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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Commande chaudière chauffage électrique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Régulateurs de puissance, thermomètres, stabilisateurs thermiques L'unité de commande à microcontrôleur proposée est conçue et fabriquée pour remplacer l'unité de commande standard de la chaudière électrique "EVAN EPO-7,5/220 V", qui n'offre pas une facilité d'utilisation suffisante. Il peut également être utilisé pour contrôler d’autres radiateurs électriques. Après l'achat et l'installation de la chaudière "EVAN EPO-7,5 / 220 V", les défauts de l'unité de commande dont elle était équipée ont été révélés. Le principal est l'allumage et l'extinction simultanés des trois résistances électriques installées dans la chaudière. Les surtensions et les chutes de tension qui en résultent dans le réseau sont si importantes qu'elles provoquent des dysfonctionnements de certains appareils électroniques alimentés par celui-ci. Il y a même eu des échecs. De plus, un puissant contacteur, qui allumait et éteignait périodiquement les radiateurs pour maintenir la température réglée, grondait dans toute la maison, et le bloc accroché au mur dans lequel il était installé « sautait » jusqu'à ce qu'il tombe et se brise. Il a été décidé de ne pas réparer ce bloc, mais d'en développer et d'en fabriquer un nouveau, en éliminant si possible les défauts et en élargissant les fonctions exercées. La nouvelle unité de commande a été réalisée à quatre canaux avec commutation électronique. Trois canaux contrôlent les radiateurs de manière temporisée, ce qui réduit considérablement le courant d'appel provenant du secteur. Le contacteur est utilisé uniquement pour l'arrêt d'urgence des appareils de chauffage en cas de surchauffe de la chaudière. Le quatrième canal contrôle la pompe à eau du système de chauffage. Il existe un mode de chauffage rapide de la chaudière à une température prédéterminée avec la pompe éteinte puis allumée pour fournir de l'eau chaude au système de chauffage. Le nouveau système, comme l'ancien, stabilise la température de l'eau en sortie de chaudière, même s'il est possible de passer à sa stabilisation en entrée. Si vous connectez une sonde de température ambiante à l'unité de contrôle, le système passe automatiquement en mode de stabilisation pour ce paramètre. Un schéma de la nouvelle unité de commande, ainsi que des capteurs de température et des actionneurs (chauffages et pompe à eau), est présenté sur la fig. 1. Le système de chauffage est allumé et éteint par l'interrupteur SA1, qui fournit la tension secteur au module d'alimentation. Après cela, tous les autres modules de l'unité de contrôle commencent à fonctionner. Les radiateurs EK1-EK3 sont alimentés en tension 220 V via le contacteur KM1, les disjoncteurs SA3-SA5 et un module de commutateurs triac contrôlés par des signaux générés dans le module microcontrôleur. Type de contacteur - NC1 -25. Lorsque la chaudière fonctionne normalement, ses contacts sont fermés.
Le circuit de commande du moteur M2, qui entraîne la pompe à eau, qui comprend la machine SA2 et l'un des canaux du module triac, diffère uniquement par le fait qu'il ne peut pas être ouvert par le contacteur KM1. Ceci est nécessaire pour qu'en cas d'arrêt d'urgence des appareils de chauffage, la pompe continue de fonctionner, assurant la circulation de l'eau dans le système de chauffage et son refroidissement accéléré. Les dissipateurs thermiques des triacs qui commutent les radiateurs et la pompe sont soufflés par un ventilateur informatique à deux vitesses M1, de dimensions 80x80x20 mm, avec une tension d'alimentation de 12 V. Des LED bicolores HL1-HL4 sont connectées au module de commutateurs triac. Leurs cristaux lumineux rouges s'allument lorsque la tension secteur est appliquée aux entrées des commutateurs triac correspondants, et verts lorsque leurs triacs sont ouverts. Dans ce dernier cas, la couleur de la LED devient jaune, ce qui indique que la tension secteur est appliquée au chauffage ou à la pompe. Les diodes VD1-VD8 protègent les LED de la tension inverse. Les capteurs de température d'eau à la sortie de la chaudière (BK1), à son entrée (BK2), ainsi que la température de l'air dans la pièce chauffée (BK3) sont reliés au module microcontrôleur via le module d'alimentation et les connexions intermodules. Sur les sorties des capteurs BK1 - BK3, des pièces filtrantes sont montées (respectivement R1C1, R2C2, R3C3). Selon le schéma, des fils de courtes longueurs de câbles USB standards avec des fiches de connecteurs USB-A sont soudés aux bornes 1, 2 des capteurs et aux bornes libres des résistances. Les capteurs de température du liquide de refroidissement automobile standard 1-2 sont utilisés comme boîtiers pour les capteurs VK19 et VK3828, dont tous les « intérieurs » ont été retirés. Les capteurs DS18B20, ainsi que les pièces qui y sont soudées et les extrémités des câbles, sont insérés dans les cavités formées et remplis de mastic automobile. Une fois le mastic durci, la sonde VK1 est vissée à la place de la sonde de température d'eau préexistante en sortie de chaudière. Le diamètre et le pas de filetage conviennent. Pour installer le capteur VK2, il est nécessaire de réaliser un insert avec un trou fileté dans la canalisation alimentant la chaudière en eau. Un morceau de tube thermorétractable est posé sur le capteur VKZ et l'extrémité du câble qui y mène pour se protéger des influences extérieures. Ce capteur est placé dans une pièce chauffée à l'écart des sources de chaleur et à l'abri des courants d'air. Les capteurs VK5-VKZ sont connectés au connecteur X1 du module d'alimentation et aux connexions intermodules par des câbles constitués de rallonges USB avec prises de câbles USB-A. en tant qu'interrupteur thermique SF1, signalant une surchauffe inacceptable de l'eau, TM108 est utilisé - un interrupteur de ventilateur de refroidissement de moteur de voiture standard. Il y a une place pour son installation dans la chaudière, le pas de filetage et le diamètre sont adaptés. Les contacts de cet interrupteur sont fermés lorsque la température de l'eau dans la chaudière atteint 92 оC, ce qui entraîne le déclenchement immédiat de l'induit par le contacteur KM1 et l'arrêt de tous les appareils de chauffage. Les contacts de l'interrupteur SF1 s'ouvrent lorsque la température de l'eau descend à 87 оC. Pour analyser les signaux des capteurs et générer des signaux de commande pour les appareils de chauffage et autres dispositifs du système, un module microcontrôleur universel décrit dans [1] avec un programme spécialement développé a été utilisé. Afin de connecter des indicateurs LED à la place d'un LCD graphique, le module a subi une légère modification. La résistance d'accord R15 qui régulait le contraste de l'écran LCD a été supprimée (la numérotation des éléments du module est conforme au schéma de la figure 1 dans [1]). De ce fait, deux contacts du connecteur X4, ainsi libérés, sont utilisés pour transmettre des signaux de commande supplémentaires pour les indicateurs LED. Pour cela, la broche 2 est connectée à la sortie PC7 (broche 28), et la broche 18 est connectée à la sortie PD7 (broche 30) du microcontrôleur DD1. Le schéma du module d'indication et de contrôle LED connecté au module microcontrôleur au lieu de l'écran LCD est illustré à la fig. 2. Des indicateurs LED à trois chiffres et sept éléments HG1 - HG3 avec une cathode commune y sont installés, qui affichent des informations sur le fonctionnement de la chaudière. Ils dépendent du mode de fonctionnement choisi du système de chauffage.
Le microcontrôleur génère des informations à afficher sur les indicateurs HG1-HG3 sous la forme d'un code série de 24 bits, qui est converti par trois registres à décalage de huit bits connectés en série en un code parallèle fourni aux anodes des éléments indicateurs. Le premier de ces registres est situé dans le module microcontrôleur (DD2 selon son schéma). Il sert l'indicateur HG1. Les deux autres (DD1 et DD2 dans le module d'affichage considéré) servent respectivement aux indicateurs HG2 et HG3. La valeur du bit de poids fort du registre DD24 est chargée en premier dans le registre 2 bits, et la valeur du bit de poids faible du registre DD2 du module microcontrôleur est chargée en dernier. Les LED HL1-HL3 du module d'affichage affichent les signaux de commande du chauffage générés par le module microcontrôleur, respectivement EK1, EK2 et EKZ. La LED HL4 s'allume lorsque la température de l'eau dans la chaudière baisse et HL5 lorsqu'elle augmente. À l'aide des boutons SB1-SB4, ils changent les modes de fonctionnement du système et modifient leurs paramètres. Le schéma du module de commutateurs triac est représenté sur la fig. 3. Il dispose de quatre canaux identiques. Les désignations de position des éléments de chacun d'eux sont munies de préfixes qui correspondent aux numéros de canal. Les signaux de commande générés par le module microcontrôleur sont transmis via le connecteur X1 aux diodes électroluminescentes des optocoupleurs triac 1U1-4U1, qui assurent l'isolation galvanique entre les circuits de commande et d'exécution.
