Samovar-Projekt — ein ESP32-Controller für Rektifikation, Destillation und Brauen

Schema des Destillationsprozesses am Samovar-Controller (graue Version)

Samovar-Projekt: Automatisierung für Rektifikation, Destillation, Brauen und Käseherstellung

Ein offenes Projekt für ESP32 und ESP32-S3. Prozessprogramme, eine Weboberfläche und mobile Apps.

Unser Motto: „Sicherheit zuerst!“

Samovar ist ein offener Controller für Rektifikation, Destillation, BK und NBK (Maischekolonne und kontinuierliche Maischekolonne), Brauen, Käseherstellung und Sous-vide. Er steuert Heizung, Pumpen, Ventile und die Abnahme nach einem Programm. Den Prozess verfolgen Sie auf dem Display, im Browser, in den Android-/iOS-Apps und auf der Website. Welche Funktionen verfügbar sind, hängt von der Hardware und der Firmware-Konfiguration ab.

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Überwacht die Temperatur

Fünf Temperatursensoren überwachen den Dampf, den Kolonnenschuss, die Brennblase, das Wasser und das TCA (Atmosphärenentlüftungsrohr). Die Messwerte fließen in Prozessprogramme und Schutzfunktionen ein; welche Sensoren genutzt werden, hängt vom Modus und von der Konfiguration ab.

Steuert im Rektifikationsmodus Abnahmegeschwindigkeit und -menge

Eine Schlauchpumpe mit Schrittmotorantrieb sorgt für die Abnahme mit einer eingestellten Geschwindigkeit in Litern pro Stunde und nach Menge. Für eine genaue Dosierung wird die Pumpe vorher kalibriert.

Automatisiert den Rektifikationsprozess

Das Programm legt die Abnahmestufen und Pausen fest. Der Detektor für Verunreinigungsdurchbruch analysiert den Temperaturtrend mit Druckkorrektur: Je nach Einstellung verringert er die Geschwindigkeit, hält die Abnahme an und setzt sie nach der Stabilisierung fort.

Trennt nach Fraktionen

Ein Servoantrieb wechselt die Auffangbehälter nach dem Programm. Vorlauf, Mittellauf, Nachlauf und Zwischenfraktionen lassen sich getrennt auffangen, wobei Menge und Geschwindigkeit für jede Stufe eingestellt werden.

Ermöglicht Fernüberwachung und Fernsteuerung

Steuern Sie den Controller über die lokale Weboberfläche, die Android-/iOS-Apps und die Website samovar-tool.ru. Protokolle, Meldungen und Diagramme der ganzen Sitzung sind auf der Website und in den Apps verfügbar; Alarme kommen als Benachrichtigungen an.

Enthält eine Sicherheitsgruppe

Die Überwachung von Temperaturen, Druck, Kühlwasser sowie von Sensor- und Reglerfehlern hilft, den Prozess im Notfall zu stoppen. Ein Flutungssensor und ein Notausschalter werden unterstützt. Die Schutzfunktionen hängen von der angeschlossenen Hardware ab und ersetzen keine Sicherheit auf Hardwareebene.

Arbeitet im Destillationsmodus

Die Destillation läuft nach einem Programm und endet bei einer bestimmten Temperatur oder bei einer Änderung des berechneten Alkoholgehalts in der Brennblase oder im Dampf. Die Oberfläche zeigt eine Prognose für die Zeit bis zum Ende der Stufe und des Prozesses.

Arbeitet im Brauereimodus

Das Programm steuert das Einmaischen des Malzes, Temperaturrasten, Kochen, Abkühlen und Gärung. Brauanlagen nach BIAB, HERMS und RIMS, BeerXML-Import, eine Pumpe und ein Rührer werden unterstützt, sofern die entsprechende Hardware vorhanden ist.

Arbeitet im Sous-vide-Modus

Der Controller hält die Wassertemperatur nach einem Programm für das Garen mit Sous-vide. Stellen Sie Temperatur und Dauer der Stufen passend zum gewählten Gargut und zur Ausrüstung ein.

