Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2718364C1 - Software-hardware complex for gas boiler control - Google Patents

Software-hardware complex for gas boiler control Download PDF

Info

Publication number
RU2718364C1
RU2718364C1 RU2019132474A RU2019132474A RU2718364C1 RU 2718364 C1 RU2718364 C1 RU 2718364C1 RU 2019132474 A RU2019132474 A RU 2019132474A RU 2019132474 A RU2019132474 A RU 2019132474A RU 2718364 C1 RU2718364 C1 RU 2718364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
boiler
gas
gas boiler
control
software
Prior art date
Application number
RU2019132474A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Александрович Калинкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "КВАНТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "КВАНТ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "КВАНТ"
Priority to RU2019132474A priority Critical patent/RU2718364C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2718364C1 publication Critical patent/RU2718364C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/08Packaged or self-contained boilers, i.e. water heaters with control devices and pump in a single unit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Abstract

FIELD: control systems.
SUBSTANCE: software-hardware complex for gas boiler control relates to heat engineering and can be used in single- and double-circuit domestic and industrial gas boilers. Hardware and software system comprises an electronic control system. Distinctive feature of the complex is that the electronic control system consists of a control module and a display module, wherein the control module comprises a central processing unit which performs a specially designed program for controlling operating conditions of the boiler, nonvolatile memory, an external communication interface, a unit for processing input signals from gas boiler sensors, unit for ignition of gas boiler, which includes controlled high-voltage transformer, ionization current detector connected to combustion chamber, blocks of potential outputs for connection of actuators of gas boiler, and indication module includes liquid crystal display and keyboard.
EFFECT: software and hardware system is a universal and reliable control system, which meets all requirements for safe operation of gas boilers, due to pre-installed optimized configuration of settings, and can be used for different types of gas boilers or for different hydraulic circuits.
1 cl, 2 tbl, 2 ex, 1 dwg

Description

Программно-аппаратный комплекс управления газовым котлом относится к области теплоэнергетики и может быть использован в одно- и двухконтурных бытовых и промышленных газовых котлах.The hardware-software complex for controlling a gas boiler belongs to the field of heat power and can be used in single and double-circuit domestic and industrial gas boilers.

Известна Система управления отопительного водогрейного котла по патенту RU109534, содержащая модуль розжига, датчики-реле давления газа и давления воды, температуры воды и газов котла, газовые клапаны, при этом, модуль розжига выполнен в виде автоматического регулятора розжига, своим входом и выходом соединенного через блок индикаторов с датчиками-реле и с горелкой розжига; своим входом соединенного с выходом дополнительно введенного регулирующего термостата, и своим выходом, через вход блока газовых клапанов, с горелкой розжига и рабочей горелкой. Данная система не позволяет:Known control system of a heating boiler according to patent RU109534, comprising a firing module, gas pressure and water pressure sensors, water temperature and boiler gases, gas valves, while the firing module is made in the form of an automatic firing controller, its input and output connected through indicator block with relay sensors and with an ignition burner; with its input connected to the output of an additionally introduced control thermostat, and with its output, through the input of the gas valve block, with an ignition burner and a working burner. This system does not allow:

- управлять двухконтурной гидравлической схемой;- manage a dual-circuit hydraulic circuit;

- управлять газовыми клапанами в режиме полной электронной модуляции мощности;- control gas valves in the mode of full electronic modulation of power;

- конфигурировать спецификацию подключаемого к системе оборудования;- Configure the specification of equipment connected to the system;

- задавать алгоритмы работы котла;- set the boiler operation algorithms;

- подключать турбонасадку и управлять мощностью турбонасадки для обеспечения экономичного режима работы;- connect the turbo nozzle and control the power of the turbo nozzle to ensure an economical mode of operation;

- управлять температурой контура отопления в зависимости от температуры внешней (уличной).- control the temperature of the heating circuit depending on the temperature of the outside (outdoor).

Наиболее близким к заявляемому комплексу управления по технической сути является Нагреватель для системы отопления для бытовых применений по патенту WO 2008099259, состоящий из газового котла, электронной системы управления, соединенной через интерфейс с одним или более комнатными и наружными датчиками температуры, панели ручного управления, позволяющей задать режимы нагрева воды. В зависимости от выбранного режима подключаются различные внешние устройства. Данные системы не обеспечивают достаточную надежность, безопасность, универсальность и недостаточно оптимизирована для серийного производства, и не может быть использована в промышленных применениях, также данная система может быть использована только в одноконтурных отопительных котлах.Closest to the claimed control complex in technical essence is a heater for a heating system for domestic applications according to patent WO 2008099259, consisting of a gas boiler, an electronic control system connected via an interface to one or more room and external temperature sensors, a manual control panel that allows you to set water heating modes. Depending on the selected mode, various external devices are connected. These systems do not provide sufficient reliability, safety, versatility and are not optimized enough for mass production, and cannot be used in industrial applications, this system can also be used only in single-circuit heating boilers.

Предлагаемое изобретение решает техническую проблему по устранению указанных недостатков, а именно по созданию конфигураций настроек параметров для управления газовым котлом, позволяющих управлять как одноконтурными отопительными котлами, так и двухконтурными, с различным набором и типом подключаемых входных и выходных устройств.The present invention solves the technical problem of eliminating these drawbacks, namely, creating configurations of parameter settings for controlling a gas boiler, which allow controlling both single-circuit heating boilers and double-circuit ones with a different set and type of connected input and output devices.

Технический результат заключается в обеспечении разных типов газовых котлов и разных гидравлических схем универсальной и надежной системой управления, отвечающей всем требованиям безопасности эксплуатации газовых котлов, за счет предустановленной оптимизированной конфигурации настроек и блоком точного определения тока ионизации (определения наличия пламени в камере сгорания), не подверженного влиянию внешних электромагнитных помех.The technical result consists in providing different types of gas boilers and different hydraulic circuits with a universal and reliable control system that meets all the safety requirements for the operation of gas boilers, due to a pre-installed optimized configuration of settings and a unit for accurately determining the ionization current (detecting the presence of a flame in the combustion chamber), not subject to the influence of external electromagnetic interference.

