in such cases is preferred.

Der damit einhergehende Nachteil einer vergleichbar schlechteren Energieeffizienz fällt besonders bei den sogenannten ”Power an Demand”-Anforderungen ins Gewicht, bei denen Energie nur in größeren Zeitabständen bei tatsächlich gewollter Anwendung seitens des Nutzers erfolgt. Beispielsweise kann es bei dem Betrieb einer Getränkezubereitungsmaschine wie einer Kaffeemaschine durchaus möglich sein, dass diese nach erstmaliger Kaffeezubereitung erst mehrere Stunden später erneut Wasser mit einer zum Brühen geeigneten Temperatur benötigt wird, was ganz klar gegen ein kontinuierliches Erwärmen der Flüssigkeit in dem Wassertank einer solchen Kaffeemaschine spricht. Hierbei kann die Energieeffizienz deutlich gesteigert werden, wenn ein Erwärmen der Flüssigkeit bei Bedarf in nur geringer Menge erfolgt.The associated disadvantage of comparably poorer energy efficiency is particularly significant in the case of the so-called "power-on-demand" requirements, in which energy occurs only at relatively long intervals when the user actually wishes to use it. For example, it may well be in the operation of a beverage preparation machine such as a coffee machine that after first coffee preparation only several hours later water is needed again with a suitable temperature for brewing, which is quite clear against continuous heating of the liquid in the water tank of such a coffee maker speaks. In this case, the energy efficiency can be significantly increased if a heating of the liquid takes place when needed in only a small amount.

Um einen solchen Betrieb zu ermöglichen, ist im Stand der Technik ein zweites Konzept bekannt, in welchem die Flüssigkeit mittels Durchlauferhitzer unter einem vorgegebenen gleichmäßigen Durchfluss erwärmt wird. Der Durchlauferhitzer wird von einer Flüssigkeit mit einem definierten gleichmäßigen Durchfluss durchströmt. Jedoch liegt hier die Schwierigkeit zusätzlich zu der Wärmeleitfähigkeit, Abstrahlung und elektrischer Leistung des Durchlauferhitzers in der Komplexität der Kontrolle dieses dynamischen Prozesses. Dies erfordert eine äußerst komplexe und damit kostenintensive Messtechnik, die es ermöglicht, auf die dynamischen, teilweise auch wechselnden Verhältnisse beispielsweise durch wechselnde Getränkewahl innerhalb des Durchlauferhitzers flexibel reagieren zu können.In order to enable such operation, a second concept is known in the prior art in which the liquid is heated by means of a water heater under a predetermined uniform flow. The water heater is flowed through by a liquid with a defined uniform flow. However, the difficulty here in addition to the thermal conductivity, radiation and electrical power of the instantaneous water heater lies in the complexity of controlling this dynamic process. This requires a very complex and thus costly measurement technology, which makes it possible to respond flexibly to the dynamic, sometimes changing conditions, for example by changing beverage choice within the water heater.

Es ist daher das Bestreben, die Energieeffizienz bei möglichst stabilen Prozessabläufen mit hohen Qualitätsmerkmalen zu erreichen. Dazu sind im Stand der Technik verschiedenartige Regelungskonzepte bekannt.It is therefore the endeavor to achieve energy efficiency with highly stable process sequences with high quality features. For this purpose, various control concepts are known in the art.