Les optocoupleurs appliqués MOC3063 [2] ont des nœuds pour lier les moments d'ouverture des phototriacs aux moments où la tension qui leur est appliquée passe par zéro. Cela réduit considérablement le niveau d'interférence de commutation. Les éléments exécutifs des commutateurs sont de puissants triacs 1VS1-4VS1 installés sur des dissipateurs thermiques, qui sont soufflés par le ventilateur M1 (voir Fig. 1). L'unité de commande de ce ventilateur, reliée au connecteur X3, est montée sur un transistor VT1. Le signal pour allumer le ventilateur vient du microcontrôleur au connecteur X2 simultanément avec l'apparition d'un signal sur X1 qui allume l'un des radiateurs et est retiré après un temps défini après l'extinction du dernier radiateur. Cela garantit un refroidissement rapide des triacs chauffés. Toutes les entrées de puissance (via les résistances 1R5-4R5) et les sorties (via les résistances 1R6-4R6) des canaux de commutation sont connectées au connecteur XP4, auquel sont connectées des LED pour indiquer l'alimentation en tension secteur des entrées (contacts XT1-XT4) des interrupteurs et son apparition sur les contacts du connecteur X5 auxquels sont connectés les résistances et la pompe. Sur la fig. 4 montre un schéma du module pour les connexions inter-modules et l'alimentation des nœuds basse consommation. Le transformateur T1 abaisse la tension secteur de 220 V à 15 V, ce qui redresse ensuite le pont de diodes VD1. Après avoir lissé les ondulations avec les condensateurs C2 et C3, la tension redressée est stabilisée par les stabilisateurs intégrés DA1 et DA2. Le premier délivre une tension de 12 V pour alimenter le relais K1 et le ventilateur M1 (voir Fig. 1), le second - 5 V pour alimenter le module microcontrôleur. Le module d'alimentation contient également une unité de commande du contacteur d'arrêt d'urgence du chauffage, composée d'un transistor VT1 et d'un relais K1.
Le connecteur X3 est connecté au module microcontrôleur et X4 aux capteurs de température. Le connecteur X5 délivre les signaux de commande du chauffage et de la pompe, ainsi que les tensions d'alimentation pour le module de commutation. Les détails de chaque module de l'unité de commande de la chaudière sont montés sur un circuit imprimé séparé en feuille de fibre de verre d'une épaisseur de 1,5 mm. Un dessin de la carte du module microcontrôleur est disponible dans [1]. La résistance ajustable R15 n'y est pas installée et les broches 2 et 18 du connecteur X4 sont connectées aux sorties du microcontrôleur indiquées précédemment avec des cavaliers constitués d'un fil isolé. Aucune autre modification n'est requise. Le circuit imprimé du module d'affichage et de commande est double face. Le dessin de ses conducteurs imprimés est montré sur la fig. 5, et l'emplacement des pièces - sur la Fig. 6. Si cette carte est fabriquée en utilisant une technologie sans côtés, de courtes longueurs de fil nu. Les conclusions des pièces sont également soudées des deux côtés.
Les cartes de circuits imprimés restantes sont à simple face. Un dessin de la carte du module de commutation triac est illustré à la fig. 7. Les connexions des électrodes 1 des triacs avec des plages de contact sur le circuit imprimé sont réalisées avec des fils isolés d'une section d'au moins 2,5 mm2. Le ventilateur M1 est fixé sur les dissipateurs thermiques en forme de U des triacs 1VS1 - 1VS4 (Fig. 8). Pour ce faire, des trous filetés sont pratiqués dans les étagères supérieures des dissipateurs thermiques. Un schéma de la carte du module de puissance et des connexions intermodules est illustré à la fig. 9.
L'appareil utilise des résistances fixes MLT, S2-33, des condensateurs à oxyde K50-35 ou importés, le reste des condensateurs sont des K73-17. Tous les microcircuits et indicateurs HG1-HG3 sont installés dans le panneau. La centrale de commande de la chaudière de chauffage est assemblée dans un boîtier du centre musical "LG" (Fig. 10). Sur le panneau métallique inférieur du boîtier, devenu panneau arrière de l'appareil, sont fixés tous les modules, un contacteur, des disjoncteurs et d'autres grosses pièces. Le panneau supérieur en plastique est devenu un panneau avant. Il comporte des trous pour les indicateurs et les boutons de commande, ainsi que pour l'accès à l'interrupteur SA1 et aux disjoncteurs SA2-SA5. Les parois latérales du boîtier sont découpées aux dimensions souhaitées. Dans sa partie inférieure se trouvent des connecteurs pour connecter des capteurs de température et des circuits d'alimentation externes. Les circuits de puissance du bloc sont réalisés avec un fil de montage isolé d'une section d'au moins 2,5 mm2.
