Frontoil.ru

Авто Масла
8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Автоматический регулятор температуры газовой колонки

Автоматический регулятор температуры газовой колонки

Мы живем на съёмной квартире, которая обладает одним очень неприятным свойством: в доме нет горячей воды, холодная вода нагревается на месте при помощи нагревателя (Водонагреватель Проточный Газовый — ВПГ), который расположен на кухне. Во время принятия душа если происходит очередной скачок давления — приходится голышом шлепать до колонки или звать кого-нибудь. Интегрировать полноценный «умный дом» возможности нет, поэтому решено было внедрить автоматическое регулирование нагревателя. К слову, довольно быстро нашел несколько похожих решений, например здесь, а значит проблема моя известна и решена в своем виде.

Модель ВПГ: Vector lux eco 20-3 (китай)
Давление воды: около 1.5 кгс/см² (давление низкое, нагреватель работает чуть выше допустимого предела)

Требования к решению

  • Простота
  • ПИД-регулятор или его подобие
  • Возможность выбора поддерживаемой температуры
  • Отображение текущих параметров
  • Решение вопросов безопасности устройства

Архитектура системы

  • Сервопривод (непосредственно в теле ВПГ)
  • Термодатчик штатный ВПГ
  • Блок усиления сигнала термодатчика и стабилизатор питания сервопривода (непосредственно в теле ВПГ)
  • Блок управления (внешний)

2. Сервопривод

Так как профессия у меня программная и механика всегда оставалась самой сложной частью — начать решил с неё. Надо сказать что к первому этапу долго не мог собраться, ВПГ очень боязно было трогать, но очередной перепадок давления вынудил меня начать.

Разобрав колонку и осмотревшись — нашёл места для установки сервомашинки TowerPro MG995, как-то давно заказанной «на сдачу» на aliexpress.

Для устранения люфта привода тяг сделал одну тягу подпружиненной. Люфт был полностью устранен, но выяснилась другая проблема — сервомашинка с моментом > 10 кг*см оказалась слишком дерзкой для ВПГ. При включении переходные процессы в электронике машинки вызывают рывок в рандомное положение и через пару холостых включений тяга оказалась погнутой! Силумин колонки точно не выдержит такого обращения. Так же вызывала нарекания геометрия качалки, которая была не на оси регулятора — что приводило к нелинейности регулировки. Финальный вид узла привода дросселя:

Узел переделан — использованы пружины от ВАЗ (от карбюратора — куплены в магазине автозапчастей) и качалка теперь на геометрической оси вала. Такая конструкция имеет небольшой люфт, но зато линейна в регулировке и может демпфировать бешенство рулевой машинки. Углы выставлены на оптимальные значения для регулировки в наиболее востребованных положениях регулятора.

3. Блок датчиков ВПГ

Терморезистор ВПГ меняет своё сопротивление в пределах 20..50 КОм, использовать напрямую в качестве делителя проблематично — получим низкую точность измерения. Но как оказалась на практике — при повышении питающего напряжения до 12В можно без проблем получить приемлемый диапазон выходного сигнала — только использовать ОУ в режиме повторителя (при необходимости можно поменять коэффициент усиления) для изоляции делителя от нагрузки. Схема блока внутри ВПГ:

Читайте так же:
Регулировка тормозов на велосипеде заднее колесо

Делитель R2 и термодатчик колонки формирует сигнал с напряжением 1.4..4.96 В в полном диапазоне измерений (на практике — 20..60 градусов цельсия). Изначально разработал мостовую схему — которая может компенсировать уход источника питания, но была отброшена из-за того что источник питания влиял слабо, а первый пункт «ТЗ» был — «простота». Операционный усилитель обеспечивает развязку делителя и нагрузки. Стабилитрон D1 ограничивает выходное напряжение на уровне 5.1 В для случаев отсоединения датчика (в противном случае на выходе было бы 12В — что смертельно опасно для контроллера) — что схемой контроллера будет считаться безусловной ошибкой. Интегральный стабилизатор 7805 питает сервомашинку — решение неудачное, при стопоре машинки он ужасно нагревается и думаю может выйти из строя при клине привода (если не сработает встроенная защита). Более на этом блоке не буду заострять внимание.

