Srs33.ru

Авто аксессуары
0 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:
Сервис синхронизации закладок браузера

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:

(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:

Читайте так же:
Как регулировка газовый редуктор tomasetto

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.

серия Therm 2000 O

серия Therm 2000 O

Базовая модель в линейке газовых проточных водонагревателей Therm 2000 O сочетает в себе все необходимые характеристики для обеспечения непрерывного и комфортного использования горячей воды. В целях приготовления горячей воды в бытовых целях газовый проточный водонагреватель может быть размещен в жилых помещениях с хорошей вентиляцией — например на кухне.

МодельМощность, кВтЦена, руб.
W 10 KB2015 545

Достоинства и недостатки проточных водонагревателей

Исходя из описанного выше, можно тезисами привести достоинства проточных нагревателей воды, часто приобретаемых пользователями для дачи или загородного дома:

  • Малые габариты из-за компактности проточного теплообменника;
  • Экономичность потребления электроэнергии, достигаемая за счет исключения теплопотерь в отсутствующем накопителе;
  • Экономичность расхода воды из-за конструктивных особенностей работы водонагревателя;
  • Наличие теплой воды сразу же после включения, независимо от времени простоя.

Но, быстродействие проточных водонагревателей требует использования сравнительно большей мощности нагревателя, что влечет за собой необходимость наличия или установки силовой проводки, рассчитанной на значительные токи. Также зачастую для подключения проточного водонагревателя мощнее 3 кВт потребуется установка силовой розетки.

Таким образом, основная проблема, которая влияет на выбор проточного водонагревателя – это необходимость прокладки отдельной линии электропроводки, рассчитанной на ток потребления нагревателя. По существу расчет силовой электропроводки для проточного водонагревателя ничем не отличается от аналогичных вычислений поперечного сечения провода для электроплиты, варочной панели или электрической духовки. Данные методики расчетов подробно приведены в соответствующих разделах данного ресурса.

Читайте так же:
Регулировка минимального пламени газовой плиты

Различные виды силовых розеток для подключения проточных водонагревателей

При подключении газового проточного водонагревателя основной проблемой является наличие дымохода в месте установки нагревателя в непосредственной близости от точки потребления теплой воды. При установке проточного водонагревателя вдали от выходного крана резко уменьшается экономичность и эффективность нагрева. Также для установки газового оборудования понадобятся услуги сертифицированного специалиста.

Нужно помнить, что эффективный нагрев воды у проточных водонагревателей напрямую зависит от входной температуры жидкости. То есть, в холодные времена года при установленном расходе температура на выходе будет меньше. В этом случае для поддержания температуры автоматически, или вручную нужно уменьшать расход нагреваемой воды.

Схема подключения проточного водонагревателя к водопроводу и точкам потребления теплой воды

Техника безопасности

Как правило, верхний порог температуры бытовых проточных водонагревателей ограничивается 60ºС для предотвращения ожогов. Зачастую владельцы проточных водонагревателей стараются модернизировать свои устройства, устанавливая самодельные насадки, таким образом увеличивая напор и уменьшая объем протока воды, тем самым увеличивая время нагрева. Производители подобного оборудования настоятельно предостерегают пользователей от подобной модернизации, так как в этом случае нагревательный элемент может выйти из строя.

При подключении проточных водонагревателей должны соблюдаться все правила безопасности эксплуатации электроприборов в потенциально опасных зонах ванной комнаты или кухни. О подключении электроприборов в ванной комнате и зонах электрической опасности также подробно описано на данном сайте.

Зоны электрической безопасности в ванной комнате

Имеет смысл коротко повторить основные требования безопасности при подключении подобного оборудования в условиях повышенной влажности:

  • нагреватель воды проточный электрический на душ, устанавливаемых в ванной комнате должен подключаться в силовую розетку, установленную не ближе 60 см от зоны разлета брызг.
  • Сама розетка должна иметь соответствующую степень электрической защиты не ниже IP 4.
  • Выделенная линия электропитания проточного водонагревателя должна быть защищена автоматическим выключателем соответствующего номинала.
  • Для защиты от поражения электрическим током в обязательном порядке должно быть установлено УЗО.

Наибольшую популярность среди населения получили проточные нагреватели мощностью 3-5 кВт. Подобный водонагреватель проточный для дачи или загородного дома будет отличным решением, обеспечивающим минимальные потребности в теплой воде и не требующим капитального ремонта электропроводки.

Пример проточного водонагревателя мощность 3 кВт

Более мощные проточные водонагреватели устанавливаются на стену возле точки водозабора. Некоторые мощные модели проточных водонагревателей способны обслуживать несколько точек потребления горячей воды, но для подключения подобного оборудования может понадобиться наличие трехфазного напряжения. О целесообразности применения мощных водонагревателей (промышленно выпускаются бытовые модели мощностью до 27 кВт) нужно посоветоваться со специалистом в области теплотехники.

Читайте так же:
Способы регулировки клапанов ваз 2106

серия Glass — с декоративным рисунком на лицевой стеклянной панели

Колонка с индикацией температуры. Ко всем перечисленным функциям колонок типа Е (автоматический электророзжиг, регулятор расхода газа и воды, датчик предельной температуры воды и датчик тяги, датчик наличия/отсутствия пламени), добавляется функция индикации температуры выходящей горячей воды. Температура воды устанавливается вручную: позиционированием ручек расхода газа и воды. Колонки являются энергонезависимыми от сетевого напряжения – работают от двух элементов питания (2 × 1,5 V).

