Микроконтроллер регулировки расхода охлаждающей жидкости солнечной энергетической установки (СЭУ)

Предлагаемая полезная модель относится к схемотехнике и может быть использована для регулирования расхода охлаждающей жидкости в гидравлической системе солнечной энергетической установки (СЭУ) в зависимости от температуры теплоносителя на выходе солнечных модулей в точках расположения термодатчиков с целью расширения эксплуатационных возможностей СЭУ за счет улучшения параметров микроконтроллера.
Известно устройство для автоматического регулирования температуры теплоносителя (патент РФ №7189 от 15.05.1997 г.), содержащее термодатчик, размещенный на выходе охлажденного теплоносителя, энергетически связанный с регулирующим блоком, соединенный в свою очередь с модулятором, воздействующим на исполнительный механизм, где регулирующий блок выполнен в виде микропроцессорного регулятора, модулятор - в виде преобразователя чистоты, а исполнительный механизм - в виде электропривода переменного тока вентилятора, установленного на линии подачи охлаждающего теплоносителя.
Недостатком данного устройства является:
- Наличие всего одного термодатчика.
- Отсутствие датчика скорости потока охлаждающего теплоносителя.
- Отсутствие резервирования исполнительного механизма.
- Нет возможности подключить ПК для возможности контролировать и просматривать режимы работы и параметры системы охлаждения.
Известна система управления электровентилятором охлаждения радиатора двигателя с плавной регулировкой скорости вращения (патент РФ №2229985 от 04.02.2002 г.), содержащая электровентилятор, аккумуляторную батарею, причем плюсовой вывод аккумуляторной батареи связан с первым выводом электровентилятора. Дополнительно в систему вводят датчик температуры охлаждающей жидкости, блок управления широтно-импульсной модуляцией, силовой ключ и диод. Вывод датчика температуры связан со входом блока управления широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен со входом управления силового ключа, первый силовой вывод которого соединен с минусом аккумуляторной батареи, а второй - со вторым выводом электровентилятора и анодом диода. Плюс аккумуляторной батареи связан с блоком управления широтно-импульсной модуляции и катодом диода. Техническим результатом является унификация системы управления электровентилятором охлаждения радиатора двигателя, а также возможность поддержания температурного режима двигателя в оптимальном диапазоне с высокой точностью.
Недостатком данного устройства является:
- Наличие всего одного термодатчика.
- Отсутствие датчика скорости потока охлаждающего теплоносителя.
- Отсутствие резервирования исполнительного механизма.
Нет возможности подключить ПК для возможности контролировать и просматривать режимы работы и параметры системы охлаждения.
Известно устройство управления тепловым пунктом (патент РФ №66795 от 20.01.2006 г.), включающее управляющее устройство, пульт управления, и блок коммутации, при этом управляющее устройство получает информацию от датчиков измеряемых параметров, вырабатывает и передает управляющее воздействие на исполнительные элементы через блок коммутации, а также получает команды от пульта управления, при этом подача питающего напряжения на исполнительные элементы осуществляется через блок коммутаций, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком питания, через который на пульт управления и управляющее устройство подается питающее напряжение, и где управляющее устройство имеет дополнительный Порт ввода/вывода, на который через модем поступают команды управления и передается информация о работе ТП на диспетчерский пункт.
Цель устройства - создание в помещениях комфортных условий, регулирование подачи теплоносителя, обеспечение автоматического управления работой индивидуального теплового пункта без постоянного присутствия обслуживающего персонала, обеспечение экономного потребления тепловой энергии.
Недостатком данного устройства является:
- Отсутствие датчика скорости потока охлаждающего теплоносителя.
- Отсутствие резервирования исполнительного механизма.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является контроллер Smart Web S.
Контроллер Smart Web S состоит из пластикого корпуса, электронной платы, кнопок управления и графического ЖК дисплея 128×64 пике. Электронная плата обрабатывает сигналы с трех датчиков температуры типа ТСП Pt 1000. В зависимости от температуры на датчиках, по определенному алгоритму, параметры которого нужно настраивать, электронная плата управляет двумя выходами: механическое реле фаза 2А 250В, аналоговый выход.
(Аналоговый выход может работать в двух режимах: в обычном режиме (0-10В), в режиме ШИМ (1 КГц, 10В). С помощью кнопок задаются необходимые параметры работы устройства. На дисплее отображаются Параметры и режимы работы контроллера.
11араметры контроллера Smart Web S следующие: сетевое напряжение 220В±10%, частота 50-60 Гц, потребляемая мощность ~1,5 Вт, степень защиты по ГОСТ 15150-IP40, рабочая температура окружающей среды от 0°С до +40°С, контроллеры можно объединять по шине данных CAN.
Недостатками контроллера Smart Web S является:
- работа с датчиками типа TCH Pt 1000,
- отсутствие работы с датчиками потока/температуры типа VFS (Grundfos),
- очень узкий диапазон питающего сетевого напряжения,
- степень защиты по ГОСТ 15150-IP40.
