\главная\р.л. конструкции\разное\...

Газовый эконометр

    Хорошо иметь домик в деревне, плохо, когда домик в деревне имеет тебя. Грубо, но адекватно отражает реальность когда речь заходит об энергоносителях. Расходы по поддержанию тепла в доме с завидным постоянством растут из года в год. Если раньше было в порядке вещей отапливать улицу, то теперь приходится искать способы сокращения потерь тепла в доме. Способов, как оказалось не так много. Утеплили окна, двери, снизили температуру в комнате до 29 градусов. Не помогает, все равно много платить.  Подойдем к процессу творчески.

На графике условно показано распределение температуры в помещении в течение суток. Для комфортного самочувствия достаточно поддерживать температуру в помещении 25 градусов. Это режим максимального 100% потребления газа. Попробуем уменьшить температуру до 17-ти градусов.  

Если для упрощения расчетов взять температуру воздуха вне помещения равной 0 градусов, то потребление газа во втором случае составит 68% от максимального. Это хорошо, но мало применимо в реальной жизни (кому охота мерзнуть). Однако выход есть.

В ночное время, а также в дневное, когда  все обитатели дома  находятся на работе, можно уменьшить температуру к примеру до 17 градусов, а в те моменты, когда кто-то есть в доме, температуру можно поддерживать в пределах 25 градусов. Этот график дает потребление  газа 78% от максимального.

В выходные дни  время удержания повышенной температуры должно быть больше.

Потребление газа по этому графику  составляет 89%. Среднее за месяц потребление газа при использовании этих графиков составляет 81% от полного потребления. Т.е. 19% экономии. Что при оплате за дом площадью 100 кв.м. и стоимости газа 1.3р/куб.м. составит примерно 250р. За отопительный сезон экономия может составить 1000-1200р.

        Неплохо! Однако воплотить на практике такую экономию не так просто. Нужно сидеть возле котла и в течение суток 7-8 раз регулировать уровень подачи газа. Кроме того,  регулирующая аппаратура газового котла позволяет поддерживать не температуру воздуха в помещении, а температуру воды в отопительной системе. А это не одно и то же. При изменении температуры окружающего воздуха и неизменной подаче газа, температура в помещении будет изменяться и следовательно требуется регулировка подачи газа. Современные импортные газовые отопительные системы  имеют  всю необходимую автоматику, реализующую все описанное выше и кроме того более высокий КПД. Но цена таких систем составляет 30-40 тыс.р. Трудно ожидать в обозримом будущем  массовой замены существующих систем на современные импортные. Спасение утопающих - дело рук самих утопающих.

Итак приступим.

     Подавляющее число бытовых газовых систем  устроены так:

Газ в горелку котла подается через регулятор температуры воды (РТВ),блок аварийного отключения и запорный кран. Для поджигания горелки и аварийного отключения используется запальник. Для реализации поставленной задачи достаточно добавить устройство, которое будет включать и выключать горелку в нужные моменты времени, поэтому дополнительный регулирующий электромагнитный клапан устанавливается перед горелкой. Это позволяет не нарушая логики работы штатной автоматики получить дистанционное управление горелкой. Автоматика, как и раньше будет выполнять свою задачу, а именно - не допускать кипения воды. Блок управления, назовем его эконометром  - независимое устройство, реализующее возможности описанные выше.

При отключении эконометра от сети, клапан нужно открыть, потянув за пластиковую крышку сверху  и система возвращается в первоначальное состояние, управляемое только штатной автоматикой.

В качестве клапана используется отсекающий клапан, применяемый в системах аварийного отключения газа  КЭГ - 9720. При подаче управляющего напряжения на катушку клапана происходит подача или отсечка газа. Клапан сертифицирован для использования  в газовых системах и обеспечивает надежную и безопасную коммутацию газового потока.

Эконометр выполнен в виде малогабаритного блока, устанавливаемого в удобном для доступа месте. Датчик температуры эконометра устанавливается в помещении, в котором требуется поддержание заданной по программе температуры и подключается к эконометру при помощи экранированного кабеля.

Эконометр выполнен на базе однокристального микроконтроллера АТ89с2051, управляющая программа которого составлена таким образом, чтобы реализовать функции дистанционного управления клапаном. Информация отображается на ЖКИ индикаторе МТ-10Т7-7, управление режимами работы осуществляется при помощи 4-х кнопок R,L,U,D.

