Założenia projektowe:
- sterowanie pompą i wentylatorem oraz dwoma urządzeniami dodatkowymi (np. zbiornik wody użytkowej, druga pompa, podajnik itp.)
- kontrola temperatury kolektora zasilającego i powrotnego oraz dwóch dodatkowych urządzeń lub otoczenia.
- histereza pracy pieca: 5 C w stosunku do temperatury zadanej.
- możliwość awaryjnej pracy pieca po zaniku prądu.
- optymalne spalanie opału (zmniejszenie zużycia węgla oraz obniżenie emisji tlenku węgla)
- obniżenie zużycia energii elektrycznej poprzez optymalizację wydajności i czasu pracy pompy oraz urządzeń współpracujących.
- zwiększenie komfortu obsługi pieca poprzez wizualizację temperatur, sygnalizację momentu dokładania opału oraz alarmy temperatur granicznych.
- utrzymanie temperatury wody powrotnej z dokładnością do 1 C.
- przyśpieszenie rozgrzewania instalacji CO.
- możliwość instalacji systemu bez przeróbek pieca.
W zgodzie z tymi założeniami został zbudowany system sterowania instalacją CO
i piecem węglowym nazwany elMAR2.1 (2.1- wersja oprogramowania 3.5 kB ).
Podstawą systemu jest mikroprocesorowy sterownik oraz termostat-miarkownik
sterujący ciągiem piecowym poprzez proporcjonalne do temperatury ustawienie
klapy popielnika. Oba te urządzenia ściśle współpracują ze sobą i uzupełniają się.
Termostat pilnuje górnej temperatury pracy pieca (sprawdza się zwłaszcza przy braku prądu),
a sterownik dolnej temperatury i optymalnej pracy urządzeń współpracujących.
Wentylator umieszczony jest w drzwiczkach popielnika tak, aby klapka popielnika mogła się
szczelnie zamykać. Sterowanie ciągiem piecowym samym tylko wentylatorem jest nieefektywne ze
względu na tzw. efekt "przeciągania" powietrza tzn. wentylator nie odcina powietrza w sposób
zupełny, a jedynie zwiększa lub zmniejsza jego ilość. W tych przypadkach wentylator wspomagany
jest przez klapkę popielnika, która może całkowicie zamknąć powietrze.
Wentylatorki są dobierane do wielkości pieca. Przykładowo mały piec o pojem ności
grzewczej 1m posiada dwa wentylatorki o ciśnieniu 45 Pa.
Wentylator jest sterowany temperaturą wody powrotnej ze względu na większą
stabilność tej temperatury niż temperatura zasilania. Załącza się poniżej zadanej
(nastawionej) temperatury powrotu (np.45 C) i dobiera swą wydajność w zależności
od temperatury i programu sterownika.
Sterownik kontroluje zarówno temperaturę zasilania jak i powrotu. Różnica mię dzy tymi
temperaturami określa wydajność i czas pracy pompy.
Zwiększenie się różnicy powyżej 10 C włącza pełną moc pompy, w zakresie 5 do 10 C
pompa pracuje na małej mocy, a poniżej 5 C jest wyłączana.
Opcjonalnie czas pracy pompy można ustawiać timerem w dowolny sposób.
- praca automatyczna (program podstawowy)
- praca przerywana (program oszczędnościowy)
- praca ciągła
- pompa wyłączona
Mikrokomputer posiada zaprogramowane alarmy temperatur granicznych pracy pieca:
górnej (85 C) i dolnej ( ustawianej dowolnie np. 35 C). Alarm akustyczny jest
poprzedzany alarmem optycznym (migotanie wskazań). Cztery stopnie poniżej
zadanej temperatury powrotu rozpoczyna się alarm optyczny (moment dokładania
opału), który trwa do osiągnięcia przez piec dolnej temperatury granicznej.
Bezpośrednio przed jej osiągnięciem, alarm optyczny jest wspomagany przez alarm
akustyczny - ostateczny moment dołożenia opału. Dołożenie opału powoduje
powrót pieca do normalnej pracy (wskaĽniki przestają migotać).
W przeciwnym przypadku, dalszy spadek temperatury spowoduje wyłączenie
pompy i wentylatora i przejście sterownika w stan czuwania. Pełne wyłączenie
sterownika jest niepotrzebne ze względu na niewielki pobór prądu.
Przed rozpalaniem wskazane jest zresetowanie sterownika poprzez wyłączenie
i ponowne jego załączenie w celu uzyskania płynnego przebiegu fazy rozpalania
(wentylator i pompa załączają się w tym momencie).
W przeciwnym przypadku pompa załączy się dopiero po przekroczeniu dolnej temperatury granicznej,
co spowoduje nagły spadek temperatury i możliwość ponownego jej wyłączenia.
Jednak wzrost temperatury (ponowne przekroczenie d.t.g.) znów załączy pompę i piec wróci do normalnej pracy.
Proces rozpalania odbywa się według ustalonego programu nadmuchu.
Koniec fazy rozpalania sterownik sygnalizuje alarmem akustycznym i optycznym.
Decyzja należy do nas, czy wyłączamy wentylator i będziemy palić na zmniejszonym ciągu
np. w okresie jesiennym - przy zmniejszonym zapotrzebowaniu na ciepło.
