Микропроцессорный регулятор температуры котла центрального отопления (ц.о.)

  предназначен для управления работой котла ц.о. с вентилятором.  

 Микропроцессорный регулятор температуры котла центрального отопления (ц.о.) предназначен для управления работой котла ц.о. с вентилятором.

 РРК (регулятор работы котла) стабилизирует температуру котла с помощью плавной регулировки оборотов вентилятора, производит наддув в котел (с целью ликвидации накопленных газов, образовавшихся в результате процесса сгорания) и защищает систему центрального отопления от закипания воды.

Перейти к покупкам

Регулятор управляет работой насоса центрального отопления.

Параметры:

В схеме реализованы программно основные функции, это:

Контроль по температуре воздуха в помещении - комнатный термостат

Контроль по температуре нагретого теплоносителя в работающем котле.

Контроль температуры отработанных дымовых газов.

По отдельности и совокупности настроек этих термостатов, можно получить экономичное сжигание топлива, достигая при этом эффективного нагрева теплоносителя в системе отопления.

Информация о работе РРК выводится на ЖКИ экран 20х4.

На экране отображаются:

 текущее дата и время, температура на улице, температура в помещении, температура нагрева теплоносителя температура отработанных газов,

 а также текущий режим работы программы отображается текстовой строкой.

 Дополнительно есть возможность  подключить мобильный телефон, который при затухании котла или при полном выгорании топлива сделает звонок на определенный мобильный телефон.

Регулятор оборотов вентилятора стабилизирует процесс сгорания топлива.

В программе задействовано десять информационных ячеек, в которых программа ведет разовую статистику работы котла,  в каждой из них записывается день, месяц, уличная температура (наименьшая в процессе этого цикла работы) и время работы в часах (одноразово до десяти суток непрерывной работы)

В схеме применены: МК АТмеga16 (или АТмеga32 см. архив файлов),  распространенные  цифровые датчики DS18b20, высокотемпературный платиновый датчик температуры  РТ100, автономные часы реального времени на микросхеме DS1302, регулировка скорости вентилятора сетевым диммером.

Схема.

Описание работы и эксплуатации

РРК  после включения в сеть, на экране появятся текущие результаты  измерения температуры.

После включения РРК перейдет в такой режим работы, при котором был выключен.

Применение такой функции, сделано во избежание остановки работы в случае кратковременного перебоя в сети электропитания.

 Функции кнопок, команды, информация на ЖКИ экране.

• Описание работы (работа, пауза, приостановка, минимальная работа, продувка, выключение, меню настроек).

При включенном питании и выключенном процессе работы (не горят светодиоды «Работа» и «Вентилятор».) РРК показывает текущую температуру теплоносителя в котле  и находится в выключенном состоянии (вентилятор и насос ЦО , отключены).

Если температура котла выше, чем температура (устн. в меню настроек) включения циркуляционного насоса, РРК включает насос (по схеме циркул. насос №1 (ЦН-№1)) не зависимо от рабочего режима программы - светится светодиод «Насос ЦО».

Начало процесса работы наступает после нажатия кнопки «Пуск/Стоп» (горит светодиод «Работа»). Во время процесса работы РРК текущая температура сравнивается с заданной величиной (установленной температурой в меню программы).

При определенной температуре - установленной при настройке (например, 35 °С) - включается циркуляционный насос №1, при этом загорается светодиод «Насос ЦО». Когда температура подходит к установленной величине, скорость вентилятора  сокращается до минимальных оборотов, установленных в меню настройки. Падение оборотов вентилятора начинается тогда, когда до установленной величины температуры остается 5°С. Если котел не в состоянии достигнуть требуемой температуры из-за слишком низких оборотов вентилятора, следует увеличить в меню настроек параметр «минимальные обороты вентилятора»

После достижения требуемой температуры, РРК переходит в режим приостановки, о чем сигнализирует мигающий светодиодом  «Работа» на передней панели прибора РРК.

В режиме приостановки, происходит периодический наддув (только при температуре ниже 82°С). Это регулярное циклическое включение вентилятора на некоторое время (уст. времени в пользовательском меню), которое предотвращает возможное  прекращение тления  в камере сгорания котла.

Включение наддува cигнализируется светодиодом  «Вентилятор».

