СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО КОТЛА
METHOD FOR CONTROL OF ELECTRIC HEATING BOILER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к способу управления электрическими чайниками.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Электрические чайники удобны для человека в быту и на работе. Однако простой процесс, применяемый для контроля закипания воды, поддержания температуры и предотвращения работы без воды, делает управление известными чайниками неточным.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Целью настоящего изобретения является создание способа управления электрическими чайниками, и технической задачей, стоящей перед изобретением, является объединение каждого из способов управления таким образом, чтобы точно управлять процессом работы электрических чайников.
[0004] Согласно настоящему изобретению предлагается способ управления электрическим чайником, содержащий следующие этапы: (1) отслеживание температуры в электрическом чайнике и определение значения, заданного в системе, с помощью микропроцессора после подачи электропитания и включения; (2) определение состояния ВКЛЮЧЕНО/ОТКЛЮЧЕНО цепи нагрева; (3) отслеживание, выполняется ли процесс поддержания температуры; (4) выполнение процесса отслеживания и контроля защиты от работы без воды; (5) отслеживание запроса на нагрев или поддержание температуры и (6) посылка сигнала "нагрев" или "поддержание температуры" на схему управления с последующим выполнением процесса управления нагревом или поддержанием температуры.
[0005] После окончания процесса нагрева или поддержания температуры алгоритм работы возвращается в исходное состояние.
[0006] Этап отслеживания температуры в чайнике с помощью микропроцессора согласно изобретению выполняется путем отслеживания температуры в двух точках в чайнике пять раз в секунду и вычисления средней температуры в двух точках в пределах одной секунды.
[0007] Значение, заданное для системы, является значением, выбираемым из циклов вычислений, максимальных периодов нагрева и параметра состояния, должен ли процесс поддержания температуры выполняться после закипания воды. Значение, заданное для системы, может являться группой установленных значений, полученных с использованием объема и электрической мощности электрического чайника.
[0008] Если микропроцессор в настоящем изобретении определяет состояние ВКЛЮЧЕНО/ОТКЛЮЧЕНО цепи нагрева, отсчет периода постоянного нагрева начинается с момента включения подачи электропитания на цепь нагрева, и сохраняемый в памяти период нагрева сбрасывается на нуль после отключения подачи электропитания на цепь нагрева.
[0009] Микропроцессор в настоящем изобретении отслеживает, выполняется ли процесс поддержания температуры. Когда цепь нагрева находится в состоянии поддержания температуры, микропроцессор сравнивает среднюю температуру с заданным нижним предельным значением температуры в состоянии поддержания температуры. Если средняя температура выше, микропроцессор ведет отсчет периода поддержания температуры при нагреве и затем определяет, нормально ли работают датчики температуры в двух точках измерений. Когда цепь нагрева не находится в состоянии поддержания температуры, микропроцессор определяет, нормально ли работают датчики температуры в двух точках измерения. Если работа датчиков температуры не соответствует норме, микропроцессор выдает предупреждение и отключает подачу электропитания на цепь нагрева, или, в противоположном случае, начинает процесс отслеживания и управления защитой от работы без воды.
[0010] При определении, есть ли запрос на нагрев или поддержание температуры, микропроцессор согласно настоящему изобретению сначала определяет, есть ли запрос на нагрев. При обнаружении запроса на нагрев микропроцессор посылает сигнал "нагрев" на схему управления и управляет нагревом воды в электрическом чайнике. После закипания воды микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева".
[0011] При определении, есть ли запрос на нагрев, в том случае, если запрос на нагрев не обнаружен, микропроцессор согласно настоящему изобретению определяет, есть ли запрос на поддержание температуры. Если запрос на поддержание температуры не обнаружен, программа возвращается в исходное состояние. В противоположном случае, если обнаружен запрос на поддержание температуры, микропроцессор определяет, есть ли запрос "процесс поддержания температуры должен быть выполнен после закипания воды".
