Модульное устройство управления горением Российский патент 2023 года по МПК F23N5/20 

Изобретение относится к управлению и регулированию процессами горения газообразных или жидких топлив, в частности к модульным, расширяемым устройствам управления горением. Может использоваться в качестве автоматической системы управления для котельных жилых домов, производственных помещений, может быть применимо в сельском хозяйстве, например, для сушки зерна.

Известен модульный блок радиоэлектронной аппаратуры по патенту России на полезную модель RU202546, Н05К 1/14, 2021. Модульный блок компонуют из конструктивно схожих электронных модулей. Каждый электронный модуль содержит металлические рамки, которые являются частью корпуса радиоэлектронного блока. Модульный блок радиоэлектронной аппаратуры сформирован в пакет из n (n≥2) вертикально расположенных модулей. Первый и последний (2n) образуют замкнутый объем. Металлическая рамка первого модуля снабжена крышкой, а рамка последнего модуля (2n) выполнена с глухой внешней стороной. Каждая металлическая рамка снабжена утолщенной стороной, выполняющей функцию основания. Соединение модулей в пакет осуществляется, как минимум, двумя соединительными стержнями-шпильками, проходящими сквозь конструкцию составляемого пакета в угловых и центральных зонах рамок. Печатные платы в составе модулей радиоэлектронного блока содержат вырезы, обеспечивающие сквозное прохождение шпилек. Площадь печатной платы меньше площади его рамки, и по периметру охватывается рамкой, кроме того, межмодульные разъемы размещены вдоль продольного и поперечного ребер жесткости рамки на печатной плате. В утолщенной стороне рамок модуля расположены, как минимум два крепежных элемента, обеспечивающих установку блока на посадочное место. Недостатком является сложность соединения печатных плат модулей, сложность закрепления плат, необходимость выполнения вырезов на печатной плате.

Известна расширяемая автоматическая система по заявке России на изобретение RU2002126959, G06F 1/16, 2004. Расширяемая автоматическая система включает модульный программируемый контроллер, способный к автономной работе, имеющий первый вход-выход с интерфейсом программируемого контроллера. Система содержит множество модулей расширения, имеющих интерфейс модуля расширения. Модули расширения могут использоваться как блоки расширения указанного контроллера. Расширяемая автоматическая система содержит интерфейсную шину, модуль интерфейса, имеющий первый вход-выход с интерфейсом программируемого контроллера и второй вход-выход, с интерфейсом модуля интерфейса, множество подключающих элементов с первыми входами-выходами, совместимыми с указанным интерфейсом модуля интерфейса, и вторыми входами-выходами, совместимыми с указанным интерфейсом модуля расширения. Первый вход-выход контроллера, способного к автономной работе, соединен с первым входом-выходом модуля интерфейса. Второй вход-выход модуля интерфейса соединен с интерфейсной шиной. Первые входы-выходы подключающих элементов соединены с интерфейсной шиной. Недостатком является сложность использования автоматической системы, сложность компоновки системы при установке ее в конкретном техническом устройстве, сложность подсоединения модулей расширения и размещения их в рабочем пространстве устройства. Кроме того, в случае выхода из строя контроллера основного блока, управляющего модулями расширения, вся система управления прекращает функционирование.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран патент России на изобретение RU2738889, G08B 25/04, 2020, «Модульные и расширяемые системы противопожарной защиты и способы». Система содержит централизованный блок управления и несколько модулей. Каждый модуль содержит корпус, печатную плату с микропроцессором, первый соединительный элемент, содержащий первую пару проводов для передачи данных, встроенную в плату, и второй соединительный элемент, содержащий вторую пару проводов для передачи данных, встроенную в плату, так что печатная плата электрически соединяет первую и вторую пары проводов для передачи данных. Модули соединены с центральным блоком управления для создания шин данных и связи с пользовательским интерфейсом. Соединительные элементы каждого модуля последовательно соединяют несколько модулей с центральным блоком управления. Централизованный блок управления может обращаться к модулям системы или взаимодействовать с ними по отдельности, выборочно, по группам или со всеми сразу для осуществления необходимого контроля, реагирования, предоставления отчета и/или программирования. Модули конкретного типа или функции предпочтительно сгруппированы вместе и взаимосвязаны друг с другом и с центральным блоком управления с образованием шины данных для осуществления одной из централизованных функций. За счет использования модульного принципа система может быть расширена путем добавления и соединения модулей без каких-либо практических ограничений с сохранением преимуществ централизованного управления. Недостатком является неудобство использования системы из-за ее разветвленности, сложность размещения и монтажа ее внутри управляемого устройства или в общей системе управления. Сложная компоновка частей системы, использование соединительных элементов между модулями обуславливают сложность добавления и установки дополнительных модулей.

