Brausteuerungen

Das (Hobby-)Brauen und das Basteln gehören wohl schon immer zusammen. Neben der ständigen Vergrößerung und Erweiterung der Anlagen ist dabei die Brausteuerung eines der beliebtesten Projekte.

Einfache Temperaturregler

Im einfachsten Fall geht es dabei um das Messen der Temperatur und das Erreichen eines voreingestellten Werts, etwa beim Aufheizen zwischen den Rasten. Für diesen Zweck gibt es verschiedene Fertigprodukte wie das auch unter Hobbybrauern beliebte Bratenthermometer Fantast von Ikea. Bei Erreichen der Zieltemperatur alarmiert ein Signal den Brauer, sodass man in Aufheizphasen nicht ständig das Thermometer beobachten muss. Die Heizung muss hier manuell bedient werden.

Inkbird ITC-1000

Abb. 1: Temperaturregler Inkbird ITC-1000

Etwas komfortabler sind Temperaturregler, die bei Erreichen der gewünschten Temperatur neben der Alarmierung selbstständig die Heizung ab- und bei deren Unterschreiten wieder einschalten. Um ein Flattern der Steuerung um die Zieltemperatur zu vermeiden, gibt es meist eine Hysterese – entweder fest im Gerät definiert oder einstellbar. Diese sogenannten Zweipunktregler sind ebenfalls in vielfältiger Form auf dem Markt zu finden. Beispiele sind die im digitalen Einkochautomaten Silvercrest verbaute Steuerung und einfache Temperaturregler, die bei chinesischen Online-Händlern schon um die zehn Euro zu finden sind.

Das Problem der Zweipunktregler ist, dass aufgrund der Trägheit des Systems die Temperatur zum Überschwingen neigt – je größer die Wärmekapazität der Anlage, desto stärker. Die heißen Teile der Heizung heizen auch nach dem Abschalten nach und lassen die Temperatur noch um einige Grad steigen. Man kann dem durch frühzeitiges Abschalten der Heizung begegnen, aber der genaue Abschaltpunkt muss experimentell ermittelt und – wenn man es genau nimmt – immer dem Füllgrad der Gefäße angepasst werden.

PID-Regler

PID-Regler Inkbird ITC-100 PID

Abb. 2: PID-Regler Inkbird ITC-100 PID

Die Lösung des Problems sind sogenannte PID-Regler, die den Temperaturverlauf auswerten und die Leistung der Heizung regeln können (zur Theorie: Wikipedia). Wenn sich die Temperatur dem Zielwert nähert, wird die Heizleistung langsam verringert, sodass im Idealfall die Zieltemperatur genau erreicht wird. Die Leistungssteuerung wird meist durch Takten der Heizung erreicht – Relais eignen sich deswegen nicht als Schalter. Auch bei den PID-Reglern müssen die Parameter erst rechnerisch oder in einem Anlernprozess eingestellt werden und ändern sich bei unterschiedlicher Füllhöhe. PID-Regler erhält man für einige Euro mehr beim gleichen Auktionshaus.

Die Regler müssen, wenn sie einzeln erworben werden, noch um einen Temperatursensor und ein Schaltglied ergänzt werden. Sensoren können dabei Heißleiter (NTC), Kaltleiter (PTC), Thermoelemente oder elektronische Sensoren sein – das Regler-Handbuch verrät, welches System beim jeweiligen Produkt eingesetzt wird. Bei industriellen Reglern sind die robusten PT-100- und PT-1000-Sensoren mit Platin-Kaltleiter-Widerständen weit verbreitet, im semiprofessionellen Bereich dominieren eher NTC- und elektronische Sensoren.

Zum Schalten der Heizung muss ein zusätzliches Schaltglied eingesetzt werden, wenn die maximale Schaltleistung des Reglers nicht ausreicht. Bei Zweipunktreglern kann das ein herkömmliches Relais (Schaltschütz) sein, bei PID-Reglern ist wegen der hohen Schaltfrequenz beim Takten ein elektronisches Relais (SSR, Solid State Relais) nötig.

