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無線電子工学および電気工学の百科事典 電気加熱ボイラーの制御。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / パワーレギュレーター、温度計、熱安定剤 提案されたマイクロコントローラー制御ユニットは、十分な使いやすさを提供しない EVAN EPO-7,5/220 B 電気加熱ボイラーの標準制御ユニットを置き換えるために設計および製造されています。 他の電気加熱装置の制御にも使用できます。 EVAN EPO-7,5/220 B ボイラーを購入して設置した後、装備されていた制御ユニットの欠点が明らかになりました。 主なものは、ボイラーに設置された XNUMX つの電気ヒーターのオンとオフを同時に切り替えることです。 結果として生じるネットワーク内の電流サージと電圧降下は非常に大きく、それによって電力を供給される一部の電子機器に誤動作を引き起こす可能性があります。 彼らの失敗もありました。 さらに、設定温度を維持するためにヒーターを定期的にオン/オフする強力な接触器が家中に轟音を立て、それが設置されていた壁にぶら下がっていたユニットが落下して壊れるまで「跳ね」ました。 このユニットを修理するのではなく、可能であれば欠点を取り除き、実行される機能を拡張するために新しいユニットを開発および製造することが決定されました。 新しいコントロールユニットは電子スイッチングを備えた XNUMX チャンネルになりました。 XNUMX つのチャネルが異なるタイミングでヒーターを制御するため、ネットワークから消費される電流のサージが大幅に削減されます。 コンタクタは、ボイラーが過熱した場合にヒーターを緊急停止するためにのみ使用されます。 XNUMX 番目のチャネルは、暖房システムのウォーター ポンプを制御します。 ポンプを停止してボイラーを設定温度まで急速に加熱し、その後ポンプをオンにして暖房システムに温水を供給するモードがあります。 新しいシステムは、古いシステムと同様に、ボイラーの出口で水温を安定させますが、入口での安定化に切り替えることも可能です。 室温センサーをコントロールユニットに接続すると、システムは自動的にこのパラメータの安定化モードに入ります。 新しい制御ユニットと温度センサーおよびアクチュエーター (ヒーターおよびウォーターポンプ) の図を図に示します。 1. 加熱システムは、電源モジュールに主電源電圧を供給するスイッチ SA1 によってオン/オフされます。 この後、制御ユニットの他のすべてのモジュールが動作を開始します。 ヒーター EK1 ～ EK3 は、コンタクター KM220、回路ブレーカー SA1 ～ SA3、およびマイクロコントローラー モジュールで生成された信号によって制御されるトライアック スイッチのモジュールを介して 5 V の電圧を受け取ります。 コンタクタのタイプ - NC1 -25。 ボイラーが正常に動作しているときは、接点は閉じています。
SA2 マシンとトライアック モジュールのチャネルの 2 つを含むウォーター ポンプを駆動する M1 モーターの制御回路は、KM1 コンタクターによって開放されるように備えられていないという点のみが異なります。 これは、ヒーターが緊急停止した場合でもポンプが動作し続け、暖房システム内の水の循環とその加速された冷却を確保するために必要です。 ヒーターとポンプを切り替えるトライアックのヒートシンクは、標準サイズ 80x80x20 mm、電源電圧 12 V の XNUMX 速コンピューター ファン MXNUMX によって送風されます。 トライアック スイッチ モジュールには 1 色の LED HL4 ～ HL1 が接続されています。 対応するトライアック スイッチの入力に主電源電圧が印加されると赤色のクリスタルがオンになり、トライアックが開くと緑色のクリスタルがオンになります。 後者の場合、LED が黄色に変わり、主電源電圧がヒーターまたはポンプに供給されていることを示します。 ダイオード VD8 ～ VDXNUMX は LED を逆電圧から保護します。 ボイラーの出口 (BK1)、入口 (BK2) の水温センサー、および加熱された部屋の気温 (BK3) は、電源およびモジュール間接続モジュールを介してマイクロコントローラー モジュールに接続されています。 センサーBK1～BK3(それぞれR1C1、R2C2、R3C3)の端子にはフィルター部品が取り付けられています。 図によると、USB-A コネクタ プラグを備えた標準 USB ケーブルの短いセクションが、センサーのピン 1 と 2 および空き抵抗ピンにはんだ付けされています。 