Реферат: Электронные изделия на основе программируемых микроконтроллеров
Управление системой и поддержание заданной температуры в помещениях загородного дома, оснащенного двухконтурной системой отопления, состоит в управлении положением клапанов отопительных приборов, размещенных в комнатах и помещениях, и, кроме того, положением клапанов бойлера и скоростью циркуляции теплоносителя по внутреннему контуру.
Наиболее распространены в России системы отопления, использующие для нагрева теплоносителя энергию сжигания в котлах различных видов топлива (газообразного, жидкого, твердого). Теплоноситель, циркулирующий по контуру системы отопления, используется для питания отопительных приборов и прогрева помещений строения.
Управление системой в этом случае также сводится к управлению положением клапанов отопительных приборов в зависимости от температуры воздуха в помещениях, скорости циркуляции теплоносителя и сжигания топлива в котловой установке.
В системах отопления, использующих в качестве энергоресурса электрическую энергию, обогрев помещений может производиться как прямым преобразованием электроэнергии в тепловую, так и посредством нагрева теплоносителя и дальнейшим использованием его для питания отопительных приборов.
В системах, использующих прямое преобразование электроэнергии в тепловую, для прогрева воздуха в помещениях могут использоваться электрокалориферы, конвекторы, инфракрасные излучатели, «электрорадиаторы», «теплые полы» и др. Управление системой сводится к управлению состоянием коммутирующих органов отопительных приборов в зависимости от температуры воздуха в помещениях.
Коммутирующими органами могут быть релейные элементы, включающие или отключающие отопительные приборы или тиристорные и симисторные регуляторы, которые также могут включать и отключать отопительные приборы и, кроме того, позволяют ограничивать излучаемую мощность отопительных приборов.
В системах отопления, где используется теплоноситель, нагретый в электробойлерах до определенной температуры, могут применяться радиаторы, «теплые полы» и др. Управление системой и поддержание температуры в помещениях дома, оснащенного данной системой, выражается в управлении положением клапанов отопительных приборов в зависимости от температуры воздуха в помещениях, скорости циркуляции теплоносителя и состояния коммутирующих приборов бойлера.
Независимо от видов используемых ресурсов и отопительных приборов в основу системы управления отоплением могут быть положены следующие структурные схемы:
система с локальным управлением отопительными приборами;
система с централизованным управлением приборами;
система с комбинированным управлением.
Системы отопления с локальным управлением
В основу данных систем заложен принцип индивидуального управления отопительными приборами, расположенными в отдельно взятых помещениях строения, в зависимости от значений температуры воздуха. Такие системы наиболее просты в создании.
Система управления состоит из отдельных, не связанных ни между собой, ни с какими другими управляющими устройствами систем управления отоплением отдельных помещений. Принцип функционирования указанных систем основан на контроле температуры, сравнении с заданными параметрами и управлении состоянием отопительных приборов. Для этого в помещениях, в которых требуется поддержание температуры воздуха в заданных границах, устанавливаются средства измерения температуры воздуха и средства управления состоянием отопительных приборов.
Основную роль в управлении отопительными приборами в таких системах играют микроконтроллеры, устанавливаемые в каждом помещении, где размещены управляемые ими отопительные приборы. Контроллеры соединяются с датчиками температуры и исполнительными устройствами отопительных приборов. В качестве контроллеров могут использоваться широко распространенные на рынке термостаты, большинство которых имеют встроенные датчики температуры.
Рассмотрим работу данной системы. Пользователь системы настраивает контроллер на поддержание определенной температуры воздуха в помещении, то есть устанавливает ее нижний и верхний пределы (например, 20 °С и 24 °С) или один (в зависимости от модели контроллера) ориентировочный уровень температуры. Термодатчики преобразовывают значения температуры окружающей среды в соответствующие им электрические сигналы, которые поступают на вход контроллера. Если сигнал оказывается меньше установленных значений, контроллер формирует сигнал на включение/ увеличение мощности отопительного прибора. Этот сигнал поступает на исполнительное устройство, и отопительный прибор переводится в активное состояние или увеличивает излучаемую мощность.