La chaudière est contrôlée à l'aide de quatre boutons installés dans l'unité d'affichage et de commande. Vous pouvez modifier à tout moment la température de stabilisation à l'aide des boutons SB4 "+" et SB3 "-". Si le capteur mesurant la température de l'air dans la pièce n'est pas connecté, la température de l'eau dans la chaudière se stabilisera. Avec la connexion de ce capteur, ses lectures sont affichées sur l'indicateur et la température dans la pièce se stabilise. L'indicateur HG1 du module de signalisation et de contrôle en mode fonctionnement affiche la température de consigne de l'air dans la pièce si la sonde BK3 est présente, et sans elle, la température de consigne de l'eau dans la chaudière (en sortie ou en entrée, selon le mode réglé). L'indicateur HG2 affiche la température mesurée de l'air dans la pièce ou de l'eau en sortie de chaudière. Lorsque la sonde de température d'air est connectée, la température de l'eau mesurée en sortie de chaudière sera affichée sur l'indicateur HG3, et en entrée de chaudière lorsqu'elle est débranchée. En appuyant sur le bouton SB1 "Mode", entrez dans le mode service et sélectionnez le paramètre à modifier. Bouton SB3 "-" diminuer, SB4 "+" augmenter la valeur du paramètre sélectionné. En appuyant sur le bouton SB2 "Mémoire", les valeurs des paramètres modifiés sont écrites dans l'EEPROM du microcontrôleur. Pour restaurer les paramètres par défaut, c'est-à-dire revenir à leurs valeurs qui étaient en vigueur lors de la première mise sous tension du système, il est nécessaire de maintenir enfoncé le bouton "Mémoire" SB2 pendant plus de 5 s. Lorsqu'un bip continu retentit, le bouton peut être relâché. En mode service, la lettre П avec le numéro du paramètre réglable est affichée sur l'indicateur HG2, et sa valeur est affichée sur l'indicateur HG1. Tous les paramètres réglables, leurs limites et valeurs par défaut sont indiqués dans le tableau. Il comprend également des paramètres définis en mode de fonctionnement et qui ne comportent donc pas de symboles sur l'indicateur. Ce sont les valeurs de la température de l'eau dans la chaudière ou de l'air de la pièce entretenue par le système de chauffage. Tous les paramètres ne peuvent prendre que des valeurs entières. Il ne faut pas oublier que le programme du microcontrôleur ne vérifie pas leur exactitude. Pour cette raison, il convient de faire preuve de bon sens et de prudence lors de la modification des paramètres. Il existe trois façons de quitter le mode service. Tout d'abord, cela se produit après avoir appuyé sur le bouton "Mémoire" et écrit les informations dans l'EEPROM. Deuxièmement, automatiquement une minute après la dernière pression sur n'importe quel bouton. Troisièmement, à la suite de l'énumération de tous les paramètres avant d'entrer en mode de fonctionnement. Toutes les pressions sur les boutons sont accompagnées de bips de confirmation. Les valeurs de paramètres modifiées qui ne sont pas écrites dans l'EEPROM ne sont valables que jusqu'à la mise hors tension de l'appareil. Lorsque le module microcontrôleur est allumé pour la première fois avec le programme qui vient d'être chargé, les valeurs des paramètres par défaut sont écrasées dans l'EEPROM du microcontrôleur. Mais pour cela, l'EEPROM doit être propre (contenir 0FFH dans toutes les cellules), sinon les informations ne seront pas écrasées, tous les paramètres devront être définis manuellement. Après l'initialisation des capteurs de température et du système d'indication, le programme vérifie l'état de l'interrupteur thermique SF1 et, si la température de l'eau est inférieure au niveau admissible, émet un court bip de disponibilité et allume le contacteur. Après avoir déterminé quels capteurs sont connectés, le programme contrôle les radiateurs, en maintenant la température réglée de l'eau dans la chaudière ou de l'air dans la pièce. Les lectures d'un capteur manquant ou défectueux sont remplacées sur l'indicateur par trois tirets. À une température inférieure à celle réglée, la pompe, le ventilateur de refroidissement du triac et, à leur tour, à des intervalles spécifiés, les éléments chauffants sont allumés. Lorsque la température réglée est atteinte, les éléments chauffants s'éteignent un à un. Par défaut, la pompe continue de fonctionner sans s'éteindre, mais avec le paramètre P_2, vous pouvez la configurer pour qu'elle s'éteigne après une période de temps spécifiée par le paramètre P_3 ou lorsque la température de l'eau descend à la valeur spécifiée par le paramètre P_4. Le ventilateur de soufflage des triacs s'éteint après le temps défini par le paramètre P_10 après l'extinction du dernier réchauffeur. Lorsque la température diminue du nombre de degrés défini par le paramètre P_1, les radiateurs se rallumeront et le cycle de contrôle de la température sera répété. Plus la valeur de ce paramètre est élevée, moins les radiateurs s'allument souvent, mais plus ils fonctionnent longtemps.
Les fichiers PCB au format Sprint Layout 5.0 et le programme du microcontrôleur peuvent être téléchargés depuis ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/03/epo_evan.zip. littérature
Auteur : V. Kiba
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