標準の自動車冷却水温度センサー 1-2 は、すべての「内部」が取り外されたセンサー VK19 および VK3828 のハウジングとして使用されました。 DS18B20 センサーは、半田付けされた部品およびケーブル端とともに、結果として得られるキャビティに挿入され、自動車用シーラントで充填されます。 シーラントが硬化したら、ボイラーの出口にある既存の水温センサーの代わりに、BK1 センサーを所定の位置にねじ込みます。 ネジ径とピッチは正確です。 VK2センサーを取り付けるには、ボイラーに水を供給するパイプラインにネジ穴のあるインサートを作成する必要があります。 熱収縮チューブが VKZ センサーとそこにつながるケーブルの端に配置され、外部の影響から保護されています。 このセンサーは、熱源から離れた暖房室内に配置され、隙間風から保護されます。 VK5 ～ VKZ センサーは、電源モジュールの X1 コネクタに接続され、USB-A ケーブル ソケットを備えた USB 延長ケーブルで作られたケーブルを使用してモジュール間接続が行われます。 標準的な自動車エンジン冷却システムのファン スイッチである TM1 が、許容できない水の過熱を知らせるサーマル スイッチ SF108 として使用されました。 ボイラー内に設置する場所があり、ネジのピッチと直径が適切です。 ボイラー内の水温が92℃に達すると、このスイッチの接点が閉じます。 оC。これにより、コンタクタ KM1 によってアーマチュアが即座に解放され、すべてのヒーターがオフになります。 水温が1℃まで下がるとSF87スイッチの接点が開きます。 оC. センサー信号を分析し、システムのヒーターやその他のデバイスの制御信号を生成するには、[1] で説明されている特別に開発されたプログラムを備えたユニバーサル マイクロコントローラー モジュールが使用されます。 グラフィカル LCD の代わりに LED インジケータを接続するために、モジュールに若干の変更が加えられました。 LCD のコントラストを調整するトリミング抵抗 R15 が削除されました (モジュール要素の番号付けは、[1] の図 1 の図に従っています)。 その結果、解放されたコネクタ X4 の 2 つの接点は、LED インジケータの追加の制御信号を送信するために使用されます。 これを行うには、ピン 7 を PC28 出力 (ピン 18) に接続し、ピン 7 を DD30 マイクロコントローラーの PD1 出力 (ピン XNUMX) に接続します。 LCDの代わりにマイクロコントローラモジュールに接続されたLED表示および制御モジュールの図を図に示します。 2. ボイラーの動作に関する情報を表示する、陰極共通の 1 桁 3 要素 LED インジケータ HGXNUMX ～ HGXNUMX を備えています。 それらは、暖房システムの選択された動作モードによって異なります。
マイクロコントローラーは、インジケーター HG1 ～ HG3 に表示するための情報をシリアル 24 ビット コードの形式で生成し、直列に接続された 2 つの 1 ビット シフト レジスターがインジケーター要素のアノードに供給されるパラレル コードに変換します。 これらのレジスタの最初のレジスタは、マイクロコントローラ モジュール (回路によれば DD1) にあります。 HG2 インジケーターとして機能します。 他の 2 つ (検討中のディスプレイ モジュールの DD3 と DD24) は、それぞれインジケータ HG2 と HG2 として機能します。 DDXNUMX レジスタの最上位ビットの値が最初に XNUMX ビット レジスタにロードされ、マイクロコントローラ モジュールの DDXNUMX レジスタの最下位ビットの値が最後にロードされます。 表示モジュールの LED HL1 ～ HL3 は、マイクロコントローラー モジュール (EK1、EK2、EKZ) によって生成されたヒーター制御信号を表示します。 ボイラー内の水温が低下するとHL4 LEDが点灯し、上昇するとHL5 LEDが点灯します。 ボタン SB1 ～ SB4 を使用して、システム動作モードを切り替え、そのパラメータを変更します。 トライアックスイッチモジュールの回路図を図に示します。 3. 1 つの同一のチャネルがあります。 それぞれの要素の位置指定には、チャネル番号に一致するプレフィックスが付けられます。 マイクロコントローラ モジュールによって生成された制御信号は、コネクタ X1 を介してトライアック フォトカプラ 1U4 ～ 1UXNUMX の発光ダイオードに供給され、制御回路と実行回路間のガルバニック絶縁を実現します。
