ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ОБОГРЕВОМ

Система управления обогревом предназначена для поддержания в непрерывном режиме заданной температуры в салоне транспортного средства, в частности, вагона электропоезда, путем управления калориферами, заслонками и обеспечивает следующие режимы работы:
ПРОГРЕВ, ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ.
Из уровня техники известны технические решения, в которых решается задача повышения эффективности и надежности работы системы отопления в салонах вагонов железнодорожного транспорта.
Полезная модель RU 69819 U1, 10.01.2008 /1/ защищает систему обогрева железнодорожных вагонов, включающую элементы теплоавтоматики, в частности источник питания, электронагреватели, блок управления отоплением, соединенный с датчиками. Система предполагает работу в режимах вентиляции и отопления.
Из RU 2180631 С2, 20.03.2002 /2/ известна система кондиционирования воздуха пассажирского вагона, содержащая воздушный фильтр, камеру смешения воздуха с каналом подачи наружного воздуха, электрокалорифер, сообщенный с вагоном, содержащий не менее трех секций с различными по мощности электронагревательными элементами, подсоединенными к источнику электроэнергии через контакты индивидуальных пусковых устройств, управляющие элементы которых электрически связаны с выходами по каждой уставке срабатывания датчика температуры, с которым также связан один из вентиляторов.
Из авторского свидетельства SU 1074751 А, 23.02.1984 /3/ известна система воздушного обогрева железнодорожного подвижного состава, содержащая вентиляционно-отопительный агрегат, сообщенный с каналами подачи воздуха в салоны вагонов, основные и дополнительные заслонки с приводами, блок управления приводом заслонок, соединенный с датчиками температуры. При этом осуществляется индивидуальное термостатирование каждого вагона.
Система /3/ может быть принята в качестве прототипа рассматриваемого решения.
Задачей разработки полезной модели является повышение эффективности и надежности работы системы обогрева, а также обеспечение автономности ее работы.
Технический результат, полученный при решении указанной задачи, заключается в точности регулирования системы, функционирующей в режимах прогрева, отопления и вентиляции, обеспечении автоматического регулирования, в т.ч. с учетом разницы температуры по длине салона, автоматическом переключения режимов и наглядности работы системы, позволяющей отследить возможные ошибки и своевременно принять меры к их устранению.
Приведенный технический результат достигается за счет того, что в системе управления обогревом салона транспортного средства, содержащей блок управления, связанный с датчиками температуры, с нагревателями и приводами заслонок вентиляционно-отопительного устройства, сообщенного с каналами подачи воздуха в салон, блок управления включает смонтированное в корпусе микроконтроллерное управляющее устройство, выполненное с возможностью автоматического переключения режимов работы системы, а также с возможностью взаимодействия с дополнительными датчиками функционирования системы, тестирования и отображения показателей режимов ее работы, при этом корпус оснащен панелью с размещенными на ней индикаторами состояния системы и наличия ошибки системы.
Система выполнена с возможностью включения нагревательных элементов в заданных комбинациях, например, по четырем уровням мощности, при этом нагреватели оборудованы механизмом коммутации.
Система выполнена с возможностью управления режимными, рециркуляционными заслонками и заслонками наружного воздуха вентиляционно-отопительного устройства, при этом микроконтроллерное управляющее устройство соединено с датчиками положения приводов заслонок или концевыми выключателями и с учетом показателей датчиков температуры обеспечивает работу системы в режимах прогрева, отопления и вентиляции.
Индикаторы панели корпуса представляют собой светодиод наличия ошибки системы, светодиоды наличия управляющего напряжения на контакторах, а также индикатор, отображающий показатели режима работы или ошибки системы.
Микроконтроллерное управляющее устройство соединено с датчиками температуры, представляющими собой датчики наружного воздуха, салонные датчики, канальные датчики и рециркуляционные датчики.
Блок управления имеет входы для подключения дополнительных датчиков функционирования системы, представляющих собой, например, датчик работоспособности преобразователя частоты и датчик давления воздушного фильтра.
Основой предлагаемой системы управления отоплением является смонтированное в корпусе микроконтроллерное управляющее устройство, на входы которого поступают сигналы от датчиков температуры, от датчиков положения режимных и рециркуляционных заслонок, а также заслонок наружного воздуха, от датчиков функционирования системы (датчиков давления и контроля состояния преобразователя частоты), от вагонного провода включения отопления и выдаются управляющие сигналы на контакторы нагревателей (электрокалориферов) и приводы заслонок. При отсутствии (или неисправности) какого либо из датчиков, система будет работать по запасной программе, обеспечивающей заданные температурные режимы.
На передней панели корпуса расположены:
- выключатель питания;
- двухстрочный индикатор;
- светодиод наличия ошибки;
- два светодиода наличия управляющего напряжения на контакторах;
- пять кнопок управления;
На двухстрочном индикаторе отображаются:
- в первой строке - температура салона, температура уставки (далее - Туст);
- во второй строке - текущий режим работы и уровень мощности калорифера. В случае ошибки системы, во второй строке отображается состояние ошибки.
На нижней панели расположены разъемы для внешних соединений и гнезда предохранителей.
Температура салона определяется, как минимальное (или среднее арифметическое) значение из показаний двух термодатчиков салона. Также, при изменении программы, температура салона может определяться по показаниям датчиков рециркуляционного воздуха.
Индикация ошибок происходит как на индикаторе, так и при помощи светодиода красного цвета. Если ошибка присутствует на данный момент, то светодиод будет постоянно светиться, и ошибка будет отображена на индикаторе. Если ошибка присутствует в энергонезависимой памяти, то светодиод будет мигать, однако ошибка не будет выведена на индикатор.
При включении системы на индикаторе высвечивается название прибора и номер версии программы. В течение нескольких секунд производится тест аппаратной части прибора, после чего система переходит в режим «Вентиляция», «Отопление» или «Прогрев», в зависимости от наружной температуры.
Если температура наружного воздуха больше, чем температура уставки (Туст) +2°С, то включается режим "Вентиляция".
Если температура наружного воздуха меньше, чем Туст, и если температура салона (ТС) меньше, чем Туст - 2°С, то, при подаче напряжения питания включается режим "Прогрев".
Если температура наружного воздуха меньше, чем Туст, и если Туст - 2°С<ТС<Туст+2°С, то включается режим "Отопление".
Переключение между режимами работы происходит автоматически.
Механизм коммутации электрокалориферов работает следующим образом.
Нагревательные элементы разделены на две группы - мощностью 16 кВт и 32 кВт. Система коммутирует нагревательные элементы в различных комбинациях. Таким образом, мощность каждого калорифера разбивается на четыре уровня: 0 кВт (0 уровень), 16 кВт (1 уровень), 32 кВт (2 уровень) и 48 кВт (3 уровень). При изменении значений мощности групп калорифера, возможно изменение количества уровней мощности (при соответствующем изменении управляющей программы).
Система функционирует следующим образом.
Режим «Прогрев» включается после подачи питания, когда ТС меньше чем Туст - 2°С и температура наружного воздуха меньше Туст +2°С.
Режимные заслонки направляют воздушные потоки вниз. Рециркуляционные заслонки полностью открыты (максимальный забор воздуха из салона). Заслонки наружного воздуха полностью закрыты.
Температура в каналах подачи воздуха поддерживается таким образом, чтобы не допустить перегрева электрокалорифера и обеспечить максимальную скорость перехода в режим «Отопление»:
Режим «Прогрев» завершается, когда температура в салоне достигнет Туст-2°С.
Режим «Отопление» включается после завершения режима «Прогрев».
При этом уровень мощности калориферов устанавливается в соответствии с наружной температурой.
Режимные заслонки направляют воздушные потоки вниз.