Diagramme der ganzen Sitzung, Cloud-Protokolle und Meldungen helfen Ihnen, den Prozess zu verfolgen und das Ergebnis auszuwerten. Nach einem Notneustart wird das Programm wiederhergestellt; ein Neustart innerhalb von 30 Minuten setzt dieselbe Protokollsitzung fort. Das bedeutet nicht, dass die Heizung automatisch eingeschaltet wird.

Bitte beachten: Das ist ein nichtkommerzielles Projekt!

Diskussion des Projekts im Forum: https://forum.homedistiller.ru/index.php?topic=367128.120#msg13883184
Dort können Sie alle Fragen stellen.

Video darüber, wie der Samovar funktioniert

Wozu man einen Samovar braucht

So bauen und konfigurieren Sie einen Samovar selbst

Sicherheitsregeln für Destillation und Rektifikation

Vergleich mit anderen Projekten

Der Vergleich zeigt die Unterschiede zwischen den Ansätzen. Die Möglichkeiten einzelner Geräte, Versionen, Forks und Plugins können abweichen; prüfen Sie vor der Wahl die Dokumentation. BrewPi und BrewPiLess sind getrennte Projekte, keine einheitliche Hardwareplattform. Auch die Funktionen des Samovar hängen vom Aufbau und von der angeschlossenen Hardware ab.

Rektifikation/Destillation

Vergleichen wir den Funktionsumfang des Samovar-Projekts mit kommerziellen Lösungen für Rektifikation und Destillation und teilen wir diese in drei Kategorien ein:

Einfache digitale Regler (zum Beispiel gängige fertige PID-Regler, Regler von Still Spirits und Ähnliche).
Fortgeschrittene Hobbyregler (zum Beispiel Systeme von HomeDistiller, individuelle Aufbauten bekannter Anlagenhersteller).
Industrielle/Labor-SPS-Systeme (speicherprogrammierbare Steuerung, SPS).

Funktionsvergleich für Destillation/Rektifikation

Funktionsblock	Samovar-Projekt (Selbstbau)	Einfacher Regler	Fortgeschrittener Hobbyregler	Industrielle SPS
1. Grundlegende Steuerlogik	Steuerung nach Programm und Ereignissen. Die Logik hängt von Stufe, Temperatur, Druck, Zeit und Ereignissen.	Statisches Halten eines Parameters. Meist ein Thermostat: Er hält eine eingestellte Temperatur oder Leistung.	Schrittweise Programmierung. Ausführung eines Rezepts wie: „auf 80 °C erhitzen -> 20 min halten -> auf 90 °C erhitzen“.	Programmierbare Logik. Jede Beziehung zwischen Parametern, auch die komplexeste, lässt sich umsetzen.
2. Leistungssteuerung	Steuerung eines externen Leistungsreglers; der Algorithmus hängt vom Modus ab.	Ein/Aus- oder PID-Regelung, je nach Modell und Ausgang.	Der Algorithmus und die Leistungsstufe hängen vom jeweiligen Gerät ab.	Die Algorithmen und die Rückmeldung werden durch das Projekt festgelegt.
3. Steuerung der Produktabnahme	Schlauchpumpe: Geschwindigkeit in L/h, eine eingestellte Menge; ein Servoantrieb wechselt die Behälter.	In der Regel ist eine separate Einheit zur Abnahmesteuerung nötig.	Die Unterstützung für Pumpen, Ventile und Dosierung hängt vom Modell ab.	Wird für die gewählten Aktoren umgesetzt.
4. Anpassung an den Prozess	Luftdruckkorrektur, Detektor für den Temperaturtrend, Geschwindigkeitsverringerung und Abnahmepause nach den Einstellungen; Lua.	Reaktion auf eine Abweichung des Messparameters; zusätzliche Funktionen hängen vom Modell ab.	Übergangsbedingungen und adaptive Algorithmen hängen vom Modell ab.	Die Algorithmen werden für die Anlage entwickelt.
5. Oberfläche und Überwachung	Modern. Eine Weboberfläche mit Echtzeit-Diagrammen, Fernzugriff, ein lokales LCD.	Einfach. Eine Digitalanzeige und ein paar Tasten.	Funktional, aber nüchtern. Oft ein Text-LCD, optional Datenausgabe an einen PC über RS-485/USB.	Industriell. SCADA-Systeme mit vollständiger Prozessvisualisierung, Archivierung und Berichten.
6. Sicherheit	Überwachung von Temperaturen, Wasser, Druck sowie von Sensor- und Reglerfehlern; zusätzliche Schutzfunktionen, wenn die Hardware vorhanden ist.	Prüfen Sie die konkreten Schutzfunktionen und das Verhalten bei einem Sensorausfall.	Prüfen Sie die Hardware- und Softwareschutzfunktionen des jeweiligen Modells.	Redundanz und zertifizierte Komponenten sind möglich, aber nicht bei jedem SPS-System vorgeschrieben.
7. Integrationen (IoT)	Website und Android-/iOS-Apps; MQTT ist optional, wenn es in der Konfiguration aktiviert ist.	Die Kommunikationsschnittstellen hängen vom Modell ab.	Protokolle, Apps und Integrationen hängen vom Modell ab.	OPC UA, Modbus, Profinet und andere Protokolle, je nach Plattform.
8. Ungefähre Kosten	Die Kosten hängen von Sensoren, Antrieben und Leistungsstufe ab; die Bauzeit muss berücksichtigt werden.	Vergleichen Sie den Preis eines kompletten Sets, nicht den eines einzelnen Reglers.	Der Preis hängt von Konfiguration, Garantie und Support ab.	Ausrüstung, Lizenzen, Entwicklung und Inbetriebnahme werden je Projekt berechnet.

