Управление электрическим отопительным котлом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

 Комментарии к статье

Предлагаемый микроконтроллерный блок управления разработан и изготовлен взамен не обеспечивающего достаточного удобства эксплуатации штатного блока управления электрического котла отопления "ЭВАН ЭПО-7,5/220 B". Он может быть применен и для управления другими электронагревательными приборами.

После покупки и установки котла "ЭВАН ЭПО-7,5/220 B" выявились недостатки блока управления, которым он укомплектован. Главный из них - одновременное включение и выключение трех установленных в котле электронагревателей. Возникающие при этом броски тока и перепады напряжения в сети настолько велики, что вызывают сбои в работе некоторых, питающихся от нее же, электронных приборов. Случались даже выходы их из строя. Кроме того, мощный контактор, периодически включавший и выключавший нагреватели для поддержания заданной температуры, грохотал на весь дом, а висевший на стене блок, в котором он был установлен, при этом "подпрыгивал", пока не упал и не разбился. Было решено не ремонтировать этот блок, а разработать и изготовить новый, по возможности устранив недостатки и расширив выполняемые функции.

Новый блок управления был сделан четырехканальным с электронной коммутацией. Три канала управляют нагревателями с разносом по времени, что значительно снижает броски потребляемого от сети тока. Контактор используется лишь для аварийного отключения нагревателей в случае перегрева котла. Четвертый канал управляет водяным насосом системы отопления. Предусмотрен режим быстрого разогрева котла до заданной температуры при выключенном насосе с последующим его включением для подачи горячей воды в систему отопления.

Новая система, как и старая, стабилизирует температуру воды на выходе из котла, хотя есть возможность переключиться на ее стабилизацию на входе. Если подключить к блоку управления датчик температуры воздуха в помещении, система автоматически переходит в режим стабилизации этого параметра.

Схема нового блока управления вместе с датчиками температуры и исполнительными устройствами (нагревателями и водяным насосом) изображена на рис. 1. Систему отопления включают и выключают выключателем SA1, подающим сетевое напряжение на модуль питания. После этого начинают работать все остальные модули блока управления. На нагреватели ЕК1-ЕК3 напряжение 220 В поступает через контактор KM1, автоматы защиты сети SA3-SA5 и модуль симисторных коммутаторов, управляемых сигналами, формируемыми в микроконтроллерном модуле. Тип контактора - NC1 -25. Когда котел нормально работает, его контакты замкнуты.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

Цепь управления двигателем M2, приводящим в движение водяной насос, в которую входят автомат SA2 и один из каналов симисторного модуля, отличается лишь тем, что ее размыкание контактором KM1 не предусмотрено. Это необходимо, чтобы в случае аварийного отключения нагревателей насос продолжил работать, обеспечивая циркуляцию воды в системе отопления и ее ускоренное охлаждение. Теплоотводы симисторов, коммутирующих нагреватели и насос, обдувает двухскоростной компьютерный вентилятор M1 типоразмера 80x80x20 мм с напряжением питания 12 В.

К модулю симисторных коммутаторов подключены двухцветные светодиоды HL1-HL4. Их кристаллы красного цвета свечения включаются при подаче сетевого напряжения на входы соответствующих симисторных коммутаторов, а зеленые - при открывании их симисторов. В последнем случае цвет свечения светодиода становится желтым, это сигнализирует о том, что на нагреватель или насос сетевое напряжение подано. Диоды VD1-VD8 защищают светодиоды от обратного напряжения.

Датчики температуры воды на выходе из котла (BK1), на его входе (BK2), а также температуры воздуха в отапливаемом помещении (BK3) подключены к микроконтроллерному модулю через модуль питания и межмодульных соединений. На выводах датчиков BK1 - BK3 смонтированы детали фильтров (соответственно R1C1, R2C2, R3C3). К выводам 1, 2 датчиков и свободным выводам резисторов припаяны, согласно схеме, провода коротких отрезков стандартных USB-кабелей с вилками разъемов USB-A.

В качестве корпусов для датчиков ВК1 и ВК2 использованы стандартные автомобильные датчики температуры охлаждающей жидкости 19-3828, из которых удалены все "внутренности". Датчики DS18B20 вместе с припаянными к ним деталями и концами кабелей вставлены в образовавшиеся полости и залиты автомобильным герметиком.

После затвердевания герметика датчик ВК1 ввинчивают на место ранее имевшегося датчика температуры воды на выходе из котла. Диаметр и шаг резьбы подходят. Чтобы установить датчик ВК2, необходимо сделать вставку с резьбовым отверстием в трубопроводе, подводящем воду к котлу.

На датчик ВКЗ и конец ведущего к нему кабеля для защиты от внешних воздействий надевают отрезок термоусаживаемой трубки. Этот датчик помещают в удаленном от источников тепла и защищенном от сквозняков месте отапливаемого помещения.

С разъемом Х5 модуля питания и межмодульных соединений датчики ВК1-ВКЗ соединены кабелями, сделанными из USB-удлинителей с кабельными розетками USB-A. качестве термовыключателя SF1, сигнализирующего о недопустимом перегреве воды, использован ТМ108 - стандартный автомобильный выключатель вентилятора системы охлаждения двигателя. Место для его установки в котле имеется, шаг и диаметр резьбы подходят. Контакты этого выключателя замыкаются, когда температура воды в котле достигает 92 ^оС, что приводит к немедленному отпусканию якоря контактором KM1 и выключению всех нагревателей. Размыкаются контакты выключателя SF1 при понижении температуры воды до 87 ^оС.

Для анализа сигналов датчиков и формирования сигналов управления нагревателями и другими устройствами системы применен универсальный микроконтроллерный модуль, описанный в [1], со специально разработанной программой. Чтобы взамен графического ЖКИ подключить к нему светодиодные индикаторы, модуль подвергся небольшой доработке. Удален регулировавший контрастность ЖКИ подстроечный резистор R15 (нумерация элементов модуля - согласно схеме на рис. 1 в [1]). Освободившиеся в результате этого два контакта разъема X4 использованы для передачи дополнительных сигналов управления светодиодными индикаторами. Для этого контакт 2 соединен с выходом PC7 (выводом 28), а контакт 18 - с выходом PD7 (выводом 30) микроконтроллера DD1.

Схема подключаемого к микроконтроллерному модулю взамен ЖКИ модуля светодиодной индикации и управления изображена на рис. 2. В нем установлены трехразрядные семиэлементные светодиодные индикаторы HG1 - HG3 с общим катодом, на которые выводятся сведения о работе котла. Они зависят от выбранного режима работы системы отопления.

Рис. 2 (нажмите для увеличения)

Информацию для отображения на индикаторах HG1-HG3 микроконтроллер формирует в виде последовательного 24-разрядного кода, который три соединенных последовательно восьмиразрядных сдвиговых регистра преобразуют в параллельный код, подаваемый на аноды элементов индикаторов. Первый из этих регистров находится в микроконтроллерном модуле (DD2 по его схеме). Он обслуживает индикатор HG1. Два других (DD1 и DD2 в рассматриваемом модуле индикации) обслуживают соответственно индикаторы HG2 и HG3. Первым в 24-разрядный регистр загружается значение старшего разряда регистра DD2, последним - значение младшего разряда регистра DD2 микроконтроллерного модуля.

Светодиоды HL1-HL3 модуля индикации отображают сформированные микроконтроллерным модулем сигналы управления нагревателями, соответственно ЕК1, ЕК2 и ЕКЗ. Светодиод HL4 включается, когда температура воды в котле падает, а HL5 - когда она растет. С помощью кнопок SB1-SB4 переключают режимы работы системы и изменяют их параметры.

Схема модуля симисторных коммутаторов представлена на рис. 3. В нем четыре одинаковых канала. Позиционные обозначения элементов каждого из них снабжены префиксами, совпадающими с номерами каналов. Управляющие сигналы, сформированные микроконтроллерным модулем, поступают через разъем X1 на излучающие диоды симисторных оптронов 1U1-4U1, обеспечивающих гальваническую развязку между управляющими и исполнительными цепями.