В режиме «Отопление» регулирование температуры салона осуществляется следующим образом:
- вычисляется ТС;
- в зависимости от показаний датчиков температуры система выбирает соответствующий уровень мощность, чтобы обеспечить необходимую точность поддержания температуры в салоне
В промежутках между переключениями мощности вычисляется разница температур в двух концах вагона (по датчикам рециркуляции) и осуществляется постепенная регулировка разницы температур при помощи рециркуляционных заслонок или заслонок наружного воздуха;
Заслонки наружного воздуха устанавливаются в такое положение, чтобы обеспечить достаточное количество наружного воздуха в соответствии с санитарными нормами при текущей наружной температуре. Положение их может быть скорректировано в зависимости от положения заслонок рециркуляции.
Режим «Вентиляция» включается автоматически. В режиме «Вентиляция» калориферы отключены, режимные заслонки направляют воздух вверх.
Рециркуляционные, режимные заслонки и заслонки наружного воздуха контролируются системой по сигналу обратной связи с привода или при помощи концевых выключателей. В случае несоответствия управляющего сигнала и сигнала обратной связи выдается сигнал ошибки. Количество заслонок может различаться. Заслонок наружного воздуха может и не быть вовсе или они могут быть совмещены с заслонками рециркуляции.
Исправным датчиком температуры считается датчик, напряжение на котором соответствует диапазону температур от -55°С до +120°С. Если напряжение на датчике не входит в указанный диапазон, выдается соответствующий сигнал ошибки.
С помощью дополнительных датчиков функционирования системы осуществляется контроль работоспособности преобразователя частоты и контроль состояния воздушного фильтра. После включения питания проверяется состояние контактов датчиков давления. Если контакты разомкнуты - выдается сигнал ошибки, и выключаются калориферы. Состояние датчиков давления контролируется постоянно, независимо от режима работы системы.
На фиг.1 приведена схема передней панели корпуса, на которой расположены выключатель питания и пять кнопок управления: СБРОС, ВЫБОР, ВВОД, ВВЕРХ, ВНИЗ.
Управление функциями системы с помощью панели управления производится нажатием на кнопку ВЫБОР необходимо выбрать соответствующую функцию (выбранная функция отображается на дисплее). Подтверждение выбранной функции производится кнопкой ВВОД.
Панель управления обеспечивает визуальный контроль следующих функций системы.
1. Изменение Туст: кнопками ВВЕРХ или ВНИЗ устанавливается необходимое значение Туст. Подтверждение выбранного значения производится кнопкой ВВОД. Выход из данного режима без сохранения изменений производится кнопкой СБРОС.
2. Просмотр памяти ошибок.
3. Очистка памяти ошибок.
4. Сервисное меню (в этом режиме производится контроль датчиков температуры и приводов заслонок)
Для контроля датчиков температуры - необходимо выбрать соответствующий режим и стрелками выбрать нужный датчик. На экране отобразится соответствующая температура в°С.
Для контроля приводов заслонок, следуя подсказкам на дисплее необходимо выбрать нужную заслонку и задать необходимое положение. Кнопка ВНИЗ закрывает заслонки, кнопка ВВЕРХ - открывает. При этом на дисплее отображается значение управляющего напряжения и напряжения обратной связи для каждой из заслонок в вольтах.
В зависимости от версии управляющей программы, может быть предусмотрен режим автоматического контроля оборудования «Автотест». В этом режиме контролируется работа заслонок, датчиков температуры и выдача сигналов на контакторы. В случае неисправности какого-либо блока, на дисплей выводится соответствующее сообщение.
На фиг.2 приведена схема подключения элементов системы управления отоплением.
Предлагаемая система обеспечивает точность поддержания температуры в салоне не хуже ±2°C, неравномерность температуры по длине салона не хуже ±2°С.
Система не требует обслуживания управляющим персоналом в процессе эксплуатации (за исключением регламентных работ), обеспечивает полную автономность работы (нет необходимости перемещения машиниста по вагону для переключения заслонок).
В случае неисправности какого-либо из элементов системы, она будет работать по обходной программе, обеспечивая необходимую температуру в салоне. При этом на индикаторе появится сообщение о соответствующей ошибке и данные об этой ошибке будут записаны в память прибора.