58

Forum Czytelników

Elektronika dla Wszystkich

Minął kolejny rok pracy ze sterownikiem, je-
stem teraz bogatszy o nowe doświadczenia
i spostrzeżenia, którymi chciałbym się
podzielić z Czytelnikami EdW.

W odniesieniu do artykułu z EdW 12/02

wprowadziłem wiele zmian programowych
odnoszących się do sposobu regulacji. Nie-
zmieniony natomiast pozostał układ elek-
tryczny sterownika, który spełnia pokładane
w nim zadania tj. załączenie pompki cyrkula-
cyjnej, silnika nadmuchowego, obsługę przy-
cisków, pomiar temperatur, itd. Oczywiście
można by udoskonalić tę konstrukcję i zasto-
sować np. jeden z „chipów” z rodziny AVR,
który otworzyłby przed sterownikiem nowe
funkcje, wykorzystując np. pamięć eprom,
przetworniki A/C 10-bitowe, itp. Jednak
ewolucji sterownika poddałem część progra-
mową, doświadczalnie dobierając algorytm
regulacji, który w pełni kontroluje procesy
zachodzące w piecu i spełnia oczekiwania
użytkownika. Moja praca nad programem
miała również na celu w maksymalny sposób
odciążyć użytkownika pieca, to sterownik
przejmuje rolę nadrzędną informując użyt-
kownika tylko o sytuacjach krytycznych. Na-
leży wspomnieć, iż piec c.o. nie należy do ła-
twych obiektów – jest on mocno nieliniowy,
stąd procesy zachodzące w piecu są trudne
do opisu matematycznego, nie możemy
stwierdzić, że załączenie silnika nadmucho-
wego przez 10s spowoduje wzrost tempera-
tury wody w instalacji centralnego ogrzewa-
nia o 1

o

C, gdyż zależy to od wielu warunków

i parametrów pieca, zastosowanego opału
itp. Z tych względów postanowiłem dobrać
zarówno sposób, jak i parametry regulacji na
drodze eksperymentalnej.

Dobranie wentylatora

Przejdźmy teraz do omówienia rzeczywi-
stych zmian. Pierwszą i podstawową było
dobranie właściwego wentylatora, który za-
pewniłby prawidłowe działanie całego ukła-
du: sterownik, piec, pompka. W poprzednim

artykule wspominałem, że nie jest to proste
zadanie, ze względu na rzadkość występo-
wania tych silników w handlu detalicznym
oraz „duże” ich koszty. Kompromisem jest
wentylator DM40/41 przeznaczony do
współpracy z piecami c.o. Przy okazji chcia-
łem podziękować osobie, która pomogła mi
w znalezieniu wspomnianego wentylatora, i
po części przyczyniła się do efektu mojej
pracy. Jestem zadowolony z tego silnika, je-
go wydajność w pełni wystarcza, by rozgrzać
piec do „czerwoności”, dodatkowo ma moż-
liwość regulacji siły nadmuchu, jednak
w ograniczonym stopniu. Pozwala to na do-
stosowanie wentylatora do współpracy z da-
nym typem pieca. Najważniejsze parametry
wentylatora przedstawia tabela.

Dane techniczne wentylatora DM40

Zasilanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230V~50Hz
Pobór mocy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .max 85W
Wydatek powietrza . . . . . . . . . . . . . . . . .max 320m

3

/h

Ciśnienie sprężania . . . . . . . . . . . . . . . . . .max 290Pa
Prędkość silnika . . . . . . . . . . . . . . .reg. bezstopniowa
Kondensator silnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2µF
Otwór wylotowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90x50mm
Gabaryty zewnętrzne . . . . . . . . . . . .194x135x180mm

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(dł. x szer. x wys.)

Zmiany programowe

Wprowadzone zmiany obejmują:
1. Pomiar temperatury – dokonywany co
stały czas Tp – czas próbkowania, mikrokon-
troler komunikuje się z każdym czujnikiem
za pośrednictwem przetwornika A/C 10-
krotnie, potem wynik jest uśredniany, dzięki
temu została poprawiona stabilność pomiaru
i wyeliminowanie zakłóceń chwilowych, co
zdarzało się przy pomiarze jednokrotnym.
2. Sposób regulacji – został wprowadzony
czas próbkowania Tp, czyli czas, po którym
program trafia do pętli regulacji pokazanej na
rysunku 1, czas ten wyznaczany jest za po-
mocą przerwania i został ustalony na wartość
Tp

≈ 20s. Podczas wyliczania parametrów

potrzebnych w procesie regulacji wprowa-
dzono pojęcia:

• błędu, czyli różnicy wartości zadanej od
wartości mierzonej, dzięki któremu w pętli
regulacji łatwiej definiować warunki działa-
nia pompki i wentylatora,

• pochodnej temperatury pieca dTpieca=
Tpieca - Tpieca_pop (dTpieca– numeryczna
pochodna temperatury pieca; Tpieca– tempe-
ratura pieca; Tpieca_pop– temperatura pieca
w poprzedniej pętli regulacji), pochodna in-
formuje nas o tym, czy temperatura w piecu
rośnie, czy maleje. Jeżeli pochodna jest do-
datnia - temperatura rośnie, w przeciwnym
razie temperatura maleje, jest to sygnał dla
sterownika o sposobie sterowania pompką
i silnikiem nadmuchowym,
3. Działanie wentylatora i pompki – jest
określane na podstawie wyliczonych wcześ-
niej parametrów. Ze względu na złożoność za-
gadnienia rozbiję je na oddzielne punkty 4 i 5.
4. Działanie wentylatora podzielone jest na
dwa etapy:

U

U

l

l

e

e

p

p

s

s

z

z

o

o

n

n

y

y

s

s

t

t

e

e

r

r

o

o

w

w

n

n

i

i

k

k

p

p

i

i

e

e

c

c

a

a

c

c

.