Eine erste Möglichkeit der im Stand der Technik bekannten Regelungen ist die so genannte Zwei- oder Mehrpunktregelung von Temperatur und/oder Durchflussrate. Bei ihr wird prinzipiell bei zwei oder mehreren Messpunkten geregelt. Der Vorteil dieser Regelung liegt in der Regelungsgeschwindigkeit. Diese kann jedoch den Nachteil nicht wettmachen, dass sehr große Ungenauigkeiten mit dieser Regelungsart einhergehen. Daher ist diese Variante der Regelung lediglich bei Systemen anwendbar, die einen sehr großen Toleranzbereich ihrer physikalischen Größen beinhaltet. Sind die Anforderungen an die Regelgenauigkeit jedoch höher, so kann durch diese Methode kein zufrieden stellendes Ergebnis erzielt werden.A first possibility of the arrangements known in the prior art is the so-called two- or multi-point control of temperature and / or flow rate. In principle, it is regulated at two or more measuring points. The advantage of this control lies in the control speed. However, this can not make up for the disadvantage that very large inaccuracies are associated with this type of regulation. Therefore, this variant of the control is only applicable to systems that include a very large tolerance range of their physical quantities. However, if the control accuracy requirements are higher, this method will not produce a satisfactory result.

Die im Stand der Technik bekannteste und beliebteste Art der Regelung ist die über Analog-Regler. Sie haben den großen Vorteil, dass sie auch bei sehr komplexen Aufbauten durch geschickte Wahl des Analogreglers recht genau steuerbar sind. Gut dimensionierte Analog-Regler können nahezu sämtliche Stabilitätskriterien wie z. B. die nach Ziegler/Nichols oder Chien/Hrones/Reswig erfüllen. The best known and most popular type of control in the art is that of analogue regulators. They have the big advantage that they can be controlled quite precisely even with very complex structures by clever choice of the analogue controller. Well-sized analog controllers can almost all stability criteria such. B. meet after Ziegler / Nichols or Chien / Hrones / Reswig.

Die Analog-Regler sind daher oft das Regelungssystem der Wahl, wenn die Regelstrecke im Vorfeld genau ermittelt wird und die Regelung bei hoher Genauigkeit auf einen Sollwert schnell erfolgen kann. Nachteilig an der Analog-Regelung ist jedoch häufig die Messerfassung, die bei einem solchen Regelungssystem durch eine sogenannte Rückkopplung erfolgt, so dass ein deterministisches Verhalten der Regelung sehr stark von der Geschwindigkeit der Messerfassung abhängt. Deterministisches Verhalten im Sinne der Erfindung bedeutet eine Quantisierung der Messpunkte innerhalb einer bestimmten Verarbeitungszeit. Nach den oben genannten Stabilitätskriterien ist die Dynamik des Regelungssystems auf einen Sollwert nur so schnell, wie es die Regelstrecke und die Messerfassung zulassen.The analogue controllers are therefore often the control system of choice, if the controlled system is accurately determined in advance and the control can be done quickly with high accuracy to a setpoint. A disadvantage of the analog control, however, is often the measurement detection, which takes place in such a control system by a so-called feedback, so that a deterministic behavior of the control depends very much on the speed of the measurement detection. Deterministic behavior in the sense of the invention means a quantization of the measuring points within a certain processing time. According to the above-mentioned stability criteria, the dynamics of the control system to a setpoint value are only as fast as the controlled system and the measuring range allow.

Solch ein analoger Regler ist beispielsweise ein PID-Regler. Die übliche Verwendung eines PID-Reglers bzw. eines allgemeinen Analogreglers nach üblichen Stabilitätskriterien, z. B. nach Ziegler und Nichols sieht das Einstellen einer Sollwertgröße innerhalb einer schnellstmöglichen Einstellzeit vor. Diese Einstellzeit ist hauptsächlich durch die physikalischen Größen der Stellgröße, der Reaktionszeit der Messeinrichtung und der darauf abgestimmten Regelparameter Kp, Kd und Ki festgelegt. Hierbei erfolgt die Dimensionierung eines Reglers durch die Berechnung der Parameter