Установку температуры нагрева котла можно производить оперативно в основном экране (или  равнозначно, этот же параметр изменяется в меню настроек). Установка производится с помощью кнопок «+» и «-». Во время установки температуры, на дисплее мигают цифры, и показывается текущая установка. Выход из режима настройки происходит автоматически, спустя несколько секунд после последнего нажатия кнопки. Чтобы увидеть текущую установку, следует один раз нажать на кнопку «+» или «-».

Работу РРК можно остановить в любой момент (переход в режим выключения) с помощью кнопки «Старт/Стоп», или режим  приостановки кнопкой «Пауза».

• РРК может перейти в режим приостановки,

                    если выполняются следующие условия:

1. Температура теплоносителя  котла  достигла значения установленного в меню настроек.
2. Температура отработанных газов  котла  достигла значения установленного в меню настроек.
3. Температура отапливаемого помещения  достигла значения установленного в меню настроек.
4. Режим приостановки сигнализируется моргающим светодиодом «Работа».

При этом режиме РРК сокращает обороты вентилятора до минимума и находится в состоянии ожидания до момента снижения температуры указанных раннее установок, ниже установленной температуры выключения РРК.

После выгорания топлива происходит остановка работы котла  (мигание текстовой строки «РАБОТА ЗАВЕРШЕНА»),

При температуре ниже 5°С, Регулятор включает циркуляционный насос, что препятствует замерзанию системы отопления.

Если температура котла будет выше 90°С, РРК включит насос.

После отопительного сезона через каждые 15 дней на 1 минуту включается насос - это препятствует застою насоса - функция работает при включенном РРК.

• Настройка РРК.

РРК может устанавливать несколько параметров работы. Таким образом, можно приспособить регулятор к условиям работы: типу отапливаемого помещения, типу топлива, устройству котла и т.д.

Вход в меню настроек происходит по нажатию кнопки 3 , выход кнопкой 4.

Кнопками «+» и «-» производится изменение величины параметра.

Мигающий графический курсор показывает, какой параметр устанавливается в настоящее

время.

Выход из режима настроек происходит автоматически по истечении 30 секунд после последнего нажатия кнопки, или сразу же, кнопкой 4.

Ниже показано описание следующих параметров, включающее короткое пояснения значений, указаны примерные величины.

• Производительность вентилятора.

 Минимальную  мощность вентилятора  установить в меню настроек «Минимальные обороты вентилятора».

Производительность    вентилятора    представлена    в    %.    Диапазон изменений этого параметра от 30% до 100% (100% максимальные обороты вентилятора). Ограничение оборотов вентилятора применяется тогда, когда из-за устройства котла или применения высококалорийного топлива нет необходимости в большой мощности наддува.

• Время наддува.

Установление этого параметра, включает наддув в регуляторе на нужное время (время настраивается от вида топлива уголь или древесина).

Определяется время в секундах,  на которое включается вентилятор в момент включения наддува. Диапазон настройки этого параметра составляет: 5-99 секунд.

• Пауза между надувами.

Пауза между надувами определяется в минутах при последующих включениях наддува.

Диапазон изменения этого параметра определяется в границах от 1 до 30 мин. 

Выбор времени наддува и паузой между надувами следует произвести  на основании оценки качества применяемого топлива.

 Если топливо высококалорийное, то слишком частые или слишком длинные надувы могут привести к тому, что котел нагреется до температуры выше требуемой.

• Включение циркуляционного насоса.

Насос  (по схеме ЦН-№1) управляется по температуре независимо от того  в каком режиме находится РРК. Всегда включается если температура выше параметра в меню настроек «температура включения насоса ЦО», и выключается  когда температура теплоносителя, опустилась ниже установленого порога.

Включение насоса происходит по значению температуры установленное в меню настройки РРК «температура включения насоса ЦО».

Изменение этого значения можно произвести в диапазоне от 25°С до 70°С.

Выключение насоса происходит при температуре на 4°С ниже, чем установленная температура включения.

Это предотвращает включение и выключение насоса, когда во время розжига котла начнется поступление холодной воды из системы отопления.

Установка нужной температуры включения насоса обеспечивает котел от создания конденсата (росы) на случай охлаждения холодной водой с обратки контура.

Выключение насоса ЦО. когда температура снизится, не гарантирует отсутствие конденсата, который приводит к коррозии.

Нужно использовать дополнительно правильно смонтированный трех - либо четырехходовой смешивающий клапан.

 Если в контуре смонтирован один насос, и он загружает контур ЦО, а также емкость с теплой водой - повышение температуры включения насоса ЦО приведет к неохлаждению воды в емкости ГВС, когда в котле закончится топливо и в нем начнет падать температура.

