RU79982U1 - Thermostat - Google Patents

Abstract

Терморегулятор относится к устройствам, обеспечивающим температурный режим различных отопительных (или холодильных) систем, преимущественно с электрическим нагревом (или охлаждением) текучей среды. Терморегулятор содержит первый и второй цифровые датчики температуры 1 и 2, подключенные к входам микро-ЭВМ 3, выдающей через промежуточные ключи 6, 7 и 8 и силовые ключи 10, 11 и 12 команды управления на исполнительные органы. 4-индикатор для отображения текущего состояния работы терморегулятора. 5-кнопки для изменения текущих установок температуры. Возможности терморегулятора расширены введением внешних устройств контроля функционирования системы отопления и оповещения об аварийных ситуациях 13, управления 14 и отключения 15. 9-блок питания. Использование цифровых технологий, микро-ЭВМ позволяет реализовать требования к управлению электрическими котлами более простыми способами, измерять температуру в режиме реального времени с возможностью изменения задаваемых параметров, что значительно повышает оперативность управления отопительной системой, обеспечивая экономичный режим работы.The temperature regulator refers to devices that provide the temperature regime of various heating (or refrigeration) systems, mainly with electric heating (or cooling) of the fluid. The temperature regulator contains the first and second digital temperature sensors 1 and 2, connected to the inputs of the microcomputer 3, issuing through the intermediate keys 6, 7 and 8 and power switches 10, 11 and 12 control commands to the executive bodies. 4-indicator to display the current status of the thermostat. 5 buttons for changing current temperature settings. The possibilities of the thermostat are expanded by the introduction of external devices for monitoring the functioning of the heating system and warning of emergency situations 13, control 14 and shutdown 15. 9-power supply. The use of digital technologies, micro-computers allows you to implement the requirements for controlling electric boilers in simpler ways, to measure the temperature in real time with the ability to change the set parameters, which significantly increases the efficiency of controlling the heating system, providing an economical mode of operation.

Description

Полезная модель относится к устройствам, обеспечивающим температурный режим различных отопительных (или холодильных) систем, преимущественно с электрическим нагревом (или охлаждением) текучей среды.The utility model relates to devices that provide temperature conditions for various heating (or refrigeration) systems, mainly with electric heating (or cooling) of the fluid.

В настоящее время широкое распространение получили отопительные системы с использованием резистивного нагрева текучей среды (см. свидетельство РФ на ПМ №3074, Н05В 3/60, опубл. 16.10.96).Currently, heating systems using resistive heating of a fluid are widely used (see RF certificate at PM No. 3074, Н05В 3/60, publ. 16.10.96).

Для таких систем важным является контроль работы нагревателей с точки зрения электробезопасности, например с помощью терморегулятора (см. Инструкцию по эксплуатации Электрического проточного электродного котла водоподогревателя «ЭВП-03», в М, 19.03.97), содержащего датчик температуры, блок управления сетевым выключателем, сетевой выключатель и блок контроля параметров электрической сети питания. Недостатками известного терморегулятора являются: работа, основанная на контроле текучей среды только по одному датчику, без учета температуры в обогреваемом помещении; блок защиты от короткого замыкания, используемый в данном терморегуляторе, For such systems, it is important to control the operation of the heaters from the point of view of electrical safety, for example, using a thermostat (see the Operating Instructions for the Electric Flowing Electrode Boiler of the EVP-03 Water Heater, in M, 03.19.97) containing a temperature sensor, a control unit for the network switch , a power switch and a control unit for parameters of the electric power network The disadvantages of the known temperature controller are: work based on the control of the fluid using only one sensor, without taking into account the temperature in the heated room; short circuit protection unit used in this thermostat,

обеспечивает только однократное отключение нагревателя без возможности повторного автоматического включения.provides only a single shutdown of the heater without the possibility of automatic re-inclusion.

В качестве прототипа выбран терморегулятор, содержащий не менее одного датчика температуры и блок управления, выполненный с возможностью соединения с узлом нагрева текучей среды. (См. RU 2146348 С1). Кроме того терморегулятор может содержать схему формирования не менее одного автоматического послеаварийного запуска и комнатный задатчик температуры, выполненный в виде компаратора напряжений, соединенный с датчиком температуры в обогреваемом помещении.As a prototype, a temperature regulator is selected that contains at least one temperature sensor and a control unit configured to connect to a fluid heating unit. (See RU 2146348 C1). In addition, the temperature regulator may include a circuit for generating at least one automatic post-accident start and a room temperature controller, made in the form of a voltage comparator, connected to a temperature sensor in a heated room.