Печатная плата - односторонняя размером 87.5х65 мм.

Эконометр работает следующим образом. Имеются 5 заранее установленных программ управления температурой, каждая из которых состоит из 48 записей температуры, по 2 на каждый час суток. Т.е. температура может быть установлена с точностью в 0.5 часа. Более частый контроль устанавливать нет смысла из-за большой тепловой инерции системы. Данные о температуре воздуха в помещении  вводятся при помощи терморезистора Rt. Сравнивая ее с температурой, записанной в текущей программе, эконометр выдает команду на включение или выключение клапана, осуществляя таким образом поддержание заданной температуры.

      Эконометр может работать в 3-х режимах - поддержание температуры, коррекция предустановленных тепловых программ,  настройка рабочих переменных.

Это вид дисплея в режиме поддержания температуры. Слева направо :

 7 - день недели,

12 - часы,

19 - минуты,

оо - состояние клапана (когда отображаются эти символы, клапан открыт),

15 - температура воздуха в помещении.

В этом режиме  при помощи  кнопок можно изменить состояние часов, клапана и номер текущей программы. При помощи кнопок R и L выбирается позиция для изменения. Активная позиция отмечается миганием.  Кнопками U или D производится увеличение или уменьшение активного параметра. Для принудительного изменения состояния клапана  активная позиция устанавливается на температуру. При нажатии кнопок U или D последовательно изменяются состояния  - <выключен> "выключено" (на дисплее отображается "oF" ), <включен> "включено" (на дисплее отображается "on"), <работа по программе> работа по программе (отображается температура в помещении ).

Между часами и днем недели находится активная позиция для присвоения номера программы дню недели. В обычном режиме она не отображается, только при наведении активной позиции. Часы эконометра имеют 7-ми дневный цикл. Каждому из 7-ми дней недели может быть присвоена   любая  из 5-ти программ. Программы могут быть  например  такими : 0 - экономичная на будний день, 1 - умеренная на будний день,2 - теплая на будний день,3 -экономичная на выходной, 4 - теплая на выходной, в зависимости от распределения температуры в течение суток. Пример программ для будней и выходных был приведен на графиках в начале статьи. Распределение по дням недели может быть например таким (как установлено после начальной инициализации):

   Режим коррекции предустановленных программ включается если перемещать активную позицию влево от дня недели или вправо от температуры. Дисплей в этом режиме выглядит так :

Этот режим отличается от других наличием знаков тире между цифрами.  На дисплее отображается :

3 - номер предустановленной программы (от 0 до 4),

10 - часы,

00 - минуты,

16 -температура.

Как и в предыдущем режиме, кнопками R и L устанавливается активная позиция, отмечаемая миганием, затем кнопками U и D производится изменение параметра. В этом режиме значения минут изменяются с шагом в 30 минут (либо 00 либо 30 ). Для коррекции программы нужно установить требуемый номер предустановленной  программы (0...4), выбрать нужное время, установить температуру и так для всех 48 значений температуры в сутках.  

 Вернуться к режиму индикации поддержания температуры можно, если перемещать активную позицию влево от номера программы  или вправо от температуры ( т.е. эти два режима переходят один в другой ). Часы идут независимо от манипуляций с клавиатурой, поэтому процесс изменения параметров не прерывает поддержания заданной по программе температуры.  

        Режим настройки рабочих переменных относится к начальной настройке эконометра   и выполняется  один раз после изготовления или в случае необходимости. При первом включении блока или при возникновении  проблем с энергонезависимой памятью нужно произвести начальную инициализацию памяти. Делается это так. Питание блока выключается, нажимаются одновременно кнопки R и L, с нажатыми кнопками производится включение питания блока. Через 5 сек кнопки можно отпустить, питание выключить. После этого энергонезависимая память сбрасывается в исходное состояние. Предустановленные программы заполняются  начальными данными. В энергонезависимой памяти сохраняются все режимы работы блока, включая и время. Поэтому после включения питания работа начинается с состояния, которое было до выключения.