Для решения поставленной технической проблемы, а также для достижения заявленного технического результата предлагается программно-аппаратный комплекс управления газовым котлом, содержащий модуль управления и модуль индикации. Модуль управления содержит центральное процессорное устройство, выполняющее программу управления и зашиты котла; энергонезависимое запоминающее устройство, в котором хранятся данные и установочные параметры для работы котла; внешний интерфейс связи RS-485, работающий по протоколу ModBus RTU; блок обработки входных дискретных непотенциальных сигналов от дискретных датчиков газового котла; блок обработки входных аналоговых сигналов от датчиков температуры котла и реле давления контура теплоносителя; блок управления катушкой модулятора клапана или клапанов газового котла; блок розжига газового котла, включающий управляемый высоковольтный трансформатор; детектор тока ионизации, подключенный к камере сгорания; блок дискретных потенциальных выходов для подключения исполнительных устройств газового котла; блок потенциального выхода с фазовой регулировкой сетевого напряжения для подключения турбонасадки газового котла. Модуль индикации содержит жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей) и клавиатуру.To solve the stated technical problem, as well as to achieve the claimed technical result, a hardware-software complex for controlling a gas boiler is proposed, comprising a control module and an indication module. The control module comprises a central processing unit executing a control program and boiler protection; non-volatile storage device in which data and settings for the operation of the boiler are stored; external communication interface RS-485, working on the ModBus RTU protocol; processing unit of input discrete non-potential signals from discrete sensors of a gas boiler; processing unit of input analog signals from temperature sensors of the boiler and pressure switch of the coolant circuit; the control unit coil of the valve modulator or valves of the gas boiler; a gas boiler ignition unit including a controllable high voltage transformer; ionization current detector connected to the combustion chamber; a block of discrete potential outputs for connecting actuators of a gas boiler; potential output unit with phase adjustment of the mains voltage for connecting a gas boiler turbo nozzle. The display module contains a liquid crystal display (LCD) and a keyboard.

В программно-аппаратном комплексе управления газовым котлом центральное процессорное устройство предназначено для выполнения специально разработанной программы управления котлом, позволяющей настраивать конфигурацию параметров газового котла в широких пределах, что обеспечивает универсальность данного комплекса. Энергонезависимое запоминающее устройство предназначено для хранения архивных данных о работе котла и установочных параметров. Внешний интерфейс связи, работающий по протоколу ModBus RTU, предназначен для подключения котла к внешнему управляющему устройству или к Интернет-серверу, это позволяет организовать каскадную схему включения нескольких котлов или осуществлять функции телеметрии и диспетчеризации для выбранного котла. Блок обработки входных дискретных непотенциальных сигналов предназначен для обработки входных дискретных непотенциальных сигналов, поступающих от дискретных датчиков газового котла типа «сухой контакт». Блок обработки аналоговых сигналов предназначен для обработки входных аналоговых сигналов, поступающих от датчиков температуры котла и реле давления контура теплоносителя. Блок управления катушкой модулятора предназначен для подключения и защиты от одной до четырех катушек модуляции газового клапана или клапанов в зависимости от установленных параметров. Этот блок представляет собой источник тока. Блок розжига газового котла включает в себя высоковольтный трансформатор с выходным переменным напряжением 18…20 кВ, соединенного с электродом розжига газового котла, и средство управления данным трансформатором. При включении данного блока между электродом розжига и корпусом газового котла возникает высоковольтная дуга, воспламеняющая газ. Данный блок гальванически изолирован от других блоков модуля управления. Детектор тока ионизации предназначен для определения наличия пламени в камере сгорания газового котла и содержит электрод ионизации газового котла, а также транзисторы, модулирующие полезный сигнал фазой сетевого напряжения для исключения паразитных шумов и электромагнитных наводок в спектре полезного сигнала, что позволяет точно и надежно определять наличие пламени в камере сгорания газового котла и исключить ошибочные срабатывания розжига. Блок дискретных потенциальных выходов предназначен для подключения исполнительных устройств газового котла (насосы, клапаны и др. вспомогательное оборудование) и обеспечивает управление вспомогательным оборудованием газового котла и его защиту. Данный блок содержит полупроводниковый активный элемент с детектором нуля сетевого напряжения и гальванически изолирован от других блоков модуля управления. Блок потенциального выхода с фазовой регулировкой сетевого напряжения предназначен для подключения турбонасадки газового котла и позволяет регулировать мощность турбонасадки с обратной связью по температуре теплоносителя и, как следствие, давление разрежения в камере сгорания газового котла, что позволяет повысить энергоэффективность газового котла. Данный блок содержит полупроводниковый активный элемент с детектором нуля сетевого напряжения и гальванически изолирован от других блоков модуля управления. Модуль индикации содержит ЖК-дисплей и клавиатуру. Применение в модуле управления газового котла полупроводниковых активных элементов с детекторами нуля сетевого напряжения повышает надежность, скорость срабатывания и срок службы программно-аппаратного комплекса управления газовым котлом.In the hardware and software complex for controlling a gas boiler, the central processor unit is designed to carry out a specially designed boiler control program that allows you to configure the parameters of the gas boiler within wide limits, which ensures the universality of this complex. Non-volatile storage device is designed to store archived data on the operation of the boiler and settings. An external communication interface using the ModBus RTU protocol is designed to connect the boiler to an external control device or to an Internet server, this allows you to organize a cascade connection scheme for several boilers or to perform telemetry and dispatch functions for the selected boiler. The processing unit for input discrete non-potential signals is designed to process input discrete non-potential signals coming from discrete sensors of a dry contact gas boiler. The analog signal processing unit is designed to process analog input signals coming from the boiler temperature sensors and the pressure switch of the coolant circuit. The modulator coil control unit is designed to connect and protect from one to four modulation coils of a gas valve or valves, depending on the set parameters. This unit is a current source. The ignition block of a gas boiler includes a high-voltage transformer with an output alternating voltage of 18 ... 20 kV connected to the ignition electrode of a gas boiler, and control means for this transformer. When this unit is turned on, a high-voltage arc arises between the ignition electrode and the body of the gas boiler, which ignites the gas. This unit is galvanically isolated from other control unit units. The ionization current detector is designed to detect the presence of a flame in the combustion chamber of a gas boiler and contains an ionization electrode of the gas boiler, as well as transistors modulating the useful signal with the mains phase to eliminate spurious noise and electromagnetic interference in the spectrum of the useful signal, which makes it possible to accurately and reliably determine the presence of flame in the combustion chamber of a gas boiler and eliminate erroneous ignition triggering. The block of discrete potential outputs is designed to connect the executive devices of the gas boiler (pumps, valves, and other auxiliary equipment) and provides control of the auxiliary equipment of the gas boiler and its protection. This unit contains a semiconductor active element with a zero voltage detector and is galvanically isolated from other blocks of the control module. The potential output unit with phase adjustment of the mains voltage is designed to connect the turbo nozzle of the gas boiler and allows you to adjust the power of the turbo nozzle with feedback according to the temperature of the coolant and, as a result, the vacuum pressure in the combustion chamber of the gas boiler, which improves the energy efficiency of the gas boiler. This unit contains a semiconductor active element with a zero voltage detector and is galvanically isolated from other blocks of the control module. The display module contains an LCD display and a keyboard. The use of semiconductor active elements in the gas boiler control module with zero voltage detectors increases the reliability, response speed and service life of the gas boiler control software and hardware complex.