Рис. 3 (нажмите для увеличения)

Примененные оптроны MOC3063 [2] имеют узлы привязки моментов открывания фотосимисторов к моментам перехода приложенного к ним напряжения через ноль. Это значительно уменьшает уровень коммутационных помех. Исполнительные элементы коммутаторов - мощные симисторы 1VS1-4VS1, установленные на теплоотводах, которые обдувает вентилятор M1 (см. рис. 1).

Узел управления этим вентилятором, подключаемым к разъему X3, собран на транзисторе VT1. Сигнал включения вентилятора поступает от микроконтроллера на разъем X2 одновременно с появлением на X1 сигнала, включающего любой из нагревателей, а снимается спустя установленное время после выключения последнего из работавших нагревателей. Это обеспечивает быстрое охлаждение нагревшихся симисторов.

Все силовые входы (через резисторы 1R5-4R5) и выходы (через резисторы 1R6-4R6) каналов коммутации соединены c разъемом XP4, к которому подключают светодиоды-индикаторы подачи сетевого напряжения на входы (контакты XT1-XT4) коммутаторов и его появления на контактах разъема X5, к которым подключены нагреватели и насос.

На рис. 4 изображена схема модуля межмодульных соединений и питания маломощных узлов. Трансформатор Т1 понижает сетевое напряжение 220 В до 15 В, которое затем выпрямляет диодный мост VD1. После сглаживания пульсаций конденсаторами С2 и С3 выпрямленное напряжение стабилизируют интегральные стабилизаторы DA1 и DA2. Первый выдает напряжение 12 В для питания реле K1 и вентилятора М1 (см. рис. 1), второй - 5 В для питания микроконтроллерного модуля. В модуле питания находится также узел управления контактором аварийного отключения нагревателей, состоящий из транзистора VT1 и реле K1.

Рис. 4 (нажмите для увеличения)

Разъем Х3 соединяют с микроконтроллерным модулем, а Х4 - с датчиками температуры. На разъем Х5 выведены сигналы управления нагревателями и насосом, а также питающие напряжения для модуля коммутации.

Детали каждого модуля блока управления котлом монтируют на отдельной печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж платы микроконтроллерного модуля имеется в [1]. Подстроечный резистор R15 на ней не устанавливают, а контакты 2 и 18 разъемаX4 соединяют с указанными ранее выводами микроконтроллера перемычками из изолированного провода. Других доработок не требуется.

Печатная плата модуля индикации и управления - двусторонняя. Чертеж ее печатных проводников изображен на рис. 5, а расположение деталей - на рис. 6. Если эта плата будет изготавливаться по технологии без сторон короткие отрезки неизолированного провода. Выводы деталей также пропаивают с двух сторон.

Рис. 5

Рис. 6

Остальные печатные платы - односторонние. Чертеж платы модуля симисторных коммутаторов показан на рис. 7. Соединения электродов 1 симисторов с контактными площадками на печатной плате выполняют изолированными проводами сечением не менее 2,5 мм². Вентилятор M1 закреплен на П-образных теплоотводах симисторов 1VS1 - 1VS4 (рис. 8). Для этого в верхних полках теплоотводов сделаны резьбовые отверстия. Чертеж платы модуля питания и межмодульных соединений изображен на рис. 9.

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ, С2-33, оксидные конденсаторы К50-35 или импортные, остальные конденсаторы - К73-17. Все микросхемы и индикаторы HG1-HG3 установлены в панели.

Блок управления отопительным котлом собран в корпусе от музыкального центра "LG" (рис. 10). На нижней металлической панели корпуса, которая стала задней панелью блока, закреплены все модули, контактор, автоматы защиты сети и другие крупные детали. Верхняя пластмассовая панель превратилась в переднюю. В ней сделаны отверстия для индикаторов и кнопок управления, а также для доступа к выключателю SA1 и автоматам защиты сети SA2-SA5. Боковые стенки корпуса обрезаны до нужных размеров. В нижней его части расположены разъемы для подключения датчиков температуры и внешних силовых цепей. Силовые цепи блока выполнены изолированным монтажным проводом сечением не менее 2,5 мм².