Колонка автомат — что это

Несмотря на стильное название под этим термином подразумевается газовый бойлер проточного типа, у которого розжиг горелки осуществляется при помощи электронного блока, без участия человека. В остальном автоматические газовые колонки работают также как полуавтоматические.

Все встроенные функции: модуляция пламени, автоматическая регулировка температуры и другие присутствуют независимо от используемого типа розжига. По этой причине утверждать, что полуавтомат однозначно хуже, было бы поспешным и ошибочным мнением.

Принцип работы автоматических колонок

Технические и эксплуатационные характеристики водонагревателей исходят из их внутреннего устройства. Другими словами, принцип работы автоматической газовой колонки непосредственно влияет на удобство эксплуатации, экономичность и другие рабочие параметры. Включение и выключение бойлера, работающего от батареек или электросети, происходит следующим образом:

    в устройстве присутствует только одна газовая горелка;

схема устройства автоматической проточной газовой колонки Electrolux

В водонагревателях последнего поколения воспламенение осуществляется при помощи гидротурбины. Автоподжиг использует электричество, вырабатываемое от движения воды. В остальном работа колонки идентична той, что работает от батареек.

На внешней стороне кожуха размещается механический или сенсорный блок управления: два рычага изменяющие давление газа и воды, подаваемого на горелку и теплообменник. Настройки постоянные и не меняются в процессе нагрева воды. При изменении напора меняется интенсивность нагрева жидкости.

Газовая колонка с автоматической регулировкой температуры воды имеет модуляционную горелку. Потребитель выставляет необходимую интенсивность нагрева ГВС, что в корне меняет назначение автоматики регулирования. Датчики контролируют любые изменения и при меньшем или большем напоре воды, автоматически подстраивают работу горелки так, чтобы на выходе ГВС была заданная температура. Как правило такие колонки имеют электронную плату управления.

Плюсы и минусы электронных колонок

Автоматические проточные газовые водонагреватели имеют несколько положительных сторон, объясняющих их популярность и востребованность у отечественного потребителя:

    Экономичность — в процессе нагрева воды колонки сжигают столько же газа как и полуавтоматические модели. Затраты меньше за счет того, что отсутствует постоянно горящий запальной фитиль.

В бойлерах с функцией модуляции пламени присутствует автоматическая регулировка температуры, но этот плюс касается и аналогичных моделей с полуавтоматическим розжигом. Если говорить о недостатках, то на первый план выходит цена оборудования. Стоимость газовой колонки автомат будет больше на 30-50%. Причина высокой цены связана с присутствующим в устройстве блоком розжига и электронным регулятором температуры.

Читайте так же:
Как отрегулировать клапана на двигателе ваз 21214

С перечисленными узлами связан и второй недостаток. Как показывает статистика чаще всего поломки водонагревателя случаются из-за неисправностей в блоке розжига и регулятора. Причины неисправностей от самых банальных: сели батарейки (придется менять каждые несколько месяцев) до сложных: вышел из строя блок продуцирования искры.

Популярные модели колонок автомат

Ниже приводится список и краткое описание лучших, по мнению потребителей водонагревателей. В топ лучших колонок вошли исключительно зарубежные модели, представленные в премиум и бюджетных версиях:

    Hyundai H-GW1-AMW-UI305 / H-GW1-AMBL-UI306 — простая классическая модель с электрическим розжигом и наличием основных функций. Изменение температуры нагрева осуществляется с помощью поворотных механических ручек. Отличается красивым и стильным внешним видом.

Средняя стоимость колонки автомата с модуляцией пламени, в зависимости от производителя и наличия встроенных функций, находится в пределах до 30 тыс. руб. Бюджетная атмосферная колонка продается, начиная с 7-10 тыс. руб.

Лучшие недорогие газовые колонки: бюджет до 10 000 руб.

Лучшая новинка 2019. Художественный дизайн. Режим «Зима/Лето»
Страна: Китай
Средняя цена: 5 870 руб.
Рейтинг (2019): 4.0

Предыдущие модели газовых колонок «Оазис» по-прежнему пользуются популярностью, но компания не стоит на месте и недавно представила новую серию Glass. От старших собратьев она отличается оригинальным дизайнерским решением в виде стеклянной панели с красочным рисунком. Такой водонагреватель, помимо выполнения своих прямых обязанностей, служит украшением интерьера. Интересна новинка еще и тем, что на фоне доступной стоимости она обладает достаточным функционалом и в бытовых условиях проявляет себя надежным и безопасным устройством.

Таких «излишков», как модулируемая мощность или дистанционный пульт, в ней не предусмотрено, зато есть все, что необходимо для постоянного и удобного ГВС в доме с 2‒3 жильцами: проточная конструкция, электроподжиг от батареек, медный теплообменник и несколько устройств безопасности. В отзывах владельцы указывают на отдельные режимы эксплуатации для разных сезонов, активация которых позволяет сэкономить до 50% газа в теплое время года.

Надежные производители

При выборе производителя учитываются личные предпочтения, советы специалистов, отзывы знакомых, рейтинги торговых марок и другие факторы. Лучше всего – выбирать продукцию брендов, которые у всех на слуху, входят в Топ-10 и хорошо зарекомендовали себя, а также учитывать срок гарантии. Среди производителей газовых колонок отличную репутацию имеют компании Oasis, Zanussi, Zerten, Ariston, Bosch, Electrolux, Газовая колонка Oasis 24 RG / TUR фотоBaxi, Halsen, Neva, BaltGaz, Лемакс.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector