Контроллер автоматических климат-систем

1. Область применения Заявляемое устройство применяется в системах вентиляции, кондиционирования и обогрева в качестве устройства автоматического управления. Контроллер применяется совместно с приточными канальными вентиляторами, системами вентиляции, кондиционирования и обогрева помещений.

2. Описание конструкции Контроллер автоматических климат-систем можно разделить на 16 блоков (см фиг.1). На схеме (I - структурная схема контроллера автоматических климат-систем; II - управляемая им климат-система): 1 - датчик температуры в помещении, 2 - алфавитно-цифровой индикатор, 3 -микроконтроллер (однокристальная микро-ЭВМ), 4 - клавиатура, 5 - кнопки включения и отключения общего питания системы управления, 6 - кнопки включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева, 7 - контактор включения общего питания системы управления, 8 - контактор включения питания электрических тэн обогрева, 9 - выходные симисторные каскады для управления реле и контакторами, 10 -реле отключения напряжения (РОН), 11 - контактор включения 1 группы тэн, 12 -контактор включения 2 группы тэн, 13 - контактор включения 3 группы тэн, 14 -концевые выключатели положения воздушной заслонки, 15 - контактор включения двигателя вентилятора, 16 -датчик температуры воздуха в канале камеры, 17-1 группа тэн, 18-2 группа тэн, 19-3 группа тэн, 20 - датчик температуры аварийного отключения, 21 - двигатель вентилятора, 22 - воздушная заслонка, 23 - привод воздушной заслонки, 24 - общее питание системы управления, 25 - питание контакторов включения групп тэн, 26 - 3-фазная сеть с нейтралью, 27 - интерфейс UART управления инвертором 3-фазного двигателя на базе процессора МСЗРНхх (Motorolla), 28 - контактор включения тэн обогрева заслонки, 29 - тэны обогрева заслонки. Данные температурных датчиков (1) и (16) поступают в микроконтроллер (3), с помощью которого температура отображается на алфавитно-цифровом индикаторе (2). С помощью клавиатуры (4) задается требуемая температура выходного воздуха, которая также выводится на алфавитно-цифровой индикатор (2). Кнопки включения и отключения общего питания системы управления (5)

управляют контактором включения общего питания системы управления (7), который обеспечивает подачу питающего напряжения на все блоки устройства, кроме контакторов включения групп тэн. Кнопки включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева (6) управляют контактором включения питания электрических тэн обогрева (8), который обеспечивает подачу питающего напряжения на контакторы включения групп тэн. Контактор включения питания электрических тэн обогрева (8) может быть выключен, если сработает датчик температуры аварийного отключения (20), например, при перегреве корпуса камеры. Выходные симисторные каскады для управления реле и контакторами (9) обеспечивают управление контакторами включения групп тэнов (11), (12), (13); реле отключения напряжения (10); приводом воздушной заслонки (23) через концевые выключатели положения воздушной заслонки (14) и контактором включения двигателя вентилятора (15) через концевые выключатели положения воздушной заслонки (14). Блоки (16) - (3) - (9) - (11, 12, 13) - (17, 18, 19) образуют цепь обратной связи для контроля и регулирования выходной температуры канала.

3. Технический результат полезной модели С помощью контроллера автоматических климат-систем достигается предоставление пользователю полных сведений о температуре в канале и помещении, заданной температуры и режиме работы контроллера. Это достигается за счет наличия алфавитно-цифрового индикатора в качестве устройства вывода информации и клавиатуры. Второй результат - это управление инвертором 3-фазного двигателя на базе процессора МСЗРНхх (Motorolla) по интерфейсу UART. Третий результат - это автоматическое охлаждение тэн перед выключением двигателя вентилятора, чем достигается продление срока использования тэн. Четвертый результат - это возможность автоматического включения и отключения контактора тэн обогрева воздушной заслонки, этим исключается возможность поломки механических частей и привода воздушной заслонки при обледенении частей заслонки.

1. Область применения

Заявляемое устройство применяется в системах вентиляции, кондиционирования и обогрева в качестве устройства автоматического управления. Контроллер применяется совместно с приточными канальными вентиляторами, системами вентиляции, кондиционирования и обогрева помещений.

2. Технические решения, описанные в литературе (уровень техники)

В технике уже известны контроллеры управления климат-системами, выполняющие подобные функции по управлению. Аналогом заявляемого устройства можно считать промышленно выпускаемую НПП "Инновент" (г. Москва) систему управления приточной вентиляцией САУ-111 для АПК-1,6-2-6,3 Э с электрическим калорифером.