Рис. 10

Управляют котлом с помощью четырех кнопок, установленных в блоке индикации и управления. Изменить температуру стабилизации можно в любой момент кнопками SB4 "+" и SB3 "-". Если датчик, измеряющий температуру воздуха в помещении, не подключен, стабилизируется температура воды в котле. С подключением этого датчика на индикатор выводятся его показания и стабилизируется температура в помещении.

На индикатор HG1 модуля индикации и управления в рабочем режиме выводится при наличии датчика BK3 заданная температура воздуха в помещении, а без него - заданная температура воды в котле (на выходе или на входе в зависимости от установленного режима). На индикатор HG2 выводится измеренная температура воздуха в помещении или воды на выходе из котла. На индикатор HG3 при подключенном датчике температуры воздуха будет выведена измеренная температура воды на выходе котла, а при отключенном - на входе в него.

Нажатиями на кнопку SB1 "Режим" входят в сервисный режим и выбирают параметр, который предполагается изменить. Кнопкой SB3 "-" уменьшают, SB4 "+" увеличивают значение выбранного параметра. Нажатием на кнопку SB2 "Память" записывают значения измененных параметров в EEPROM микроконтроллера. Для восстановления параметров, заданных по умолчанию, т. е. возвращения к их значениям, действовавшим при первом включении системы, необходимо удерживать кнопку SB2 "Память" нажатой более 5 с. Когда раздастся непрерывный звуковой сигнал, кнопку можно отпустить.

В сервисном режиме на индикатор HG2 выводится буква П с номером регулируемого параметра, а на индикатор HG1 - его значение. Все регулируемые параметры, пределы их изменения и значения по умолчанию указаны в таблице. В нее включены также параметры, задаваемые в рабочем режиме, а потому не имеющие условных обозначений на индикаторе. Это значения поддерживаемой системой отопления температуры воды в котле или воздуха в помещении. Все параметры могут принимать только целые значения. Следует помнить, что программа микроконтроллера не проверяет их корректность. По этой причине, изменяя параметры, следует руководствоваться здравым смыслом и соблюдать осторожность.

Предусмотрены три способа выхода из сервисного режима. Во-первых, это происходит после нажатия на кнопку "Память" и записи информации в EEPROM. Во-вторых, автоматически через минуту после последнего нажатия на любую кнопку. В-третьих, в результате перебора всех параметров до выхода в рабочий режим. Все нажатия на кнопки сопровождаются подтверждающими звуковыми сигналами. Измененные значения параметров, не записанные в EEPROM, действуют только до выключения устройства.

При первом включении мик-роконтроллерного модуля с только что загруженной программой из нее в EEPROM микроконтроллера переписываются значения параметров, заданные по умолчанию. Но для этого EEPROM должна быть чистой (содержать 0FFH во всех ячейках), иначе информация переписана не будет, все параметры придется устанавливать вручную.

После инициализации датчиков температуры и системы индикации программа проверяет состояние термовыключателя SF1 и, если температура воды ниже допустимой, подает короткий звуковой сигнал готовности и включает контактор. Определив, какие датчики подключены, программа управляет нагревателями, поддерживая заданную температуру воды в котле или воздуха в помещении. Показания отсутствующего или неисправного датчика заменяются на индикаторе тремя тире.

При температуре ниже заданной включаются насос, вентилятор охлаждения симисторов и поочередно через заданные промежутки времени - нагревательные элементы. По достижении заданной температуры нагревательные элементы поочередно выключаются. По умолчанию насос продолжает работать, не выключаясь, но параметром П_2 можно задать его выключение через определенный параметром П_3 промежуток времени или при понижении температуры воды до заданного параметром П_4 значения. Вентилятор обдува симисторов выключается спустя установленное параметром П_10 время после выключения последнего нагревателя.