       Настройка блока начинается с регулировки правильности работы преобразователя температуры. Для этого R15 устанавливается в верхнее положение, R14 в среднее положение, R2 заменяется на подстроечный резистор, сопротивлением 220 кОм, вместо терморезистора подключается переменный резистор, сопротивлением 47 ком. При отключенном напряжении питания нажимается кнопка  L, с нажатой кнопкой подается питающее напряжение. На дисплее должно отобразиться :

Левая цифра означает номер процедуры настройки. Следующие две цифры - регулируемые параметры. При помощи переменного резистора 47 кОм, подключенного вместо терморезистора нужно выставить на входе Rt ( 12 выв. процессора) напряжение 2.5в. Затем переменным резистором  220 кОм установить вторую и третью цифру в положение 127  127. Если цифры не равны ( например 127 и 123), значит нужно выровнять их при помощи дополнительного резистора 47 кОм. Правильность установки проверяется при помощи этого же резистора. При уменьшении напряжения на входе Rt, вторая цифра должна уменьшаться (127,126,125...), а третья перейти через 0 и увеличиваться (127,0,1,2...), при увеличении - наоборот. После этого нужно измерить сопротивление переменного резистора 220 кОм и впаять резистор с таким сопротивлением вместо R2.

       Калибровка термометра осуществляется путем заполнения специальной таблицы, в которой каждому значению температуры в диапазоне 0... 39 градусов, соответствует код преобразователя в диапазоне 0... 255. Для включения режима калибровки нужно подать питающее напряжение с нажатой кнопкой R. Дисплей в этом режиме выглядит так :

Первая цифра - температура, вторая - код, записанный в ячейке памяти, третья - код из преобразователя, показывающий реальное значение терморезистора. Желательно проверить правильность преобразования следующим образом. Дополнительным резистором 47 ком, подключенным вместо терморезистора нужно менять напряжение на входе Rt в диапазоне 0...5в. Код при этом должен меняться от 0 до 255.  В таблице уже  записаны коды для резистора с отрицательным ТКС, номиналом 10 кОм (2-я цифра). При температуре 0 градусов он имеет сопротивление 25 ком, при 40 градусах - 6 кОм. Калибровка осуществляется следующим образом. В сосуд с горячей водой (42-45 град.) опускается термометр и терморезистор. При помощи кнопок R и L на дисплее устанавливается температура 40 град. Когда температура воды опустится точно 40 град., нужно нажать кнопку U или D, чтобы записать код для температуры 40 град (при этом 2-я цифра на дисплее станет равна 3-й). Затем температура на дисплее устанавливается 39 град(первая цифра), после того, как температура воды опустится до 39 град., код снова  записывается в память. Эту процедуру нужно повторить для всех значений температуры (0...39 град). Чтобы ускорить процедуру, можно использовать снег, добавляемый в воду.

      В блоке применен кварцевый резонатор на частоту 12 мГц. В зависимости от типа резонатора, частота, на которой он запустится, может отличаться от 12 мГц. Для правильного хода часов, эту частоту нужно проконтролировать частотомером, подключенным через емкость 1-2 пф к выводу резонатора. Если частота отличается, нужно подкорректировать ее установкой дополнительного конденсатора емкостью 5-20пф параллельно или последовательно резонатору. Контроль частоты можно заменить контролем точности хода часов в течение суток или более. Если часы спешат или отстают, можно изменить корректирующую константу. Для этого нужно подать питание на блок с нажатой кнопкой D. Дисплей в этом режиме выглядит так  :

  Слева - номер режима, справа - константа. Константа может быть положительной или отрицательной в зависимости от знака ошибки хода часов. Изменение константы производится кнопками U и D. По окончании процедуры нужно выключить питание.

       В эконометре вместо электромагнита можно применить электродвигатель с редуктором и двумя концевыми выключателями для  закрывания-открывания запорного крана установленного на место клапана, как показано на схеме. В этом случае запорный кран должен быть рассчитан на достаточное количество рабочих циклов (обычный газовый кран быстро выйдет из строя). Время подачи управляющего напряжения можно установить при помощи процедуры настройки, запускаемой при включении блока с нажатой кнопкой U. Дисплей в этом режиме выглядит так :

Слева номер режима, справа - длительность подачи управляющего напряжения. Одна единица равна 0.05 сек. Таким образом время может быть установлено от 0.05 сек до 12.5 сек.

      Установка  клапана   не представляет особой сложности, однако связана с газоопасными работами, поэтому может быть выполнена только только специалистом газовой службы.

Попов Евгений Александрович
http://rw6hry.qrz.ru

Глас народа

03.02.2006 09:49 Красивый конечно девайс, тем более в связи с вялотекущими природн...  --  Andrey