[0012] При определении того, есть запрос "процесс поддержания температуры должен быть выполнен после закипания воды", если такой запрос обнаружен, микропроцессор согласно настоящему изобретению посылает сигнал "нагрев" на схему управления и управляет нагревом воды в электрическом чайнике, после чего выполняет процесс управления поддержанием температуры после закипания воды. В противоположном случае, если запроса не обнаружено, микропроцессор посылает сигнал "нагрев для поддержания температуры" на схему управления и выполняет процесс управления поддержанием температуры.
[0013] При выполнении процесса отслеживания и управления защитой от работы без воды микропроцессор согласно настоящему изобретению вычисляет величину изменения температуры по средней температуре и сравнивает эту величину с заданным значением. Если величина изменения температуры выше заданного значения, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления и выдает предупреждение. В противоположном случае, если величина изменения температуры ниже заданного значения, микропроцессор вычисляет ускорение изменения температуры, т.е. величину изменения температуры по времени, и сравнивает ее с заданным значением. Если ускорение выше заданного значения, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления и выдает предупреждение. Кроме того, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления и выдает предупреждение, если период непрерывного нагрева превышает заданный максимальный период нагрева. При выполнении процесса управления нагревом микропроцессор вычисляет величину изменения температуры и сравнивает ее с величиной в цикле, предшествующем данному циклу. Если величина изменения температуры уменьшается и достигает минимального значения, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления. При выполнении процесса управления поддержанием температуры микропроцессор посылает сигнал "нагрев" на схему управления, если средняя температура воды ниже заданного нижнего предела для питья, и если средняя температура воды выше или равна заданному верхнему пределу для питья, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления. После посылки сигнала "нагрев" на схему управления микропроцессор сравнивает фактическую температуру воды с заданной температурой. Если фактическая температура воды выше заданной температуры, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления. В противоположном случае, если фактическая температура воды ниже заданной температуры, микропроцессор вычисляет величину изменения температуры и сравнивает ее с заданной величиной изменения температуры. Если вычисленная величина выше заданной величины, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления и в противоположном случае посылает сигнал "прекращение нагрева после времени задержки" на схему управления.
[0014] По сравнению с известным уровнем техники в настоящем изобретении использован микропроцессор для объединения в системе процесса отслеживания температуры в электрическом чайнике, процесса определения значения, заданного для системы, процесса отслеживания состояния ВКЛЮЧЕНО/ОТКЛЮЧЕНО цепи нагрева, процесса отслеживания, выполняется ли процесс поддержания температуры, процесса выполнения отслеживания и управления защитой от работы без воды, процесса нагрева и процесса поддержания температуры. При постоянном обновлении данных микропроцессора настоящее изобретение реализует точное управление каждым рабочим процессом электрического чайника, что удобно в использовании.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0015] На ФИГ.1 приведена первая схема, иллюстративно показывающая способ управления электрическим чайником согласно настоящему изобретению.
[0016] На ФИГ.2-1 приведена вторая схема, иллюстративно показывающая способ управления электрическим чайником согласно настоящему изобретению.
[0017] ФИГ.2-2 является продолжением ФИГ.2-1.
[0018] На ФИГ.3 приведена схема, иллюстративно показывающая процесс защиты от работы без воды способа управления электрическим чайником согласно настоящему изобретению.
[0019] На ФИГ.4-1 приведена схема, иллюстративно показывающая процесс поддержания температуры способа управления электрическим чайником согласно настоящему изобретению.
[0020] ФИГ.4-2 является продолжением ФИГ.4-1.
ОПИСАНИЕ ЛУЧШИХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021] Цели, функции и преимущества изобретения будут более очевидны из последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи.