4. Контроллер

Контроллер собран на базе ИМС Atmega8 в dip-корпусе.

Тактирование — внутренний осцилятор на 8 МГц. Питание — ещё один 7805 на плате. Индикация через стандартный LCD1602 дисплей. Схема блока:

Управление питанием блока осуществляется от колонки через транзистор — используя малогабаритное реле. Сигнал термодатчика (Контакт №4 разьема) имеет подтяжку на землю и при отсоединении датчика во время работы покажет очень высокую температуру — что приведет к уменьшению регулятора и не вызовет опасных ситуаций. Собранный блок:

4. Испытания и регулировка

Для отработки ПИД-регулятора была написана модель ВПГ на Qt. На ней были отработаны основные моменты и ситуации работы нагревателя — старт холодный/горячий, перепады давления. Для снятия характеристик был добавлен UART-разьем на плату контроллера, куда раз в секунду отправлялись данные о показателях — текущая температура, положение дросселя и т.д.

  • Очень большая инерция ВПГ от начала воздействия до реакции на термодатчике — порядка 30 секунд
  • Округление до градуса в микропрограмме контроллера — плохая идея, алгоритм может работать более точно

Результаты измерения и калибровки термодатчика, Зависимость можно считать условно-линейной:

Первые прогоны в программе отрисовки телеметрии от колонки:

Читайте так же:
Как отрегулировать ремень на снегоуборщике

(забыл на графики добавить легенду. Здесь и далее — красный — температура датчика, зеленый пунктирный — положение дросселя, синий — желаемая юзером температура)


Почти удачная регулировка


Удачные варианты коэффициентов


Неплохой вариант старта

Первые прогоны показали основные параметры системы, дальше уже не составило труда замерить их и настроить по ускоренной формуле, параметры подбирал долго и мучительно. Полностью от колебаний избавится не удалось, но колебания в пределах 1 градуса считаются приемлемыми. Принятый вариант:

В процессе подбора интегральый коэффициент пришлось полностью отключить, думаю что это из-за большой инерции системы. Итоговые коэффициенты:

5. Корпусирование

Устройство собрано в пластмассовом корпусе распределительной коробки.

И в таком виде работает.

6. Безопасность использования

Важный вопрос, которым задавался с самого начала.Пройдемся по основным пунктам.

Гальваническая развязка цепей колонки и регулятора

Что будет если блок питания 12В закоротит и на цепи датчика окажется 220 вольт? Не вызовет это подачу газа в колонку. Как оказалось — не вызовет — в колонке имеется два уровня подачи газа — электромагнитный клапан контроллера и механический клапан воды. Открыть только соленоид мало — газ не поступит без тока воды.

Отключение или отрыв датчика внутри ВПГ

При отключении терморезистора от блока внутри ВПГ на выходе будет генерироваться сигнал 0xFF (5.1В) что проверяется программой как ошибка, контроллер останавлиает выполнение программы, сервопривод выставляется на минимум.

Отключение или отрыв датчика от контроллера

В этом случае генерируется большая температура (подтяжка линии датчика к земле) что приведет к выводу привода в минимальное значение, что так же безопасно для юзера.

Электронно-механическая защита ВПГ

Цени защиты ВПГ остаются функционировать в штатном режиме, в случае кипения/перегрева/датчика тяги колонки штатные системы должны отключить её.

7. Файлы

Полный архив проекта доступен на github. В директориях проекта доступны результаты измерений, прошивка контроллера и можели бойлера на Qt.

Содержание / Contents


Источник изображения radiokot.ru

А вот и схема такого автоматического регулятора оборотов. Её автор Александър Савов из Болгарии.

↑ Небольшое расследование Датагора


Инженер А. Савов — основал в 1991 году фирму «COMACON», на сегодня ведущую болгарскую компанию в области КИП и А.
Автор множества конструкций и статей для радиолюбителей, которые опубликованы в журналах «Млад конструктор» и «Радио, телевизия, електроника» и др.
Статья с интервью Савова (на болгарском) .