Когда температура уменьшится на заданное параметром П_1 число градусов, вновь будут включены нагреватели и цикл регулирования температуры повторится. Чем больше значение этого параметра, тем реже включаются, но дольше работают нагреватели.

Файлы печатных плат в формате Sprint Layout 5.0 и программу микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/03/epo_evan.zip.

Литература

1. Киба В. Универсальный микроконтрол-лерный модуль с графическим ЖКИ. - Радио, 2010, № 3, с. 28-30.
2. 6-pin DIP zero-cross phototriac driver optocoupler. - mkpochtoi.narod.ru/ MOC3061_MOC3062_MOC3063_zerocross_ ds.pdf.

Автор: В. Киба

Смотрите другие статьи раздела Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Обнаружен новый тип биомолекул 25.05.2021 Биологи довольно хорошо разбираются в основных молекулярных блоках, из которых состоят живые организмы. В них есть углеводы (например, крахмал), липиды (жиры), нуклеиновые кислоты (ДНК) и белки (мышцы). Они делятся на подтипы; например, целлюлоза и сахара - это углеводы. Кроме того, существуют комбинации между этими группами, например, различные сахара соединяясь с липидами в красных кровяных тельцах, определяют группы крови. Гликаны - это цепочки молекул сахара, которые могут прикрепляться к жирам и белкам в процессе, называемом гликозилированием, помогая им переноситься через клетку или складываться в правильные формы. Они участвуют во многих фундаментальных процессах биологии, от развития эмбрионов до распознавания патогенов. Но сейчас исследователи, во главе с биохимиком Райаном Флинном, который работает в Бостонской детской больнице, обнаружили, что гликаны также могут присоединяться к некодирующим РНК. Они установили это, пометив молекулы гликоля сиаловой кислотой в лабораторных клетках и заием извлекая из них РНК. Некоторые из РНК имели сахарное покрытие, меченное сиаловой кислотой. Это было неожиданностью, потому что ранее считалось, что РНК функционирует только внутри клеток - в их ядрах и жидкости, тогда как гликаны обычно отделены от них мембранами в органеллах клетки или на ее поверхности. Команда обнаружила гликоРНК в каждой проверенной клетке - у человека, мыши, хомяка и рыбок данио - видов, разделенных сотнями миллионов лет эволюции. Это говорит о том, что молекулы гликоРНК могут иметь какую-то важную биологическую функцию, которая сохраняется на протяжении всей жизни на Земле. Сравнивая участки РНК в составе гликоРНК с известными базами данных, Флинн и его коллеги обнаружили, что некоторые из них соответствуют РНК, связанным с различными аутоиммунными заболеваниями. Ранее считалось, что эти фрагменты РНК в основном недоступны для иммунной системы, потому, что они спрятаны внутри клеток, и высвобождаются только в результате их гибели. Но теперь обнаружено, что гликоРНК находятся на поверхности клетки, точно так же, как белки и липиды. Это означает, что гликоРНК могут непосредственно участвовать в межклеточной коммуникации, параллельно с другими биомолекулами клеточной поверхности, такими как гликопротеины/липиды, но с другой динамикой, стабильностью или конфигурациями. Вместе с тем, способность гликанов напрямую связываться с РНК кажется маловероятной. Ученые подозревают, что в составе гликоРНК существует третья, очень маленькая молекула, действующая как клей.

Другие интересные новости:

▪ Уязвимость империй

▪ Свет в рулонах

▪ Взрослые стволовые клетки превращаются в органы

▪ Шоколад с утра помогает женщинам худеть

▪ Мужчины болеют гриппом тяжелее женщин

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы. Подборка статей

▪ статья Потемкинские деревни. Крылатое выражение

▪ статья Кто первым приручил лошадь? Подробный ответ

▪ статья Просвирник курчавый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Преобразователь УКВ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Как расширить возможности джойстика. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026