wobei X_max Endwert ist, X_anf der Wert ist, ab dem die Integration des Anstiegs des Sollwertes beginnt und T die Integrationszeit ist, über die der Anstieg des Sollwertes erfolgt, und wobei sich Kp aus der Anstiegstangente des X-Wertes, der Totzeit T_E und der Anstiegszeit T_B errechnet; T_I die Integrationszeit ist und T_D die Differenziationszeit. In normalen Analogregelsystemen ist die Sollwertvorgabe bei der Prozessdauer konstant. Für ein automatisiertes Verfahren wie beispielsweise die Zubereitung von Kaffee unter Bildung einer Crema kann diese Art der Regelung nicht oder nur bedingt verwendet werden. Der wesentliche Teil der Cremabildung entsteht nämlich innerhalb eines definierten Anstiegs der Temperatur während des Prozessablaufes, so dass ein darin zu erreichender Sollwert ab einem bestimmten Anfangswert bis zu einem Maximalwert innerhalb einer bestimmten Zeit eingestellt werden muss, um die Bildung der Crema regelmäßig auch bei Serienstreuungen und unabhängig vom Ort des Gebrauchs hinweg bilden zu können.Such an analog controller is for example a PID controller. The usual use of a PID controller or a general analog controller according to usual stability criteria, eg. B. after Ziegler and Nichols provides for setting a setpoint size within a fastest possible setup time. This set time is mainly determined by the physical variables of the manipulated variable, the reaction time of the measuring device and the matched control parameters Kp, Kd and Ki. Here, the dimensioning of a controller is done by calculating the parameters

where X _{max is the} final value, X _{anf is} the value from which the integration of the rise of the setpoint begins and T is the integration time over which the setpoint increases, and where Kp is the rise tangent of the X value, the dead time T _E and the rise time T _B calculated; T _{I is} the integration time and T _{D is} the differentiation time. In normal analog control systems, the setpoint value is constant during the process duration. For an automated process such as the preparation of coffee to form a crema, this type of regulation can not or only partially be used. The essential part of the cream formation arises namely within a defined increase in temperature during the process flow, so that a target value to be reached in a certain initial value up to a maximum value within a certain time must be set to the formation of the crema regularly even in series and regardless of the place of use to be able to form.

Dazu wird im Stand der Technik vorgeschlagen, die Energiebilanz mittels zusätzlicher Messerfassung oder durch eine Messerfassung mit höherem Aufwand im Vorfeld zu berechnen und einen analogen Regler nachfolgend auf die Messergebnisse abzustimmen. Die Energieberechnung ist wiederum von der Toleranzstreuung der verwendeten Stellgrößen und der Messerfassung abhängig. Einfachstenfalls wird gar nicht erst eine Regelung sondern eine Energiebilanz im Vorfeld bestimmt und eine Ansteuerung auf Basis der Energiebilanz durchgeführt. Beide Verfahren haben gemein, dass die Art der Einstellung meist unpräzise und nicht reproduzierbar erfolgt. Lässt sich auf chemische Reaktion von Fluiden unter unterschiedlichem Druck im System oder variierenden Umgebungsdruck zurückführen, so ergeben sich schon unterschiedliche Drücke, wenn die Kaffeemaschine zum einen auf Höhe des Meeresspiegels oder auf einem Berg betrieben wird.For this purpose, it is proposed in the prior art to calculate the energy balance by means of additional measurement coverage or by a higher-cost measurement setup in advance and to tune an analog controller to the measurement results below. The energy calculation, in turn, depends on the tolerance spread of the manipulated variables used and the measurement version. In the simplest case, not only a regulation but an energy balance is determined in advance and a control based on the energy balance is performed. Both methods have in common that the type of adjustment is usually imprecise and not reproducible. Can be attributed to chemical reaction of fluids under different pressure in the system or varying ambient pressure, so there are already different pressures when the coffee machine is operated on the one hand at sea level or on a mountain.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelungseinrichtung bereitzustellen, die auch unterschiedlichen Umgebungsbedingungen Rechnung trägt.It is therefore an object of the present invention to provide a control device that also takes into account different environmental conditions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Einstellung eines vorher festgelegten oder festlegbaren Sollwertes ein analoger Regler in der elektronischen Steuer- und Regelungseinheit vorgesehen ist, über ein gezielter Anstieg des Sollwertes bei Überschreiten des vorher festgelegten Anfangswertes X_anf durch Integration der Differenzbildung zwischen einem festgelegten oder festlegbaren Endwert X_end ein Sollwert über die Zeitdauer T in den vorher in der Steuer- und Regelungseinrichtung hinterlegten Verlauf folgt, um eine während der Regelung der physikalischen Einheitsgröße auftretende Toleranzstreuung möglichst gering zu halten.This object is achieved in that for setting a predetermined or definable setpoint, an analog controller is provided in the electronic control unit, via a targeted increase in the setpoint when exceeding the predetermined initial value X _anf by integrating the difference between a fixed or definable end value X _end a setpoint over the period of time T in the previously stored in the control and regulating device course follows in order to minimize the tolerance occurring during the control of the physical unit size tolerance.