В результате предлагаемый программно-аппаратный комплекс управления газовым котлом может работать в двухконтурной гидравлической схеме; поддерживать подключение датчика давления контура отопления и датчика расхода или расходомера контура отопления или горячего водоснабжения (задается в настройках); выполнять регулирование заданной температуры по закону ПИД-регулирования в отличие от выбранного аналога, который выполняет регулирование заданной температуры по ступенчатой схеме прямого нагрева; выполнять полную электронную модуляцию мощности подключенных газовых клапанов; обеспечивать возможность подключения запальной горелки; может работать с открытой и закрытой камерами сгорания; имеет внешний промышленный интерфейс связи для диспетчеризации работы котла и снятия телеметрических данных. Кроме того, выбранный аналог состоит из нескольких электронных модулей, что повышает сложность сборки серийного устройства и снижает надежность системы в целом. Предлагаемый программно-аппаратный комплекс состоит только из модуля управления, в котором размещены все блоки контроля и управления программно-аппаратного комплекса, и модуля индикации, выполняющего задачи по обеспечению человеко-машинного интерфейса. В случае потери контакта между данными модулями модуль управления может работать автономно, так как все введенные пользователем настройки и параметры регулирования сохраняются в энергонезависимой памяти, размещенной в модуле управления. As a result, the proposed hardware-software complex for controlling a gas boiler can operate in a dual-circuit hydraulic circuit; to support the connection of the pressure sensor of the heating circuit and the flow sensor or flow meter of the heating circuit or hot water supply (specified in the settings); perform the regulation of the set temperature according to the law of PID control, in contrast to the selected analogue, which performs the regulation of the set temperature according to the step-by-step scheme of direct heating; perform full electronic modulation of the power of the connected gas valves; provide the ability to connect a pilot burner; can work with open and closed combustion chambers; It has an external industrial communication interface for dispatching boiler operation and telemetry data acquisition. In addition, the selected analogue consists of several electronic modules, which increases the complexity of the assembly of a serial device and reduces the reliability of the system as a whole. The proposed hardware-software complex consists only of a control module, in which all the control and management units of the hardware-software complex are located, and an indication module that performs the tasks of providing a human-machine interface. In case of loss of contact between these modules, the control module can operate autonomously, since all settings and control parameters entered by the user are stored in non-volatile memory located in the control module.

Таким образом, конструктивное исполнение программно-аппаратного комплекса управления газовым котлом с использованием специально разработанной программы, позволяющей настраивать конфигурацию параметров газового котла в широких пределах, позволяет обеспечить работу не только одноконтурного газового котла по схеме отопления, но и двухконтурного по схеме отопления и горячего водоснабжения и управлять газовыми котлами в широком диапазоне мощностей (от 18 кВт до 1 МВт).Thus, the design of the hardware and software complex for controlling a gas boiler using a specially designed program that allows you to configure the parameters of the gas boiler within wide limits allows you to ensure the operation of not only a single-circuit gas boiler according to the heating scheme, but also a double-circuit one according to the heating and hot water supply and manage gas boilers in a wide range of capacities (from 18 kW to 1 MW).

Следовательно, всей совокупностью указанных конструктивных особенностей реализуется указанный технический результат, заключающийся в обеспечении разных типов газовых котлов или разных гидравлических схем универсальной и надежной системой управления.Therefore, the totality of these design features implements the specified technical result, which consists in providing different types of gas boilers or different hydraulic circuits with a universal and reliable control system.