SpeedFan не видит вентиляторы на компьютере или ноутбуке

Как мы уже говорили выше, иногда программа не может управлять скоростями вентиляторов. В некоторых случаях она вообще их не видит. В первую очередь, нужно сделать следующее:

  • Проверьте материнскую плату в компьютере. Все вентиляторы, которые есть в ПК, должны быть корректно подключены напрямую в нее. Если же кулеры подсоединены к блоку питания, минуя материнскую плату, то ими будет невозможно управлять и даже следить за значениями скоростей.
  • В BIOS можно найти пункт, в названии которого есть слова «fan control» (контроль вентиляторов). Его (или их, если таковых пунктов несколько) необходимо отключить.
Читайте так же:
Регулировка сцепления крайслер вояджер

Данные советы должны помочь, если ваш компьютер достаточно современный. На некоторых старых моделях материнских плат отсутствует возможность контроля за кулерами совсем.

Настройка интегрального коэффициента

После отладки пропорциональной и дифференциальной составляющей удается получить кривую, очень близкую к идеальной. Однако, температура при этом не достигает заданной величины и поддерживается на более низком значении.

Настройка интегрального коэффициента ПИД-регулятора

Такое расхождение называют статической ошибкой. Чтобы ее исключить, настраивают интегральную составляющую. Коэффициент плавно увеличивают до исчезновения статической ошибки. При выявлении скачков значений величины контролируемого параметра, интегральную составляющую также плавно снижают.

На практике редко удается достичь настроек близких к идеальным. Любая система подвержена возмущениям извне, что делает невозможным достижение «идеальной кривой». Обычно ограничиваются настройкой, удовлетворяющей условия технологического процесса.

Блоки управления

Следующим видом паяльников являются уже более сложные устройства с блоком питания, в которых регулирование происходит при помощи блока из полупроводников и микросхем. Такой блок компактен и может находиться в корпусе рукоятки паяльника, что очень удобно.

Регулятор также может находиться на рукоятке. При достаточно скромной цене это вполне приемлемый вариант, позволяющий производить качественную пайку.

Еще одной разновидностью паяльников с регулировкой являются инструменты с внешним блоком питания. Благодаря наличию этих блоков возможна работа прибора на выпрямленном постоянном токе со стабильными значениями напряжения.

Такой блок питания одновременно служит и стабилизатором температуры паяльника, которая останется неизменной независимо от того, насколько будет изменяться напряжение в сети. Многие радиодетали требовательны именно к такому режиму пайки.

Недостатком моделей можно посчитать громоздкость, низкую мобильность, но если принять во внимание, что качественный монтаж можно произвести только в оборудованной мастерской, а не «на коленке», как принято говорить в таких случаях, то можно закрыть на это глаза.

Наиболее точной регулировки и настройки можно добиться только при помощи паяльной станции, где в помощь обычному паяльнику предусмотрен фен, которым предварительно подогревают плату или припой.

Читайте так же:
Как правильно отрегулировать задний тормоз на велосипеде

Снизить скорость вентилятора радиатора

Отрегулировать скорость вращения вентилятора радиатора, охлаждающего процессор ПК можно двумя способами:

  1. Изменением некоторых настроек BIOS.
  2. Программным способом.

Использование специальных программ порой вызывает некоторые затруднения, поэтому проще будет рассмотреть первый из этих вариантов. Для его успешной реализации пользователю достаточно придерживаться следующей инструкции:

  • Включить ПК и известным способом перейти в БИОС.
  • В появившемся окне найти вкладку «Power».
  • Затем перейти в раздел «Hardware Monitor».

Дальнейшие действия производятся согласно подсказкам системы.

Изменение регулировок в БИОС

Настройка автоматического управления оборотами кулера ноутбука

Для включения автоматического управления, ползунок нужно передвинуть вправо до упора, появится значение «Auto». Теперь Notebook Fan Control будет изменять скорость вращения в зависимости от температуры, и это поведение можно настроить: нажимаем на кнопку «…» (где выбирали модель ноутбука) и далее «Edit».

На вкладке «Basic Configuration» изменяется параметр «Critical Temperature» — критическая температура, при которой автоматически включится максимальная скорость кулера (100%).

