Was ist eine PID-Steuerung?

KaffeeTechnik Seubert GmbH
2022-03-15 13:28:00 / Kaffeewissen
Was ist eine PID-Steuerung? - Was ist eine PID-Steuerung?

Die PID-Steuerung, regelt bei Siebträgern die Brühwassertemperatur. Vereinfacht gesagt, denn sie kann noch viel mehr.

Wer nicht einfach auf die Standardeinstellungen seines Siebträgers vertrauen, sondern sich selbst auf die Suche nach dem perfekten Espresso machen möchte, der wird sich schnell mit dem PID-Regler seiner Maschine beschäftigen. Um zu verstehen was hinter der PID-Steuerung steckt, braucht es zwar ein wenig Technikverständnis, aber keine Sorge, man muss auch kein studierter Ingenieur sein.

Die Buchstaben PID stehen für Proportional, Integral und Differential. Im Gegensatz zu einem Einpunkt- oder Zweipunktregler handelt es sich dabei um einen sogenannten kontinuierlichen Regler. Die zu regelnde Größe ist dabei die Regelabweichung, also die Abweichung von Soll- und Ist-Zuständen zu einem bestimmten Zeitpunkt.

PID: Proportional – Integral – Differential

In der simpelsten Variante eines PID-Reglers, verstärkt dieser die Abweichung (= Proportional), und ermöglicht es die zeitliche Änderung (= Differential) der Abweichung, und der aufsummierten Fehler über den Zeitabschnitt (= Integral) bei den Einstellungen mit einzubeziehen.

Warum ist die PID-Steuerung wichtig?

Für die Qualität eines Espresso gibt es viele Faktoren, einer der wichtigsten ist eine konstante Wassertemperatur während des Brühvorgangs. Hier kommt die PID-Steuerung des Siebträgers ins Spiel. Sie soll helfen eine vom Volumen des Kessels unabhängige Brühtemperatur konstant halten.

Sehen wir uns die drei Bestandteile noch etwas genauer an:

  • Der Proportional-Anteil misst die Abweichung von Soll- zu Ist-Temperatur des Brühwasser, proportional zur jeweiligen Stellgröße, in diesem Fall die Heizung des Boilers. Je größer die Abweichung, desto stärker wird die Heizleistung gedrosselt. Tipp: Ist der Proportional-Anteil im Vergleich zu den beiden anderen Faktoren besonders hoch eingestellt, neigt der Kessel zu Schwingungen.
  • Der Integral-Anteil summiert die Temperaturabweichungen auf, und korrigiert sie entsprechend. Sind die gemessenen Temperaturen zum Beispiel zu niedrig, wird die Heizung so lange angefeuert bis der Sollwert erreicht ist.
  • Der Differenzial-Anteil nimmt Bezug auf die erwarteten Abweichungen, d. h. wenn zum Beispiel über einen Zeitraum die Temperatur steigt, fährt der Differenzial-Anteil die Heizung langsam zurück, so dass sich die Temperatur dem Soll-Wert langsamer annähert und es dann nicht zu erneuten starken Abweichungen kommt.

Der PID Regler – Eine Frage der Zeit

Die drei Einstellungen kann man also auch zeitlich einordnen, um sich ihre Funktion besser vorstellen zu können:

  • Gegenwart: Der Proportional-Anteil misst die aktuelle Abweichung der Wassertemperatur.
  • Vergangenheit: Der Integral-Anteil summiert bereits angefallene Temperaturabweichung.
  • Zukunft: Der Differential-Anteil bezieht sich auf zukünftig zu erwartende Abweichungen.

Man kann also festhalten:

Ein Unterschied zwischen den einzelnen Anteilen liegt also darin, auf welche Werte sie Bezugnehmen. Der Proportional-Anteil nimmt auf die aktuellen Messwerte Bezug, der Integral-Anteil bezieht die vorangegangenen Werte mit ein, der Differenzial-Anteil die erwarteten Abweichungen.

Welche Siebträger benötigen eine PID-Steuerung?

Sinn und Zweck einer PID-Steuerung ist es, wie bereits erwähnt, die Temperatur des Brühwassers konstant zu halten. Das macht ihren Einsatz natürlich gerade bei den Einkreisern unter den Espressomaschinen sinnvoll. Bei Einkreisern wird während des Bezugs das Wasser aus dem Tank in den Kessel befördert. Da das frische Wasser in der Regel kalt ist, führt dies zu einer Abkühlung des Kesselwassers. Da es sichdabei um einen Einkreiser handelt, sind Kesselwasser und Brühwasser identisch. Es entsteht also eine Temperaturänderung, auf die reagiert werden muss.

Ob eine PID-Steuerung bei Zweikreisern deshalb überflüssig ist, ist eine unter Siebträger-Freunden oft diskutierte Frage. Die einen behaupten, durch das komplexere System bei zwei Kreisen, das Kessel- und Brühwasser besser trennt, wäre eine zusätzliche Regelung nicht mehr notwendig. Die anderen weisen daraufhin, dass sich über die PID-Steuerung der Sollwert genauer einstellen lässt, was bei vielen Kaffeesorten von Vorteil ist. Durch die auf diese Weise zum einen individuell und zum anderen natürlich konstant einstellbare Brühwassertemperatur, kann übrigens auch das Cupping, das Kaffeeverkosten, ermöglicht werden, da der Barista für die unterschiedlichen Zubereitungsarten und Kaffeesorten die gleichen Grundbedingungen herstellen kann.