Горелка Monarch Weishaupt L7Z с датчиком пламени

Состав системы
Как работает
Кнопки управления
Индикация LCD
Подключение
Что нужно для проекта
Возможные проблемы
Скетч

Данная система предназначена для аварийного управления горелкой котельной установки типа Monarch. Если конкретно, то контроллер управляет вентилятором котла, электродами зажигания и клапанами подачи топлива. В данном варианте температурный контроллер котла исправен. Неисправны сервопривод горелки котла и автомат горения (автомат нужно отсоединить). Добавлена защита по обрыву пламени. Если заслонка горелки не работает, сразу установите ее на открытие.

Датчик огня

Что может данная система управления. Осуществлять процесс запуска котла (продувка топки, открытие клапанов подачи топлива и поджиг искры) по заданному алгоритму и времени, а также остановку. Команду на запуск и остановку дает исправный температурный контроллер. На LCD-дисплей выводится информация о всех событиях. Все необходимые параметры можно настраивать и записывать в память Arduino. В систему добавлен датчик огня, который при обрыве пламени подаст сигнал в контроллер. Автоматика остановит горелку и подаст питание на реле сигнализации.

СОСТАВ СИСТЕМЫ

PLC Arduino UNO с шилдом Sensor Shield v 5.0 (питание 7-12 В постоянного тока), LCD-дисплей с шиной I2C, DC-DC конвертер для питания реле и дисплея, 3 реле управления продувкой, поджигом искры и подачей топлива, 1 реле сигнализации, кнопочный пост с 4-мя кнопками и клеммница для подключения к штатному температурному контроллеру. Также есть датчик освещенности с цифровым выходом. Контакторы электродвигателя вентилятора, электродов искры и топливных клапанов используются штатные.

Сразу после подачи питания на Arduino котел будет находиться в отключенном состоянии. Для включения автоматики нажмите кнопку ON/OFF - PLC перейдет в режим ожидания сигнала от штатного температурного контроллера котла. При его получении Arduino запустит котел : подаст питание на контактор электродвигателя вентилятора, продует топку в течении определенного времени, зажжет искру и откроет подачу топлива. По прошествии заданного времени погасит искру. После снятия сигнала от температурного контроллера Arduino снимет питание с вентилятора и электромагнитных клапанов подачи топлива (котел остановится). Если в процессе работы котла происходит обрыв пламени, датчик освещенности подаст сигнал в контроллер. Автоматика остановит горелку и подаст питание на реле сигнализации.

Управлять системой можно с помощью четырех кнопок : ON/OFF, НАСТРОЙКИ, ВВЕРХ и ВНИЗ. Рассмотрим их функции подробно :

Кнопка ON/OFF

Включает или выключает автоматическую работу котла. При этом работа с настройками остается доступной. Обратите внимание, во время запуска котла (продувки и поджига) эта кнопка деактивируется. Если нужно срочно остановить котел, нажмите RESET на Arduino или обесточьте систему.

Кнопка НАСТРОЙКИ

Нижняя часть экрана отведена под меню настроек. Нажимая эту кнопку, вы будете циклично переходить по пунктам меню. Изменение параметров осуществляется кнопками ВВЕРХ и ВНИЗ. Все цифровые параметры имеют верхнюю и нижнюю границы, за которые вы выйти не сможете. Изменение параметров сразу принимается системой, подтверждение не нужно. Обратите внимание, верхнюю и нижнюю границы, а также значение по умолчанию вы можете сами изменять в скетче.

Пройдемся по пунктам меню Настройки.

