Автоматизация системы отопления

24/11/2008 16:25:31

Не пора ли подбросить дров?

Теперь у нас есть информация от температурных датчиков и есть схема реализации исполнительного механизма, управляемого ключа на базе 1-wire. Нельзя ли управлять системой отопления? Легко!

У привода ESBE нормируется время полного открытия. Это значит, что, замыкая контакт на 10 секунд, мы можем предположить в каком положении находится привод. Но мы можем судить о положении привода не только так. Достаточно повесить температурный датчик DS18B20 на подачу котла и такой же температурный датчик на подачу в контур после смесительного крана, чтобы достоверно говорить о положении привода и крана. Но даже и положение привода, по большому счету, знать вовсе не обязательно. Ведь если стоит задача поддержания в доме постоянной температуры в 24 градуса, мы можем крутить привод в ту или иную сторону, не заботясь о его текущем положении. В случае достижения крайних положений, концевики привода автоматически выключат электродвигатель.

Меня часто спрашивают о схеме подключения ESBE ARA661.

У привода 3 провода, окрашенные в разные цвета

Синий (BU) - N (ноль)


Черный (BK) - Подается 220. Движение привода против часовой стрелки

Коричневый (BN) - Подается 220. Движение привода по часовой стрелке

Плата 2-х канального ключа 1-wire для управления электроприводом 3-х ходового без корпуса.

Для управления отоплением я использовал 2-х канальный компонент DS2406P компании Dallas, предназначеный для работы в сетях 1-wire. На фотографии выше показан простой модуль на базе этого компонента. В текущий момент вся система управления строится на двух таких модулях. Один модуль управляет приводом 3-х ходового основного контура отопления (один канал для увеличения температуры, другой - для уменьшения). Второй модуль необходим для автоматического включения насоса контура (канал А) и запрос тепла от котла (канал Б). Кроме того, с помощью несложной платы на базе MAX232A удалось подключить к программе управления котел Vaillant VK INT, что дало мне возможнось напрямую задавать температуру работы котла. Статья о подключении котла Vaillant к компьютеру.

Схема управления отоплением с помощью модулей 1-wire

Строго говоря, для регулирования температуры радиаторов отопления достаточно обеспечить автоматическое управление только приводом 3-х ходового крана с помощью 2-х канального модуля на базе компонента DS2406P. Однако, в целях экономии энергоресурсов в межсезонье я решил управлять также насосом системы управления и котлом. Это позволяет снизить затраты на электроэнергию и газ. Программа управления определяет, когда кран находится в закрытом состоянии и отключает насос и котел. Весной и осенью эта функция востребована, когда днем еще (или уже) тепло, а ночью необходимо подавать 35-40 градусов в систему, для поддержания постоянной комфортной температуры в доме. Кроме того компьютер управляет температурой подающей линии котла. Сделано это для того, чтобы не допускать перегрева котельного контура (в моей системе используется схема с гидравлическим разделитетем) в случае, когда разбор тепла минимален. Наименьшее значение максимальной температуры подачи для моего котла 60 градусов, что, впрочем, вполне достаточно для решения этой проблемы. Даже в случае полного отсутствия потребления тепла, температура в котельном контуре не превышает 73 градусов.