      Циркуляционный насос №2 (по схеме ЦН-№2) .

Если активирован процесс работы, в котле происходит цикл сжигания топлива (процесс в программе определен как «Работа» РРК), насос ЦО №2 включен постоянно , в иных случаях он отключен.

Этот же выход на насос №2,  используется для   взаимодействия с программой управления газовым котлом (см. ниже описание под спойлером "Совместная работа РРК с П.Р. газового котла").

Регулятор имеет дополнительные функции:

• Антизамерзание

Ниже 5°С насос №1 включается автоматически в целях обеспечения инсталляции

перед   замерзанием,   когда   температура   в   котле   вырастет  до   7°С   насос

выключится.

• Антиблокировка

Каждые 15 дней на 1 минуту включается насос,  предотвращает блокированию насоса вне сезона отопления.

• Термостат  теплоносителя,

 в качестве датчика температуры цифровая микросхема DS18b20,   диапазон измерений от 0°С  до +125°С, точность показаний 0.1°С, работает в диапазоне, установленном в меню настроек от +29°С  до +99°С  дельта 1.0°С.

Датчик установлен в наиболее удобном месте, для измерения температуры теплоносителя, в верхней части котла на неприкрытой выходной трубе нагреваемого теплоносителя. (установлен на термопасте «КПТ-8», закреплен и прижат хомутом, обмотан теплоизоляционным материалом).

• Термостат отработанных газов  

использован температурный датчик линейный платиновый резистор РТ-100 ,   диапазон измерений от 0°С  до +650°С , точность показаний 1°С, диапазон установок в меню настроек от +40°С  до +800°С  дельта 10°С .

Датчик установлен непосредственно в месте выхода дымовых газов котла, на открытом участке металлической дымовой трубы (установлен на тонкий слой термопасты, прикреплен и изолирован высокотемпературным герметиком «АВRO^®» 999).

• Комнатный термостат,

 датчик температуры цифровая микросхема DS18b20,   диапазон измерений от 0°С  до +125°С, точность показаний 0.1°С, работает в диапазоне установленном в меню настроек от +5°С  до +37°С  дельта  0.2°С.

Датчик устанавливается в контролируемом отапливаемом помещении, при достижении заданной температуры в помещении, термостат выдает команду для РРК перехода в режим "Приостановка работы", в данном режиме программа котла будет находиться, пока температура  в помещении, не опустится ниже установленной.

• Термометр улица,

 датчик уличной температуры цифровая микросхема DS18b20,   диапазон измерений от -55°С  до +125°С, точность показаний 0.1°С.

Уличный датчик температуры, задействован совместно с автономной часовой микросхемой реального времени DS1302, для учета статистики работы котла.

• Статистика работы котла, (вход в окно просмотра статистики , в рабочем режиме основного экрана, нажать  Кн4 (Esc))

 использовано девяносто пять  ячеек записываемой информации (по заполнению всех ячеек, запись продолжается с «0» ячейки по кольцу, удаляя наиболее старую запись).

В каждой ячейке содержится информация, о работе котла в один цикл, это номер ячейки, дата и месяц начала цикла работы,  наименьшая температура наружного воздуха в данный период работы котла, и количество часов отработанных котлом за один беспрерывный цикл отопления (максимально в ячейке до 240 часов).

Возможность корректировать две последние ячейки статистики, с суммированием в этих ячейках времени работы РРК ( запись последней ячейки в предпоследнюю).
В режиме просмотра экрана с записью статистики работы РРК, длительно удерживая кнопку кн1 «+» (более 3х сек.), будет объединена последняя по списку запись/ячейка, с предпоследней.

Ручное удаление / очистка ячейки статистики; в режиме просмотра экрана с записью статистики работы РРК, длительно удерживая кнопку кн2 «-» (более 3х сек.), будет удалена/очищена последняя по списку запись/ячейка.

FUSE

Видео работы РРК.

P.S. 

 Диммер вентилятора.

Сетевые синхроимпульсы в работе программы, занимают  важное место.

Поэтому тут вкратце  примеры, как выглядят осциллограммы в некоторых частях схемы, относящихся к сетевым синхроимпульсам и управлению вентилятора диммером.

Формирователь сетевого синхроимпульса, согласно  выше приведенной принципиальной схемы, собран  на транзисторе Т1 

Осциллограмма на базе Т1.