Схема программно-аппаратного комплекса управления газовым котлом показана на Фиг. 1, где:A diagram of a hardware-software complex for controlling a gas boiler is shown in FIG. 1, where:

1 - центральное процессорное устройство;1 - central processing unit;

2 - энергонезависимое запоминающее устройство;2 - non-volatile storage device;

3 - внешний интерфейс связи;3 - external communication interface;

4 - блок обработки входных дискретных непотенциальных сигналов;4 - processing unit of input discrete non-potential signals;

5 - блок обработки входных аналоговых сигналов;5 - block processing input analog signals;

6 - блок управления катушкой модулятора; 6 - modulator coil control unit;

7 - блок розжига;7 - ignition unit;

8 - детектор тока ионизации;8 - ionization current detector;

9 - блок дискретных потенциальных выходов;9 - block discrete potential outputs;

10 - блок потенциального выхода с фазовой регулировкой;10 - block potential output with phase adjustment;

11 - ЖК-дисплей;11 - LCD display;

12 - клавиатура.12 - keyboard.

13 - дискретные датчики газового котла: датчик перегрева контура теплоносителя, датчик давления воздуха;13 - discrete sensors of the gas boiler: overheating sensor for the coolant circuit, air pressure sensor;

14 - датчики температуры котла: датчик температуры контура отопления, датчик температуры контура горячего водоснабжения;14 - boiler temperature sensors: temperature sensor of the heating circuit, temperature sensor of the hot water circuit;

15 - аналоговый датчик давления;15 - analog pressure sensor;

16 - клапаны газового котла;16 - valves of a gas boiler;

17 - высоковольтный трансформатор;17 - high voltage transformer;

18 - электрод розжига;18 - ignition electrode;

19 - электрод ионизации;19 - ionization electrode;

20 - полупроводниковый активный элемент;20 - semiconductor active element;

21 - детектор нуля сетевого напряжения;21 - zero voltage detector;

22 - исполнительные устройства газового котла: насос контура отопления, насос контура горячего водоснабжения, трехходовой клапан, дополнительный конфигурируемый потенциальный выход;22 - actuators of a gas boiler: heating circuit pump, hot water circuit pump, three-way valve, additional configurable potential output;

23 - турбонасадка;23 - turbo nozzle;

24 - модуль управления;24 - control module;

25 - модуль индикации;25 - indication module;

26 - контур теплоносителя;26 - coolant circuit;

27 - камера сгорания.27 - combustion chamber.

Программно-аппаратный комплекс управления газовым котлом (ПАК) функционирует следующим образом.The hardware-software complex for controlling a gas boiler (PAC) operates as follows.

В режиме ожидания включения котла периодически тестируется наличие пламени в камере сгорания (27). В случае обнаружения пламени на экране модуля индикации (25) генерируется соответствующее аварийное сообщение и котел блокируется. Также тестируется датчик давления воды (15) и защитное термореле (13). В случае возникновения аварийной ситуации на экране модуля индикации (25) генерируется аварийное сообщение и котел блокируется.In standby mode, the boiler is periodically tested for the presence of a flame in the combustion chamber (27). In case of flame detection, a corresponding alarm message is generated on the screen of the display module (25) and the boiler is blocked. Also tested is a water pressure sensor (15) and a protective thermal relay (13). In the event of an emergency, an alarm message is generated on the display module screen (25) and the boiler is blocked.

Если появляются условия для запуска котла:If conditions appear for starting the boiler:

1) Проводится тест работоспособности датчика давления воздуха (13), подключенного к блоку обработки входных дискретных непотенциальных сигналов (4). Если тест проходит успешно - выполняется предварительная продувка камеры сгорания (27): если выбрана конфигурация котла с закрытой камерой сгорания, включается турбонасадка (23) на 100% мощности, подключенная к блоку потенциального выхода с фазовой регулировкой (10).1) A performance test of the air pressure sensor (13) connected to the processing unit of the input discrete non-potential signals (4) is carried out. If the test succeeds, the combustion chamber is pre-purged (27): if the boiler configuration with the closed combustion chamber is selected, the turbo nozzle (23) is switched on at 100% power, connected to the potential output unit with phase adjustment (10).

2) На этапе предварительной продувки камеры сгорания (27) включается насос соответствующего контура или основной насос (22) и распределение потока теплоносителя (26) при помощи трехходового клапана (22). Если выбрана конфигурация «Закрытая камера» - включается турбонасадка (23) и выдерживается задержка предварительной продувки. В конце данного этапа тестируется датчик давления воздуха (13). Если датчик давления воздуха выдает сигнал о том, что в камере сгорания есть необходимое разряжение - ПАК переходит к процедуре розжига пламени, иначе на экране модуля индикации (25) генерируется аварийное сообщение и котел блокируется. Контроль датчика давления воздуха (13) закончится только на этапе перехода в режим ожидания. Как только датчик давления воздуха (13) выдаст сигнал на модуль управления (24) о том, что разрежение в камере сгорания (27) отсутствует - на экране модуля индикации (25) сгенерируется аварийное сообщение и выполнится функция безопасной остановки котла, затем котел будет заблокирован.2) At the stage of preliminary purging of the combustion chamber (27), the pump of the corresponding circuit or the main pump (22) is turned on and the distribution of the coolant flow (26) using a three-way valve (22). If the “Closed chamber” configuration is selected, the turbo nozzle (23) is turned on and the pre-purge delay is maintained. At the end of this step, the air pressure sensor (13) is tested. If the air pressure sensor gives a signal that the necessary pressure is in the combustion chamber, the PAC proceeds to the ignition procedure, otherwise an alarm message will be generated on the display module (25) and the boiler will be blocked. The monitoring of the air pressure sensor (13) will end only at the transition to standby mode. As soon as the air pressure sensor (13) gives a signal to the control module (24) that there is no vacuum in the combustion chamber (27) - an alarm message will be generated on the display of the display module (25) and the function of safe boiler stop will be executed, then the boiler will be blocked .

