ПРОГРАММНЫЙ ТЕРМОРЕГУЛЯТОР Российский патент 2000 года по МПК G05D23/00 

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования и может быть использовано для программного регулирования температуры, в частности в качестве регулятора температуры для управления газовыми и электрическими водяными нагревательными котлами.

Проблемой современных температурных регуляторов является их высокие габаритно-массовые характеристики (ГМХ) при заданной точности (погрешности) поддерживания температуры или же наоборот при приемлемых ГМХ высокая погрешность поддерживания температуры, а иногда и то и другое.

Отдельной проблемой стоит универсальность температурных регуляторов, т. е. создание регулятора, способного поддерживать заданный температурный режим, например, воздуха в помещении и/или воды в нагревательном котле.

Известен "Бытовой терморегулятор" (см. патент РФ N 2109320 от 22.02.95 г кл. C 05 D 23/02) - устройство для автоматического поддержания заданной температуры в помещениях или хранилищах - терморегулятор, содержащий цепь управления из последовательно соединенных резистора, диода, датчика температуры - термоконтактора, цепь исполнения из включенного последовательно с нагрузкой электронного ключа-тиристора, причем отрицательный полюс диода одновременно соединен с управляющим выводом тиристора, и сигнальную лампочку, включенную последовательно в цепь исполнения, а в цепь управления последовательно введены нормально замкнутые контакты тумблера контроля.

Недостатком данного устройства является невысокая точность поддержания заданной температуры, обусловленная неудачно выбранным датчиком температуры и схемной реализацией электронной части.

Известен также "Автоматический регулятор" (см. патент РФ N 1786467 от 19.06.89 G 05 D 13/02), содержащий датчик и задатчик регулируемого параметра, соединенные выходами с соответствующими входами блока сравнения, формирователь управляющего сигнала и исполнительный орган, выход которого является выходом автоматического регулятора (АР), причем формирователь управляющего сигнала содержит два аналого-частотных преобразователя (АЧП) и частотно-фазовый дискриминатор (ЧФД), входы АЧП соединены с выходом блока сравнения, а выходы АЧП соединены с соответствующими входами ФЧД, выход которого соединен с входом исполнительного устройства.

Недостатком данного устройства является его сложность, отсюда и высокие ГМХ.

Наиболее совершенными приборами для измерения и регулирования температуры являются автоматические мосты и потенциометры следящего уравновешивающего преобразования (см. Температурные измерения, справочник, Киев, Наукова Думка, 1989 г, стр. 512).

Недостатком подобных устройств является:
высокие ГМХ;
сложность схемного решения;
пространственная рассосредоточенность термосопротивлений и измерительной части приводит к возникновению термоЭДС в цепи преобразования, что отрицательно влияет на точность.

Также известно устройство для программного регулирования температуры инерционных объектов, содержащее быстродействующий контур регулирования, состоящий из блока питания, программного задатчика с релейным выходом, который является выходом устройства (см. патент РФ N 1.817.070 G 05 D 23/19) - прототип.

Недостатком этого устройства является:
высокие ГМХ и невозможность использования при длинных линиях связи, т.е. на отдалении от источника регулирования, например, ≥ 100 м.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей и эксплуатационных качеств за счет:
возможности работы на длинные линии;
возможности выбора регулирования как температуры воды, так и воздуха;
возможность работы в дежурном режиме;
снижение ГМХ за счет предлагаемого схемного решения.

С этой целью предлагается устройство, включающее в себя блок питания (БП), программный задатчик (микропроцессор), релейные выходы которого соединены с силовым блоком, выходы которого являются выходами устройства, причем в устройство дополнительно введены первый и второй цифровые термометры (ЦТ), энергонезависимое запоминающее устройство (Эн ЗУ), блок звуковой сигнализации (БЗС), блок задания режимов (БЗР), блок индикации режимов (БИР) и блок цифровой индикации (БЦИ), причем выходы первого и второго цифровых термометров соединены с первым и вторым информационным входами МП соответственно, а информационный выход БЗР - с третьим информационным входом МП и с информационным входом БИР, стробирующий же выход БЗР соединен с разрешающим входом БЦИ, индикаторный выход МП соединен с управляющими входами БИР и БЦИ, а МП соединен с двухнаправленной шиной адреса и данных с ЭнЗУ, а синхровыход МП соединен с синхровходом ЭнЗУ, управляющий выход БП соединен с входом обнуления МП, звуковой выход МП соединен с блоком звуковой сигнализации (БЗС).