В прототипе реализованы требования по обеспечению работоспособности электрических котлов, в основном, электродного типа. Кроме того в качестве датчиков температуры использованы аналоговые датчики температуры К1019ЕМ1. Для повышения точности работы датчика этого типа необходима коррекция с помощью внешнего резистивного делителя. Учитывая временную нестабильность элементов коррекции датчика температуры существует вероятность формирования ими сигнала, пропорционального температуре вне зоны допустимых значений. Поэтому для обеспечения достоверности показаний необходимо проводить периодические поверки указанных датчиков температуры. Использование обработки аналоговых сигналов в системе измерения температуры на удаленном от приемного блока расстоянии (до 10 м) требует применения специальных соединительных кабелей, что повышает стоимость терморегулятора.The prototype implements requirements for ensuring the operability of electric boilers, mainly of the electrode type. In addition, analog temperature sensors K1019EM1 were used as temperature sensors. To increase the accuracy of this type of sensor, correction is necessary using an external resistive divider. Given the temporary instability of the elements of the correction of the temperature sensor, there is a possibility of their formation of a signal proportional to the temperature outside the acceptable range. Therefore, to ensure the reliability of the readings, it is necessary to conduct periodic verification of these temperature sensors. The use of analog signal processing in a temperature measurement system at a distance (up to 10 m) remote from the receiving unit requires the use of special connecting cables, which increases the cost of the thermostat.

Обработка поступающего на вход терморегулятора сигнала с датчика температуры К1019ЕН1 осуществляется аналоговыми компараторами. Использование компараторов определяет в конечном счете разрешающую способность канала измерения температуры. На входы компараторов подаются сигналы с датчиков температуры и со схем задания необходимого порога срабатывания (задание «уровней температуры»), выполненных на резистивных делителях, имеющих в своем составе переменные резисторы (потенциометры). Задание температуры осуществляется поворотом движка потенциометра относительно оцифровки на лицевой панели. Естественно точность установки задаваемого значения температуры носит в основном качественно-информационный характер.Processing of the signal received from the temperature sensor K1019EN1 from the temperature sensor K1019EN1 is carried out by analogue comparators. The use of comparators ultimately determines the resolution of the temperature measurement channel. The inputs of the comparators are fed with signals from temperature sensors and from schemes for setting the required threshold (setting "temperature levels") made on resistive dividers incorporating variable resistors (potentiometers). The temperature is set by turning the potentiometer slider relative to the digitization on the front panel. Naturally, the accuracy of setting the set temperature is mainly of a qualitative and informational nature.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание терморегулятора, позволяющего реализовать требования к управлению электрическими котлами более простыми способами, измеряющего температуру в режиме реального времени, обеспечивающего более экономичный режим работы.The task that the utility model is aimed at is creating a temperature controller that allows you to implement the requirements for controlling electric boilers in simpler ways, measuring temperature in real time, providing a more economical mode of operation.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном терморегуляторе, содержащем не менее одного датчика температуры и блок управления, выполненный с возможностью соединения с узлом нагрева текучей среды, согласно полезной модели, в качестве датчика температуры использован цифровой датчик с широким диапазоном измерения температуры, например типа DS18S20, а в качестве блока управления использована The problem is solved due to the fact that in the known temperature regulator containing at least one temperature sensor and a control unit configured to connect to a fluid heating unit, according to the utility model, a digital sensor with a wide temperature measurement range is used as a temperature sensor, for example type DS18S20, and used as a control unit

микро-ЭВМ, с не менее чем одним промежуточным ключом, связанным с силовым ключом.a microcomputer with at least one intermediate key associated with a power key.

В частных случаях реализации полезной модели в терморегуляторе может быть использована микро-ЭВМ, снабженная индикацией отображения текущего состояния работы и кнопками для изменения текущих установок температуры.In special cases of the implementation of the utility model in the temperature controller, a microcomputer may be used, equipped with an indication of the display of the current state of work and buttons for changing the current temperature settings.