• 1 Blow Time XX s : время продувки топки в сек. Значение по умолчанию 30 сек. Нижняя граница 5 сек., верхняя 99 сек.
• 2 Igni Time X s (ignition time) : продолжительность подачи искры в сек. Значение по умолчанию 3 сек. Нижняя граница 1 сек., верхняя 5 сек.
• 3 FlameTime X s (flame waiting time) : время ожидания при обрыве пламени в сек. до сработки сигнализации. Значение по умолчанию 3 сек. Нижняя граница 1 сек., верхняя 5 сек.
• 4 FlameSens ON/OFF : включение или выключение сенсора пламени. Значение по умолчанию - ON (сигнализация включена). При выключении сенсора реле сигнализации срабатывать не будет, но на экране все равно появится буква "F".
• 5 ReadSet. (UP) : чтение настроек из энергонезависимой памяти Arduino. При нажатии кнопки ВВЕРХ настройки из памяти PLC перейдут в оперативную.
• 6 SaveSet. (UP) : запись настроек в энергонезависимую память Arduino. При нажатии кнопки ВВЕРХ текущие параметры запишутся в постоянную память PLC. При перезагрузке контроллера (выключение - включение) именно эти настройки загрузятся в программу.
• 7 Default (UP) : загрузка значений по умолчанию. При нажатии кнопки ВВЕРХ параметры, определенные в начале скетча, загрузятся в оперативную память PLC (в текущие настройки). Эта функция может быть полезна, когда вы запутались в регулировках и хотите все вернуть в исходное положение. Но есть и еще одна причина ее использования. Если вы на одну и ту же плату Arduino постоянно записываете скетчи разных проектов, возможна ситуация, когда параметры одного проекта запишутся в настройки другого. Конечно, это можно исправить, но представьте, что в параметре, где должно быть, например, число 10, стоит 32000. Вручную кнопками ВВЕРХ или ВНИЗ корректировать это очень долго, проще сбросить настройки к заводским, а уже затем их подправить.

Кнопки ВВЕРХ-ВНИЗ

В настройках этими кнопками меняются параметры. При обрыве пламени и отработке сигнализации удерживая кнопку ВВЕРХ (около 5 секунд) можно сбросить аварию, а удерживая кнопку ВНИЗ (около 5 секунд) - отключить сигнализацию.

Верхняя строчка :

"Boiler OFF" - автоматическая работа котла отключена

"Boiler Stop" - котел остановлен

"Blowing XX sec" - продувка топки

"Igntion..." - поджиг искры и открытие топливных клапанов

"Boiler Running" - котел работает

Нижняя строчка :

в нижней строчки отображаются пункты меню настроек

При отработке сенсора пламени в верхней строчке появится надпись "Flame Waiting..." (ожидание пламени) в течении установленного в настройках времени. Если за это время горение не восстановится, то горелка будет остановлена, а на LCD появятся надписи : сначала "No Flame...", а затем "UP - Reset" и "DOWN - Sens. OFF" чередуясь с "Flame Trouble, Hold Button". Соответственно, нажав и удерживая кнопку ВВЕРХ, вы снимите аварию, а кнопку ВНИЗ - отключите сенсор вовсе. Обратите внимание, что даже если сигнализация по обрыву пламени отключена, при отработке сенсора (нет горения) в верхней строчке добавится буква F.

Здесь приведено соединение всех элементов системы управления, Arduino (через шилд) и самой горелки. В виде схемы подключение представлено ниже.

Подключение системы

Плата Arduino и Sensor-shield

• питание Arduino : от адаптера 7-12VDC (2A)
• питание шилда (перемычка убрана) : от адаптера 7-12VDC (2A) через понижающий DC-DC преобразователь типа LM2596 (не менее 2А)
• LCD-дисплей 1602 + модуль I2C : питание от шилда (подсоединяем GND и VCC к любым свободным пинам G и V цифровых входов), SDA (I2C) - A4 (шилд), SCL (I2C) - A5 (шилд)
• реле контактора сигнализации по обрыву пламени : сигнал от Arduino - цифровой пин 8, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 8)
• реле контактора электродвигателя вентилятора : сигнал от Arduino - цифровой пин 9, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 9)
• реле контактора электромагнитных клапанов подачи топлива : сигнал от Arduino - цифровой пин 10, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 10)
• реле контактора трансформатора искры : сигнал от Arduino - цифровой пин 11, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 11)
• сигнал от температурного контроллера котла : вход в Arduino - цифровой пин 12, питание сигнала от шилда (подсоединяем + и - к пинам G и V пина 12). Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм
• сигнал от кнопки ON/OFF : вход в Arduino - цифровой пин 13. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм
• сигнал от кнопки НАСТРОЙКИ : вход в Arduino - цифровой пин 7. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм
• сигнал от кнопки ВВЕРХ : вход в Arduino - цифровой пин 6. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм
• сигнал от кнопки ВНИЗ : вход в Arduino - цифровой пин 5. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм
• сигнал от датчика пламени : пин DO датчика к цифровому пину 2 на Arduino, пины VCC и GND датчика к пинам V и G пина 2