[0022] Как показано на ФИГ.1, способ управления электрическим чайником согласно настоящему изобретению содержит следующие этапы: (1) размещение датчиков температуры, микропроцессора и схемы управления в электрическом чайнике, (2) отслеживание в реальном времени температуры воды в электрическом чайнике датчиками температуры после подачи электропитания и включения с последующей передачей отслеженного сигнала в микропроцессор, (3) определение микропроцессором значения, заданного для системы, (4) отслеживание состояния ВКЛЮЧЕНО/ОТКЛЮЧЕНО цепи нагрева и отсчет времени непрерывного нагрева, (5) отслеживание, выполняется ли процесс поддержания температуры, с подсчетом циклов нагрева для поддержания температуры и отсчетом времени периода нагрева для поддержания температуры микропроцессором, (6) отслеживание, нормально ли работают датчики температуры в точках измерения, (7) выполнение процесса отслеживания и контроля защиты от работы без воды; (8) отслеживание запроса на нагрев или поддержание температуры, (9) посылка сигнала "нагрев" или "поддержание температуры" на схему управления с последующим выполнением процесса управления нагревом или поддержанием температуры, (10) возврат на исходный этап после окончания процесса нагрева или поддержания температуры.
[0023] Как показано на ФИГ.2-1 и ФИГ.2-2, после процесса подачи электропитания и включения, на основании значений температуры, определяемых датчиками температуры пять раз в секунду в двух точках измерения (центр и край нижней части электрического чайника) в электрическом чайнике, микропроцессор вычисляет среднюю температуру в этих двух точках в течение одной секунды. Набор кодов запросов, которые представляют десять групп циклов вычислений, десять групп максимальных периодов нагрева и параметр состояния, должен ли быть выполнен процесс поддержания температуры после закипания воды, задан в микропроцессоре. Электрические чайники различного объема и электрической мощности имеют соответствующие им циклы вычисления и максимальные периоды нагрева. Коды запросов получают с помощью преобразования, выполняемого входным интерфейсом аналого-цифрового преобразования микропроцессора. По кодам запросов микропроцессор определяет заданный цикл вычислений и максимальный период нагрева, которые адаптированы к объему и электрической мощности данного электрического чайника, и определяет, должен ли быть выполнен процесс поддержания температуры после закипания воды. После этого микропроцессор отслеживает состояние ВКЛЮЧЕНО/ОТКЛЮЧЕНО цепи нагрева, т.е. замкнуты ли контакты реле цепи нагрева. Когда подача электропитания на цепь нагрева ВКЛЮЧЕНА, микропроцессор ведет отсчет периода непрерывного нагрева, и когда подача электропитания на цепь нагрева ОТКЛЮЧЕНА, микропроцессор сбрасывает хранящийся в памяти период нагрева на нуль.
[0024] Микропроцессор определяет, выполняется ли процесс поддержания температуры, т.е. находится ли цепь в состоянии поддержания температуры. Когда цепь нагрева находится в состоянии поддержания температуры, микропроцессор сравнивает среднюю температуру с заданным нижним предельным значением температуры в состоянии поддержания температуры. Если средняя температура выше нижнего предельного значения, микропроцессор ведет отсчет времени периода нагрева для поддержания температуры и затем определяет, нормально ли работают датчики температуры, которые отслеживают температуру в двух точках измерения. В противоположном случае, если средняя температура ниже нижнего предельного значения, микропроцессор определяет, нормально ли работают датчики температуры. Когда цепь нагрева не находится в состоянии поддержания температуры, микропроцессор определяет, нормально ли работают датчики температуры. Кроме того, микропроцессор ведет отсчет цикла величины изменения температуры и определяет, нормально ли работают датчики температуры. Если работа датчиков температуры не соответствует норме, микропроцессор выдает предупреждение и отключает подачу электропитания на цепь нагрева. Если датчики температуры работают нормально, программа переходит к процессу отслеживания и управления защитой от работы без воды.