Кроме того терморегулятор может использовать микро-ЭВМ, снабженную внешними устройствами управления, отключения, контроля функционирования и оповещения об аварийных ситуациях.In addition, the temperature regulator can use a microcomputer equipped with external control devices, shutdowns, operation monitoring and emergency alerts.

Полезная модель поясняется чертежом, где изображена общая блок-схема терморегулятора.A utility model is illustrated in the drawing, which shows a general block diagram of a thermostat.

Цифрами обозначены:The numbers indicate:

1 - первый датчик температуры.1 - the first temperature sensor.

2 - второй датчик температуры.2 - second temperature sensor.

3 - микро-ЭВМ.3 - micro-computers.

4 - индикатор для отображения текущего состояния работы терморегулятора.4 - indicator to display the current state of the temperature controller.

5 - кнопки для изменения текущих установок температуры.5 - buttons for changing the current temperature settings.

6, 7, 8 - промежуточные ключи.6, 7, 8 - intermediate keys.

9 - блок питания.9 - power supply.

10, 11, 12 - силовые ключи.10, 11, 12 - power keys.

13 - внешнее устройство контроля функционирования системы отопления и оповещения об аварийных ситуациях.13 - an external device for monitoring the functioning of the heating system and warning of emergency situations.

14 - внешнее устройство управления.14 - external control device.

15 - внешнее устройство отключения.15 - external shutdown device.

Терморегулятор содержит первый и второй датчики температуры 1 и 2, подключенные к микро-ЭВМ 3. К соответствующим входам микро-ЭВМ 3 так же подключены: блок питания 9; внешнее устройство управления 14 и внешнее устройство отключения 15.The temperature controller contains the first and second temperature sensors 1 and 2, connected to the micro-computer 3. The corresponding inputs of the micro-computer 3 are also connected: power supply 9; an external control device 14 and an external shutdown device 15.

С соответствующими выходами микро-ЭВМ 3 соединены индикатор 4, кнопки ввода информации 5, ключ управления насосом 6, ключ управления нагревом первого канала 7 и ключ управления нагревом второго канала 8, соединенные, соответственно, с силовыми ключами 10, 11 и 12. (Вообще каналов управления нагревом может быть от 1 до N).An indicator 4, information input buttons 5, a pump control key 6, a heating control key of the first channel 7 and a heating control key of the second channel 8 connected to the power keys 10, 11 and 12, respectively, are connected to the corresponding outputs of the micro-computer 3 (Generally heating control channels can be from 1 to N).

Так же к микро-ЭВМ 3 подключено внешнее устройство контроля функционирования и оповещения об аварийных ситуациях системы отопления 13.Also, to the microcomputer 3 is connected an external device for monitoring the functioning and warning of emergency situations of the heating system 13.

Терморегулятор функционирует следующим образом:The temperature controller operates as follows:

Датчик температуры 1 контролирует температуру текучей среды на выходе узла нагрева текущей среды. В качестве датчика температуры может быть использована, например, микросхема цифрового датчика температуры (DS18S20). В соответствие с алгоритмом работы микро-ЭВМ 3 анализирует состояние датчика (подключение, функционирование) и вычисляет текущее значение температуры, которое отображается на индикаторе 4. С помощью кнопок ввода информации 5 на начальном этапе работы вводятся такие параметры как температура статирования (например 90°С) и гистерезис (например от 1°С до 9°С), которые определяют режим The temperature sensor 1 monitors the temperature of the fluid at the outlet of the heating unit of the current medium. As a temperature sensor, for example, a digital temperature sensor chip (DS18S20) can be used. In accordance with the algorithm of operation, the microcomputer 3 analyzes the state of the sensor (connection, operation) and calculates the current temperature value, which is displayed on indicator 4. Using the information input buttons 5, at the initial stage of operation, parameters such as static temperature are entered (for example, 90 ° С) ) and hysteresis (for example, from 1 ° C to 9 ° C), which determine the mode

