МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАГРЕВА ЭЛЕКТРООБОГРЕВАЕМОГО СТЕКЛА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области электротехники.
Известен многоканальный регулятор, содержащий источники сигналов в виде датчиков, устройства микропроцессорного управления, связываемые с исполнительными механизмами и соответствующим программным обеспечением для сравнения в каждом канале полученного от подключенного к этому каналу датчика сигналов и выдачи управляющего воздействия на исполнительный механизм (см., например, US 5128855, G06F 15/16, 1992).
При использовании известного регулятора для поддержания температуры электрообогреваемых стекол кабины машиниста железнодорожного транспорта нестабильность питающей сети вызывает изменение мощности, передаваемой исполнительным устройством на нагревающий элемент изделий остекления. Так как нагревательный элемент представляет собой резистор, нагревающую мощность можно однозначно связывать с протекающим через него током. При увеличении напряжения питающей сети (на железнодорожном транспорте допустимое увеличение до 150% от номинального значения в течение 5 с) возможно превышение максимально допустимого тока исполнительного устройства, что приводит к выходу его из строя.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы регулятора путем предотвращения перегрузки исполнительного устройства.
Поставленная задача достигается за счет того, что многоканальный регулятор нагрева электрообогреваемого стекла транспортного средства, содержащий датчик тока в цепи питания резистивных элементов, соединенный с первым входом компаратора микроконтроллера, второй вход которого соединен с блоком опорного напряжения, определяющего порог срабатывания компаратора, выход микроконтроллера, обеспечивающего регулирование мощности нагревательных элементов по заданной программе, связан с исполнительными механизмами в цепи питания резистивных элементов, а также датчики температуры электрообогреваемого стекла, связанные со входом микроконтроллера, снабжен датчиком температуры корпуса регулятора, связанным со входом микроконтроллера.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема многоканального регулятора нагрева электрообогреваемого стекла транспортного средства.
Обозначения на чертеже 1 - микроконтроллер, 2 - датчик тока, 3 - блок управления, 4 - схема выбора датчика температуры, 5 - датчик температуры электрообогреваемого стекла, 6 - датчик температуры корпуса регулятора, 7 - резистивный элемент, 8 - исполнительный механизм.
В общую цепь питания резистивных элементов включен датчик тока 2. Сигнал с датчика тока 2 подается на первый вход компаратора микроконтроллера 1. На второй вход компаратора подается опорное напряжение, величина которого определяется порогом срабатывания компаратора. При увеличении тока через датчик выше заданного происходит срабатывание компаратора в виде программного прерывания и микроконтроллер 1 переходит на обработку данного события. Данная реализация характеризуется высокой скоростью реакции на событие, так как прерывание происходит с минимальной задержкой относительно момента превышения тока.
Реакция на превышение уровня тока разбивается на два уровня в зависимости от степени превышения.
Управление мощностью нагрева производится по всем каналам регулирования одновременно (параллельное регулирование). На первом уровне происходит переход на последовательное регулирование, а именно, в каждый момент времени разогревающая мощность подается только в один канал - на один резистивный элемент. Если величина тока канала превышает предельно допустимую, происходит выключение канала из цикла регулирования (разогревающая мощность не подается) - второй уровень. Восстановление управления происходит при обновлении информации о температуре стекла (в данной реализации - с частотой 0,5 Гц).
Выбор конкретного датчика температуры стекла осуществляется подачей активного уровня сигнала на вход «выбор датчика» при этом на входы других датчиков подается пассивный уровень сигнала управления.
Фактически, схема выбора датчика температуры это один из портов ввода-вывода контроллера (в нашей реализации - это семивыводной порт, запрограммированный на вывод). Каждый вывод порта подключен к линии CS конкретного датчика. Подавая последовательно на каждый вывод уровень активного сигнала (при этом на остальных выводах порта поддерживается пассивный уровень сигнала) выбирается датчик, подключенный к этому выводу.
Вторая проблема, возникающая при эксплуатации регулятора - большая электрическая мощность, потребляемая резистивными элементами электрообогреваемых стекол 7. Так как исполнительный механизм 8 (транзистор) является неидеальным коммутатором (для транзистора - напряжение насыщения на рабочем токе) часть мощности рассеивается на исполнительном механизме 8 в виде тепла. Конструкция регулятора обеспечивает рассеивание избыточного тепла в окружающую атмосферу, но в силу ограниченности размера корпуса при длительной непрерывной эксплуатации в максимальном режиме (зимнее время в северных районах) возможен перегрев как корпуса регулятора, так и самого транзистора. Оба этих фактора имеют отрицательные последствия:
- перегрев корпуса свыше максимально допустимого может вызвать ожог обслуживающего персонала (машиниста) при случайном прикосновении;
- перегрев транзистора приводит к выходу из строя прибора в целом. В регулятор введен еще один датчик температуры корпуса 6. При превышении температуры корпуса свыше некоторого порога микроконтроллер начинает снижать мощность, передаваемую на резистивные элементы стекол. Степень снижения мощности определяется величиной перегрева корпуса относительно пороговой температуры. Для данной реализации в качестве порога выбрана температура 60°С. Уровень снижения мощности 5%/°С. При этом, в процессе работы, устанавливается равновесие между уровнем передаваемой на резистивные элементы мощностью и температурой корпуса. Устройство снабжено индикатором перегрева, предупреждающим обслуживающий персонал об опасной температуре корпуса.
Таким образом, заявленная полезная модель повышает надежность работы и безопасность регулятора.