Ссылаясь на паспорт устройства [1] (АПК - 01.00 ПС) можно выделить следующие его сходства с заявляемым устройством. В обоих устройствах имеются контакторы, система управления включением электрических тэн (кнопки и датчик температуры) и двигателем; элементы индикации; температурный датчик аварийного отключения установки (однако имеющиеся блоки существенно отличаются от подобных блоков заявляемого устройства).

Ссылаясь на т паспорт устройства [1] (АПК - 01.00 ПС) по системе управления приточной вентиляцией с электрическим калорифером для АПК-1,6-2-6,3 Э можно выделить следующие ее недостатки. Система управления АПК-1,6-2-6,3 Э не обеспечивает автоматическое управление более чем 1 ступенями, не обеспечивает индикацию температуры приточного воздуха и температуру окружающей среды, не позволяет охлаждать тэны перед отключением питания камеры, не позволяет удаленно управлять инвертором Зх-фазного асинхронного двигателя и не позволяет перед открытием воздушной заслонки включать контактор обогрева заслонки.

Прототипом заявляемого устройства можно считать промышленно выпускаемую ООО "Вентиляционная производственная компания" (г. Москва) систему управления приточной вентиляцией с электрическим калорифером (САУ-3).

Ссылаясь на официальный WEB-сайт и документы технических данных устройства [2] (официальный сайт 000 "Вентиляционная производственная компания" http://ventpk.ru/) можно выделить следующие его сходства с заявляемым устройством.

В обоих устройствах имеются контакторы, микропроцессорная система управления включением электрических тэн (кнопки и датчик температуры), двигателем и приводом воздушной заслонки; элементы индикации; температурный датчик аварийного

отключения установки (однако имеющиеся блоки существенно отличаются от подобных блоков заявляемого устройства).

Ссылаясь на официальный WEB-сайт и документы технических данных устройства [2] (официальный сайт ООО "Вентиляционная производственная компания" http://ventpk.ru/) можно выделить следующие его недостатки. В качестве индикатора используется семисегментный светодиодный индикатор; прототип не позволяет охлаждать тэны перед отключением питания камеры; не позволяет удаленно управлять инвертором 3х-фазного асинхронного двигателя и не позволяет перед открытием воздушной заслонки включать контактор обогрева заслонки.

3. Описание конструкции

Контроллер автоматических климат-систем можно разделить на 16 блоков (см фиг.1).

На схеме (I - структурная схема контроллера автоматических климат-систем; II -управляемая им климат-система):

1 - датчик температуры в помещении, 2 - алфавитно-цифровой индикатор, 3 -микроконтроллер (однокристальная микро-ЭВМ), 4 - клавиатура, 5 - кнопки включения и отключения общего питания системы управления, 6 - кнопки включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева, 7 - контактор включения общего питания системы управления, 8 - контактор включения питания электрических тэн обогрева, 9 - выходные симисторные каскады для управления реле и контакторами, 10 -реле отключения напряжения (РОН), 11 - контактор включения 1 группы тэн, 12 - контактор включения 2 группы тэн, 13 - контактор включения 3 группы тэн, 14 - концевые выключатели положения воздушной заслонки, 15 - контактор включения двигателя вентилятора, 16 -датчик температуры воздуха в канале камеры, 17-1 группа тэн, 18-2 группа тэн, 19-3 группа тэн, 20 - датчик температуры аварийного отключения, 21 - двигатель вентилятора, 22 - воздушная заслонка, 23 - привод воздушной заслонки, 24 - общее питание системы управления, 25 - питание контакторов включения групп тэн, 26 - 3-фазная сеть с нейтралью, 27 - интерфейс UART управления инвертором 3-фазного двигателя на базе процессора МСЗРНхх (Motorolla), 28 - контактор включения тэн обогрева заслонки, 29 - тэны обогрева заслонки.

Данные температурных датчиков (1) и (16) поступают в микроконтроллер (3), с помощью которого температура отображается на алфавитно-цифровом индикаторе (2). С помощью клавиатуры (4) задается требуемая температура выходного воздуха, которая также выводится на алфавитно-цифровой индикатор (2).

Кнопки включения и отключения общего питания системы управления (5) управляют контактором включения общего питания системы управления (7), который обеспечивает подачу питающего напряжения на все блоки устройства, кроме контакторов включения групп тэн. Кнопки включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева (6) управляют контактором включения питания электрических тэн обогрева (8), который обеспечивает подачу питающего напряжения на контакторы включения групп тэн. Контактор включения питания электрических тэн обогрева (8) может быть выключен, если сработает датчик температуры аварийного отключения (20), например, при перегреве корпуса камеры.

Выходные симисторные каскады для управления реле и контакторами (9) обеспечивают управление контакторами включения групп тэнов (11), (12), (13); реле отключения напряжения (10); приводом воздушной заслонки (23) через концевые выключатели положения воздушной заслонки (14) и контактором включения двигателя вентилятора (15) через концевые выключатели положения воздушной заслонки (14).

Блоки (16) - (3) - (9) - (11, 12, 13) - (17, 18, 19) образуют цепь обратной связи для контроля и регулирования выходной температуры канала.

4. Технический результат полезной модели

С помощью контроллера автоматических климат-систем достигается предоставление пользователю полных сведений о температуре в канале и помещении, заданной температуры и режиме работы контроллера. Это достигается за счет наличия алфавитно-цифрового индикатора в качестве устройства вывода информации и клавиатуры. Второй результат - это управление инвертором 3-фазного двигателя на базе процессора МСЗРНхх (Motorolla) по интерфейсу UART. Третий результат - это автоматическое охлаждение тэн перед выключением двигателя вентилятора, чем достигается продление срока использования тэн. Четвертый результат - это возможность автоматического включения и отключения контактора тэн обогрева воздушной заслонки, этим исключается возможность поломки механических частей и привода воздушной заслонки при обледенении частей заслонки.

5. Описание работы

Основная задача, при решении которой достигается технический результат полезной модели, сводится к применению в качестве элемента отображения алфавитно-цифрового индикатора. Второй задачей является введение в устройство интерфейса взаимодействия процессора МСЗРНхх с контроллером автоматических климат-систем. Третьей задачей

является определение момента выключения двигателя вентилятора при завершении работы. Четвертой задачей является определение момента включения системы с целью включения контактора тэн обогрева заслонки на определенный временной интервал.

Для решения основной задачи используется алфавитно-цифровой индикатор (2), информация о состоянии датчиков, режиме работы и текстовые сообщения в который поступают от (3) по линии связи между ними, представляющую собой 8 разрядную шину данных и 2х разрядную шину управления. Отображаемый текст и цифровые значения соответствуют режиму, который выбирается с клавиатуры (4) и кнопок включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева (6), и датчиков температуры (1) и (16).

В прототипе заявляемого устройства в качестве системы индикации используется светодиодный семисегментный индикатор и сигнальные лампы, что не позволяет выводить текстовые сообщения и цифровые данные в удобной для пользователя форме. Прототип не сможет одновременно отображать температуру с разных термометров и текущий режим работы в виде текста.

Для решения второй задачи из блока микроконтроллера (3) выведен блок интерфейса UART управления инвертором 3-фазного двигателя на базе процессора МСЗРНхх (Motorolla) (27), что позволяет менять скорость вращения двигателя вентилятора (21) при дополнении контроллера автоматических климат-систем инвертором 3-фазного двигателя на базе процессора МСЗРНхх (Motorolla).

В прототипе заявляемого устройства нет подобного интерфейса управления частотой двигателя, поэтому прототип не может управлять скоростью вращения двигателя вентилятора.

Для решения третьей задачи на блок микроконтроллера (3) поступает сигнал о выключении нагрева и завершении работы от кнопок включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева (6), при этом не подается сигнал на реле отключения напряжения (10), и не подается на концевые выключатели положения воздушной заслонки (14), а сигналы подаются на контакторы включения групп тэн (11,12, 13), при этом контакторы включения групп тэн (11,12,13) принудительно отключаются и микроконтроллер (3) переходит в режим ожидания. В этом режиме микроконтроллер (3) анализирует данные от датчика температуры воздуха в канале камеры (16), и когда температура опустится ниже чем на 2 градуса по Цельсию от установленной, либо пройдет 30 секунд, микроконтроллер (3) дает команду через выходные симисторные каскады для управления реле и контакторами (9) на концевые выключатели положения воздушной заслонки (14) для закрытия воздушной заслонки (22) приводом воздушной

заслонки (23), в момент начала закрытия воздушной заслонки (22) отключается контактор включения двигателя вентилятора (15) и двигатель вентилятора (21). Этот механизм позволяет остудить тэны (17, 18, 19) и не допустить их перегрева при отключении двигателя вентилятора (21).

В прототипе заявляемого устройства нет подобного механизма охлаждения тэн перед выключением двигателя вентилятора.

Для решения четвертой задачи контактор включения тэн обогрева заслонки (28) коммутирует 3х фазное напряжение сразу после включения питания контроллера автоматических климат-систем. Через 5 минут после включения питания микроконтроллер (3) через выходные симисторные каскады для управления реле и контакторами (9) и концевые выключатели положения воздушной заслонки (14) дает команду на включение привода воздушной заслонки (23) и открытие воздушной заслонки (22). После открытия воздушной заслонки (22) срабатывают концевые выключатели положения воздушной заслонки (14) и включается контактор включения двигателя вентилятора (15), одновременно с этим отключается контактор включения тэн обогрева заслонки (28). Этот механизм исключает возможность поломки механических частей и привода воздушной заслонки при обледенении движущихся частей заслонки.