Einordnung des Samovar im Vergleich zu anderen Destillationsprojekten

Im Vergleich zu einem eigenständigen Temperaturregler steuert der Samovar nicht nur die Temperatur, sondern auch die Prozessstufen sowie Geschwindigkeit und Menge der Abnahme. Das ist nützlich, wenn mehrere Geräte aufeinander abgestimmt arbeiten müssen.
Bei der Wahl zwischen dem Samovar und einer fertigen Hobby-Automatisierung lohnt es sich, Abnahmesteuerung, Behälterwechsel, Programme und die Erweiterbarkeit der Logik zu vergleichen. Dafür hat der Samovar offenen Quellcode und Lua; die Möglichkeiten eines fertigen Geräts hängen vom Modell ab.
Mit dem SPS-Ansatz hat der Samovar die programmierbare Logik für die Arbeit mit Sensoren und Aktoren gemeinsam. Das macht einen selbstgebauten Controller aber nicht gleichwertig mit einem Industriesystem, was Zuverlässigkeit, Zertifizierung oder Hardwareschutz betrifft.

Fazit:

Die Stärken des Samovar bei Rektifikation und Destillation sind die programmierte Abnahme, die Arbeit mit mehreren Behältern und die Möglichkeit, die Logik an den eigenen Aufbau anzupassen. Die Wahl hängt von der Ausrüstung, den benötigten Funktionen und Ihrer Bereitschaft ab, die Einrichtung selbst zu übernehmen.

Der wichtigste Zielkonflikt ist der Komfort eines fertigen Geräts gegenüber der Flexibilität eines selbstgebauten. Bei einer kommerziellen Lösung prüfen Sie den Lieferumfang, die Garantie und den Support; beim Samovar planen Sie die Zeit für Aufbau, Einrichtung und Sicherheitsprüfungen ein.

Funktionsvergleich für den Brau-Modus

Unten finden Sie einen Funktionsvergleich des Samovar-Projekts mit anderen beliebten Open-Source-/Selbstbauprojekten für die Brauautomatisierung.

Zum Vergleich nehmen wir mehrere bekannte Projekte, die unterschiedliche Ansätze vertreten:

BrewPi / BrewPiLess: Historisch eines der bekanntesten Projekte für die Gärungssteuerung von Bier.
CraftBeerPi (v3/v4): Ein sehr beliebter und modularer Controller für das Brauen (Maischen, Kochen), der auf einem Raspberry Pi läuft.
ArdBir / ESPurno: Einfachere Arduino-/ESP-Controller, die vor allem auf den Brauprozess ausgerichtet sind.