Технической задачей заявляемого изобретения является улучшение эксплуатационных свойств модульного устройства управления горением.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса установки дополнительных модулей, повышение компактности устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в модульном устройстве управления горением, содержащем модуль управления, модуль питания, модуль индикации с устройством отображения пользовательского интерфейса, выполненном с возможностью подсоединения дополнительных модулей, каждый из которых содержит микроконтроллер, элементы для связи модулей, элементы для передачи данных на микроконтроллер, согласно изобретению, модуль управления, модуль питания и модуль индикации составляют базовый блок, корпус которого выполнен с возможностью установки дополнительных модулей под верхним модулем индикации, плата модуля управления содержит основной контроллер, соединенный с источниками питания модуля питания, клеммы, электрические разъемы для подключения управляемых устройств и дополнительных блоков, разъем для подключения шлейфа, дополнительные модули содержат платы, установленные в рамочных секциях корпуса, микроконтроллеры дополнительных модулей связаны с основным контроллером модуля управления и контроллером модуля индикации, платы дополнительных модулей, установленные в рамочных секциях корпуса, расположены горизонтально друг под другом, размещенные на плате одного дополнительного модуля клеммы, электрические разъемы для подключения управляемых устройств, разъем для подключения шлейфа находятся над подобными элементами соседнего дополнительного модуля или над подобными элементами модуля управления, каждая рамочная секция корпуса дополнительного модуля состоит из двух частей, верхняя и нижняя части рамочных секций соединяются с помощью плоских соединительных элементов, с образованием граней корпуса каждой рамочной секции и с помощью внутренних соединительных элементов расположенных в рамочной секции, грани корпуса каждой рамочной секции содержат окна для выводов от клемм и разъемов, на внутренних поверхностях граней выполнены опорные элементы для установки плат, платы прижимаются к опорным элементам частями внутренних соединительных элементов, все рамочные секции корпуса скрепляются соединительными шпильками.