適用された MOC3063 オプトカプラ [2] には、フォトトライアックの開放瞬間と、フォトトライアックに印加される電圧がゼロを通過する瞬間を結び付けるノードがあります。 これにより、スイッチングノイズのレベルが大幅に低減されます。 スイッチの実行要素は、ヒートシンクに取り付けられた強力なトライアック 1VS1 ～ 4VS1 で、ファン M1 によって送風されます (図 1 を参照)。 このファンの制御ユニットはコネクタ X3 に接続されており、トランジスタ VT1 を使用して組み立てられています。 ファンをオンにする信号は、いずれかのヒーターをオンにする信号が X2 に現れると同時にマイクロコントローラーからコネクタ X1 に送信され、最後に動作しているヒーターがオフになってから設定時間後に消去されます。 これにより、加熱されたトライアックの急速な冷却が保証されます。 スイッチング チャネルのすべての電源入力 (抵抗 1R5 ～ 4R5 経由) と出力 (抵抗 1R6 ～ 4R6 経由) はコネクタ XP4 に接続され、そこに LED が接続され、スイッチング チャネルの入力 (接点 XT1 ～ XT4) への主電源電圧の供給を示します。スイッチとコネクタ上の外観は X5 に接触し、ヒーターとポンプが接続されます。 図では、 図 4 に、モジュール間接続と低電力ノードの電源供給用のモジュールの図を示します。 変圧器 T1 は 220 V の主電源電圧を 15 V に降圧し、ダイオード ブリッジ VD1 を整流します。 コンデンサ C2 と C3 でリップルを平滑化した後、整流された電圧は内蔵の安定器 DA1 と DA2 によって安定化されます。 12 つ目はリレー K1 とファン M1 に電力を供給する 1 V の電圧を生成し (図 5 を参照)、1 つ目はマイクロコントローラー モジュールに電力を供給する 1 V の電圧を生成します。 電源モジュールには、トランジスタ VTXNUMX とリレー KXNUMX で構成されるヒーター緊急停止コンタクタの制御ユニットも含まれています。
コネクタ X3 はマイクロコントローラー モジュールに接続され、X4 は温度センサーに接続されます。 コネクタ X5 は、スイッチング モジュールへの供給電圧に加えて、ヒーターとポンプの制御信号を伝送します。 ボイラー制御ユニットの各モジュールの部品は、厚さ 1,5 mm のフォイルグラスファイバーラミネートで作られた別個のプリント基板に取り付けられています。 マイクロコントローラーモジュールボードの図面は[1]で入手できます。 トリミング抵抗 R15 は取り付けられておらず、コネクタ X2 のピン 18 と 4 は、絶縁ワイヤで作られたジャンパを使用して、前述のマイクロコントローラ ピンに接続されています。 他の変更は必要ありません。 ディスプレイおよび制御モジュールのプリント基板は両面です。 印刷された導体の図を図に示します。 部品の位置は図5にあります。 6. このボードが側面のない技術を使用して製造されている場合は、裸線の短い部分が必要です。 部品のリード線も両面はんだ付けされています。
残りのプリント回路基板は片面です。 トライアックスイッチモジュールの基板図を図に示します。 7. 1 つのトライアックの電極とプリント基板上の接触パッドとの接続は、少なくとも 2,5 mm の断面積を持つ絶縁ワイヤで行われます。2。 ファン M1 はトライアック 1VS1 ～ 1VS4 の U 字型ヒートシンクに取り付けられています (図 8)。 この目的のために、ヒートシンクの上部の棚にネジ穴が開けられます。 パワーモジュール基板とモジュール間の接続図を図に示します。 9.
このデバイスは固定抵抗器 MLT、S2-33、酸化物コンデンサ K50-35 または輸入品を使用し、残りのコンデンサは K73-17 です。 すべてのチップとインジケーター HG1 ～ HG3 はパネルに取り付けられています。 加熱ボイラー制御ユニットはLGミュージックセンターのハウジングに組み込まれています（図10）。 ユニットの背面パネルとなるケースの下部金属パネルには、すべてのモジュール、コンタクタ、サーキットブレーカー、その他の大きな部品が固定されています。 上部のプラスチックパネルがフロントパネルになっています。 インジケーターや制御ボタン、スイッチ SA1 や回路ブレーカー SA2 ～ SA5 にアクセスするための穴があります。 本体の側壁を必要なサイズにカットします。 その下部には、温度センサーと外部電源回路を接続するためのコネクタがあります。 ユニットの電源回路は、断面積が少なくとも 2,5 mm の絶縁された取り付けワイヤで作られています。2.