Mit anderen Worten wird zur Vorbeugung von Serienstreuung der Getränkezubereitungsmaschinen aufgrund der Umgebungsbedingungen am Ort des Gebrauches ein konstanter Prozessablauf mittels eines analogen Reglers garantiert, in dem durch eine Integration der Differenzbildung zwischen einem vorher festgelegten oder festlegbaren Endwert und einem vorher festgelegten oder festlegbaren Anfangswert über eine ebenfalls festgelegte Integrationsdauer T ein gezielter Anstieg eines Sollwertes für die Crema ohne große Prozessschwankungen bereitgestellt wird. Dabei ist X_anf der Wert, von dem an die Integration des Anstiegs des Sollwertes beginnt und T die Integrationszeit, über die der Anstieg des Sollwertes erfolgen soll. Mittels der Integralbildung erhöht sich der Sollwert gleichmäßig nach einem definierten Prozessablauf.In other words, in order to prevent mass dispersion of the beverage preparation machines due to the environmental conditions at the point of use, a constant process flow is guaranteed by means of an analog controller, in which by integrating the difference between a predetermined or definable initial value and a predetermined or determinable initial value over one also defined integration period T a targeted increase of a target value for the crema is provided without major process variations. In this case, X _{anf is} the value from which the integration of the rise of the setpoint begins, and T the integration time over which the increase in the setpoint value should take place. By means of integral formation, the setpoint increases evenly according to a defined process sequence.

Die Parameter für den analogen Regler müssen nur einmalig beispielsweise mittels des Tangentenverfahrens theoretisch oder experimentell erfasst werde. Eine Berechnung der Energiebilanz im Vorfeld ist daher nicht mehr notwendig. Sie ergibt sich automatisch aus dem Anstieg des Sollwertes. Somit ist garantiert, dass die Toleranzstreuung beispielsweise durch Leistungstoleranzen der Stellgröße und Messerfassung bzw. verschiedene Umgebungsbedingungen, die als Ursache für Ungenauigkeiten zur Einstellung der allgemeinen Prozessgrößen gelten, größtenteils kompensiert werden.The parameters for the analog controller must be recorded only once, for example by means of the tangent method, theoretically or experimentally. A calculation of the energy balance in advance is therefore no longer necessary. It results automatically from the rise of the setpoint. Thus, it is guaranteed that the tolerance scattering is largely compensated, for example, by performance tolerances of the manipulated variable and measurement detection or various environmental conditions that are the cause of inaccuracies for setting the general process variables.

Die für den analogen Regler relevanten Parameter X_anf und X_end können nach Bestimmung mit dem Tangentenverfahren in einer elektronischen Steuerungs- und Regelungseinrichtung zur Ansteuerung des Sollwertes in deren elektronischen Speicher abgespeichert werden. Die dabei eingesetzte Steuerungs- und Regelungseinrichtung bzw. der darin verwendete elektronische Speicher hat auch Einfluss auf die mögliche Genauigkeit der Kompensation. Es sind Messmittel wie beispielsweise ein Mikrocontroller, ein FPGA oder auch programmierbare ICs sowie Speicherprogrammiersysteme einsetzbar.The parameters X _anf and X _{end which are} relevant for the analog controller can be stored in the electronic memory after determination with the tangent _method in an electronic control and regulation device for controlling the setpoint value. The control and regulating device used therein or the electronic memory used therein also has an influence on the possible accuracy of the compensation. It can be used measuring equipment such as a microcontroller, an FPGA or programmable ICs and memory programming.

Natürlich ist es auch möglich, die für den analogen Regler relevanten Eingangsgrößen X_anf und X_end einem Mikrocomputer einer elektronischen Steuer- und Regelungseinrichtung zu berechnen, beispielsweise indem sie mittels eines speziellen Initialisierungsprozesses erfasst werden.Of course, it is also possible to calculate the input variables X _anf and X _end that are relevant for the analog controller to a microcomputer of an electronic control and regulation device, for example by being detected by means of a special initialization process.

Es bietet sich an, die Eingangsgröße X_anf mittels einer Messeinrichtung und eines Mikrocontrollers, eines FPGAs oder eines programmierbaren PDs oder mit einem Speicherprogrammiersystem zu bestimmen.It is _advisable to determine the input _quantity X _anf by means of a measuring device and a microcontroller, an FPGA or a programmable PD or with a memory programming system.

Der Analogregler sollte dabei dem Integral

wobei X_max Endwert ist, X_anf der Wert ist, ab dem die Integration des Anstiegs des Sollwertes beginnt und T die Integrationszeit ist, über die der Anstieg des Sollwertes erfolgt, folgen.The analog controller should be the integral

where X _{max is the} end value, X _{anf is} the value from which the integration of the rise of the setpoint begins and T is the integration time over which the rise of the setpoint occurs.

Um die Toleranzstreuung der verwendeten Stellgröße kontinuierlich möglichst gering zu halten, bietet es sich an, die Ermittlung und Überprüfung des Sollwertes über den Zeitraum T kontinuierlich erfolgen zu lassen.In order to keep the tolerance spread of the manipulated variable used continuously as low as possible, it makes sense to have the determination and checking of the setpoint value carried out continuously over the time period T.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung zu entnehmen. Darin zeigen:Further advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims and the following description of the figures. Show:

1 eine grafische Darstellung des Temperaturanstieges einer Kaffeemaschine über die Zeit. 1 a graphical representation of the temperature rise of a coffee machine over time.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Regelung des Temperaturanstieges in einer Kaffeemaschine für ein automatisiertes Verfahren zur Bildung einer Crema von türkischem Kaffee. Zu beachten ist hierbei, dass die hauptsächliche Cremabildung innerhalb eines definierten Anstiegs während des Prozessablaufes sich im Wesentlichen bildet, so dass der Sollwert ab einem bestimmten vorher festgelegten oder festlegbaren Anfangswert bis zu einem Maximalwert innerhalb einer bestimmten Zeit eingestellt werden muss, um die Crema regelmäßig über die Serienstreuung und über den Ort des Gebrauchs hinweg bilden zu können. In der grafischen Darstellung sind die entscheidenden Parameter X_anf und X_max auf der Y-Achse eingezeichnet. Auf der X-Achse ist die Integrationsdauer T grafisch dargestellt, in welchem ein erfindungsgemäßer PID-Regler nach der Gleichung