3) Этап розжига пламени начинается с того, что включается блок розжига (7) и подает управляющее напряжение на высоковольтный трансформатор (17), вследствие чего в камере сгорания котла (27) генерируется высоковольтная дуга между электродом розжига (18) и корпусом камеры сгорания (27). Выдерживается задержка на образование дуги, затем блок дискретных потенциальных выходов (9) подает управляющее напряжение на газовый клапан (16). Газовый клапан (16) открывается, пропускная способность (мощность) клапана регулируется блоком управления катушкой модулятора (6). После открытия газового клапана (16) выдерживается задержка розжига и детектором тока ионизации (8) измеряется ток ионизации плазмы, протекающий между электродом ионизации (19) и корпусом камеры сгорания котла (27). Величина тока ионизации плазмы 6 и более мкА сигнализирует о том, что в камере сгорания котла (27) присутствует стабильное пламя и розжиг произошел. Если пламя отсутствует - клапан (16) закрывается и выполняется переход к этапу предварительной продувки камеры сгорания котла (27) и затем опять происходит попытка розжига пламени. В случае трех неудачных попыток розжига на экране модуля индикации (25) генерируется аварийное сообщение, выполняется продувка камеры сгорания котла и котел блокируется. Если розжиг прошел удачно - выполняется переход к этапу регулирования заданной температуры теплоносителя.3) The stage of ignition of the flame begins when the ignition unit (7) is turned on and supplies the control voltage to the high-voltage transformer (17), as a result of which a high-voltage arc is generated in the combustion chamber of the boiler (27) between the ignition electrode (18) and the body of the combustion chamber ( 27). The arcing delay is maintained, then the block of discrete potential outputs (9) supplies the control voltage to the gas valve (16). The gas valve (16) opens, the throughput (power) of the valve is regulated by the modulator coil control unit (6). After opening the gas valve (16), the ignition delay is maintained and the ionization current detector (8) measures the plasma ionization current flowing between the ionization electrode (19) and the boiler combustion chamber body (27). A plasma ionization current of 6 μA or more indicates that a stable flame is present in the combustion chamber of the boiler (27) and ignition has occurred. If there is no flame, the valve (16) is closed and the transition to the stage of preliminary purging of the combustion chamber of the boiler (27) is performed and then an attempt is made to ignite the flame again. In case of three unsuccessful ignition attempts, an alarm message is generated on the display of the display module (25), the boiler’s combustion chamber is purged and the boiler is blocked. If the ignition is successful, a transition to the step of regulating the set temperature of the coolant is performed.

4) Регулирование заданной температуры теплоносителя выполняется по закону дискретного ПИД-регулирования, где входным сигналом является измеренная блоком обработки входных аналоговых сигналов (5) температура контура теплоносителя, измеренная датчиками температуры котла (14), а выходным сигналом является значение тока катушки модулятора газового клапана (16), подаваемого на газовый клапан (16) блоком управления катушкой модулятора (6). Каждому контуру соответствует отдельная процедура регулирования со своими коэффициентами. Для более точного регулирования заданной температуры теплоносителя, регулирование начинается с прогрева контура теплоносителя (26) на минимальной заданной мощности пламени в течение заданного времени. Математическая модель регулирования и мощность газового клапана (16) рассчитывается центральным процессорным устройством (1).4) The set temperature of the coolant is regulated according to the law of discrete PID control, where the input signal is the temperature of the coolant circuit measured by the input analog signal processing unit (5), measured by the boiler temperature sensors (14), and the output signal is the current value of the coil of the gas valve modulator ( 16) supplied to the gas valve (16) by the modulator coil control unit (6). Each circuit corresponds to a separate regulation procedure with its own coefficients. For more precise control of the set temperature of the coolant, control starts with heating the coolant circuit (26) at the minimum set power of the flame for a set time. The mathematical model of regulation and the power of the gas valve (16) is calculated by the central processing unit (1).

5) При возникновении условий прекращения функций старта или регулирования включается функция безопасного останова котла. Данная функция включает в себя процедуру продувки камеры сгорания котла (27) для удаления остатков газовой смеси и процедуру прокачки контуров теплоносителя (26) для выравнивания температуры теплоносителя в контуре. Процедура прокачки контуров теплоносителя включает в себя периодическое включение насосов (22) и переключение трехходового клапана (22) блоком дискретных потенциальных выходов (9).5) When conditions for the termination of the start or regulation functions occur, the function of safe shutdown of the boiler is activated. This function includes a procedure for purging the combustion chamber of the boiler (27) to remove residual gas mixture and a procedure for pumping coolant circuits (26) to equalize the temperature of the coolant in the circuit. The procedure for pumping coolant circuits includes periodic switching on of pumps (22) and switching of a three-way valve (22) by a block of discrete potential outputs (9).

Функции безопасной работы газового котла обеспечивают аналоговый датчик давления контура теплоносителя (15), дискретные датчики перегрева контура теплоносителя и давления воздуха (13), детектор тока ионизации (8).The functions of safe operation of the gas boiler are provided by an analog pressure sensor of the coolant circuit (15), discrete sensors of overheating of the coolant circuit and air pressure (13), an ionization current detector (8).

Блок дискретных потенциальных выходов (9) обеспечивает безопасное включение и выключение исполнительных устройств газового котла (22), переключая состояние полупроводникового активного элемента (20), только в момент перехода сетевого напряжение через нулевое значение. Момент перехода сетевого напряжения через нулевое значение определяется детектором нуля сетевого напряжения (21).The block of discrete potential outputs (9) ensures the safe switching on and off of the executive devices of the gas boiler (22), switching the state of the semiconductor active element (20), only at the moment the mains voltage passes through the zero value. The moment of transition of the mains voltage through the zero value is determined by the zero detector of the mains voltage (21).

Задача выбора типа котла решается за счет загрузки в энергонезависимую память (2) специального файла с предустановленной оптимизированной конфигурацией настроек параметров, что позволяет максимально оптимизировать серийное производство широкой номенклатуры газовых котлов.The task of choosing the type of boiler is solved by loading into a non-volatile memory (2) a special file with a pre-installed optimized configuration of parameter settings, which allows to optimize the serial production of a wide range of gas boilers.

