ТЕРМОРЕГУЛЯТОР

Полезная модель относится к устройствам, обеспечивающим температурный режим различных отопительных (или холодильных) систем, преимущественно с электрическим нагревом (или охлаждением) текучей среды.
В настоящее время широкое распространение получили отопительные системы с использованием резистивного нагрева текучей среды (см. свидетельство РФ на ПМ №3074, Н05В 3/60, опубл. 16.10.96).
Для таких систем важным является контроль работы нагревателей с точки зрения электробезопасности, например с помощью терморегулятора (см. Инструкцию по эксплуатации Электрического проточного электродного котла водоподогревателя «ЭВП-03», в М, 19.03.97), содержащего датчик температуры, блок управления сетевым выключателем, сетевой выключатель и блок контроля параметров электрической сети питания. Недостатками известного терморегулятора являются: работа, основанная на контроле текучей среды только по одному датчику, без учета температуры в обогреваемом помещении; блок защиты от короткого замыкания, используемый в данном терморегуляторе,
обеспечивает только однократное отключение нагревателя без возможности повторного автоматического включения.
В качестве прототипа выбран терморегулятор, содержащий не менее одного датчика температуры и блок управления, выполненный с возможностью соединения с узлом нагрева текучей среды. (См. RU 2146348 С1). Кроме того терморегулятор может содержать схему формирования не менее одного автоматического послеаварийного запуска и комнатный задатчик температуры, выполненный в виде компаратора напряжений, соединенный с датчиком температуры в обогреваемом помещении.
В прототипе реализованы требования по обеспечению работоспособности электрических котлов, в основном, электродного типа. Кроме того в качестве датчиков температуры использованы аналоговые датчики температуры К1019ЕМ1. Для повышения точности работы датчика этого типа необходима коррекция с помощью внешнего резистивного делителя. Учитывая временную нестабильность элементов коррекции датчика температуры существует вероятность формирования ими сигнала, пропорционального температуре вне зоны допустимых значений. Поэтому для обеспечения достоверности показаний необходимо проводить периодические поверки указанных датчиков температуры. Использование обработки аналоговых сигналов в системе измерения температуры на удаленном от приемного блока расстоянии (до 10 м) требует применения специальных соединительных кабелей, что повышает стоимость терморегулятора.
Обработка поступающего на вход терморегулятора сигнала с датчика температуры К1019ЕН1 осуществляется аналоговыми компараторами. Использование компараторов определяет в конечном счете разрешающую способность канала измерения температуры. На входы компараторов подаются сигналы с датчиков температуры и со схем задания необходимого порога срабатывания (задание «уровней температуры»), выполненных на резистивных делителях, имеющих в своем составе переменные резисторы (потенциометры). Задание температуры осуществляется поворотом движка потенциометра относительно оцифровки на лицевой панели. Естественно точность установки задаваемого значения температуры носит в основном качественно-информационный характер.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание терморегулятора, позволяющего реализовать требования к управлению электрическими котлами более простыми способами, измеряющего температуру в режиме реального времени, обеспечивающего более экономичный режим работы.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном терморегуляторе, содержащем не менее одного датчика температуры и блок управления, выполненный с возможностью соединения с узлом нагрева текучей среды, согласно полезной модели, в качестве датчика температуры использован цифровой датчик с широким диапазоном измерения температуры, например типа DS18S20, а в качестве блока управления использована
микро-ЭВМ, с не менее чем одним промежуточным ключом, связанным с силовым ключом.
В частных случаях реализации полезной модели в терморегуляторе может быть использована микро-ЭВМ, снабженная индикацией отображения текущего состояния работы и кнопками для изменения текущих установок температуры.
Кроме того терморегулятор может использовать микро-ЭВМ, снабженную внешними устройствами управления, отключения, контроля функционирования и оповещения об аварийных ситуациях.
Полезная модель поясняется чертежом, где изображена общая блок-схема терморегулятора.
Цифрами обозначены:
1 - первый датчик температуры.
2 - второй датчик температуры.
3 - микро-ЭВМ.
4 - индикатор для отображения текущего состояния работы терморегулятора.
5 - кнопки для изменения текущих установок температуры.
6, 7, 8 - промежуточные ключи.
9 - блок питания.
10, 11, 12 - силовые ключи.
13 - внешнее устройство контроля функционирования системы отопления и оповещения об аварийных ситуациях.
14 - внешнее устройство управления.
15 - внешнее устройство отключения.
Терморегулятор содержит первый и второй датчики температуры 1 и 2, подключенные к микро-ЭВМ 3. К соответствующим входам микро-ЭВМ 3 так же подключены: блок питания 9; внешнее устройство управления 14 и внешнее устройство отключения 15.
С соответствующими выходами микро-ЭВМ 3 соединены индикатор 4, кнопки ввода информации 5, ключ управления насосом 6, ключ управления нагревом первого канала 7 и ключ управления нагревом второго канала 8, соединенные, соответственно, с силовыми ключами 10, 11 и 12. (Вообще каналов управления нагревом может быть от 1 до N).
Так же к микро-ЭВМ 3 подключено внешнее устройство контроля функционирования и оповещения об аварийных ситуациях системы отопления 13.
Терморегулятор функционирует следующим образом:
Датчик температуры 1 контролирует температуру текучей среды на выходе узла нагрева текущей среды. В качестве датчика температуры может быть использована, например, микросхема цифрового датчика температуры (DS18S20). В соответствие с алгоритмом работы микро-ЭВМ 3 анализирует состояние датчика (подключение, функционирование) и вычисляет текущее значение температуры, которое отображается на индикаторе 4. С помощью кнопок ввода информации 5 на начальном этапе работы вводятся такие параметры как температура статирования (например 90°С) и гистерезис (например от 1°С до 9°С), которые определяют режим
работы узла нагрева текучей среды. Если текущее значение температуры, поступающее с датчика температуры 1, меньше заданной величины, то микро-ЭВМ 3 последовательно формирует сигналы управления ключами 6, 7 и 8, которые в свою очередь приводят к срабатыванию силовых ключей 10, 11 и 12. При достижении заданной температуры микро-ЭВМ 3 формирует сигналы отключения ключей 6, 7, 8 и соответственно силовых ключей 10, 11, 12. При уменьшении температуры на величину заданного гистерезиса (от 1°С до 9°С) цикл работы повторяется. Максимальное значение устанавливаемой температуры по данному каналу управления составляет порядка 90°С, поэтому основное назначение - предотвращение перегрева текучей среды на выходе узла нагрева текучей среды.
Датчик температуры 2 (аналогичного типа) контролирует температуру текучей среды на входе узла нагрева текучей среды. Посредством кнопок ввода информации 5 на индикаторе 4 задаются значения температуры отключения узла нагрева текучей среды и величина гистерезиса (от 1°С до 9°С). Если контролируемое датчиком температуры 2 значение уменьшится на заданную величину гистерезиса, то микро-ЭВМ 3 сформирует сигналы включения по заданному алгоритму ключей 6, 7, 8, что приведет к включению силовых ключей 10, 11 и 12.
Таким образом мы имеем два канала управления по температуре, которые сдвинуты относительно друг друга по максимальной задаваемой температуре. Датчик температуры 2 позволяет измерять температуру на входе узла нагрева текучей среды (обратка),
которая свидетельствует о теплопотерях и автоматически поддерживает необходимый температурный режим текучей среды.
Такой режим терморегулирования не позволяет учитывать различные факторы, например как: открытая дверь, окна и др., когда необходимо более оперативно реагировать на ситуацию. Кроме того, за счет конечного значения гистерезиса и различия по температуре текучей среды на выходе и входе узла нагрева текучей среды колебания температуры воздуха в отапливаемых помещениях могут отличаться от комфортных.
Для устранения данного неудобства к микро-ЭВМ 3 возможно подключение внешнего устройства управления 14. В этом случае, если мощности узла нагрева текучей среды достаточно, то будет поддерживаться необходимая (желаемая) температура воздуха в помещении.
Внешнее управляющее устройство 14 может иметь программирование по температуре по суточному или недельному циклу и т.д. Использование такого внешнего устройства управления обеспечивает прямую экономию энергоресурсов (уменьшается перегрев текучей среды или снижается температура в помещении при отсутствии там людей и др.). Особенностью данных устройств является диапазон поддерживаемых температур от 7°С до 30°С, что при бесперебойной работе узла нагрева текучей среды не приведет к «размораживанию» системы отопления и др.
Бывают ситуации, когда работа системы отопления осуществляется циклично. Для обеспечения режима работы системы отопления с отключением, микро-ЭВМ 3 имеет вход для
подключения внешнего устройства отключения 15. Формируемый им сигнал позволяет запретить режим включения узла нагрева текучей среды. В качестве таких устройств могут выступать программируемые комнатные терморегуляторы, системы дистанционного управления на базе GSM модулей и др. Таким образом реализуется максимальная экономия в необходимые периоды времени.
Часто нагреватели текучей среды устанавливаются в малодоступных местах. В таких случаях для обеспечения контроля за работой системы отопления микро-ЭВМ 3 имеет возможность подключать внешнее устройство контроля функционирования системы отопления и оповещения об аварийных ситуациях 13. Питание устройства осуществляется посредством блока питания 9.
Использование цифровых датчиков DS18S20, имеющих широкий диапазон измерения температур, не требуют проведения периодических поверок, что существенно упрощает и повышает надежность эксплуатации системы терморегулирования. А использование цифровых технологий, микро-ЭВМ, позволяет реализовать требования к управлению электрическими котлами более простыми способами. При этом измерение температуры в режиме реального времени, с возможностью изменения задаваемых параметров, значительно повышает оперативность управления отопительной системой, обеспечивая экономичный режим работы. При этом использование для подключения цифровых датчиков температуры двухпроводной линии из обычного провода существенно снижает стоимость проводных линий.