Прежде чем перейти к краткому описанию алгоритма приведу принципиальную гидравлическую схему системы отопления. В моей схеме применяется так называемый гидравлический разделитель. Это элемент, который позволяет разделить котельный (генерирующий тепло) контур и отопительный, радиаторный (потребляющий тепло) контур. Гидравлический разделитель (или по-другому "гидрострелка") представляет из себя кусок трубы с 4 отверстиями. Слева подключается подача и обратка котельного контура, а справа подача и обратка потребляющего коллектора (к которому может быть подключено любое количество контуров). Принцип работы прост. Если сделан правильный расчет по расходу воды, то в режиме максимального потребления тепла, подача котельного контура целиком поступает в подачу потребляющего коллектора. В случае если котел вырабатывает избыточное тепло, прикрылись 3-х ходовые, отключились некоторые контуры, теплоноситель частично поступает в потребляющий контур, а частично начинает циркулировать только в котельном контуре (подача поступает в обратку). Если же расход воды в потребляющем контуре выше чем расход воды в котельном, то потребляющий контур начинает подсасывать свою же обратку. Такая схема уникальна тем, что позволяет полностью избавиться от нежелательных эффектов вызванных ненормированным расходом теплоносителя через котлы, избежать гидравлические удары. Например, представим, что подача теплоносителя в потребляющие контуры перекрыта совсем. В этом случае ничего страшного не произойдет, котельный контур будет гонять теплоноситель по своему "малому" кругу. Эта схема крайне надежна, но что самое важное - чрезвычайно удобна с точки зрения автоматического региррования. Мы можем как угодно крутить краны, включать-выключать насосы, устанавливать любую температуру котла зная, что расход воды через котлы будет всегда одинаковым. Схема с гидравлическим разделителем также очень удобна в случае использования нескольких котлов. Грубо говоря, тот или иной потребляющий контур просто отбирает то количество тепла, которое ему нужно, а котельный контур автоматически с помощью любого количества котлов пытается обеспечить запрашиваемое количество тепла.

Схема отопления с использованием гидравлического разделителя (гидрострелки)

Кликните, чтобы увеличить

Алгоритм программы управления построен на анализе температуры на улице и внутри. В этом смысле алгоритм в некотором роде является погодозависимым. Дело в том, что в отличие от промышленных решений, где температура за бортом вляется главным фактором регулирования, я применил несколько иной подход. Главным фактором в моей программе является температура внутри помещения. Замечено, что при одной и той же температуре на улице и в системе отопления, температура в помещении может быть разной. Например, при -10 и сильном северном ветре температура в доме будет значительно ниже, чем при -10 и отсутствии ветра. Естественно, готовые промышленные контроллеры не могут учитывать скорость и направление ветра и влажность, поэтому иногда хозяева домов жалуются на неправильно выбранную температуру в системе отопления.

Далее, моя программа учитывает не моментальные текущие значения температуры на улице и внутри помещения, а средние за определенный промежуток времени. Для улицы это 3 часа, для помещения - 1 час. Сделано это для того, чтобы минимизировать воздействия случайных факторов. При использовании высокочувствительных датчкиков температуры, таких как DS18B20. значение текущей температуры может быстро менятся, если, например, мы на несколько секунд открыли окно или поставили на плиту разогреть суп.

Кроме того, моя программа управления отслеживает в процессе регулирования системы отопления не только температуру в помещении, но и изменение этой температуры. Это позволяет снизить количество ненужных поворотов привода 3-х ходового смесителя.

Для мониторинга температуры теплоносителя в подаче конкретного контура я использую те же самые датчики DS18B20 как накладные. Крепление датчика выполнено обычными пластиковыми хомутами. Датчик установлен на термопасту, которую можно купить в любом компьютерном магазине. Сверху место крепления датчика можно обернуть слоем утеплителя, например, пенополиэтилена. Это увеличит точность показаний. В такой конфигурации датчик отображает вполне реальную температуру теплоносителя. Использовать показания датчика на подаче в программном алгоритме управления отоплением сложно так как гистерезис котла +6-2 градуса относительно текущей установки. Но в целях мониторинга и понимания текущего состояния системы отопления эта информация очень важна, особенно вкупе с показаниями датчика на обратке контура и подаче котла, считанными одновременно.

В текущий момент программа управляет только одним контуром отопления, но построена таким образом, чтобы управлять несколькими контурами. В базе данных содержатся общие настройки системы отопления, а также настройки для каждого контура. Расчет подающей линии котла, а также комфортной температуры в помещении погодозависимые. Замечено, что если при -20 на улице комфортная температура внутри +23 градуса, то при +10 этого уже много. Видимо, имеет значение еще влажность и температура стен.

Текущий алгоритм программы как есть (от 31.10.2010 года)

Любое использование материалов сайта возможно только с разрешения автора и с обязательным указанием источника.

По материалам сайта: http://www.ab-log.ru