Mikrokomputer posiada cztery kanały pomiaru temperatury: dwa pierwsze sterują
piecem, a dwa dalsze mogą być wykorzystywane opcjonalnie np. do sterowania
bojlerem wody użytkowej, drugą pompą, podajnikiem czy też dla pomiaru temperatury
zewnętrznej. Wszystkie kanały mają możliwość programowania nastaw
temperatur zadanych od 0 do 99 C. Kanały 0 i 2 (wskaĽniki czerwone) sterują, gdy
temperatura jest większa od zadanej, a kanały 1 i 3 (wskaĽniki zielone), gdy
temperatura jest mniejsza od zadanej.
Temperatury pokazywane są na czterech wyświetlaczach typu LED (14mm):
dwa wyświetlacze czerwone dla temperatury wody zasilającej i dwa zielone dla
temperatury powrotu. Po przełączeniu przyciskiem "OK." sterownik wyświetla
dalsze dwie temperatury ( np. spalin i zewnętrzną). Istnieje też możliwość sterowania
piecem gazowym, po przejściu na ten sposób ogrzewania.
Samo palenie w piecu ogranicza się do dokładania opału na sygnał ze sterownika,
piec nie przegrzewa się, węgiel jest dopalany, temperatura kaloryferów stabilna,
a my cieszymy się oszczędnościami i komfortem.
Kocioł węglowy wyposażony w ten oryginalny i nowatorski system jest kotłem szóstej kategorii.
W podstawowej postaci system składa się z następujących urządzeń:
- mikrokomputera z wizualizacją dwóch temperatur
- termostat-miarkownik
- zasilacz sterownika
- pompa obiegowa wielobiegowa
- zawór różnicowo-ciśnieniowy
- wentylator
- zespół dwóch czujników temperatury (do montowania na rury).
- moduł wskaĽnikowo-alarmowy (do montażu w mieszkaniu)
- moduł przekaĽnikowy (do podłączenia urządzeń o mocy większej niż wyjścia sterownika)
- dodatkowy alarm akustyczny
- dodatkowy zespół czujników
- Procesor: AT89c4051 załadowany 3,5 kB programem
- Przetwornik A/D: PCF 8591, cztery kanały pomiaru temperatury (10 mV/ C) z dokładnością do 1 C, częstość próbkowania kanału co 1s, posiada szyny I2C
- Wyświetlacz: cztery wskaĽniki LED 14 mm, sterowane kontrolerem SAA 1064 z szyną I2C, dwa wskaĽniki czerwone i dwa zielone, częstość odświeżania: 1s
- Pamięć: 24c04, zapis wszelkich nastaw, szyny I2C
- Cztery przyciski: "OK."- zatwierdzanie nastaw i przełączanie wskazań, "+" - zwiększanie nastaw i uruchamianie timera, "-" - zmniejszanie nastaw, "V" - szybki podgląd nastawy (opcja).
- Cztery wyjścia przekaĽnikowe: P max = 100 W ( 0,5A/230V), standardowo dwa do sterowania pompą wielobiegową, jedno tzw. alarmowe i jedno regulacyjne dla urządzeń współpracujących oraz jedno wyjście typu OC dla wentylatora 1 do 12V DC/ 0,5A P max = 5W. Wszystkie wyjścia wyprowadzone są na listwę zaciskową 1,5mm2.
- Cztery wejścia: gniazdo DIP-8 dla czujników temperatury
Zasadę działania sterownika obrazuje schemat ideowy:
Kliknij w obrazek aby powiększyć
Termostat dowolnego typu do sterowania klapką popielnika poprzez cięgno łańcuszkowe (np. firmy Vailland). Istotnym elementem jest histereza termostatu (10C lub mniej), długość wysięgnika (aby łańcuszek nie ocierał o piec) oraz ciężar klapy popielnika i szczegółowa skala nastawcza termostatu
Ad3. Zasilacz sterownika.Dowolnego typu zasilacz dogniazdkowy DC 12V/ min. 1A (1,25-1,6A) wyposażony we wtyk 5.5/2.1
Ad4. Pompa obiegowa.Dowolnego typu pompa wielobiegowa (zwykle trójbiegowa) - najlepiej z wyprowadzonymi na listwę biegami (bez przełącznika). W przeciwnym wypadku musimy sami wykonać wyprowadzenie 1 i 3-go biegu. Maksymalna moc pompy (3-ci bieg) to 100 W. Przy dokonywaniu przeróbki pompy mogą być pomocne poniższe schematy:
Kliknij w obrazek aby powiększyć
Uwaga. Włączenie się ze sterowaniem w miejsce zworek spowoduje prawidłową pracę pompy, ale przy wyłączonym biegu prąd rozruchowy (przez kondensator) dalej będzie pobierany. Efekt ten można zlikwidować poprzez włączenie triaka w obwód kondensatora.
Kliknij w obrazek aby powiększyć
Pompa powinna być równolegle zblokowana zaworem różnicowo-ciśnieniowym (np. kulowym) w celu włączenia grawitacyjnego obiegu wody po zaniku prądu.
Ad6. Dmuchawa DC 12V/5Wmax.
Dmuchawa jest dobierana do wielkości otworu pod klapką popielnika np.
dla otworu 80 x 150 mm i ciągu -30 Pa odpowiednie są dwa wentylatorki
po 40 Pa (80 Pa) z 80% wykorzystaną wydajnością - ok. 10V nap. zasil.
Niskie obroty ustalamy na poziomie 50% obrotów maksymalnych czyli
ok. 7,5 V napięcia zasilającego.
Ad7. Zespół czujników temperatury.
Dwa półprzewodnikowe czujniki temperatury (brak kalibracji) połączone
jednym kablem, zakończonym 4-ro pinowym wtykiem.
Czujniki zabudowane są w miedzianych osłonach przystosowanych do
łatwego montażu na rury.