爬文分享 - 義式咖啡機PID溫度控制架構實務上不利於蒸氣的使用

連續假日閒閒爬文研究如何把Pressurestat開關的鍋爐加熱電路，改為透過SSR或Contact Relay的方式來轉接。這方式HB論壇有不少改裝實例，可以延長Pressurestat上電路開關的壽命。

其中也爬文找到一篇文章，論述熱交換器咖啡機為何不太需要使用PID，其中論述到市面上現有雙鍋爐咖啡機的蒸氣鍋爐與沖煮鍋爐共用一組PID控制器，無法獨立調整各自的PID數值，對蒸汽鍋爐的控制其實是很妥協，無法最佳化。作者說他呼籲咖啡機廠商，應該以二組PID控制器來各自獨立控制沖煮鍋爐與蒸氣鍋爐。

我公司從事遙控模型商品的代理銷售，其中陀螺儀高度應用到遙控直升機與多軸飛行器(穿越機與空拍機)，陀螺儀算對PID控制做到非常極致與細膩的應用，所以對於PID算很熟。反之PID在咖啡機或者溫度的控制上，在我們看來簡直是殺雞用牛刀，但也用得很好，非常突破非常有效。

PID三個參數，口語化以汽車定速來解釋：

P-最大油門加速%數控制 (P Gain值愈高，到達目標速度的時間愈短，但over shooting衝過頭的力道與差距也會比較大)

I-到達目標速度的減速回饋控制 (I Gain值越高，減速介入越慢，會有可能衝過頭，但會較早達到目標速度。反之值越低，介入時間越早，衝過頭的力道會變小，衝過頭的差距變小，但較晚達到目標速度)

D-預測達到目標速度與時間關係的回饋控制 (D Gain值對達到目標速度之單位時間增量值運算，D Gain值越高回饋修正越快，越不會衝過頭)

PID 三者運算後再送出油門量所需的調整值給油門控制以維持住定速，隨著上坡，下坡，順風，逆風，PID控制單元就會不斷運算並對油門%不斷送出調整的控制訊號。


回到咖啡PID的溫度控制主題

沖煮頭用PID控溫，原廠根據機器設定的目標出杯數，測出沖煮可能的降溫，會調整出最佳化的PID控制數值，使用者所需要的微調應該不多。

那篇文章提到蒸氣的使用其實與壓力比較有關，與溫度比較間接。所以當開始打奶泡的時候，最佳的控制應該是加熱控制要全功率開啟(就是最大功率加熱)，這樣才能避免蒸氣鍋爐降壓太多。但目前雙鍋爐咖啡機因為共用一組PID控制模組(雙通道，可以控制兩組不同的溫度)，因為PID已經設定給沖煮鍋爐最佳化了，所以開始打奶泡時壓力雖然降，但是溫度下降不大，所以PID對它的控制就不是全功率加熱(有可能是溫和低於50%功率的加熱控制)，所以蒸氣壓力下降會比熱交換的同容量機器明顯。作者建議咖啡機廠商如果能用另一組獨立的PID來控制，就可以設定成不同的參數，針對使用蒸氣時對蒸氣鍋爐的降溫做全功率輸出控制，來達到蒸氣壓力相對比較不會掉的目的。

我自己是使用熱交換機器，對雙鍋爐機器不熟。但在01咖啡版曾經看過一篇留言認為熱交換機器的蒸氣比較給力，當時看完那則留言完全沒有任何概念。今天看到國外的這篇文章，覺得有點道理，就分享一下，也請資深有雙鍋爐的玩家們分享一些此方面的經驗。