На чертеже показана блок-схема устройства, где:
1 - МП, 2 - ЭнЗУ, 3 и 4 - ЦТ, 5 - БЗС, 6 - БЗР, 7 - БИР, 8 - БЦИ, 9 - силовой блок, 10 - БП.

Выходы ЦТ 3 и 4 соединены с первым и вторым входами МП1 соответственно, управляющий вывод БП10 соединен со входом обнуления МП1, двухнаправленная шина адреса и данных соединяет МП1 и ЭнЗУ2, а синхровывод МП1 соединен с синхровходом ЭнЗУ2, звуковой вывод МП1 соединен с БЗС5, информационный выход БЗР6 соединен с третьим информационным входом МП1 и с информационным входом БИР7, стробирующий выход БЗР6 соединен с разрешающими входами БЦИ8, индикаторный выход МП1 одновременно соединен с управляющими входами БИР7 и БЦИ8, силовой выход МП1 соединен с силовым блоком 9, выходы которого являются выходами устройства. Шины питания терморегулятора от БП10 на чертеже условно не показаны.

Указанные блоки представляют собой:
МП1, например, типа P1C16C57 с соответствующей периферией
(см. DALLAS SEMICONDUCTOR
UNITED STATES, TEXAS 75 244-3292 1997 г, стр. 763);
ЭнЗУ, например, типа EE24CO2CB1
(см. каталог TECHNISCHER KATALOG 96/47, Germany стр. 106);
Цифровые термометры 3 и 4, например, типа DS1820
(см. каталог TECHNISCHER KATALOG 96/47, Germany стр. 121);
БЦИ, например, типа LTS546 AP
(см. каталог TECHNISCHER KATALOG 96/47, Germany стр. 450).

Устройство работает в трех режимах:
режим выбора и установки требуемого значения температуры воды;
режим выбора и установки требуемого значения температуры воздуха в помещении;
режим установки "дежурной" температуры воды или "дежурной" температуры воздуха в помещении.

Режим выбора и установки требуемого значения температуры воды.

При включении терморегулятора после установки номинальных питающих напряжений с управляющего выхода БП10 проходит сигнал на вход обнуления МП1, после чего на БЦИ8 через индикаторный выход с МП1 индицируется текущее значение температуры воды, при этом светится светодиод "Вода" на БИР7. На БЗР6 имеются кнопки: "Режим", ">", "<", а на ВИР7 три светодиода: "Воздух", "Вода" и "Дежурный режим". На БЗР6 нажимается кнопка "Режим", при этом МП1 через третий информационный вход обрабатывает сигнал этой кнопки (по заданному алгоритму работы, записанному в программе) и через индикаторный выход индицирует на БЦИ8 ранее заданное значение температуры воды, а на БИР7 - мигающий светодиод "Вода". Выбор требуемого значения температуры воды осуществляется последовательным нажатием копки "<" или ">" на БЗР6, контролируя требуемое значение на БЦИ8. Выбрав нужную температуру воды, нажимают кнопку "Режим" на БЗР6, после чего начинает устойчиво светится светодиод "Вода" и на индикаторах БЦИ8 индицируется текущая температура воды, и выбранное значение температуры воды через третий информационный вход МП1 и затем через шину адреса и данных записывается в ЭнЗУ2 по сигналу синхронизации. Терморегулятор начинает работать. Данные о температуре воды в котле с ЦТЗ через первый информационный вход в виде последовательного кода поступают на МП1, где непрерывно сравниваются с заданными и записанными в ЭнЗУ2, по результатам сравнения МП1 принимают решение о включении или выключении подогрева воды в котле и через силовой выход дает релейную команду на силовой блок 9, силовые контакты которого включены в цепь нагрузки.

Режим выбора и установки требуемого значения температуры воздуха в помещении.

Нажимается кнопка "Режим" на БЗР6 до появления мигания светодиода "Воздух" на БИР7, при этом сигнал с информационного выхода кнопки "Режим" на БЗР6 поступает через третий информационный вход на МП1 и на БИР7, также через стробирующий выход с БЗР6 поступает на разрешающий вход БЦИ8, на индикаторах которого индицируется ранее заданное значение температуры воздуха. Выбор требуемого значения температуры воздуха осуществляется последовательным нажатием кнопки ">" или "<" на БЗР6 до нужного, как и при выборе температуры воды. После этого нажимается кнопка "Режим" на БЗР6 до появления устойчивого свечения светодиода "Воздух" на БИР7. На индикаторах БЦИ8 индицируется текущая температура воздуха.

В этом режиме работа устройства происходит так же как и в режиме "Вода", только цифровой термометр в этом случае второй ЦТ4.

Режим установки "дежурной" температуры воды или воздуха в помещении.

Значения "дежурной" температуры воды и воздуха записаны в ячейки памяти МП1 при программировании. Этот режим применяется в случаях, когда, например, хозяева уехали в отпуск, или служебное помещение на выходные или праздничные дни остается без сотрудников. Значения "дежурной" температуры выбираются из условий экономии энергии (теплоносителей) и чтобы не вышли из строя агрегаты системы при низкой отрицательной температуре наружного воздуха, например "дежурная" температура воды в котле может быть назначена +30^oC, а воздуха в помещении +8^oC.

Задание "дежурного" режима производится одновременным нажатием кнопок "<" и ">" на БЗР6, по удержании их в течение 2 с индицируется на БЦИ8 заданное значение "дежурной" температуры воды (при свечении светодиода "Вода" на БИР7) или воздуха (при свечении светодиода "Воздух"), на БИР7 также светится светодиод "Дежурный режим". После отпускания кнопок индицируется текущее значение воды или воздуха на БЦИ8. Свечение светодиода "Воздух" или "Вода" на БИР7 в этом режиме зависит от того, какой режим был до "дежурного", т.е. "Воздух" или "Вода".

Задание теплового режима определяется значениями "дежурных" температур, а алгоритм работы устройства тот же, что и в режимах "Вода" и "Воздух". Отмена "дежурного" режима производится повторным одновременным нажатием кнопок "<" и ">" на БЗР6, после чего гаснет светодиод "Дежурный режим" на БИР7.

При обрыве цепи любого из цифровых термометров устройство выдает прерывистый звуковой сигнал на БЗС5 (звуковой выход МП1), т.к. цифровой термометр при этом переходит в режим высокого выходного импеданса, что регистрируется входными устройствами МП1.

Применение данного программируемого терморегулятора позволяет получить высокие эксплуатационные качества, а именно:
вариационность к виду задающих температур (по воде, воздуху, дежурному режиму);
возможность работы с длинными линиями (до 100 и более метров) от цифрового термометра до терморегулятора;
возможность наращивания цифровых термометров до десяти и более;
высокие точностные характеристики и низкие ГМХ за счет схемного решения.

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования и может быть использовано в качестве регулятора температуры для управления газовыми и электрическими водяными нагревательными котлами. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и эксплуатационных качеств. Технический результат достигается за счет того, что устройство содержит два цифровых термометра, соединенных с микропроцессором, блок задания режимов, соединенный с микропроцессором и блоком индикации режимов, блок цифровой индикации, соединенный с микропроцессором и блоком задания режимов, энергонезависимое ЗУ, соединенное двухнаправленной шиной адреса и данных с микропроцессором, релейный выход которого через силовой блок является выходом терморегулятора. 1 ил.

Программный терморегулятор, содержащий блок питания, микропроцессор и силовой блок, релейные выходы микропроцессора соединены с силовым блоком, выходы которого являются выходами терморегулятора, отличающийся тем, что в него введены первый и второй цифровые термометры, энергонезависимое запоминающее устройство, блок звуковой сигнализации, блок задания режима, блок индикации режимов и блок цифровой индикации, причем выходы первого и второго цифровых термометров соединены с первым и вторым информационными входами микропроцессора соответственно, а информационный выход блока задания режимов - с третьим информационным входом микропроцессора и информационным входом блока индикации режимов, стробирующий выход блока задания режимов соединен с разрешающим входом блока цифровой индикации, индикаторный выход микропроцессора соединен с управляющими входами блока индикации режимов и блока цифровой индикации, а микропроцессор соединен двухнаправленной шиной адреса и данных с энергонезависимым запоминающим устройством, синхровыход микропроцессора соединен с синхровходом энергонезависимого запоминающего устройства, управляющий выход блока питания соединен с входом обнуления микропроцессора, звуковой выход микропроцессора соединен с блоком звуковой сигнализации.