работы узла нагрева текучей среды. Если текущее значение температуры, поступающее с датчика температуры 1, меньше заданной величины, то микро-ЭВМ 3 последовательно формирует сигналы управления ключами 6, 7 и 8, которые в свою очередь приводят к срабатыванию силовых ключей 10, 11 и 12. При достижении заданной температуры микро-ЭВМ 3 формирует сигналы отключения ключей 6, 7, 8 и соответственно силовых ключей 10, 11, 12. При уменьшении температуры на величину заданного гистерезиса (от 1°С до 9°С) цикл работы повторяется. Максимальное значение устанавливаемой температуры по данному каналу управления составляет порядка 90°С, поэтому основное назначение - предотвращение перегрева текучей среды на выходе узла нагрева текучей среды.the operation of the fluid heating unit. If the current temperature value coming from the temperature sensor 1 is less than the specified value, then the micro-computer 3 sequentially generates control signals for the keys 6, 7 and 8, which in turn lead to the operation of the power keys 10, 11 and 12. When the set temperature is reached the microcomputer 3 generates trip signals for keys 6, 7, 8 and, respectively, power keys 10, 11, 12. When the temperature decreases by the value of the specified hysteresis (from 1 ° C to 9 ° C), the operation cycle is repeated. The maximum value of the set temperature for this control channel is about 90 ° C; therefore, the main purpose is to prevent overheating of the fluid at the outlet of the fluid heating unit.

Датчик температуры 2 (аналогичного типа) контролирует температуру текучей среды на входе узла нагрева текучей среды. Посредством кнопок ввода информации 5 на индикаторе 4 задаются значения температуры отключения узла нагрева текучей среды и величина гистерезиса (от 1°С до 9°С). Если контролируемое датчиком температуры 2 значение уменьшится на заданную величину гистерезиса, то микро-ЭВМ 3 сформирует сигналы включения по заданному алгоритму ключей 6, 7, 8, что приведет к включению силовых ключей 10, 11 и 12.Temperature sensor 2 (of a similar type) monitors the temperature of the fluid at the inlet of the fluid heating assembly. Using the information input buttons 5 on indicator 4, the values of the shutdown temperature of the fluid heating unit and the hysteresis value (from 1 ° C to 9 ° C) are set. If the value controlled by the temperature sensor 2 decreases by the specified hysteresis value, then the microcomputer 3 will generate switching signals according to the specified algorithm of the keys 6, 7, 8, which will lead to the inclusion of power switches 10, 11 and 12.

Таким образом мы имеем два канала управления по температуре, которые сдвинуты относительно друг друга по максимальной задаваемой температуре. Датчик температуры 2 позволяет измерять температуру на входе узла нагрева текучей среды (обратка), Thus, we have two temperature control channels that are shifted relative to each other at the maximum set temperature. Temperature sensor 2 allows you to measure the temperature at the inlet of the fluid heating unit (return),

которая свидетельствует о теплопотерях и автоматически поддерживает необходимый температурный режим текучей среды.which indicates heat loss and automatically maintains the necessary temperature regime of the fluid.

Такой режим терморегулирования не позволяет учитывать различные факторы, например как: открытая дверь, окна и др., когда необходимо более оперативно реагировать на ситуацию. Кроме того, за счет конечного значения гистерезиса и различия по температуре текучей среды на выходе и входе узла нагрева текучей среды колебания температуры воздуха в отапливаемых помещениях могут отличаться от комфортных.This temperature control mode does not allow to take into account various factors, for example, such as: an open door, windows, etc., when it is necessary to respond more quickly to a situation. In addition, due to the final value of the hysteresis and differences in the temperature of the fluid at the outlet and inlet of the fluid heating unit, the air temperature fluctuations in heated rooms can differ from comfortable ones.

Для устранения данного неудобства к микро-ЭВМ 3 возможно подключение внешнего устройства управления 14. В этом случае, если мощности узла нагрева текучей среды достаточно, то будет поддерживаться необходимая (желаемая) температура воздуха в помещении.To eliminate this inconvenience, it is possible to connect an external control device 14 to the microcomputer 3. In this case, if the power of the fluid heating unit is sufficient, the required (desired) room temperature will be maintained.