Задачи телеметрии и диспетчеризации котла решаются за счет подключения к интерфейсу связи (3) специализированного оборудования.The telemetry and dispatch tasks of the boiler are solved by connecting specialized equipment to the communication interface (3).

Человеко-машинный интерфейс обеспечивается установленными в блоке индикации (25) ЖК-дисплеем (11) и клавиатурой (12).The man-machine interface is provided by an LCD display (11) and a keyboard (12) installed in the display unit (25).

ПАК имеет следующие технические характеристики:PAK has the following specifications:

Таблица 1.Table 1.

Параметры ПАКPAK options Технические данные контролируемого параметраTechnical data of the controlled parameter Уровень питающего напряжения.Supply voltage level. Переменное напряжение 198…242 В. Alternating voltage 198 ... 242 V. Пределы регулирования тока модуляции.The limits of modulation current regulation. 1 клапан - 0…170 мА;
2 клапана - 0…340 мА;
3 клапана - 0…500 мА;
4 - клапана - 0…660 мА.
1 valve - 0 ... 170 mA;
2 valves - 0 ... 340 mA;
3 valves - 0 ... 500 mA;
4 - valves - 0 ... 660 mA.
Тип тока модуляцииType of modulation current Широтно-импульсная модуляция.Pulse width modulation. Частота тока модуляции.The frequency of the modulation current. 48 кГц.48 kHz. Напряжение модуляции.Modulation voltage. 0…17 В.0 ... 17 V. Уровень напряжения дискретных входных сигналов.Voltage level of discrete input signals. Постоянное напряжение 11.95…12.15 В.DC voltage 11.95 ... 12.15 V. Ток потребления дискретных входов.Current consumption of digital inputs. 3…4 мА.3 ... 4 mA. Минимальный порог тока ионизации.Minimum ionization current threshold. 6 мкА.6 μA. Тип датчиков температуры контура ГВС и КО.Type of temperature sensors for domestic hot water and hot water circuit. NTC термисторы 10 кОм, B=3935.NTC thermistors 10 kOhm, B = 3935. Уровень напряжения дискретных выходных цепей.Voltage level of discrete output circuits. Переменное напряжение 198…242 В.Alternating voltage 198 ... 242 V. Максимальный выходной ток дискретных выходов.Maximum output current of discrete outputs. 2,5 А.2.5 A. Уровень напряжения аналоговых входных цепей.Voltage level of analog input circuits. Постоянное напряжение 0…5 В.DC voltage 0 ... 5 V. Сопротивление изоляции электрических цепей относительно корпуса.Insulation resistance of electrical circuits relative to the housing. - не менее 10 МОм при нормальных климатических условиях (холодное состояние);
- 1 МОм при относительной влажности 98% и температуре (25+/-2)°С;
- 3 МОм при максимально допустимой температуре (горячее состояние).
- at least 10 megohms under normal climatic conditions (cold state);
- 1 MΩ at a relative humidity of 98% and a temperature of (25 +/- 2) ° С;
- 3 megohms at the maximum permissible temperature (hot condition).
Электрическая прочность изоляции всех входных и выходных цепей.Dielectric strength of insulation of all input and output circuits. Не хуже 1500 ВNot worse than 1500 V

Примеры параметров ПАК при их использовании в газовых котлах различной мощности рассмотрены ниже. В таблице 2 представлены параметры ПАК настенного газового котла мощностью 18 кВт с бойлером и напольного промышленного котла мощностью 100 кВт.Examples of PAK parameters when used in gas boilers of various capacities are discussed below. Table 2 presents the PAK parameters of a wall-mounted gas boiler with an output of 18 kW with a boiler and a floor-standing industrial boiler with an output of 100 kW.

Таблица 2.Table 2.

Параметр, № п/пParameter No. ОписаниеDescription ДиапазонRange Заданное значение мощность 18 кВтSetpoint power 18 kW Заданное значение мощность 100
кВт
Setpoint Power 100
kw
00 Линейный коэффициент компенсации внешнего датчика температуры.Linear compensation factor for an external temperature sensor. 0…500 ... 50 20twenty 20twenty 1one Выкл./вкл. регулирование по внешнему датчику температуры (для расчета коэффициентов использовать ПО TEX или формулу Тзад=((Р0-Твнеш)*Р2)/10+Р0.).Off / on regulation by an external temperature sensor (to calculate the coefficients, use the TEX software or the formula Tzad = ((P0-Tvnesh) * P2) / 10 + P0.). 0…10 ... 1 00 00 22 Нелинейный коэффициент компенсации внешнего датчика температуры.Non-linear coefficient of compensation of the external temperature sensor. 0…500 ... 50 10ten 10ten 33 Мощность розжига.Ignition power. 5…605 ... 60 5 5 1515 44 Максимальная мощность модуляции пламени.Maximum flame modulation power. 30…10030 ... 100 100one hundred 100one hundred 55 Минимальная мощность модуляции пламени.Minimum flame modulation power. 1…151 ... 15 1 one 55 66 Время выбега насоса в режиме ГВС (с).Pump running time in DHW mode (s). 1…2401 ... 240 6060 6060 77 Время выбега насоса в режиме отопления (с).Pump running time in heating mode (s). 1…2401 ... 240 180180 180180 8eight Задержка повторного включения розжига в режиме отопления (мин). Функция активизируется в случае отключения котла по перегреву.Delay to re-enable ignition in heating mode (min). The function is activated in case of boiler shutdown due to overheating. 1…151 ... 15 1one 55 9nine Продолжительность включенного состояния насоса в режиме ожидания (мин).Standby time of the pump in standby (min). 0…150 ... 15 3 3 55 10ten Продолжительность выключенного состояния насоса в режиме ожидания (мин).Standby time of the pump (min). 0…150 ... 15 1one 33 11eleven Время предварительной вентиляции перед розжигом (с).Pre-ventilation time before ignition (s). 5…305 ... 30 8eight 8eight 1212 Время вентиляции после отключения газового клапана (с).Ventilation time after shutting off the gas valve (s). 5…305 ... 30 10ten 10ten 13thirteen Время выхода на заданную температуру при работе в режиме отопления (мин). Данная задержка активируется при условии на момент розжига Тзад - Тизм >=10.Time to reach the set temperature when working in heating mode (min). This delay is activated provided that at the time of ignition Tzad - Tism> = 10. 0…300 ... 30 3 3 10ten 1414 Максимальная температура контура отопления при работе в режиме ГВС.The maximum temperature of the heating circuit when operating in DHW mode. 50…9550 ... 95 9090 9595 1515 Управление 3-ход. клапаном прямое / инверсное.Office 3-stroke. direct / inverse valve. 0…10 ... 1 00 00 16sixteen Время работы в режиме минимальной мощности после включения основной горелки (с).Operating time in minimum power mode after turning on the main burner (s). 0…600 ... 60 10ten 10ten 1717 3-ход клапан / насос ГВС.3-way valve / DHW pump. 0…10 ... 1 00 00 1818 Промышленный котел (+50…+95) / бытовой котел (+35…+85).Industrial boiler (+ 50 ... + 95) / household boiler (+ 35 ... + 85). 0…10 ... 1 1 one 00 1919 Монотермический теплообменник / битермический теплообменник.Monothermal heat exchanger / bithermic heat exchanger. 0…10 ... 1 00 00 20twenty Режим проточный / накопительный.Flow / cumulative mode. 0…10 ... 1 1one 00 2121 Стандартный антифриз / Е08 антифриз.Standard antifreeze / E08 antifreeze. 0…10 ... 1 00 00 2222 Разрешение ДУ.Remote Resolution 0…10 ... 1 1one 1one 2323 Время заполнения контура (с).Loop time (s). 3…2403 ... 240 3 3 30thirty 2424 Камера закрытая / открытая.The camera is closed / open. 0…10 ... 1 00 1one 2525 Датчик давления дискретный / аналоговый.Discrete / analog pressure sensor. 0…10 ... 1 0 0 1one 2626 Датчик протока дискретный / импульсный.Discrete / pulse flow sensor. 0-10…400-10 ... 40 00 00 2727 Сброс на заводские установки.Reset to factory settings. 0…10 ... 1 00 00 2828 Количество клапанов.The number of valves. 1…41 ... 4 1one 44 2929th Датчик протока (или расходомер, зависит от Р26): ГВС/КО.Flow sensor (or flow meter, depends on P26): DHW / KO. 0…10 ... 1 00 00 30thirty Период включения функции защиты от бактерий, суток (активно при Р20=1).The period of inclusion of the function of protection against bacteria, days (active at P20 = 1). 0…150 ... 15 77 77 3131 Kp КО.Kp KO. 1…2551 ... 255 2525 2525 3232 Ki КО.Ki KO. 1…2551 ... 255 22 22 3333 Kd КО.Kd KO. 1…2551 ... 255 150150 150150 3434 Kp ГВС.Kp dhw. 1…2551 ... 255 1212 1212 3535 Ki ГВС.Ki dhw. 1…2551 ... 255 8eight 8eight 3636 Kd ГВС.Kd DHW. 1…2551 ... 255 1one 1one 3737 f ГВС.f dhw. 1…2551 ... 255 200200 200200 3838 f КО.f KO. 1…2551 ... 255 8eight 8eight 3939 Минимальное давление в КО бар (активно при Р25=1).Minimum pressure in KO bar (active at P25 = 1). 0.6…1.50.6 ... 1.5 0.80.8 4040 Максимальное давление в КО бар (активно при Р25=1).Maximum pressure in KO bar (active at P25 = 1). 2…72 ... 7 6.86.8 4141 Задержка включения основного клапана после розжига (с).Delay of inclusion of the main valve after ignition (s). 0…1800 ... 180 0 0 1515 4242 Управление вентилятором (0-дискретное, 1-фиксированное задание ШИМ, 2-расчет задания ШИМ).Fan control (0-discrete, 1-fixed PWM reference, 2-calculation of PWM reference). 0…20 ... 2 2 2 00 4343 Мощность вентилятора при фиксированном задании % (активно при Р42=1).Fan power at a fixed reference% (active at P42 = 1). 50…10050 ... 100 7575 7575 4444 Задержка выключения режима ГВС (с).DHW off delay (s). 0…300 ... 30 10ten 10ten 4545 Версия пульта управления.Remote control version. 0…10 ... 1 1one 1one 4646 Адрес устройства в сети ModBus.Device address on the ModBus network. 1…2551 ... 255 1one 1one 4747 Максимальная мощность модуляции пламени в режиме ГВС.Maximum flame modulation power in DHW mode. 30…10030 ... 100 6060 6060 4848 Количество ступеней регулирования в режиме КО.The number of control stages in the KO mode. 1…21 ... 2 1one 1one

Различия конфигурационных параметров связаны с мощностью данных котлов и тем обстоятельством, что промышленный котел работает с открытой камерой, то есть без принудительной вентиляции. Промышленный котел имеет одноконтурную систему, работает без режима горячего водоснабжения, так как обычно в промышленных системах в контуры отопления и горячего водоснабжения теплоноситель подается из одного коллектора. Бытовой котел подключен к бойлеру, в котором поддерживается постоянная температура, и имеет двухконтурную систему - контур отопления и контур горячего водоснабжения.Differences in configuration parameters are associated with the power of these boilers and the fact that the industrial boiler operates with an open chamber, that is, without forced ventilation. An industrial boiler has a single-circuit system, it works without a hot water supply mode, since usually in industrial systems the heating medium is supplied from a single collector to the heating and hot water supply circuits. The domestic boiler is connected to a boiler in which a constant temperature is maintained, and has a dual-circuit system - a heating circuit and a hot water supply circuit.