[0025] После этого микропроцессор сначала определяет, есть ли запрос на нагрев. Если он есть, микропроцессор посылает сигнал "нагрев" на схему управления и входит в процесс управления закипанием воды, т.е. управляет процессом нагрева воды в электрическом чайнике. Если запроса на нагрев нет, микропроцессор определяет, есть ли запрос на поддержание температуры. Если его нет, программа возвращается на начальный этап. Если есть запрос на поддержание температуры, микропроцессор определяет, есть ли запрос на поддержание температуры после закипания воды. Если он есть, микропроцессор посылает сигнал "нагрев" на схему управления и затем входит в процесс управления закипанием воды. После закипания воды программа переходит к процессу управления поддержанием температуры. Если запроса на поддержание температуры после закипания воды нет, микропроцессор посылает сигнал "нагрев для поддержания температуры" на схему управления и входит в процесс управления поддержанием температуры, т.е. управляет процессом поддержания температуры.
[0026] При выполнении процесса управления нагревом для закипания воды микропроцессор вычисляет величину изменения температуры и сравнивает ее с величиной в цикле, предшествующем данному циклу. Если величина изменения температуры уменьшается и достигает минимального значения, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления и возвращается в исходное состояние после окончания процесса управления нагревом для закипания воды.
[0027] Как показано на ФИГ.3, когда микропроцессор выполняет процесс отслеживания и управления защитой от работы без воды, схема управления включает подачу электропитания. Если период непрерывного нагрева больше или равен заданному максимальному периоду нагрева, микропроцессор отключает подачу электропитания и выдает предупреждение. С другой стороны, если период непрерывного нагрева короче заданного максимального периода нагрева, текущая температура будет отслеживаться и сравниваться с заданной максимальной температурой. Если температура выше заданной максимальной температуры, микропроцессор отключает подачу электропитания и выдает предупреждение. А если температура ниже заданной максимальной температуры, микропроцессор вычисляет величину изменения температуры и сравнивает эту величину с ее текущим значением. Если величина изменения температуры больше ее заданного значения, микропроцессор отключает подачу электропитания и выдает предупреждение. Если, с другой стороны, величина изменения температуры меньше ее заданного значения, микропроцессор вычисляет ускорение изменения температуры, т.е. величину изменения температуры по времени. Если ускорение больше его заданного значения, микропроцессор отключает подачу электропитания и выдает предупреждение. В противоположном случае микропроцессор регистрирует текущую величину изменения температуры.
[0028] Как показано на ФИГ.4-1 и ФИГ.4-2, при выполнении процесса управления поддержанием температуры микропроцессор сначала определяет, является ли текущий этап нагревом для поддержания температуры. Если нет, микропроцессор определяет, выше ли температура воды заданного значения поддержания температуры. Если температура воды ниже заданного значения, микропроцессор посылает сигнал "нагрев" на схему управления и включает подачу электропитания для нагрева.
[0029] Микропроцессор сравнивает фактическую температуру воды с заданными уровнями температуры. Сначала фактическая температура воды сравнивается с заданным самым нижним уровнем температуры, если фактическая температура воды выше, то она сравнивается с заданными более высокими уровнями температуры до заданного самого высокого уровня температуры. Если фактическая температура воды выше заданного самого высокого уровня температуры, то микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления. Заданные температуры воды делятся на пять уровней, значения которых повышаются от первого до пятого. Если фактическая температура воды ниже текущего заданного уровня температуры, то микропроцессор вычисляет текущую величину изменения температуры, складывает ее с заданным значением регулирования текущего уровня и сохраняет полученную сумму в памяти. Заданные значения регулирования делятся на четыре уровня, которые увеличиваются от первого до четвертого. Сохраненное значение, т.е. сумма, сравнивается с самым большим сравнительным значением регулирования. Если сохраненное значение меньше уровня самого высокого сравнительного значения регулирования, оно будет сравниваться с более низкими уровнями сравнительного значения регулирования до самого низкого уровня сравнительного значения регулирования. Заданные сравнительные значения регулирования делятся на шесть уровней, которые уменьшаются от шестого до первого. Если сохраненное значение больше сравнительного значения регулирования, выбирается заданный период нагрева, соответствующий сравнительному значению регулирования текущего уровня. Заданные периоды нагрева делятся на семь уровней, величина которых увеличивается от нуля до седьмого уровня.