критическая температура

Это число подтягивается автоматически для выбранной модели ноута, но я рекомендую не оставлять значение выше 85 градусов, ноутбук дольше прослужит!

Переходим на вкладку «Fan Configuration», кликаем по единственной строчке в таблице и нажимаем «edit»:

fan configuration

Далее нужно перейти на вкладку «Temperature Thresholds» (температурные пороги).

пороги температуры

Удобное окно с ползунками появляется с помощью двойного клика по строчке. Дальше всё просто, для каждого диапазона температуры процессора ноутбука выставляется скорость вращения:

  • Up threshold – верхняя граница температуры
  • Down threshold – нижняя граница температуры
  • Fan Speed – скорость кулера

Например, у меня указано, что при температуре от 35 до 50 градусов будет применена скорость в 30.3% для охлаждения процессора. После внесения изменений нажимаем «ОК -> save -> Apply -> Enabled»

Автоматический запуск программы

В главном окне программы NBFC нажмите на значок шестерёнки в правом нижнем углу:

  • «Start with Windows» — программа будет загружаться вместе с Windows
  • «Close to tray» — если свернуть или закрыть программу, то она попадёт в системный трей (рядом с часиками) и будет показывать текущую скорость кулера, при этом не будет занимать место на панели задач
  • «Tray icon color» — цвет значка со значением скорости

Посмотрите видео по работе с программой:

Правила заправки системы

Правильно настроить функционирование водяной конструкции нельзя, если объём жидкости в трубопроводе будет изменяться самостоятельно. Это может произойти, при наличии воздуха в системе — смотрите инструкцию как спустить воздух с теплого пола самостоятельно. Поэтому, важно как профессионально смонтировать конструкцию, так и правильно её заполнить.

Читайте так же:
Как отрегулировать датчик положения педали сцепления

Для качественного заполнения системы, следует обе коллекторные ветки оснастить автоматическими воздухоотводчиками. Заправку петель пола следует проводить отдельно от других отопительных устройств. Генератор и радиаторы заполняются заранее. Перед заправкой коллекторные входные вентили перекрываются.

Чтобы правильно произвести запуск пола, нужно к крану подачи подсоединить шланг от источника водоснабжения или насоса, а к возвратке — шланг для выхода воздуха.

Начинать заполнение водяного пола надо с коллектора и его распределительных узлов. Для этого, расходомеры подающего вентиля открываются на полную, в этот момент краны на обратке следует отключать.

Петли заполняются поочерёдно, вода пускается пока из стравливающего шланга, она не пойдёт чистая, и без воздушных пузырьков. Запускать воду следует небольшим напором, это сделает процесс выхода воздуха из труб равномерней. После заправки всех петель, устройство можно включать.

Работа с расходомерами коллекторов

Под балансировкой тёплого пола подразумевается определение норм для каждой петли. Ведь от размера ветки пола, чтобы в процессе прохождения по ней теплоноситель остывал согласно расчётного значения, количество воды требуется разное. Объём жидкости, которую пропускает через себя петля, является тепловой нагрузкой на неё.

Не редко, рекомендуют определять расход теплоносителя, отталкиваясь от мощности насоса, то есть объём поступающей жидкости разделяется пропорционально на длину петель. Однако стоит отказаться от этого способа, так как точно рассчитать размер каждого змеевика этим методом не просто.

Помимо этого, вычисления данным способом приводит к несоответствию напора в петли с расчётным значением, что делает невозможным настроить конструкцию.

Сам же регулировочный процесс расходомерами несложный — статья с пошаговой инструкцией. Пропускная возможность устройства настраивается с учётом модели, либо поворотом корпуса, либо штока с помощью ключа. В приборе отражается количество воды в литрах, прошедшее за минуту, необходимо лишь установить желаемое значение.

В основном всегда, при регулировке пропускной способности одной петли, происходит изменение в других. Поэтому, процесс следует повторять последовательно с каждым расходомером. Значительные сбои свидетельствуют о том, что арматура имеет плохую пропускную способность, или циркулирующий насос имеет низкую производительность.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector