Микроконтроллерный автомат газовой горелки Российский патент 2024 года по МПК F23N5/20 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к управлению горелками в котельных, печах, и может быть использовано как элемент оборудования откормочников в агропромышленном комплексе и предназначено для управления газовой горелкой в помещениях содержания птицы и животных.

Известен (RU, патент 81290, опубл. 10.05.2009) микроконтроллерный автомат газовой горелки, содержащий транзисторные ключи, малогабаритные электромагнитные реле и блок питания. Кроме того, он имеет микроконтроллер, вход которого соединен с регулируемым усилителем сигнала с датчика пламени, а выходы микроконтроллера соединены с блоком ключей, содержащим три светодиодных индикатора.

Основным недостатком известного устройства следует признать ограниченную область применения - только разогрев металлических листов при покраске.

Известно (SU, авторское свидетельство 1477992, опубл. 07.05.1989) устройство для автоматического управления розжигом горелки, содержащее горелку, отсечной клапан, датчик наличия пламени, высоковольтный блок, формирователь команды «Пуск», набор логических элементов; все элементы соединены между собой жесткой логикой для выполнения розжига горелки и контроля наличия пламени.

Недостаток известного устройства заключается в том, что реализация логических функций на элементах жесткой логики приводит к существенному нарастанию их числа по сравнению с примененными, не обеспечивая при этом следующих важных задач как контроль за состоянием работоспособности отдельных блоков, возможность дистанционного управления горелкой и группового управления горелками, возможность алгоритмической синхронизации процесса управления.

Известно (RU, патент 2211406, опубл. 27.08.2003) микроконтроллерное устройство автоматического контроля и управления процессом розжига горелки и горением, содержащее горелку, устройство для запуска, отсечной клапан, датчик наличия пламени, высоковольтный трансформатор, а также микроконтроллер, связанный через его нулевую линию нулевого порта с устройством для запуска, выполненного в виде кнопки «Пуск» устройства, а через его нулевую, первую, вторую и третью линии первого порта связанный соответственно с первыми входами блока управления высоковольтного трансформатора, блока управления отсечным клапаном, блока коммутации двигателя нагнетания воздуха и блока управления подачей питания, вторые выходы которых соединены соответственно с блоками диагностики высоковольтного трансформатора, отсечного клапана, двигателя и подачи питания, а выходы блоков диагностики связаны с микроконтроллером через его первую, вторую, третью и четвертую линии нулевого порта соответственно, при этом первый выход блока управления подачей питания соединен с вторым входом блока управления высоковольтным трансформатором, связанного своим первым выходом с входом высоковольтного трансформатора, выход которого соединен с электродом розжига, установленным в сопле горелки; с вторым входом блока коммутации двигателя нагнетания воздуха, соединенного своим первым выходом с двигателем нагнетания воздуха; с входом датчика давления воздуха и входом датчика давления газа, выход которого соединен с входом блока диагностики датчика давления газа, связанного своим выходом по пятой линии нулевого порта с микроконтроллером; с вторым входом блока управления отсечным клапаном, первый выход которого соединен с входом отсечного клапана, при этом выход датчика давления воздуха связан с входом блока его диагностики, соединенного своим выходом по шестой линии нулевого порта с микроконтроллером, а электрод датчика наличия пламени, установленный в сопле горелки, соединен с входом блока регистрации наличия пламени и диагностики ложного срабатывания, выход которого связан через седьмую линию нулевого порта с микроконтроллером, соединенными через третий его порт с блоком связи с ЭВМ верхнего уровня, причем первая линия является соединением выхода микроконтроллера с входом этого блока, а нулевой линией микроконтроллер связан своим входом с первым выходом блока связи с ЭВМ верхнего уровня, второй выход которого связан двухпроводной витой парой с ЭВМ верхнего уровня, для питания устройства служит стандартный источник питания путем соединения нуля и фазы источника с вторым и третьим входами блока управления подачей питания, а постоянное напряжение источника служит питанием микроконтроллера и других элементов схемы.

Недостатком известного устройства следует признать его конструктивную сложность, приводящую к частым сбоям в работе.

Известно (SU, авторское свидетельство 2032127, опубл. 27.03.1995) устройство для управления горелкой, которое содержит блок задания режима работы нагрузок, производящий задание на частоту вращения двигателя воздуходувки, а также на частоту вращения электронного насоса подачи топлива в горелку; блок управления частотой вращения нагрузок, который, например, может быть выполнен в виде микропроцессора или микроконтроллера, производящий формирование импульсных сигналов на двигатель воздуходувки и электронный насос; блок формирования сигнала возбуждения, производящий усиление импульсных сигналов на двигатель воздуходувки и электронный насос; блок управления нагрузками, производящий изменение частоты вращения двигателя воздуходувки и электронного насоса подачи топлива в горелку. Кроме этого, устройство содержит двигатели воздуходувки и электронного насоса, выполненные как многополюсные двигатели.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает - контроль за состоянием работоспособности устройства, а также возможность дистанционного управления горелкой.

Техническая проблема, решаемая использованием разработанного технического решения - разработка устройства, позволяющего изменять порядок работы автомата и временные выдержки, имеющее подстройку под различные датчики пламени, исключающее необходимость ручного сброса механической блокировки автомата и снабженное световой индикацией рабочего состояния автомата и защитой выходных цепей автомата от коротких замыканий с помощью предохранителей.

Технический результат - повышение надежности устройства и улучшение его эксплуатационных характеристик.

Микроконтроллерный блок автоматического управления горелкой содержит входы для подключения ионизационного датчика пламени, вход которого подсоединен через усилитель сигнала к входу микроконтроллера, к выходам которого подключены блок транзисторных ключей, содержащий, по меньшей мере, два транзисторных усилительных каскада, работающих в ключевом режиме, причем блок выполнен с возможностью управления сигнальной лампой и трансформатором зажигания, светодиодных индикатора, к выходным цепям транзисторных усилительных каскадов подключены катушки двух электромагнитных реле релейного блока, которые своими контактами коммутируют цепи электромагнитного газового клапана, сигнальной лампы и трансформатора зажигания, при этом транзисторный блок ключей выполнен с возможностью управления сигнальной лампой и трансформатором зажигания, пять светодиодных индикаторов, отражающих все состояния устройства, причем питание электропотребляющих элементов устройства происходит от стабилизированного блока электропитания, программа микропроцессора выполнена с возможностью контролировать рабочие параметры процесса горения с индикацией работы микроконтроллерного блока автоматического управления, усилитель сигнала от датчика пламени выполнен без возможности перестраивания чувствительности, температурный режим работы настроен на границы температуры перегрева в 60°С.

Функциональная схема разработанного устройства представлена на чертеже. Устройство содержит датчик пламени 1, выход которого подсоединен к входу усилителя сигнала 2. Выход усилителя сигнала 2 соединен с входом микроконтроллера 4. К выходам микроконтроллера 4 подключены блок транзисторных ключей 5, содержащий транзисторные усилительные каскады, работающие в ключевом режиме, и пять светодиодных индикатора. К выходным цепям транзисторных ключей 5 подключены катушки электромагнитных реле 7, 8 релейного блока 6. Реле 7 и 8 своими контактами коммутируют цепи электромагнитного газового клапана 9, сигнальной лампы 10 и трансформатора зажигания 11 на переменное напряжение 220 В.

Светодиодная индикация показывает включение газового клапана 9, трансформатора зажигания 10 и наличие пламени (наличие сигнала с датчика пламени 1). Питание электрической схемы устройства газовой горелки производится от стабилизированного блока электропитания 3.

В конструкции автомата используется микроконтроллер 4 MEGA 328Р - AU, с промышленным диапазоном рабочих температур от -40°С до +85°С тактовой частотой 20 МГц. Конструкция разработанного автомата позволяет использовать любой датчик пламени (в частности, датчики фирм Honeywell, RIELLO, Beretta или аналогичный). Стабилизированный источник питания может быть использован с подходящим напряжением и мощности (в частности фирм Овен, Tantos, Honeywell, Siemens или аналогичные). Также могут быть использованы отечественные или импортные аналоги операционные усилители сигнала, транзисторы, светодиоды, малогабаритные электромагнитные реле. Стабилизированный блок электропитания обеспечивает работу устройства в сельских сетях.

Устройство работает следующим образом: при подаче питания с пульта управления на микроконтроллерный автомат газовой горелки микроконтроллер выдает сигнал на транзисторный ключ, который включает реле. Реле своими контактами подают питание на воздуходувку и электромагнитный газовый клапан.

Происходит подача газа в горелку. Через 1-2 секунды микроконтроллер выдает сигнал на транзисторный ключ, который включает реле. Реле своими контактами подает питание на включение трансформатора зажигания. Через 2-3 секунды микроконтроллер отключает сигнал на включение трансформатора зажигания и начинает опрос входа с усилителя сигнала от датчика пламени. Из-за разброса параметров датчиков пламени на различных горелках в усилителе применена минимальная настройка уровня чувствительности усилителя. Обработку сигнала о наличии пламени микроконтроллер производит с применением программного фильтра. Если пламя появилось, то микроконтроллер оставляет включенным реле и газовый клапан – происходит горение газа и работа горелки. Если пламя не появилось, то микроконтроллер отключает реле, происходит закрытие газового клапана и прекращение подачи газа и включается сигнализация. Аналогично произойдет срабатывание автомата и при исчезновении пламени во время работы горелки.

Дополнительным преимуществом разработанной программы является возможность проверка герметичности газового клапана. Проверка производится при запуске горелки и при выключении.

Функционирование микроконтроллерного автомата газовой горелки обеспечивается выполнением записанной в память микроконтроллера программой.

Положительный эффект - повышение надежности устройства, улучшение его эксплуатационных характеристик, и безопасность эксплуатации опасного производственного объекта. Он достигается тем, что устройство имеет микроконтроллер, к входу которого подключен регулируемый усилитель сигнала сдатчика пламени, а к выходам микроконтроллера подключен блок транзисторных ключей, содержащий светодиодные индикаторы.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к управлению горелками. Микроконтроллерный автомат газовой горелки содержит датчик пламени, выход которого подсоединен через усилитель сигнала к входу микроконтроллера, к выходам которого подключены блок транзисторных ключей, содержащий, по меньшей мере, два транзисторных усилительных каскада, работающих в ключевом режиме, и с возможностью управления сигнальной лампой и трансформатором зажигания, светодиодные индикаторы. К выходным цепям транзисторных усилительных каскадов подключены катушки двух электромагнитных реле релейного блока, которые своими контактами коммутируют цепи электромагнитного газового клапана, сигнальной лампы и трансформатора зажигания. Транзисторный блок ключей дополнительно управляет сигнальной лампой и трансформатором зажигания. Микроконтроллерный автомат содержит пять светодиодных индикаторов, отражающих состояния устройства. Питание электропотребляющих элементов устройства осуществляют от стабилизированного блока электропитания, программу микропроцессора выполняют с возможностью контроля рабочих параметров процесса горения с индикацией работы устройства, усилитель сигнала от датчика пламени выполняют с возможностью перестраивания с использованием программного обеспечения микроконтроллера режима работы. Технический результат - повышение надежности устройства и улучшение его эксплуатационных характеристик. 1 ил.

Микроконтроллерный автомат газовой горелки, содержащий датчик пламени, выход которого подсоединен через усилитель сигнала к входу микроконтроллера, к выходам которого подключены блок транзисторных ключей, содержащий, по меньшей мере, два транзисторных усилительных каскада, работающих в ключевом режиме, и с возможностью управления сигнальной лампой и трансформатором зажигания, светодиодные индикаторы, к выходным цепям транзисторных усилительных каскадов подключены катушки двух электромагнитных реле релейного блока, которые своими контактами коммутируют цепи электромагнитного газового клапана, сигнальной лампы и трансформатора зажигания, при этом транзисторный блок ключей дополнительно управляет сигнальной лампой и трансформатором зажигания, пять светодиодных индикаторов, отражающих состояния устройства, отличающийся тем, что питание электропотребляющих элементов устройства осуществляют от стабилизированного блока электропитания, программу микропроцессора выполняют с возможностью контроля рабочих параметров процесса горения с индикацией работы устройства, усилитель сигнала от датчика пламени выполняют с возможностью перестраивания с использованием программного обеспечения микроконтроллера режима работы.