Главная » Автоматика в быту
Призовой фонд
на сентябрь 2020 г.
1. 1500 руб
Сайт Паяльник
2. Осциллограф DSO138
Сайт Паяльник
3. 50 руб.

Терморегулятор нагрева непрерывного действия

Терморегулятор нагрева непрерывного действия (далее - «терморегулятор») предназначен для применения в системах регулирования температуры, использующих электрические нагреватели с питанием от однофазной сети переменного тока ~ 220-230В, 50Гц, таких как: дистилляторы, инкубаторы, системы электроотопления, и т.д. Регулирующим элементом терморегулятора является симистор с управляемой фазой отпирания, что обеспечивает плавное и непрерывное (в отличие от регуляторов с релейным выходом) изменение мощности подключенного нагревательного элемента как в автоматическом, так и в ручном режиме.

Схема фазового управления симистором реализована на китайском клоне arduino LGT8F328P-LQFP32 MiniEVB. Вместо оптопары РС817 можно использовать РС814, тогда диодный мост VD2 можно заменить перемычками. В авторском варианте схема запитана от импульсного маломощного блока питания 12V, 1,25A (MN15-12).

Для кулера симистора мной использован радиатор от УНЧ бобинного магнитофона "Юпитер 203". Разводка платы выполнена для него. Можно использовать другой алюминиевый радиатор с размерами 45*45 мм., сделав в нем соответствующие крепежные отверстия. При управлении нагрузкой до 1 кВт радиатор практически холодный, для бОльших нагрузок применен вентилятор 12V 45*45 или 40*40, закрепленный на радиаторе.

Датчик температуры использован цифровой DS18S20, в герметичной гильзе, длина кабеля 1 м.

При правильной сборке и заливке соответствующей прошивки, схема в наладке не нуждается.

Испытания проводил нагреванием воды в старой кастрюле на электрической плитке:

Корпус использовал фабричный, NM9, плата разведена под него.

Основные технические характеристики терморегулятора:

  • диапазон температур регулируемой среды: 0-120 ºC;
  • сеть питания: однофазная, ~ 220-230В, 50Гц;
  • максимальная мощность подключаемого нагревательного элемента 3 кВт;
  • точность измерения температуры датчиком +/- 0,5ºC;
  • точность поддержания температуры в автоматическом режиме - +/- 0,1ºC.

Описание работы устройства.

Терморегулятор имеет два режима работы - ручной и автоматический.

В ручном режиме оператор может регулировать мощность нагревательного элемента (OP - " output point") вращением ручки энкодера в направлении по часовой стрелке (увеличение) или против часовой стрелки (уменьшение мощности). Диапазон регулирования мощности - 0-100% с шагом в ручном режиме 1%.

В автоматическом режиме оператор может задавать уставку по температуре (SP - "set point ") в градусах Цельсия с помощью энкодера. Установленное задание будет поддерживаться автоматически регулятором, который реализован программно на микроконтроллере. В зависимости от отклонения текущей, измеренной датчиком, температуры среды (PV - " point value") от задания SP регулятор, по специальному алгоритму, увеличивает или уменьшает мощность нагревательного элемента OP для устранения отклонения.

Органы управления и отображения.

Дисплей терморегулятора - жидкокристаллический, с светодиодной подсветкой. Имеет две строки по 16 символов. В рабочих режимах на дисплей выводятся текущие значения измеренной температуры (PV ) и задания по температуре (SP) в градусах Цельсия, а также выходная мощность (OP) в процентах от максимума. В ручном режиме у отметки OP подсвечивается символ "*". В режиме инженерного меню на дисплей выводятся наименования и текущие значения параметров настройки ПИД регулятора с возможностью их изменения.

Энкодер предназначен для изменения параметров путем вращения ручки по часовой стрелке (увеличение) или против часовой стрелки (уменьшение значения). В ручном режиме оператору предоставляется возможность изменять выходную мощность (OP), в автоматическом - задание по температуре (SP). Нажатием на вал энкодера вниз в осевом направлении сохраняется в память микроконтроллера значение SP. В режиме инженерного меню есть возможность выбирать , изменять и сохранять в память параметры настройки ПИД регулятора: Kr, Ti, Td, OP0.

Переключатель режимов представляет собой тумблер с двумя положениями «РУЧ» и «АВТ», который переводит регулятор в ручной или автоматический режим соответственно.

Блокатор энкодера представляет собой тумблер с двумя положениями, который в положении «LOCK» блокирует реакцию регулятора на вращение ручки энкодера. Это является средством защиты от случайного изменения параметров.

Кнопка "RES" - сброс микроконтроллера. Ее нажатие инициирует перезагрузку и перезапуск вычислительной системы.

 

Инженерное меню.

Переход в инженерное меню обеспечивается нажатием и удержанием в нажатом состоянии вала (кнопки) энкодера при перезагрузке программы микроконтроллера до появления надписи «SETUP» в верхней строке дисплея . Вращением ручки выбирается параметр (Kr, Ti, Td, OP0), значение которого нужно изменить. Однократное нажатие кнопки энкодера на выбранном параметре переводит его в режим изменения. Далее, вращением ручки по часовой стрелке (увеличение) или против часовой стрелки (уменьшение) выставляется необходимое значение параметра и нажатием на кнопку энкодера сохраняется в память.

 

Порядок работы.

Для начала работы , подключите термодатчик к регулятору. Обеспечьте надежный контакт корпуса датчика со средой, температура которой регулируется. В ручном режиме возможна работа без подключения датчика.