При повышении температуры воздуха в помещении выше заданных пользователем границ контроллер формирует сигнал на выключение/уменьшение мощности отопительного прибора, который в результате переводится в пассивное состояние или уменьшает излучаемую мощность. Таким образом, в помещении, где установлены контроллер и управляемый им отопительный прибор, поддерживается температура воздуха в пределах границ, заданных владельцем дома.
На рынке также широко распространены контроллеры со встроенными часами, позволяющие настраивать несколько режимов отопления, например «комфортный» и «дежурный». Владелец дома может настроить для каждого режима поддерживаемую системой температуру воздуха в помещении и время перевода системы из одного режима в другой. Например, «дежурный» режим – на поддержание температуры в пределах 4–6 °С, а «комфортный» режим – на поддержание температуры воздуха в помещении в пределах 20–24 °С. Переключение режимов отопления с одного на другой производится контроллером самостоятельно по настройкам времени.
Также доступны на рынке контроллеры, позволяющие осуществлять переключение режимов отопления не только по времени суток, но и по дням недели. Например, в рабочие дни круглосуточно в помещении поддерживается температура воздуха, соответствующая «дежурному» режиму, а в пятницу в 18 ч контроллер переведет систему в режим отопления «комфортный».
Достоинства описанной выше системы управления отоплением заключаются в малом количестве кабелей, соединяющих микроконтроллер с термодатчиками и исполнительными устройствами.
К недостаткам можно отнести большие трудозатраты в управлении, так как для каждого помещения необходим свой контрольно-управляющий орган (микроконтроллер), требующий отдельной настройки и программирования режимов функционирования. Кроме того, стоимость такой системы управления пропорциональна количеству помещений, а для дистанционного контроля и управления требуется столько каналов связи, сколько имеется контроллеров. Еще один минус – для управления другим технологическим оборудованием (насосами, бойлерами и др.) нужны дополнительные устройства.
Системы отопления с централизованным управлением
Существенным отличием данных систем от описанных выше является то, что система управления построена на основе одного, более мощного управляющего контроллера. Она сложнее в проектировании, и для ее создания требуется определенная квалификация проектировщиков.
Принцип функционирования системы также основан на сборе, оценке и сравнении температурных параметров отдельных помещений. В помещениях, где требуется поддержание температуры воздуха в заданных пределах, устанавливаются средства измерения температуры воздуха и отопительные приборы со средствами управления их состоянием. Отопительные приборы также должны быть оснащены исполнительными устройствами.
Основным управляющим устройством в таких системах является программируемый контроллер, размещенный в одном из помещений и являющийся «мозгом» системы. Входы и выходы контроллера через модули ввода/ вывода соединяются с датчиками температуры и исполнительными устройствами отопительных приборов. Для удобства пользования, установки и программирования режимов отопления контроллер может быть снабжен графическим или символьно-цифровым дисплеем, кнопочной панелью управления установкой режимов.
При разработке системы создается программа, по которой контроллер опрашивает термодатчики и в зависимости от показаний формирует сигналы управления на исполнительные устройства отопительных приборов.
Рассмотрим принцип действия системы. Пользователь настраивает режимы и программы отопления помещений с помощью панели управления. Термодатчики, размещенные в различных помещениях загородного дома, преобразовывают значения температуры окружающей среды в соответствующие им электрические сигналы, которые поступают на входные модули контроллера. Показания температурных датчиков контроллер сравнивает со значениями, установленными пользователем. В зависимости от результатов сравнения входные модули формируют соответствующие сигналы и посылают их на исполнительные устройства. Функционирование этих устройств аналогично описанному выше.
Таким образом, контроллер управляет режимами отопления всех контролируемых им помещений. Гибкое программное обеспечение управляющего контроллера позволяет значительно увеличить количество возможных режимов работы системы отопления. В процессе работы владелец дома может оперативно изменить любые настройки и режимы всей системы отопления.
Кроме того, управляющие функции системы легко могут быть расширены при контроле и управлении котлами, бойлерами, циркуляционными насосами и другим оборудованием. Подключенные к программируемому контроллеру коммуникационные устройства позволяют контролировать температуру в помещениях и изменять настройки системы управления на больших расстояниях. Оснащенная указанными устройствами система сообщит владельцу строения о возникшей неисправности, в результате чего он сможет своевременно принять меры по ее устранению и не допустить размораживания строения.