6. Краткое описание чертежей

Фиг.1 - Структурная схема контроллера автоматических климат-систем (I) и управляемая им климат-система (II).

7. Пример исполнения

Контроллер автоматических климат-систем реализован с применением микроконтроллера PIC16F877, алфавитно-цифрового дисплея ВС1602 и 3-клавишной клавиатуры, нескольких симисторов и контакторов в качестве выходных силовых элементов коммутации. Устройство находится в электрическом шкафу вместе с блоком питания и клемниками для подключения к климат-системе и укомплектовано датчиками температуры.

На момент подачи заявки заявляемое устройство было реализовано и испытано в качестве системы автоматического управления агрегата приточного канального и электрокалорифера.

Контроллер автоматических климат-систем, состоящий из датчика температуры в помещении, алфавитно-цифрового индикатора, микроконтроллера (однокристальной микро-ЭВМ), клавиатуры, кнопок включения и отключения общего питания системы управления, кнопок включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева, контактора включения общего питания системы управления, контактора включения питания электрических тэн обогрева, выходных симисторных каскадов для управления реле и контакторами, реле отключения напряжения, контактора включения первой группы тэн, контактора включения второй группы тэн, контактора включения третьей группы тэн, концевых выключателей положения воздушной заслонки, контактора включения двигателя вентилятора, датчика температуры воздуха в канале камеры, интерфейса UART управления инвертором 3-фазного двигателя на базе процессора МСЗРНхх (Motorolla), контактора включения тэн обогрева заслонки, где имеется линия связи между выходом датчика температуры в помещении и входом микроконтроллера (однокристальной микро-ЭВМ), выходом датчика температуры воздуха в канале камеры и входом микроконтроллера (однокристальной микро-ЭВМ), выходом микроконтроллера (однокристальной микро-ЭВМ) и входом алфавитно-цифрового индикатора, выходом клавиатуры и входом микроконтроллера (однокристальной микро-ЭВМ), выходом микроконтроллера (однокристальной микро-ЭВМ) и входом выходных симисторных каскадов для управления реле и контакторами, выходом микроконтроллера (однокристальной микро-ЭВМ) и входом интерфейса UART управления инвертором 3-фазного двигателя на базе процессора МСЗРНхх (Motorolla), выходом выходных симисторных каскадов для управления реле и контакторами и входом контактора включения первой группы тэн, выходом выходных симисторных каскадов для управления реле и контакторами и входом контактора включения второй группы тэн, выходом выходных симисторных каскадов для управления реле и контакторами и входом контактора включения третьей группы тэн, выходом выходных симисторных каскадов для управления реле и контакторами и входом реле отключения напряжения, выходом выходных симисторных каскадов для управления реле и контакторами и входом концевых выключателей положения воздушной заслонки, выходом кнопки включения и отключения общего питания системы управления и входом контактора включения общего питания системы управления, выходом кнопки включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева и входом микроконтроллера (однокристальной микро-ЭВМ), выходом кнопки включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева и входом контактора включения питания электрических тэн обогрева, выходом реле отключения напряжения и входом контактора включения общего питания системы управления, выходом концевых выключателей положения воздушной заслонки и входом реле отключения напряжения, выходом концевых выключателей положения воздушной заслонки и входом контактора включения двигателя вентилятора, выходом концевых выключателей положения воздушной заслонки и входом контактора включения тэн обогрева заслонки, отличающийся тем, что в качестве блока вывода используется алфавитно-цифровой индикатор; дополнительно содержит в своем составе блок интерфейса UART управления инвертором 3-фазного двигателя на базе процессора МСЗРНхх (Motorolla); содержит в своем составе связь между кнопками включения и отключения питания контакторов включения электрических тэн обогрева и микроконтроллером (однокристальной микро-ЭВМ); дополнительно содержит в своем составе блок реле отключения напряжения (РОН), связь между реле отключения напряжения (РОН) и контактором включения общего питания системы управления, связь между выходными симисторными каскадами для управления реле и контакторами и реле отключения напряжения (РОН), связь между концевыми выключателями положения воздушной заслонки и реле отключения напряжения (РОН); дополнительно содержит в своем составе блок контактора включения тэн обогрева заслонки, связь между концевыми выключателями положения воздушной заслонки и контактором включения тэн обогрева заслонки.