erfolgt. Dabei ist X_max der Endwert der Regelungsstrecke, X_anf der Wert, der als Startpunkt für die Durchführung der Integration des Anstiegs des Sollwertes festgelegt ist und T die Integrationszeit, über die der Anstieg des Sollwertes kontrolliert erfolgen soll. Sowohl der Startwert X_anf als auch der Anstieg ist im Vorfeld festgelegt worden. Durch die Integralbildung erhöht sich der Sollwert in dem vorher festgelegten Zeitfenster möglichst gleichmäßig. Die Parameter X_anf, X_max und X_T für den analogen Regler wurden im Vorfeld mittels des Tangentenverfahrens theoretisch oder experimentell erfasst. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wurden die Parameter mit einem speziellen Initialisierungsprozess automatisch erfasst und berechnet. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Regelungssystems bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine Berechnung der Energiebilanz entfallen zu lassen. Die ergibt sich aus dem Anstieg des Sollwertes. Dadurch wird garantiert, dass die Toleranzstreuungen, die beispielsweise durch Leistungstoleranzen der Stellgröße und der verwendeten Messerfassung auftreten können, kompensiert werden. Diese gelten als Ursache für Ungenauigkeiten bei der Einstellung der allgemeinen Prozessgröße. Wie genau die Kompensation ist, hängt natürlich vom eingesetzten Messmittel und der eingesetzten Recheneinheit ab. Hier kann durch entsprechend genaue und komplexe Bausteile in dem Regelungssystem eine entsprechend des Einsatzortes und der Art der Preisgestaltung der Kaffeemaschine gewählt werden.The 1 shows an inventive control of the temperature rise in a coffee machine for an automated process for forming a crema of Turkish coffee. It should be noted here that the main formation of cream within a defined rise during the course of the process essentially forms, so that the setpoint must be adjusted from a certain predetermined or determinable initial value up to a maximum value within a certain time to regularly overflow the crema to be able to form the serial dispersion and beyond the place of use. In the graphical representation, the decisive parameters X _anf and X _{max are} _plotted on the Y axis. The integration period T is shown graphically on the X-axis, in which a PID controller according to the invention follows the equation

he follows. In this case, X _{max is} the final value of the control _path , X _{anf is} the value which is defined as the starting point for carrying out the integration of the rise of the setpoint, and T is the integration time over which the increase in the setpoint value is to be controlled. Both the start value X _anf and the rise have been set in advance. Due to the integral formation of the setpoint increases as evenly as possible in the predetermined time window. The parameters X _anf , X _max and X _T for the analog controller were detected theoretically or experimentally beforehand by means of the tangent _method . In an embodiment not shown, the parameters were automatically detected and calculated using a special initialization process. The inventive design of the control system or the inventive method, it is possible to dispense with a calculation of the energy balance. This results from the increase of the setpoint. This guarantees that the tolerance variations, which can occur, for example, due to power tolerances of the manipulated variable and the measuring version used, are compensated. These are the cause of inaccuracies in the setting of the general process variable. How accurate the compensation depends, of course, on the measuring equipment used and the computing unit used. Here can be selected by correspondingly accurate and complex components in the control system according to the place of use and the nature of the pricing of the coffee machine.

Claims

Control system with an electrical control and regulating device for setting a physical heating variable, in particular for controlling a radiator of a beverage preparation machine for controlling the temperature of the water to be heated therein, wherein the electronic control and regulating device comprises an electronic memory in which an analytical experimentally created record in which an initial value of an input variable X _{anf to be controlled is} determinable, characterized in that an analog controller is provided in the electronic control and regulation unit for setting a predetermined or definable setpoint, via a targeted increase of the setpoint value when exceeding pre-established initial value X _anf by integrating the difference between a fixed or definable final value X _end a setpoint over the period T in the previously in the control and Regelsesei direction followed in order to keep as low as possible during the control of the physical unit size tolerance spread.

Control system according to claim 1, characterized in that the initial value X _anf and the final value X _end can be determined theoretically or experimentally by means of the tangent method and are stored in the electronic control and regulating _device for controlling the setpoint.

Control system according to claim 1, characterized in that the input variables X _anf and the final value X _end in a microcomputer of the electronic control and regulating device, in particular by means of a special initialization process can be detected and computed therein.

Control system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the controller to the integral

X _anf + 1 / T∫ T / α (X _max - X _anf ) dt = Kp · e + Ki∫edt + Kd de / dt

follows.

Coffee machine with a control system according to one of claims 1 to 3.