Alle bisher erwähnten Steuerungen können jeweils nur mit einer Temperatur umgehen. Will man den kompletten Maischprozess mit unterschiedlichen Rasttemperaturen und -zeiten steuern, muss man zu einer computergestützten Regelung greifen. Auch hier haben sich verschiedene Grundsysteme herausgebildet.

Industriesteuerungen

Zunächst macht es Sinn, die aus der Industrie bekannten Steuersysteme wie Simatic, Siemens Logo! und Moeller easy zu betrachten. Diese bewährten und auch im harten Produktionseinsatz robusten Geräte sind ohne Zweifel gut für den Einsatz in der Heimbrauerei geeignet. Sie können mit allen nötigen Komponenten wie Steuerung, Sensoren und Schaltern ausgestattet werden. Allerdings sind die Kosten sehr hoch, die Programmierung eigenwillig und die Bedienung meist gewöhnungsbedürftig. Auch Interfaces in die Online-Welt lassen sich nur schwer realisieren. Außer im Kreis der angehenden Industrieelektroniker, die die Hardware zu annehmbaren Kosten beschaffen können und die Bedienung und Programmierung der Software ohnehin für den Beruf erlernen müssen, haben sich diese Steuerungen kaum verbreiten können.

PC-basierte Lösungen

Die "Bier-Brauanlage" von Thomas alias Samba und Bier

Abb. 3: Die "Bier-Brauanlage" von Thomas alias Samba und Bier

Die erste von Hobbybrauern benutzte Variante von programmierbaren Brausteuerungen waren PC-gestützte Systeme. Urgestein dieser Klasse war wohl die "Bier-Brauanlage" von Samba und Bier, die Mitte der 2000er-Jahre entstand, unter Windows und Visual Basic lief und auf die damals übliche Hardware wie eine Relaiskarte am Printer-Port und OneWire-Sensor am seriellen Interface setzte. Kern dieses Steuerungstyps waren in jedem Fall ein PC unter Windows oder Linux als Steuerungs- und Bedienterminal und daran direkt angebundene Sensoren und Schalter. Das Software-Interface zu den Dallas-OneWire-Sensoren bildete zumeist das aus dem Linux-Umfeld bekannte Digitemp oder das OneWire-Filesystem Owfs; hardwareseitig erlangte die sogenannte Lena-Franken-Schaltung zum Anschluss der Dallas-Sensoren an das serielle RS232-Interface zweifelhaften Ruhm.

Leider wurde Samba und Bier nicht lange durch den Autor weiterentwickelt, sodass es sich als Closed-Source-System den veränderten Hardwareanforderungen (wie vermehrt fehlende LPT- und COM-Schnittstellen) nicht anpassen konnte und um 2010 in der Versenkung verschwand. Andere PC-gestützte Ansätze wie durch LabView gesteuerte Labormessysteme scheiterten zumeist an hohen Kosten und mangelnder Verbreitung.

Prinzipschaltbild Mash It

Abb. 4: Mash It von Dunkelbrauer

Als PC-basiertes System erwähnt werden soll noch "Mash It", das etwas später als Samba und Bier entstand, mit Java programmiert wurde und daher sowohl Betriebssystem-unabhängig war (lief auf PC/Mac/Linux) als auch mit modernerer Soft- und Hardware umgehen konnte. Es wurde bis 2013 weiterentwickelt und fand, auch wegen der Einschränkungen von Samba und Bier bezüglich USB-Hardware, relativ weite Verbreitung. Trotz Open-Source-Ansatzes und offener Plug-in-Schnittstellen fand sich leider niemand, der das Projekt nach Beendigung der Arbeiten des Autors Dunkelbrauer weiterführen wollte.

Nachteil der PC-Lösungen war zudem, dass der (damals noch kaum transportable oder als Laptop sündhaft teure) PC immer neben der Brauanlage stehen musste und das wertvolle Gerät ständig den Dünsten und möglichen Wassergüssen des Sudhauses ausgesetzt war. Erst mit dem Aufkommen von Einplatinencomputern wie dem Raspberry Pi, der 2012 erschien, änderte sich das.