Подключите вилку нагревательного элемента к розетке терморегулятора.

Включите вилку терморегулятора в розетку сети переменного тока 220 -230 В, 50Гц.

С помощью переключателя режимов выберите желаемый режим работы (ручной или автоматический). С помощью ручки энкодера выставьте необходимое значение OP или SP. При необходимости, включите блокировку энкодера и сохраните текущее значение SP в память.

Рекомендуемый алгоритм работы следующий:

  1. Включите регулятор в ручном режиме.
  2. Регулируя выходную мощность OP, достигните желаемой температуры Вашего процесса.
  3. Переключите режим в «АВТ».
  4. При необходимости, скорректируйте значение SP.
  5. Включите блокатор энкодера.
  6. Нажатием на кнопку энкодера, сохраните текущее значение SP в память микроконтроллера.

Настройка параметров ПИД регулятора

Регулировка мощности нагрева в автоматическом режиме выполняется по следующей формуле (формула обще - принципиальная, не учитывает особенности программной числовой реализации):

где:

Ek = SP - Tk,

Tk - текущая температура среды, измеренная датчиком,

t - текущее время,

k - номер итерации.

 

По умолчанию параметры имеют следующие значения:

Kr = 20;

Ti = 10000;

Td = 0;

OP0 = 10.

Установка Ti=0 или Td=0 выключает интегральную или дифференциальную составляющую расчета соответственно.

Kr - общий коэффициент передачи регулятора. Его увеличение приводит к уменьшению статической ошибки регулирования, то есть усиливает реакцию регулятора на отклонение температуры от уставки. Kr отвечает за мгновенную реакцию регулятора на изменение регулируемого параметра. Слишком большое значение Kr может привести к неустойчивой работе регулятора, возникновению автоколебаний.

Ti - время интегрирования. Использование интегральной составляющей позволяет сделать статическую ошибку нулевой, то есть повысить точность регулирования. Если Kr определяет мгновенную реакцию регулятора на параметр регулирования, то отношение Kr/Ti - определяет инерционность регулятора. Чем больше значение Ti, тем медленнее регулятор «дотягивает» параметр до значения уставки SP. Для отсутствии колебаний параметра при регулировании инерционность регулятора (Ti) не должна быть меньше инерционности объекта регулирования. Малое значение Ti может привести к неустойчивой работе регулятора, возникновению автоколебаний.

Td - время дифференцирования. Дифференциальная составляющая обеспечивает мгновенную реакцию регулятора на изменение отклонения Ek. Дифференциальное регулирование еще называют «упреждающим». Эта составляющая усиливает отработку регулятором быстрых коротких бросков параметра. Слишком большое значение Td может привести к неустойчивой работе регулятора, возникновению автоколебаний.

OP0 - начальная точка регулятора. Это значение мощности выставляется сразу после включения или перезагрузки.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
BR1 Модуль энкодераKY-040 5 pin1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С2 Конденсатор100п1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С1, С3 Конденсатор100Н2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Display LCD1602A1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
MC board LGT8F328P-LQFP32MiniEVB1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Sensor QT18B20QT18B201 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R1 Резистор
20Ом, 1Вт
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R2 Резистор
1 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R3 Резистор
300 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R6 Резистор
100 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R7 Резистор
4.7 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R8 Резистор
240 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R10 Резистор
470Ом, 1Вт
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R11, R12 Резистор15к, 2Вт2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R4, R5, R9 Резистор
10 кОм
3 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
T1 Симистор
BT139-600E
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U1 Оптопара
MOC3052M
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U2 Оптопара
PC817
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VD1 Выпрямительный диод
FR102
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VD2 Диодный мост
DB104
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VT1 Биполярный транзистор
BC546C
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 2
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (10) | Я собрал (0) | Подписаться

+1
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
+1
Sergey #
МК на этой платке ардуина 328 атмега или другая?
Ответить
0

[Автор]
seawar #
МК LGT8F328P. Аналог атмеги 328р с некоторыми особенностями. Устройство работает и с модулем ArduinioNano, но для этого пришлось подпаять подтягивающий резистор 10 кОм с +5В на вывод 4 оптопары PC817. Встроенного подтягивающего резистора атмеги почему-то не хватает.
Ответить
+1
Sergey #
Есть желание сделать без ардуины, вот и спрашиваю нюансы. И прошивка без загрузчика и ардуины пойдет на 328 атмеге?
Ответить
+1
Владимир Николаевич Серов #
Можно и проще сделать на ATtiny13
Ответить
0

[Автор]
seawar #
Вот прошивка для атмеги
Прикрепленный файл: ThermoReg_mod_4.5.ino.mega328p.hex
Ответить
0

[Автор]
seawar #
С бутлоадером:
Прикрепленный файл: ThermoReg_mod_4.5.ino.with_bootloader.mega328p.hex
Ответить
0
Sergeu #
Как я понял распиновки у ардуин одинаковые!?
Ответить
0

[Автор]
seawar #
Да, распиновка один в один с ардуино нано.
Ответить
0

[Автор]
seawar #
Файл eeprom. В плату LGT он заливается (там нет как такового eeprom, это часть флеш памяти - эмуляция), в атмегу - нет. Поэтому, при первом запуске надо будет зайти в инженерное меню и выставить параметры, как указано в статье, по умолчанию.
Прикрепленный файл: eeprom_defaults.bin
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическая мощность?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Радиореле 220В
Радиореле 220В
Конструктор: DDS генератор сигналов Лазерный модуль 650нм 5мВт
вверх