[0030] Если фактическая температура воды ниже первого заданного уровня температуры, значение, сохраняемое в памяти, является нулем. Если фактическая температура воды ниже второго заданного уровня температуры, микропроцессор вычисляет текущую величину изменения температуры, складывает ее с первым заданным уровнем значения регулирования и сохраняет полученную сумму в памяти. Если фактическая температура воды ниже третьего заданного уровня температуры, то микропроцессор вычисляет текущую величину изменения температуры, складывает ее с вторым заданным уровнем значения регулирования и сохраняет полученную сумму в памяти. Если фактическая температура воды ниже четвертого заданного уровня температуры, то микропроцессор вычисляет величину изменения температуры, складывает ее с третьим заданным уровнем значения регулирования и сохраняет полученную сумму в памяти. Если фактическая температура воды ниже пятого заданного уровня температуры, то микропроцессор вычисляет текущую величину изменения температуры, складывает ее с четвертым заданным уровнем значения регулирования и сохраняет полученную сумму в памяти. Если сохраненное значение, т.е. сумма, больше шестого уровня сравнительного значения регулирования, период нагрева устанавливается на нуль. Если сохраненное значение больше пятого уровня сравнительного значения регулирования, период нагрева устанавливается на первый заданный уровень периода нагрева. Если сохраненное значение больше четвертого уровня сравнительного значения регулирования, период нагрева устанавливается на второй заданный уровень периода нагрева. Если сохраненное значение больше третьего уровня сравнительного значения регулирования, период нагрева устанавливается на третий заданный уровень периода нагрева. Если сохраненное значение больше второго уровня сравнительного значения регулирования, период нагрева устанавливается на четвертый заданный уровень периода нагрева. Если сохраненное значение больше первого уровня сравнительного значения регулирования, период нагрева устанавливается на пятый заданный уровень периода нагрева. Если сохраненное значение меньше первого уровня сравнительного значения регулирования, период нагрева устанавливается на шестой заданный уровень периода нагрева.
[0031] Цель задания пределов температуры по различным уровням заключается в сложении величины изменения температуры с различными значениями регулирования для сравнения с сравнительным значением регулирования того же уровня. Альтернативный способ заключается в сравнении фактической температуры воды с заданной температурой. Если фактическая температура воды ниже заданной температуры, микропроцессор вычисляет величину изменения температуры и сравнивает ее с заданной величиной изменения температуры. В противоположном случае, если фактическая температура воды выше заданной температуры, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления. Если вычисленная величина изменения температуры меньше заданной величины изменения температуры, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева после времени задержки" на схему управления.
[0032] По температурам различных уровней выбирают различные заданные значения регулирования для того, чтобы получить различные заданные периоды нагрева. Чем выше температура, тем больше заданное значение регулирования и короче заданный период нагрева, что иллюстрирует отрицательное отношение между периодом нагрева для поддержания температуры и температурой.
[0033] Максимальный период нагрева в текущем цикле вычислений задан в микропроцессоре. Если период нагрева больше или равен заданному максимальному периоду нагрева, то микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева в пределах одного цикла" на схему управления и отслеживает, завершен ли один цикл. В противоположном случае, если период нагрева меньше заданного максимального периода нагрева, процесс нагрева продолжается, и микропроцессор отслеживает, завершен ли один цикл. Если да, то микропроцессор вычисляет величину изменения температуры, сохраняет текущую температуру воды в памяти и сравнивает текущую температуру воды с первым заданным уровнем температуры после сброса периода нагрева на нуль. Если один цикл не завершен, микропроцессор сравнивает текущую температуру воды с пятым заданным уровнем температуры. Если текущая температура воды выше, микропроцессор посылает сигнал "прекращение нагрева" на схему управления. В противоположном случае микропроцессор продолжает сравнивать период нагрева в пределах цикла с заданным периодом нагрева. После окончания процесса поддержания температуры алгоритм возвращается в исходное состояние.