Raspberry Pi

Web 2.0 Mash

Abb. 5: Web 2.0 Mash

Eine der ersten verfügbaren Brausteuerungen auf Raspberry-Pi-Basis war Web 2.0 Mash von Sven Geggus aka Fango-Bräu. Sie nutzt einen RasPi unter Linux mit OneWire-Filesystem. Alle Sensoren und Aktoren sind über den OneWire-Bus angeschlossen oder können alternativ über ein Kommando-Interface angesteuert werden. Als Bedienungsinterface dient ein beliebiger Webbrowser auf PC, Laptop oder Tablet, der mit dem in Web 2.0 Mash integrierten Webserver kommuniziert. Das macht das System klein, billig und flexibel. Zudem wird so weit wie möglich auf Standardlösungen aus dem Open-Source-Bereich gesetzt, sodass man für die Weiterentwicklung optimistischer sein kann.

CraftBeerPi Dashboard

Abb. 6: CraftBeerPi-Dashboard

Manual Fritschs CraftBeerPi verfolgt ein ähnliches Bedienungskonzept, kann aber mit mehreren Sensoren und Heizungen umgehen, sodass beispielsweise Maischen und Nachgussbereitung parallel gesteuert und auch komplette RIMS/HERMS-Anlagen überwacht werden können.

Auch andere Verbraucher wie Pumpen, Ventile und Rührwerksmotoren lassen sich flexibel über frei wählbare GPIO-Ports steuern. Rezepte bzw. Maischpläne können entweder direkt in CraftBeerPi erstellt oder aus dem Kleinen Brauhelfer importiert werden. Das Open-Source-Projekt kann über GitHub bezogen werden, und die Logs dort bezeugen eine aktive Entwicklungsarbeit.

Beide RasPi-Projekte sind allerdings Selbstbaulösungen, bei denen man bei der Hardware-Zusammenstellung und -Beschaffung und dem Aufbau des Geräts auf sich gestellt ist. Die User-Community und die Dokumentation helfen zwar, aber etwas handwerkliches Geschick insbesondere beim Umgang mit Netzspannung sollte schon vorhanden sein.

Arduino, Genuino, Spark & Co

BierBot mini

Abb. 7: BierBot mini

Das zweite wichtige Einplatinen-Mikrocontroller-System ist Arduino/Genuino. Selbstverständlich sind auch dafür unterschiedliche Brausteuerungen entstanden, von denen hier mit BierBot und BierBot mini (siehe auch Test BierBot mini) zwei typische Vertreter genannt werden. Beides sind kommerzielle Produkte, die fertig oder demnächst auch als Bausatz gekauft werden können. Hard- und Software sind jedoch Open Source, sodass die Geräte von versierten Bastlern auch ohne weiteres selbst nachgebaut werden können. Es gibt auch unzählige weitere ähnliche Projekte im Netz.

Herzstück ist immer ein Arduino-Controller, der über seine Interfaces Sensoren, Relais und andere Peripherie ansteuert, die dann Temperaturen messen und Heizung, Kühlung oder Rührwerk schalten. Der Unterschied der beiden ist die Bedienung. Während am BrauBot mini direkt ein Display und ein Dreh-drück-Schalter (neudeutsch Rotary Encoder) verbaut sind, sodass er autonom bedient werden kann, hängt sein großer Bruder im LAN und wird über einen Browser gesteuert.

Beides hat Vor- und Nachteile. Beim autonomen Gerät ist man unabhängig von jeder weiteren Technik. Alle Ein- und Ausgaben erfolgen direkt an der Steuerung. So zeigt sie jederzeit den Status und die aktuelle Temperatur an, und der Brauvorgang kann unmittelbar am Gerät beeinflusst werden. Andererseits kann das System nicht aus der Ferne abgelesen oder gesteuert werden, es können keine Rezepte geladen werden, und es werden keine Temperaturverläufe und Ähnliches aufgezeichnet.