Котел (распределительный щит)

• реле контактора электродвигателя вентилятора : COM - источник питания 220 В переменного тока, NO - клемма A1 контактора электродвигателя
• реле контактора электромагнитных клапанов подачи топлива : COM - источник питания 220 В переменного тока, NO - клемма A1 контактора клапанов
• реле контактора трансформатора искры : COM - источник питания 220 В переменного тока, NO - клемма A1 контактора трансформатора

Минусовые или нулевые провода катушек можно оставить штатные. Внимание! Если катушки контакторов питаются током других параметров, переделайте схему под них. Обратите внимание, хотя реле для проектов Arduino обычно и расчитаны на 10А 220В, лучше их напрямую к клапанам и трансформатору искры не подключать, а в качестве "посредника" использовать контакторы.

Схема подключения горелки

• PLC Arduino UNO (datasheet) - 1 шт
• Sensor Shield v 5.0 (datasheet) - 1 шт
• понижающий DC-DC преобразователь типа LM2596 (не менее 2А) (datasheet) - 1 шт
• LCD-дисплей 1602 (datasheet) + модуль I2C - 1 шт
• датчик пламени с цифровым выходом - 1 шт
• реле одноканальное (катушка 5VDC) (datasheet) - 4 шт
• клемник на 3 провода под пайку в макетную плату - 2 шт
• кнопка тактовая с колпачком (datasheet) - 4 шт
• резистор 10 кОм (0,25 Вт) - 5 шт
• макетная плата под пайку 35х70 - 1 шт (для монтажа кнопок)
• макетная плата под пайку 20х35 - 1 шт (для монтажа клеммницы)
• стойка мама-мама М3х15 - 4 шт (для монтажа LCD-дисплея)
• гайка М3 - 50 шт и более в зависимости от способа крепления вышеуказанных элементов
• болт М3х15, М3х10 - 20 шт и более
• провод Dupont мама-мама или папа-мама (20 см) - 30 шт и более в зависимости от типа пинов соединяемых элементов
• провод типа AWG - 50 см (соединение штекер - DC-DC преобразователь - Sensor Shield)
• штыревой соединитель 40pin - 1 шт
• штекер питания DC 2.1 мм с клеммной колодкой папа и мама - 1 пара (для подключения шилда)
• кусок оргстекла или т.п. - 20х30 см (для монтажа всех элементов)
• болт М6х15 и гайка - 4 шт (ножки оргстекла)

Главная проблема, возникшая при полевых испытаниях, большая чувствительность Arduino к электромагнитным полям (плата зависает). Это явление возникает при коммутации через реле токов переменного напряжения 220 В и более. В этом случае вынесите реле К1, К2 и К3 на расстояние не менее полуметра от платы.

Ниже представлен скетч системы управления. В этом окне он неудобочитаем, поэтому скачать его в формате ino вы можете по этой ссылке.

Для работы этого скетча вам понадобятся дополнительные библиотеки :

• EEPROM.h - библиотека работы с памятью (она нужна для чтения и записи наших настроек в энергонезависимую память Arduino). Это стандартная библиотека, она входит в комплект среды программирования Arduino IDE.
• Wire.h - библиотека для работы с протоколом I2C. Это тоже стандартная библиотека, ее устанавливать не нужно.
• LiquidCrystal_I2C.h - библиотека для работы с LCD по протоколу I2C. Скачать.

Если есть возможность, проверьте эти библиотеки на наличие обновлений.