ボイラーの制御は表示制御装置に設置された4つのボタンで行います。 SB3「+」ボタンとSBXNUMX「-」ボタンを使用していつでも安定化温度を変更できます。 室温を計測するセンサーを接続しない場合、ボイラー内の水温は安定します。 このセンサーを接続すると、センサーの測定値が表示器に表示され、室温が安定します。 動作モードの表示および制御モジュールのインジケータ HG1 には、BK3 センサーがある場合は室内の設定空気温度が表示され、BK2 センサーがない場合はボイラー内の設定水温 (状況に応じて出口または入口で) が表示されます。設定モード）。 HG3 インジケータは、室内の空気またはボイラーから出る水の測定温度を表示します。 気温センサーが接続されている場合、HGXNUMX インジケーターはボイラー出口で測定された水温を表示し、接続されていない場合は入口で測定された水温を表示します。 SB1「モード」ボタンを押すとサービスモードに入り、変更するパラメータを選択します。 選択したパラメータの値を減らすには SB3「-」ボタンを使用し、選択したパラメータの値を増やすには SB4「+」ボタンを使用します。 SB2の「Memory」ボタンを押すと、変更したパラメータの値がマイコンのEEPROMに書き込まれます。 デフォルトのパラメータを復元するには、つまりシステムを最初にオンにしたときに有効だった値に戻すには、SB2 の「メモリ」ボタンを 5 秒以上押し続ける必要があります。 ビープ音が連続して聞こえたら、ボタンを放してください。 サービスモードでは、調整可能なパラメータの番号が付いた文字 P が HG2 インジケータに表示され、その値が HG1 インジケータに表示されます。 すべての調整可能なパラメータ、その変更の制限、およびデフォルト値が表に示されています。 また、動作モードで設定されるため、インジケーターに記号が表示されないパラメーターも含まれます。 これらは、暖房システムによって維持されるボイラー内の水または部屋の空気の温度の値です。 すべてのパラメータは整数値のみを取ることができます。 マイクロコントローラープログラムはそれらの正確性をチェックしないことに注意してください。 このため、設定を変更するときは常識を持って慎重に行う必要があります。 サービスモードを終了するには XNUMX つの方法があります。 まず、これは「メモリ」ボタンを押して EEPROM に情報を書き込んだ後に発生します。 次に、ボタンを最後に押してから XNUMX 分後に自動的に実行されます。 XNUMX 番目に、動作モードに入る前にすべてのパラメータを検索した結果です。 すべてのボタンを押すと確認のビープ音が鳴ります。 EEPROM に書き込まれていない変更されたパラメータ値は、デバイスの電源がオフになるまでのみ有効です。 新しくロードされたプログラムで初めてマイクロコントローラ モジュールの電源をオンにすると、デフォルトのパラメータ値がマイクロコントローラの EEPROM に上書きされます。 ただし、そのためには、EEPROM がクリーンである (すべてのセルに 0FFH が含まれている) 必要があります。そうでない場合、情報は書き換えられず、すべてのパラメーターを手動で設定する必要があります。 温度センサーと表示システムを初期化した後、プログラムは SF1 サーマル スイッチの状態をチェックし、水温が許容レベルを下回っている場合は、短い準備完了信号を発してコンタクターをオンにします。 どのセンサーが接続されているかを決定すると、プログラムはヒーターを制御し、ボイラー内の水または室内の空気の設定温度を維持します。 欠落または故障したセンサーの測定値は、インジケーター上で XNUMX つのダッシュで置き換えられます。 温度が設定温度を下回ると、ポンプ、トライアック冷却ファン、および指定された間隔で交互に発熱体がオンになります。 設定温度に達すると、発熱体が順次オフになります。 デフォルトでは、ポンプは停止せずに動作し続けますが、パラメータ P_2 を使用して、パラメータ P_3 で指定された時間が経過した後、または水温がパラメータ P_4 で指定された値まで低下したときに停止するように設定できます。 最後のヒーターがオフになってから、パラメータ P_10 で設定された時間後にトライアックブロワーファンがオフになります。 温度がパラメータ P_1 で指定された度数だけ低下すると、ヒーターが再びオンになり、温度制御サイクルが繰り返されます。 このパラメータの値が高いほど、ヒーターがオンになる頻度は減りますが、作動時間は長くなります。
Sprint Layout 5.0 形式のプリント基板ファイルとマイクロコントローラー プログラムは、ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/03/epo_evan.zip からダウンロードできます。 文学
著者: V. 木場
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