 

Осциллограмма на коллекторе транзистора Т1. (далее в тексте как осциллограмма А)

  

Управление скоростью вентилятора осуществляется программно схемой диммера. На экране дисплея  скорость двигателя отображается в % .

Минимальная скорость в %, по факту отображает примерное значение скорости в процентах, потому что для разных двигателей это может быть разное числовое значение.

Основные электронные полупроводниковые компоненты участвующие в управлении скоростью  двигателя на схеме , это оптосимистор MOC3052 и симистор ВТ137.

Правильность работы этой части схемы, невозможно диагностировать только с помощью тестера.

Как вариант при запуске - настройке:

1).Исправность этой части схемы можно определить визуально , подключив к выходу диммера управляемый электродвигатель или лампу накаливания ( при тестировании возможно подключить и то и другое одновременно, такое подключение не имеет "противопоказаний" в работе схемы, ограничение может быть только в общей сумме мощности подключенных приборов). 

2). Посмотреть осциллографом импульсы управления диммером (данный пример осциллограмм, произведен с подключенной лампой накаливания к выходу диммера).

Осциллограммы А и В , это IN_Suns (PD3)  и OUT (PА1) , С подача напряжения на вентилятор, точки замеров отмечены согласно принципиальной  схемы РРК .

Совместная работа РРК с П.Р. газового котла

Регулятор работы котла, управляет твердотопливным котлом, который является дополнительным источником отопления теплоносителя в доме.

Твердотопливный котел работает , параллельно с настенным газовым котлом  ( газовый котел управляется от схемы Термостат для газового котла V-4 плюс П.Р.)

Работа котла длительного горения , имеет приоритет в обогреве теплоносителя.

Поэтому когда твердотопливный котел работает,  работа газового блокируется автоматически.

На рисунке  два примера, электрического соединения этих схем.

PT100-B Heraeus

платиновый резистор, в данной схеме датчик температуры дымохода.




В процессе сборки потребуется настройка, с применением образцового термометра (например, мультиметр с термопарой)
R-1 настраиваем нулевую температуру которая ближе к комнатной, R-2 коэффициент усиления , настраиваем максимум измерения

 

PIR Sensor

Дополнительно в схеме применен, пассивный ИК датчик движения  PIR Sensor HC-SR501.
(Дополнительно, потому что к логике работы программы он не имеет никакого отношения, предназначен исключительно для управления освещением в котельной)


Основные параметры модуля HC-SR501
Питание: 4,5 - 15В.
Радиус обнаружения: 3 -7 метров (регулируется).
Угол обзора: 120 градусов.
Время задержки: 0,3 - 18 сек, регулируется.
Чувствительность: регулируется.
Выходной сигнал: высокий - 3,3В, низкий - 0 В.
Корпус: без корпуса
Размеры: 32х24х18 мм.
Рабочая температура: -20 - +80°C

Режимы работы:
1) (L) схема выдает высокий уровень при входе человека в зону чувствительности и по прошествии времени задержки выход переключается на низкий уровень.
2) (H) схема выдает высокий уровень все время пока человек в зоне чувствительности и переключается на низкий когда человек покидает зону чувствительности.
Основа схемы микросхема BISS0001


Схема


Спецификация схемы Specification.pdf
Даташит микросхемы BISS0001.pdf

 

Дроссель L1,L2.

В силовой части диммера имеются два дросселя L1 и L2, по существу они не имеют  критичной точности, так как схема управления вентилятором мощностью 60 - 80 ватт, может  обойтись и без этих индуктивностей, при этом схема будет, нормально управляя вентилятором наддува, так сказать «внешне»  все будет выглядеть полноценно, но это все, потому что мощность вентилятора маленькая, и симистор так сказать выдержит любые «режимы работы».

Но все же, в нормальной схемотехнике  рекомендуется  их ставить, вот почему.

Программа при димировании вентилятора может задавать разное время  открытия симистора, иногда при малой мощности наддува, ближе к концу синусоиды, где напряжение велико и близко к амплитудному. Возникает более сильный коммутационный импульс тока через симистор и нагрузку.  

Дроссель  L2 в выходной цепи симистора нужен для того, чтобы погасить  помехи, которые этот самый диммер и генерирует,  и   L2 будет несколько сглаживать  этот побочный эффект.

 К тому же  димеры с фазовым управлением  несут «хорошие» помехи и в  сеть, поэтому ставим фильтр от сетевых помех L1.

L1 использовал просто готовую запчасть от сетевого фильтра, вот такого вида

L2,  использовал ферритовое кольцо, от неисправной болгарки.