Vergleich nach Schlüsselparametern

Funktionsblock	Samovar-Projekt	BrewPi / BrewPiLess	CraftBeerPi 4	Typische Selbstbauprojekte (ArdBir und andere)
1. Verwendungszweck	Rektifikation, Destillation, BK, NBK, Brauen, Käseherstellung, Sous-vide.	Spezialisiert. Vor allem präzise Steuerung der Gärtemperatur.	Spezialisiert. Der gesamte Brauzyklus (Maischen, Kochen).	Spezialisiert. Meist nur Brauen (Maischen).
2. Flexibilität der Automatisierung	Stufenprogramme und eigene Lua-Skripte.	Mittel. Temperaturprofile (ein Diagramm „Temperatur über Zeit“).	Hoch. Schrittweise Rezepte, ein flexibles Plugin-System zur Erweiterung.	Einfach. Fest einprogrammierte Logik, höchstens das Einstellen von Temperaturrasten.
3. Steuerung der Ausrüstung	Präzise und umfassend. Steuerung eines Schrittmotors (präzise Abnahme), eines Servoantriebs (Behälterwechsel), stufenlose Leistungsregelung.	Präzise. PID-Regelung von Heizen und Kühlen zum Halten der Temperatur.	Modular. Steuerung von Ventilen, Pumpen und einem Rührer über Relais. PWM für die Leistung.	Einfach. Hauptsächlich Ein/Aus-Steuerung über Relais.
4. Oberfläche und Überwachung	Weboberfläche, LCD, Android/iOS, Website und Diagramme des Sitzungsverlaufs.	Weboberfläche. Eine Weboberfläche zum Einrichten des Profils und zum Ansehen des Diagramms.	Fortgeschritten. Eine moderne Weboberfläche, ein frei anpassbares Dashboard.	Einfach. Meist nur ein LCD-Display, selten eine einfache Weboberfläche.
5. Integrationen und IoT	Website und Apps; MQTT ist optional. I2CStepper zur Erweiterung der Steuerung.	Die Verfügbarkeit von MQTT, externen Sensoren und Benachrichtigungen sollte für die jeweilige Version, den Fork und die Plugins geprüft werden.	Die Verfügbarkeit von MQTT, externen Sensoren und Benachrichtigungen sollte für die jeweilige Version, den Fork und die Plugins geprüft werden.	Die Verfügbarkeit von MQTT, externen Sensoren und Benachrichtigungen sollte für die jeweilige Version, den Fork und die Plugins geprüft werden.
6. Hardwareplattform	ESP32 und ESP32-S3.	Hängt vom Projekt und von der Version ab: BrewPi und BrewPiLess nutzen unterschiedliche Hardwarelösungen.	Raspberry Pi. Ein vollwertiger Computer, höhere Kosten und höherer Stromverbrauch.	Arduino/ESP8266.

Fazit und Einordnung des Samovar-Projekts

Der Samovar vereint mehrere Prozessmodi auf einer Hardwareplattform. Spezialisierte Projekte können bequemer sein, wenn Sie nur Gärung oder nur Bierbrauen brauchen.

1. Mehrere Prozesse. Neben dem Brauen unterstützt der Samovar Rektifikation, Destillation, BK, NBK, Käseherstellung und Sous-vide. BrewPi/BrewPiLess zielen vor allem auf die Gärung, CraftBeerPi auf die Steuerung einer Brauerei; das sind unterschiedliche Aufgaben, keine allgemeingültige Qualitätsrangfolge.

2. Erweiterbare Logik. Der Samovar nutzt Stufenprogramme und Lua. Andere Projekte haben eigene Wege der Erweiterung, darunter Plugins und Änderungen am Quellcode. Vergleichen sollten Sie das Szenario, das Sie brauchen, und den Aufwand, es umzusetzen.

3. Hardwareplattform. Der Samovar läuft auf ESP32 und ESP32-S3 und bietet eine eingebaute Weboberfläche. CraftBeerPi nutzt einen Raspberry Pi. Ein Mikrocontroller und ein Einplatinencomputer unterscheiden sich in Ressourcen und Wartungsaufwand; keine der beiden Varianten garantiert für sich allein die Zuverlässigkeit der gesamten Anlage.

4. Steuerung und Verlauf. Der Samovar bietet ein lokales Display, eine Weboberfläche, mobile Apps, Steuerung über die Website und Sitzungsprotokolle. Welche Funktionen verfügbar sind, hängt von der Hardware und den Verbindungseinstellungen ab.