Внешнее управляющее устройство 14 может иметь программирование по температуре по суточному или недельному циклу и т.д. Использование такого внешнего устройства управления обеспечивает прямую экономию энергоресурсов (уменьшается перегрев текучей среды или снижается температура в помещении при отсутствии там людей и др.). Особенностью данных устройств является диапазон поддерживаемых температур от 7°С до 30°С, что при бесперебойной работе узла нагрева текучей среды не приведет к «размораживанию» системы отопления и др.The external control device 14 may have temperature programming for a daily or weekly cycle, etc. The use of such an external control device provides direct energy savings (overheating of the fluid decreases or the temperature in the room decreases when there are no people there, etc.). A feature of these devices is the range of supported temperatures from 7 ° C to 30 ° C, which during the uninterrupted operation of the fluid heating unit will not lead to “defrosting" of the heating system, etc.

Бывают ситуации, когда работа системы отопления осуществляется циклично. Для обеспечения режима работы системы отопления с отключением, микро-ЭВМ 3 имеет вход для There are situations when the heating system is cycled. To ensure the operation of the heating system with shutdown, micro-computer 3 has an input for

подключения внешнего устройства отключения 15. Формируемый им сигнал позволяет запретить режим включения узла нагрева текучей среды. В качестве таких устройств могут выступать программируемые комнатные терморегуляторы, системы дистанционного управления на базе GSM модулей и др. Таким образом реализуется максимальная экономия в необходимые периоды времени.connecting an external shutdown device 15. The signal generated by it allows you to prohibit the inclusion mode of the fluid heating unit. Such devices can be programmed room thermostats, remote control systems based on GSM modules, etc. Thus, maximum savings are achieved in the required time periods.

Часто нагреватели текучей среды устанавливаются в малодоступных местах. В таких случаях для обеспечения контроля за работой системы отопления микро-ЭВМ 3 имеет возможность подключать внешнее устройство контроля функционирования системы отопления и оповещения об аварийных ситуациях 13. Питание устройства осуществляется посредством блока питания 9.Often, fluid heaters are installed in inaccessible places. In such cases, to ensure control over the operation of the heating system, the microcomputer 3 has the ability to connect an external device for monitoring the functioning of the heating system and alert about emergency situations 13. The device is powered by a power supply 9.

Использование цифровых датчиков DS18S20, имеющих широкий диапазон измерения температур, не требуют проведения периодических поверок, что существенно упрощает и повышает надежность эксплуатации системы терморегулирования. А использование цифровых технологий, микро-ЭВМ, позволяет реализовать требования к управлению электрическими котлами более простыми способами. При этом измерение температуры в режиме реального времени, с возможностью изменения задаваемых параметров, значительно повышает оперативность управления отопительной системой, обеспечивая экономичный режим работы. При этом использование для подключения цифровых датчиков температуры двухпроводной линии из обычного провода существенно снижает стоимость проводных линий.The use of DS18S20 digital sensors with a wide temperature measurement range does not require periodic verification, which greatly simplifies and increases the reliability of the thermal control system. And the use of digital technologies, micro-computers, allows you to implement the requirements for controlling electric boilers in simpler ways. At the same time, temperature measurement in real time, with the ability to change the set parameters, significantly increases the efficiency of the heating system control, providing an economical mode of operation. At the same time, the use of a two-wire line from a conventional wire for connecting digital temperature sensors significantly reduces the cost of wire lines.

Claims (3)

1. Терморегулятор, содержащий не менее одного датчика температуры и блок управления, выполненный с возможностью соединения с узлом нагрева текучей среды, отличающийся тем, что в качестве датчика температуры использован цифровой датчик с широким диапазоном измерения температуры, например типа DS18S20, а в качестве блока управления использована микро-ЭВМ, с не менее чем одним промежуточным ключом, связанным с силовым ключом.1. Thermostat containing at least one temperature sensor and a control unit configured to connect to a fluid heating unit, characterized in that a digital sensor with a wide temperature measurement range, for example DS18S20, is used as a temperature sensor, and as a control unit a microcomputer is used, with at least one intermediate key associated with the power key. 2. Терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что микро-ЭВМ снабжена индикацией отображения текущего состояния работы и кнопками для изменения текущих установок температуры.2. The temperature controller according to claim 1, characterized in that the micro-computer is equipped with an indication of the display of the current state of work and buttons for changing the current temperature settings. 3. Терморегулятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что микро-ЭВМ снабжена внешними устройствами управления, отключения, контроля функционирования и оповещения об аварийных ситуациях.

3. The temperature controller according to claim 1 or 2, characterized in that the microcomputer is equipped with external control devices, shutdowns, monitoring of functioning and warning of emergency situations.