намотал несколько витков эмалированного провода, и все индуктивность готова...

Так как  мы диммируем  индуктивную нагрузку, в обмотках двигателя происходит дополнительная самоиндукция.  

Чтобы  симистор закрылся, нам надо, чтобы ток через него прекратился. Наша схема выдаёт импульс на открытие симистора и “ждёт” когда он закроется при следующем переходе через ноль. Однако может так случится, что переход через 0 состоялся и тут же «прошел» всплеск самоиндукции от обмоток двигателя, получится, когда напряжение уже равно нулю – ток через симистор по прежнему течет, и наступает новый полупериод – и симистор может вообще никогда не закрыться. Поэтому для борьбы с этим эффектом симистор зашунтирован  снабберными  R C цепочками (51ом - 0.01мкф х400v и 8.2ом - 0.047мкф х400v), задача которых зашунтировать симистор от произвольных  выбросов тока, возникающих и появляющихся при коммутации индуктивной нагрузки. Использование  RC  цепочек в цепях этой схемы, и особенно номиналы конденсаторов, оказывают положительное влияние на стабильность работы симистора.

МС34063 <->LM7805 

Эта часть схемы, так же может быть, упрощена без каких либо последствий для программы


Однако замена МС34063 на LM7805 , потребует применить к стабилизатору LM7805 радиатор охлаждения.

(А так же при замене на LM7805 учтите, что по документации на ее вход нельзя подавать более чем 18-25 вольт! (нужно смотреть даташит применяемой детали))
Для меня применение радиатора является неудобным, поэтому в своих схемах использую МС34063.

( в примере на фото ЖКИ Raystar RC2004C-YHY-CSX)

Архив файлов:  прошивка v1.4, протеус, печатная плата*.

*печатная плата, не оптимизированы, так как проект пилотный, делался за один раз и  в одном экземпляре.

* в архиве прошивки  для дисплеев с кириллицей PPK_1_4c.hex, если дисплей не поддерживает кириллицу использовать PPK_1_4L.hex.

Форум по схеме РРК.

Модернизация РРК до v2 (АТмеga32), описание в форуме 

GSM "Мини звонилка" - SIM800L и ATtinu2313.

Описание возможных неисправностей и проблем в эксплуатации РРК.

 

---

Электронные компоненты на http://aliexpress.com
Digital LCD Power Timer	Д/У три канала.	Часы + будильник.	DC 100V 10A V / A	ATMEGA8A  TQFP-32
LCD 20X4 5V Blue	nokia 5110 lcd	ST7920	Сдвиговый регистр 74HC595D	1602 ЖК (синий экран)
RELAY-12V-DC	8-channel  relay 5V	SLA-12VDC Relay 30A T90	SRA-12VDC-CL 20A	5V  Relay Module
Клемник 2Pin 5.0 мм	Plastic  Box	Red Light 250V	40 Pin Single	40Pin 2.54 Single
BTA41-600V	L7805-TO220	AMS1117 3.3V 1A	Ams1117-5.0 SOT-223	78L05  SOT-89 5V
Titanium Bits 3-20mm	Multi-function electric	PCB mini drill Bit carbide	99pcs-Titanium-Steel-Drill.	BTS443P  TO252
PCB  thermal  paper	PCB DIY	DS1302	8 pin DIP Round IC socket	6-28-pins-DIP-IC
LM2596s DC-DC 5A	DC-DC Step Up MT3608 2A	mini DC-DC 3A	Rotary Encoder	RM-065 5kOm
12V 5A 60W 110V-220V	12V 5A 60W	LNK305PN DIP-7	Драйвер светодиодов	RTCpro DS3231
Transistor Tester ESR	Quadcopter Drone	Probe Oscilloscope X1 X10	quartz resonator	Parking Camera 170"
ОУ  SOT23-5	BC847 NPN SOT-23	SS8050+SS8550	test hook clip	DB109
LED  220V	LED DC 12 В	100PCS-5mm-LED	LED-Display	4*4 Matrix Array
Metal Film Resistor	high frequency - capacitor	Metal-Resistor-Kit	1206-SMD-Resistors-2000pcs-Kit	0.6mm Tin Lead Solder
Sensor Module ZMCT103C	HC-SR501  PIR	Датч.уличный	USB  Tester volt-ammeter	Soldering-Kits-T12
DS18B20 TO-92	DHT22 digital	Crystal Oscillator 49S	Датчик РТ100