.

o

o

.

.

modyfikacje projektu z EdW 12/2002

Rys. 1. Pętla regulacji sterownika

59

Forum Czytelników

Elektronika dla Wszystkich

• tryb rozruchowy – w momencie pierwszego
rozruchu pieca lub po wygaśnięciu, obierany
jest przy włączeniu silnika przyciskiem
ON/OFF przez użytkownika, silnik działa do
momentu gdy E =< 5, przy czym E = Todn –
Tpieca, E – błąd regulacji, Todn- wartość zada-
na, Tpieca– temperatura pieca; jeżeli E > 0 ste-
rownik przechodzi do trybu pracy normalnej,

• tryb pracy normalnej, czyli temperatura
pieca oscyluje w pobliżu temperatury odnie-
sienia Todn, włączenie wentylatora następu-
je, gdy E >= 2. Silnik wyłącza się gdy tempe-
ratura na piecu podniesie się o 1

o

C,

Mimo iż w obydwu trybach pracy wenty-

lator zostaje wyłączony przed osiągnięciem tem-
peratury Todn, to i tak temperatura osiąga żądaną
wartość, a wcześniejsze wyłączenie silnika nie po-
woduje zbyt dużego wzrostu temperatury pieca.

W momencie włączenia silnika sterownik

cały czas dokonuje kontroli, czy temperatura na
piecu rośnie, czy maleje, analizując pochodną
temperatury pieca. Jeżeli temperatura pieca bę-
dzie spadać lub zostanie niezmienna przez czas
ok. 6 minut, silnik zostanie wyłączony oraz
wygenerowany zostaje sygnał dźwiękowy i in-
formacja na wyświetlaczu LCD, że piec gaśnie.
5. Działanie pompki rozpoczyna się, gdy
temperatura pieca osiągnie 40

o

C, oczywiście

w momencie rozruchu pieca. Gdy temperatu-
ra pieca przewyższy temperaturę Todn, wów-
czas pompka będzie wyłączana, gdy E =< 4,

czyli 4

o

C poniżej temperatury Todn. Oczywi-

ście gdy w piecu będzie znajdował się opał,
działanie wentylatora nie pozwoli na taki
spadek temperatury i pompka będzie praco-
wała cały czas. Zupełnie inaczej będzie, gdy
sterownik dostanie informacje, że piec gaśnie
- wtedy zmieni się sposób działania pompki,
zostanie ona wyłączona, gdy temperatura
pieca będzie równa lub mniejsza od tempera-
tury wody w bojlerze. Taki sposób działania
pompki ma na celu utrzymanie jak najcie-
plejszej wody w bojlerze w momencie wyga-
śnięcia pieca. W przeciwnym razie działają-
ca pompka powodowałaby chłodzenie wody
bojlera.
6. Zmiana sposobu wyświetlania tempera-
tur – kosmetyczne uszeregowane kolejności
pokazywanych temperatur, wraz z tempera-
turą bojlera lub dodatkowego, trzeciego czuj-
nika pokazywana jest w drugiej linii wyświe-
tlacza temperatura pieca.
7. Inne zmiany – to wprowadzenie krótkich po-
wtarzających się sygnałów dźwiękowych, gdy
silnik i pompka są wyłączone, informacja dla
użytkownika, że już czas wyłączyć sterownik.

Informacja dźwiękowa i wzrokowa

o przegrzaniu pieca występuje przy tempera-
turze pieca Tpieca => 85

o

C. Zmieniłem rów-

nież zakres ustawiania temperatury odniesie-
nia Todn = 50÷74, który w zupełności wy-
starcza.

Końcowe wnioski

W pracy ze sterownikiem starałem się nadal
zachować prostotę jego użytkowania, bo wiem
z maili, że był to jeden z walorów mojego pro-
jektu. Rozwiązanie, do którego doszedłem,
uważam za zadowalające dla tego typu układu.
Oczywiście cały czas „chodzi mi po głowie”
układ bardziej rozbudowany, który w większy
sposób odciążyłby użytkownika pieca od pro-
blemów związanych z ogrzewaniem i miałby
jeszcze więcej walorów, pozwalając w pełni
zautomatyzować proces ogrzewania domów
w te chłodne zimowe dni. Dlatego nie sądzę,
żeby proces ewolucji mojego sterownika zo-
stał zakończony. Na koniec dodam tylko, iż te-
raz bez żadnych obaw pozostawiam piec pełen
opału na noc, ustawiając przy tym minimalną
temperaturę Todn = 50 i do samego ranka mo-
gę się cieszyć panującym w domu ciepłem.

Jak zwykle życzę miłego eksperymento-

wania i służę pomocą.

Krzysztof Nawacki

[e-mail]

Ze strony internetowej EdW z działu FTP

można ściągnąć: nowy program (Bin), arty-
kuł „Sterownik pieca węglowego” z EdW
12/2002 (PDF), płytki drukowane w forma-
cie Autotraxa.