Приведенные примеры подтверждают, что ПАК позволяет настраивать конфигурацию параметров газового котла в широких пределах, обеспечивать работу не только одноконтурного газового котла по схеме отопления, но и двухконтурного по схеме отопления и горячего водоснабжения, а также управлять газовыми котлами разной мощности в зависимости от бытового или промышленного применения.The above examples confirm that the PAK allows you to configure the parameters of the gas boiler in a wide range, ensure the operation of not only a single-circuit gas boiler according to the heating scheme, but also a double-circuit one according to the heating and hot water supply, and also control gas boilers of different capacities depending on domestic or industrial application.

Claims (1)

Программно-аппаратный комплекс управления газовым котлом, содержащий электронную систему управления, отличающийся тем, что электронная система управления состоит из модуля управления и модуля индикации, при этом модуль управления содержит центральное процессорное устройство, выполняющее специально разработанную программу для управления режимами работы котла, энергонезависимое запоминающее устройство, внешний интерфейс связи, блок обработки входных сигналов от датчиков газового котла, блок розжига газового котла, включающий управляемый высоковольтный трансформатор, детектор тока ионизации, подключенный к камере сгорания, блоки потенциальных выходов для подключения исполнительных устройств газового котла, а модуль индикации содержит жидкокристаллический дисплей и клавиатуру.A hardware and software complex for controlling a gas boiler, comprising an electronic control system, characterized in that the electronic control system consists of a control module and an indication module, while the control module comprises a central processing unit that executes a specially designed program for controlling the operation modes of the boiler, a non-volatile memory device , external communication interface, processing unit of input signals from gas boiler sensors, gas boiler ignition unit, including control a high-voltage transformer, an ionization current detector connected to the combustion chamber, potential output blocks for connecting actuators of the gas boiler, and the display module contains a liquid crystal display and a keyboard.
RU2019132474A 2019-10-14 2019-10-14 Software-hardware complex for gas boiler control RU2718364C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132474A RU2718364C1 (en) 2019-10-14 2019-10-14 Software-hardware complex for gas boiler control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132474A RU2718364C1 (en) 2019-10-14 2019-10-14 Software-hardware complex for gas boiler control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718364C1 true RU2718364C1 (en) 2020-04-02

Family

ID=70156560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019132474A RU2718364C1 (en) 2019-10-14 2019-10-14 Software-hardware complex for gas boiler control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718364C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2407245C2 (en) * 2005-10-20 2010-12-20 Квэлкомм Инкорпорейтед Method and device for automatic switching-on of coordinates detection to determine locations of external devices
RU104679U1 (en) * 2010-06-16 2011-05-20 Вячеслав Григорьевич Гоман HEATING BOILER CONTROL SYSTEM
RU111306U1 (en) * 2011-04-15 2011-12-10 Закрытое Акционерное Общество "Корпоративный институт электротехнического прибростроения "Энергомера" INDICATION MODULE
US9683535B2 (en) * 2015-06-30 2017-06-20 Ford Global Technologies, Llc Method and system for detection of hot spark plug fouling
RU2656670C1 (en) * 2017-03-31 2018-06-06 Общество с ограниченной ответственностью "Айтекс" Intelligent control system of boiler house

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2407245C2 (en) * 2005-10-20 2010-12-20 Квэлкомм Инкорпорейтед Method and device for automatic switching-on of coordinates detection to determine locations of external devices
RU104679U1 (en) * 2010-06-16 2011-05-20 Вячеслав Григорьевич Гоман HEATING BOILER CONTROL SYSTEM
RU111306U1 (en) * 2011-04-15 2011-12-10 Закрытое Акционерное Общество "Корпоративный институт электротехнического прибростроения "Энергомера" INDICATION MODULE
US9683535B2 (en) * 2015-06-30 2017-06-20 Ford Global Technologies, Llc Method and system for detection of hot spark plug fouling
RU2656670C1 (en) * 2017-03-31 2018-06-06 Общество с ограниченной ответственностью "Айтекс" Intelligent control system of boiler house

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7516720B2 (en) Flammable vapor sensing control for a water heater
EP0626541A1 (en) Gas/air ratio control apparatus for a temperature control loop for gas appliances
US20150108230A1 (en) Multiple zone control system and method of operation
US10386093B2 (en) Vent proving system
CN102818371A (en) Constant temperature system of water heater and control method
EP2550483B1 (en) Method and device for controlling an atmospheric boiler with an air tight combustion chamber
CN112484313A (en) Control method, processor, device and storage medium for gas water heater
RU2718364C1 (en) Software-hardware complex for gas boiler control
EP3004751B1 (en) Boiler control system and method
CN108980888B (en) Gas heating equipment and control method thereof
GB2520064A (en) Heating control systems
US20210356173A1 (en) System and method for controlling gas consumption by gas-fired water heaters
EP3477201B1 (en) Method for operating a gas burner appliance
EP1607820B1 (en) Heating control system
RU2094708C1 (en) Gas-type water heater and method for control of temperature of its heat-transfer agent
RU168895U1 (en) WATER BOILER
US11262102B2 (en) Vent proving system
EP3775692B1 (en) Ultraviolet flame sensor with programmable sensitivity offset
US20230280031A1 (en) Gas Hearth Improvements
US8229704B1 (en) Method for measuring efficiency improvement in a heating system
GB2230623A (en) Fuel rate control for heating appliance
EP2902709B1 (en) Multiphase method for controlling an air flow into the hearth of a fireplace for solid fuels, especially wood
CA3183738A1 (en) A hot beverage brewing apparatus
CA3017167A1 (en) System and method for controlling gas consumption by gas-fired water heaters
KR19980085383A (en) How to prevent temperature rise when extinguishing gas boiler