Beim "großen" BierBot benötigt man zur Bedienung immer einen Browser, entweder auf PC oder Laptop oder mobil auf Tablet oder Smartphone. Das ist komfortabler als die Eingabe direkt an der Steuerung, und man kann im Fall Tablet/Smartphone das Gerät auch mitnehmen, so weit das WLAN reicht, oder – bei entsprechender Konfiguration des heimischen Routers – sogar aus dem Internet eingreifen. Entsprechende Funktionen der Software vorausgesetzt, kann man Rezepte aus einer externen Quelle laden und den Brauvorgang grad- und sekundengenau aufzeichnen. Man braucht aber in jedem Fall ein zweites Gerät und ein funktionierendes Netzwerk, denn an der Steuerung selbst findet man weder Anzeigen noch Eingabemöglichkeiten.

BrewPi

BrewPi Sparc

Abb. 8: BrewPi Spark V2

Ein sehr interessantes Konzept hat auch der BrewPi. Hier wird die Arbeit zwischen einem Raspberry Pi und einem Arduino- bzw. Spark-Controller aufgeteilt. Während auf dem Pi (oder einem beliebigen anderen Linux-Rechner) ein Webserver mit der Bedienoberfläche und der Möglichkeit zur Aufzeichnung der Temperaturen läuft, wird für die eigentliche Temperatursteuerung ein Einplatinencomputer (BrewPi Spark) eingesetzt.

Das Konzept ist flexibel, sodass über die Web-Oberfläche auch mehrere Controller angesteuert werden und die Controller, wenn man auf das Web-Interface verzichtet, auch autonom eingesetzt werden können – die Bedienung erfolgt dann über einen kleinen Touchscreen direkt am BrewPi Spark.

Schon der BrewPi Spark Controller allein ist sehr leistungsfähig: Er verfügt neben dem Touchscreen über vier OneWire-Interfaces für Sensoren und andere OneWire-Peripherie, drei Digitalausgänge zur Ansteuerung etwa von SSRs, ein WLAN-Interface sowie einen Steckplatz für eine Speicherkarte. Entsprechende Software vorausgesetzt, ist der Controller auch autonom in der Lage, eine komplette Brauanlage zu steuern und Protokolle auf der SD-Karte aufzuzeichnen. Er kann als Komplettgerät im BrewPi-Shop geordert werden.

Ursprünglich war das Konzept für die Temperatursteuerung bei der Gärung entwickelt worden, und mit dieser Software-Version wird der BrewPi Spark auch noch immer ausgeliefert. Mit einem Software-Update sollte der BrewPi zur vollwertigen Brausteuerung erweitert werden. Die Ankündigung dazu steht aber seit mittlerweile über einem Jahr im BrewPi Shop, und der letzte Eintrag im Blog stammt auch bereits von Ende Januar 2015.

Nachtrag vom 6.6.2016: Der BrewPi wird nach wie vor aktiv weiterentwickelt. Für Einzelheiten lest bitte Patricks BrewPi-Artikel.

Inkbird ITC

ITC-310T

Abb. 9: Inkbird ITC-310T

Als letztes Beispiel gehen wir auf die ITC-Controller ein. Diese Produktserie des chinesischen Herstellers Inkbird vereint in einem handlichen, wasserdichten Gehäuse Steuerung, Displays und Anschlüsse für Temperatursensor und Stromversorgungs-Ein- und -Ausgang. Damit sind sie ohne weitere Verkabelung sofort einsetzbar.

Der ITC-306T ist ein einfacher Temperaturregler, der eine Heizung mit bis zu 1200 W schalten und damit tageszeitabhängig zwei unterschiedliche Temperaturen halten kann. Ursprünglich wurde er für einfache Heizungssteuerungen wie in Aquarien, Terrarien und Gewächshäusern entwickelt.

Beim Temperaturregler ITC-308T hat man zwei Netzspannungsausgänge und kann parallel Heizung und Kühlung mit bis zu 2000 W Leistung steuern. Damit lässt sich ein Raum mit Heizung und Kühlung temperieren, ein Einkocher zur Nachgussbereitung betreiben oder die Temperatur eines Gärkühlschranks oder einer Single-Step-Maische konstant halten.

Der programmierbare Temperaturregler ITC-310T kann zusätzlich bis zu sechs Temperaturen in sechs Zeitintervallen halten. Damit scheint er auf den ersten Blick als vollwertige Brausteuerung für Maischprozesse mit bis zu sechs Rasten einsetzbar zu sein – allerdings sind die Intervalle ein starres Zeitschema, das die Aufheizzeiten zwischen den Rasten nicht ausblendet. Damit lassen sich genaue Rastzeiten kaum einhalten.

Das kompakte Gehäuse zwingt zu Abstrichen bei der Bedienbarkeit – alle Eingaben müssen über drei Folientasten unterhalb des Displays erledigt werden; unterschiedliche Funktionen müssen durch mehr oder weniger langes Drücken der Set-Taste angewählt werden. Die Preise von unter 50 Euro lassen aber über einige Nachteile hinwegsehen.

Fazit

Die aktuelle Auswahl an Brausteuerungen ist vielfältig und die Entscheidung für ein System schwierig. Sie hängt neben technischen Anforderungen wie der nötigen Heizleistung auch von der persönlichen Arbeitsweise ab. Ob man einen autonomen Temperaturcontroller oder ein vernetztes Gerät vorzieht, ob man die Steuerung komplett selbst baut, einen Bausatz oder ein fertiges Gerät kauft, muss jeder Brauer für sich entscheiden.

Möglicherweise heißt die Entscheidung aber auch, ganz auf Elektronik zu verzichten und auf die meditative Entspannung durch Handarbeit zu setzen.

Solltet ihr weitere wichtige Brausteuerungen kennen, die hier nicht aufgeführt sind, meldet euch bitte per Kommentar. Wir werden den Artikel dann bei Bedarf weiterführen.


Abbildungen:

  • Titel: Collage aus Wikipedia-Grafiken
  • Abbildungen 1, 2, 7, 8 und 9: Herstellerfotos
  • Abbildung 3: User "Samba und Bier" im Forum hobbybrauer.de
  • Abbildung 4: User "Dunkelbrauer" im Forum hobbybrauer.de
  • Abbildung 5: Web-2.0-Mash-Screenshot von Fango-Bräu
  • Abbildung 6: CraftBeerPi-Dashboard-Screenshot
Quellen:

Ein Kommentar zu “Brausteuerungen

  1. andre

    Hi,
    viel­leicht könn­te euch auch mei­ne Brau­steue­rung inter­es­sie­ren unter mikroSikaru.de . Dabei han­delt es sich um eine rela­tiv klei­ne kom­pak­te Brau­steue­rung, die über Blue­tooth mit einem Andro­id Mobil­ge­rät ver­bun­den wer­den kann. Rezep­te wer­den auf dem Mobil­ge­rät erstellt oder kön­nen vom klei­nen Brau­hel­fer impor­tiert wer­den. Die Auf­zeich­nung erfolgt auch auf dem Mobil­ge­rät. Eine städ­nige Ver­bin­dung zwi­schen Steue­rung und Mobil­ge­rät ist aber nicht not­wen­dig, da das Gerät nach rezept­ein­ga­be soweit auto­nom Arbei­ten kann, zumin­dest wenn kei­ne Benut­zer­ein­ga­ben not­wen­dig sind.
    Ich hat­te schon ein­mal eine ande­re eigen­stän­di­ge Brau­steue­rung ent­wi­ckelt, die ich da spä­ter dann unter der Bier­li­zenz ver­öf­fent­licht hat­te zwieselbrau.wordpress.com/2015/10/22/mikrosikaru/
    Schö­nen Gruß
    André

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