Технический результат обеспечивается тем, что корпус базового блока, в который входят модуль управления, модуль питания и модуль индикации выполнен с возможностью его раскрытия для установки между модулем управления и модулем индикации дополнительных функциональных модулей. Это позволяет при необходимости установки дополнительных модулей связать дополнительные модули с основным контроллером модуля управления и с устройством отображения пользовательского интерфейса для обеспечения их работы. Соединение каждого микроконтроллера платы дополнительного модуля с основным контроллером модуля управления и контроллером модуля индикации, обеспечивает независимую работу каждого дополнительного модуля, расширяя функциональные возможности устройства. Расположение плат дополнительных модулей в рамочных секциях корпуса позволяет расширить функциональность устройства без значительного увеличения габаритов его корпуса. Горизонтальное расположение друг под другом рамочных секций с платами дополнительных модулей позволяет расположить платы параллельно друг другу и применить на них однотипную компоновку элементов, что упрощает установку дополнительных модулей. Кроме того, такое расположение секций позволяет наращивать корпус устройства только в одном вертикальном направлении, что повышает компактность устройства и удобство его установки возле управляемого объекта. Размещение на плате дополнительного модуля клемм, электрических разъемов для подключения управляемых устройств, разъема для подключения шлейфа над подобными элементами соседнего дополнительного модуля или над подобными элементами модуля управления упрощает процесс соединения модулей, при котором исключается использование длинномерных проводов, их перекручивание, упрощается процесс выверки пространственного расположения плат при установке дополнительных модулей. Кроме того, такое взаимное расположение плат позволяет применять рамочные секции единой конструкции, что обеспечивает универсальность их применения и упрощает сборку конструкции корпуса. Упрощение сборки дополнительных модулей и упрощение и ускорение установки плат в рамочные секции достигается тем, что каждая рамочная секция корпуса дополнительного модуля состоит из двух частей. Эти части механически соединяются и разбираются без применения специальных инструментов и приспособлений. Применение в конструкции рамочных секций плоских соединительных элементов, выполненных в виде ответных зубчатых выемок и выступов, образующих грани секции, применение внутренних соединительных элементов, например, клиновых соединений и соединительных втулок, позволяет легко разобрать секцию и вставить в нее плату с необходимыми дополнительными элементами. А возможность прижатия платы к опорным элементам с помощью выступающих торцов этих внутренних соединительных элементов позволяет легко закрепить плату в корпусе рамочной секции дополнительного модуля. Выполнение на двух гранях корпуса каждой рамочной секции окон для выводов от клемм и разъемов позволяет связать элементы соседних плат, одинаково ориентированных в пространстве, что упрощает процесс добавления дополнительных модулей в устройство. Применение соединительных шпилек так же позволяет без труда собрать в единый корпус необходимое количество дополнительных модулей, добавить или удалить модули. Таким образом, за счет улучшения компоновки элементов на платах дополнительных модулей, за счет универсальности частей корпуса упрощается процесс установки дополнительных модулей и повышается компактность устройства.

На фигуре 1 представлен общий вид базового блока модульного устройства управления горением

На фигуре 2 представлен общий вид устройства с дополнительными модулями.

На фигуре 3 представлен общий вид рамочной секции корпуса устройства.

На фигуре 4 схематично представлена плата дополнительного модуля с основными элементами.

На фигуре 5 схематично представлена плата модуля управления

Модульное устройство управления горением состоит из базового блока 1, содержащего модуль питания 2, модуль управления 3, модуль индикации 4 с устройством отображения пользовательского интерфейса 5, которое может быть выполнено в виде дисплея с жидкокристаллическим экраном, в виде экрана с цифровым индикатором, либо с условной мнемосхемой. Базовый блок 1 имеет разъемный корпус. Плата 6 модуля управления 3 содержит основной контроллер 6, узел соединения 8 с источниками питания (на чертеже не показаны) модуля питания 2, клеммы 9 для подключения управляемых устройств и дополнительных блоков 11, разъем 12 для подключения шлейфа, соединяющего микроконтроллеры 14 дополнительных блоков с основным контроллером 7. При необходимости между модулем управления 3 и модулем индикации 4 может быть установлено от 1 до 9 дополнительных модулей 11 для расширения функциональных возможностей устройства. Каждый дополнительный модуль 11 имеет набор основных элементов, установленных на плате 13 дополнительного модуля 11. Основными элементами платы 13 являются микроконтроллер 14 дополнительного модуля 11, клеммы 9, электрические разъемы 10 для подключения управляемых устройств, источник питания 15, оптореле 16. Дополнительный модуль в качестве корпуса содержит рамочную секцию 17, устанавливаемую нижу корпуса модуля индикации 4. В рамочную секцию 17 каждого дополнительного модуля 11 устанавливают плату 13. Рамочная секция 17 корпуса устройства состоит из верхней части 18 и нижней части 19, которые могут соединять, например, посредством входящих в зацепление друг с другом ответных выступов 20 и впадин 21, посредством клиновых соединений 22, посредством соединительных втулок 23. Клиновые соединения 22 и соединительные втулки 23 расположены в углах рамочной секции 17, противолежащих по диагонали. Рамочная секция 17 выполнена квадратной формы. На ее двух смежных гранях выполнены соединительные выступы/впадины 20, 21. На двух других смежных гранях выполнены отверстия в виде окон 24 для размещения проводов от клемм 9 и иных электрических разъемов 10. На сплошных гранях рамочной секции 17, образованных соединением выступов/впадин 20, 21 выполнены опорные элементы 25 в виде полочек для размещения плат 13. Все секции корпуса устройства скрепляются посредством шпилек 26, которые устанавливаются в сквозные отверстия 27, выполненные в углах каждой рамочной секции 17.

Модульное устройство управления горением работает следующим образом.

Источники питания модуля питания 2, соединенные с основным контроллером 7 модуля управления 3, подключают к сети 220 В. Для управления технологией сжигания газообразным или жидким видами топлива к клеммам 9 модуля управления 3 базового блока 1 подключают оборудование такое, как отсечные клапаны, датчик контроля пламени, датчик-реле давления воздуха, сигнал управления электродвигателем вентилятора, или сам вентилятор, если его нагрузка не превышает 5 А, трансформатор розжига, сигналы управления верхнего уровня. С помощью основного контроллера 7 модуля управления 3 осуществляют стандартный алгоритм управления горелкой. Устанавливают настройки горелки и контролируют текущее состояние процесса горения с помощью модуля индикации 4, снабженного устройством отображения пользовательского интерфейса 5. Для расширения выполняемых устройством функций, для работы устройства на разных режимах, для регулирования мощности горелок, для работы устройствах на разных видах топлива и т.д. производят расширение устройства путем применения дополнительных модулей 11. Для установки дополнительных модулей 11 платы 13 устанавливают в рамочные секции 17 с опорой на опорные элементы 25 и при соединении верхней 18 и нижней 19 частей секций 17 прижимают платы 13 торцами втулок 23 и торцами клиновых элементов 22. Отсоединяют от общего корпуса устройства модуль индикации 4, устанавливают необходимое количество рамочных секций 17 с требуемыми дополнительными модулями 11, соединяют основной контроллер 7 модуля управления с микроконтроллерами 14 дополнительных модулей 11 посредством шлейфа, подключаемого через разъемы 12, соединяют клеммы 9, электрические разъемы 10 с управляемыми устройствами. Через шлейфы организовано электропитание каждой платы 14 и цифровой интерфейс передачи данных. В каждом из дополнительных модулей 11 установлено программное обеспечение для выполнения определенного алгоритма управляющих команд. Дополнительные модули 11 устанавливают один под другим с одинаковой пространственной ориентацией подобных элементов на каждой плате 14, одинаковые элементы одной платы находятся над или под такими же элементами другой платы 14 другого дополнительного модуля 11. С помощью базового блока 1 обеспечивают электропитание каждого дополнительного модуля 11 и исполнительных механизмов, суммарная нагрузка которых не превышает 6А, обеспечивают цифровой обмен данными между модулями внутри устройства, обеспечивают контроль исправности каждого модуля. С помощью базового блока 1 производят непосредственное управление технологическим процессом горения, в частности, управление одноступенчатой горелкой, или управление двухступенчатой горелкой. В качестве дополнительного модуля 11 может быть установлен модуль модулирования, позволяющий плавно управлять горелкой и обеспечивать её работу на частичной мощности. Могут быть установлены модуль комбинации топлива, управляющий газовыми горелками и жидкотопливными, может быть установлен модуль управления теплогенератором для управления дополнительным вентилятором и устройствами для генерации тепла на основе горелки, например, для осуществления подогрева теплоносителя в котле. Может использоваться модуль дополнительных входов-выходов для реализации более сложных алгоритмов. Устройство может быть дополнено модулем беспроводного управления, обеспечивающим настройку и просмотр состояния устройства с помощью мобильного телефона по Bluetooth. В общем виде набор дополнительных модулей 11 собирают в «башню» совместно с модулями базового блока 1, все модули скрепляют шпильками 26, вставляемыми в одинаковые отверстия 27 всех модулей. Готовое устройство в цельном, компактном корпусе устанавливают либо на корпус, либо в щит, либо на дин-рейку. Каждый дополнительный модуль 11 имеет собственные настройки и устройство памяти. При выходе дополнительного модуля из строя отсоединяют микроконтроллер 14 этого модуля от основного контроллера 7, из корпуса удаляют плату этого модуля с микроконтроллером 14. Остальные модули устройства при этом не нуждаются в дополнительной настройке, устройство продолжает работать без выполнения функций удаленного модуля, либо переводит технологический процесс в безопасное состояние, в зависимости от настроек.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет упростить процесс установки дополнительных модулей, обеспечить компактность устройства.

Изобретение относится к управлению и регулированию процессами горения газообразных или жидких топлив. Модуль управления, модуль питания и модуль индикации составляют базовый блок, корпус которого выполнен с возможностью установки дополнительных модулей под верхним модулем индикации. Плата модуля управления содержит основной контроллер, соединенный с источниками питания модуля питания, клеммы, электрические разъемы для подключения управляемых устройств и дополнительных блоков, разъем для подключения шлейфа. Дополнительные модули содержат платы, установленные в рамочных секциях корпуса. Микроконтроллеры дополнительных модулей связаны с основным контроллером модуля управления и контроллером модуля индикации. Платы дополнительных модулей, установленные в корпуса рамочных секций, расположены горизонтально друг под другом. Размещенные на плате одного дополнительного модуля клеммы, электрические разъемы для подключения управляемых устройств, разъем для подключения шлейфа находятся над подобными элементами соседнего дополнительного модуля или над подобными элементами модуля управления. Каждая рамочная секция корпуса дополнительного модуля состоит из двух частей, верхняя и нижняя части рамочных секций соединяются с помощью ответных выемок и выступов, выполненных на гранях рамочной секции, с помощью клиновых соединений, расположенных в противолежащих по диагонали углах рамочной секции, и с помощью соединительных втулок, расположенных в двух других противолежащих по диагонали углах. Грани корпуса каждой рамочной секции содержат окна для выводов от клемм и разъемов. На сплошных внутренних поверхностях граней, образованных соединением ответных выемок и выступов, выполнены опорные элементы для установки плат. Платы прижимаются к опорным элементам выступающими торцами клиновых элементов и частями торцов соединительных втулок. Все рамочные секции корпуса скрепляются соединительными шпильками. Изобретение позволяет обеспечить удобство использования устройства за счет упрощения процесса установки дополнительных модулей, обеспечить компактность устройства. 5 ил.

Модульное устройство управления горением, содержащее модуль управления, модуль питания, модуль индикации с устройством отображения пользовательского интерфейса, выполненное с возможностью подсоединения дополнительных модулей, каждый из которых содержит микроконтроллер, элементы для связи модулей, элементы для передачи данных на микроконтроллер, отличающееся тем, что модуль управления, модуль питания и модуль индикации составляют базовый блок, корпус которого выполнен с возможностью установки дополнительных модулей под верхним модулем индикации, плата модуля управления содержит основной контроллер, соединенный с источниками питания модуля питания, клеммы для подключения управляемых устройств и дополнительных блоков, разъем для подключения шлейфа, дополнительные модули содержат платы, установленные в рамочных секциях корпуса, микроконтроллеры дополнительных модулей связаны с основным контроллером модуля управления и контроллером модуля индикации, платы дополнительных модулей, установленные в рамочных секциях корпуса, расположены горизонтально друг под другом, размещенные на плате одного дополнительного модуля клеммы, электрические разъемы для подключения управляемых устройств, разъем для подключения шлейфа находятся над подобными элементами соседнего дополнительного модуля или над подобными элементами модуля управления, каждая рамочная секция корпуса дополнительного модуля состоит из двух частей, верхняя и нижняя части рамочных секций соединяются с помощью плоских соединительных элементов, с образованием граней корпуса каждой рамочной секции и с помощью внутренних соединительных элементов расположенных в рамочной секции, грани корпуса каждой рамочной секции содержат окна для выводов от клемм и разъемов, на внутренних поверхностях граней выполнены опорные элементы для установки плат, платы прижимаются к опорным элементам частями внутренних соединительных элементов, все рамочные секции корпуса скрепляются соединительными шпильками.