mercredi 8 janvier 2020

Café-in-the-loop

Ce projet personnel a pour objectif d'améliorer la qualité de mon espresso matinal fait avec ma petite mais fière machine espresso Saeco Aroma vieille de 16 ans , toujours en état impeccable de fonctionnement, sans aucune réparation. (Cela me fait penser à ma Camry 2000;)

Pour ce faire, j'ai connecté ma Saeco au simulateur en temps-réel OP4200, gracieusement fourni par ma compagnie Opal-RT Technologies. J'utilise le OP4200 en mode Rapid Control Prototyping (RCP), avec pour but de développer et tester rapidement quelques modes de controle améliorés sur ma Saeco Aroma.


Image 1: Laboratoire de café RCP


Image 2: interrupteurs, connecteurs et SSR (Solid-State-Relay)


Quelques constats

J'ai mesuré le débit de la pompe à enviton 7.5ml/s à vide et un peu moins avec du café bien tassé.

La chaleur spécifique de l'eau étant de 4.19 kJ/kg°C (ou encore kJ/litre°C), il faudrait un chauffe-eau de 2.2kW pour emmener l'eau de 22°C à 92°C au débit à vide. Hors le chauffe-eau de la Saeco Aroma est de 0.85kW environ... Et ce chauffe-eau est très petit... Même en controle PID, la température de l'eau va chuter durant l'extraction.

Il y a aussi un bon délai (5-10 sec) entre l'action du chauffe-eau et le changement de température lue, ce qui complique le controle. 
Fait intéressant, en mode normal, la Saeco Aroma actionne son chauffe-eau si la température descend en bas de 70 °C et le met à OFF au dessus de 82-83 °C. Avec le délai, la température finale de l'eau monte à 92°C en mode normal (bien que le chauffe-eau se coupe à 82°C)!

Solution trouvée

Il faut réduire le débit d'eau durant l'extraction en modulant l'action de la pompe pour obtenir un débit moyen plus faible tout en actionnant le chauffe-eau à 100% durant ce temps.

Image 3: Comparaison de la temperature de l'eau durant une extraction standard et avec une modulation à 50% de la pompe

Notes de dégustation

De nombreux facteurs influencent la percpetion du goût d'un bon café espresso, parmi lesquels:
- la température d'extraction du café (idéal entre 92 et 95°C)
- la qualité du café et la finesse de sa mouture
- le moment de la journée
- le taux de caféine dans le sang (pour les accros)
- l'ambiance et les gens avec qui vous faites la dégustation

Il m'a semblé que mon expresso-RCP était légèrement meilleur qu'avant. Mais je devrai faire quelques tests de plus avant de conclure.

What's next

Ma laveuse vient de briser cette semaine... 18 mois d'usage, my god...:(  En roulant les diagnostic, j'ai déterminé que la carte de controle principale est en défaut. Donc, je vais peut-etre bien connecter RT-LAB à ma laveuse et voir si je peux laver plus blanc!

Défi Coffee-HIL aux bureaux de Opal-RT à Montréal (update 27 février 2020)

Ma compagnie Opal-RT désire utiliser mon montage Café-in-the-loop lors de show aux USA et en Allemagne et nous avons fait un essai le 18 février 2020 pour roder le tout et identifier des problèmes. Le tout a été filmé et voici le résultat:




L'essai a permis d'identifier quelques problèmes, notamment que mon thermistor avait parfois des problèmes électriques. Il doit être remplacé incessamment.

Lors de ce test, les gens ont préféré mon café-HIL au café standard par 10 contre 4. Mais de nombreuses erreurs méthodologiques me font penser que ce vote n'est pas un bon indicateur. Par exemple, les filles qui faisaient le café standard sur leur machine remplissaient un gros verre de café pour ensuite le verser dans de petits verres en styromousse: la dilution du café et sa température sont alors altérées grandement par rapport à mon café-HIL. Je faisais ce dernier directement dans des tasses en styromousse en petites quantités à la fois.

Mais malgré ces petits détails, l'expérience fut très plaisante et concluante sur un point important: les gens aiment le café en général et ils aiment aussi en parler beaucoup. Pour une exposition, c'est selon moi une démonstration excellente pour rejoindre des gens et engager la discussion.

4 commentaires:

  1. Cool la patente :), mais là faut que tu explique c'est quoi le simulateur OP4200. C'est un appareil auquel tu fais passer le courant issus des devices? ou bien tu lui mets des capteurs à ce simulateur (ou les 2)?

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  2. Salut Moncef,
    le OP4200, c'est en gros un controlleur de recherche avec des points d'entrée-sortie (I/O en anglais) qui se connecte au procédé à controller, ici la machine espresso.
    Sur une des photos, on voit 3 connecteurs sur le coté de ma machine espresso: 1 des ces connecteurs est connecté à un thermistor que j'ai ajouté pour lire la température et est connecté à une entrée 'Analog Input' du OP4200. Ce dernier lit ainsi la température et peut agir en actionnant le chauffe-eau. Pour ce faire le OP4200, a des sorties 'Digital Output' (DO), ces DO actionnent une switch que j'ai ajouté à l'arrière de ma machine (SSR Solid-State-Relay). Ce SSR applique le 120V au chauffe-eau à partir du signal de DO. Le 3e fil est le DO qui actionne la pompe (avec SSR aussi).

    Le procédé pourrait être aussi ma machine à laver, une automobile ou ncore un avion, dans un ordre de complexité croissante. Dans ces industries en effet, des simulateurs comme le OP4200 sont utilisés pour développer ces produits.

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  3. Idéalement ça prendrait un autre petit réservoir afin de recirculer l’eau chauffée à partir du boiler pour d’atteindre 92-95C (en préparation pour l’extraction). Ça prendrait donc additionnement : 1 petit réservoir (assez pour 2 shots de café), temperature switch(es) et une recirculation valve (pour passer de recirculation à extraction). Le hic est que la pompe et la tuyauterie devraient maintenant tolérer 92-95C. La valve serait activée par la(les) switch(es) ajoutée(s).
    Même en modulant la pompe pour réduire le débit et en gardant le boiler sous tension, je trouve que le gain en température est encore loin de l’objectif 92-95C. Cependant, bravo pour l’effort et la créativité. C’est à se demander si l’équipe de Saeco a fait ses devoirs. Je regardais pour un PID REX-C100 et un SSR pour contrôler le boiler, mais après votre article, mon niveau de motivation est tombé à plat.
    J’en suis à ma deuxième Saeco Aroma (pour ma première, la pompe est morte et le dessous était tout rouillé).

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  4. Bonjour Jocelyn,

    lors de l'infusion, le PID est saturé, l'élément est toujours à ON, et ça ne suffit pas à maintenir la température. Je dois alors ralentir la vitesse d'extraction. Le PID de contrôle de température n'a finalement que peu d'influence sur l'expérience.

    Selon mes recherches de barista, le temps d'extraction d'un expresso double devrait être de 30 secondes. Je me rend compte maintenant qu'avec une mouture plus fine, on peut ralentir la vitesse d'extraction simplement.

    C'est finalement un peu ce que je fais en modulant la pompe.

    Pour ce qui est des ingénieurs de Saeco, je suis plutôt impressionné parce que système de chauffage a un délai important et est très difficile à contrôler de ce fait. Lors du chauffage, l'élément de met à OFF à environ 82C et la température finale n'est jamais trop loin du 92C. C'est donc qu'ils ont bien étudié le comportement thermique: les 10 derniers degrés ne sont pas contrôlés et évoluent librement.

    Un bon truc pour garder la Saeco en bon état est d'utiliser de l'eau filtrée avec un Brita. Je n'ai jamais détartré la mienne en 15 ans.

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