Цель предлагаемой полезной модели - расширение эксплуатационных возможностей за счет улучшения параметров микроконтроллера.
Технический результат заключается в том, что в предлагаемом устройстве увеличивается диапазон рабочих температур окружающей среды, диапазон питающего сетевого напряжения, а также повышается степень защиты устройства от пыли и влаги.
Технический результат достигается тем, что в устройстве, состоящем из аналоговой части измерительных цепей, содержащей источник опорного напряжения, аналоговый мультиплексор, усилитель сигнала температуры, схемы измерения потока и температуры, однокристального микроконтроллера, схемы управления и контроля работоспособности микроконтроллера, схемы индикации и сигнализации, USB-интерфейса и источника питания AC/DC производится работа с датчиками температуры и датчиком скорости потока охлаждающей жидкости за счет схемотехнических решений аналоговой части измерительных цепей с последующей программной обработкой полученных данных.
На рис. 1 представлена функциональная схема микроконтроллера регулировки расхода охлаждающей жидкости СЭУ.
Функционально электронная схема устройства состоит из аналоговой части измерительных цепей (1), однокристального микроконтроллера (2), схемы управления и контроля работоспособности микроконтроллера (3), схемы индикации и сигнализации (4), USB-интерфейса (5) и источника питания AC/DC (6). Аналоговая часть (1) содержит следующие основные узлы: источник опорного напряжения, аналоговый мультиплексор, усилитель сигнала температуры, схемы измерения потока и температуры датчика VFS.
Электронная схема выполнена на печатной плате, установленной в герметичном алюминиевом корпусе. На корпусе имеются два гермоввода, через которые выведены провода подключения микроконтроллера, заканчивающиеся круглыми клеммами. Так же на корпусе имеется влагозащищенный выключатель питания и отверстие для подключения кабеля USB.
Работает устройство следующим образом: источник питания (6) из сетевого напряжения получает напряжение постоянного тока 5 В для питания всех узлов устройства. Сигнал с датчика температуры подается на аналоговую часть измерительных цепей (1), а точнее на аналоговый мультиплексор, где выбирается сигнал с нужного датчика для последующей обработки. Далее выбранный сигнал поступает на усилитель сигнала температуры для усиления и масштабирования. Затем сигнал подается на один из каналов АЦП, встроенного в однокристальный микроконтроллер (2). Для работы усилителя сигнала температуры и АЦП источник опорного напряжения генерирует высокостабильное напряжение 4,1 В. Так же на еще два канала АЦП, пройдя через соответствующие схемы измерения, подаются сигналы скорости потока и температуры с датчика VFS. Данные схемы измерения и источник опорного напряжения так же входят в аналоговую часть измерительных цепей (1). В АЦП микроконтроллера (2) сигналы с датчиков температуры и с датчиков потока и температуры VFS оцифровываются. Далее в микроконтроллере (2) при помощи соответствующего программного обеспечения вычисляются значения всех температур и скорости потока. После вычисления температур и скорости потока по соответствующим законам и алгоритмам, реализованным в программном обеспечении устройства, осуществляется формирование двух ШИМ - сигналов для управления насосами охлаждающей жидкости. Так же в микроконтроллере (2) происходит формирование сигналов для индикации и звуковой сигнализации. Блок USB - интерфейса (5) преобразует интерфейс UART, встроенный в МК, в интерфейс USB для возможности подключения устройства к ПЭВМ. Схема управления и контроля работоспособности (3) контролирует работу микроконтроллера (2), схему индикации и сигнализации (4) и выходы ШИМ-сигналов. При выходе микроконтроллера (2) из строя, схема управления и контроля работоспособности (3) переключает на себя схему индикации и сигнализации (4) и выходы ШИМ-сигналов, и приводит их в соответствующее, заранее определенное состояние.
Микроконтроллер (2) при подключении к ПЭВМ по интерфейсу USB через USB-розетку имеет возможность настройки его параметров и контроля показаний всех датчиков и режимов работы с помощью специализированного программного обеспечения.
Принцип работы устройства заключается в управлении двумя насосами охлаждающей жидкости путем формирования двух ШИМ-сигналов. Параметры ШИМ-сигналов получаются в результате измерения температуры несколькими датчиками и скорости потока охлаждающей жидкости одним датчиком с последующей обработкой их значений в МК с помощью соответствующего программного обеспечения.
Решение поставленной задачи позволяет добиться следующих результатов:
- получение широкого диапазона рабочих температур от -40°С до +80°С за счет применения электронных компонентов, соответствующих в данном температурном диапазоне;
- получение широкого диапазона питающего напряжения от 90 В до 260 В за счет применения соответствующего источника питания AC/DC в схеме устройства;
- получение степени защиты IP54 по ГОСТ 15150 за счет представления конструкции устройства в герметичном исполнении.