燃气热水器智能恒温控制.doc

word燃气热水器智能恒温控制【摘要】本文介绍了一种鼓风式强排恒温燃气热水器的控制系统，并对其控制方式、硬件电路和系统软件作了较详细的分析。【关键词】自动恒温PID运算；比例调节阀PWM控制。随着人们生活水平的不断提高和小容量直排式燃气热水器的禁产禁销，大容量强排式燃气热水器逐渐被消费者所承受。特别是燃烧室紧闭、采用下部鼓风式强 排恒温燃气热水器，以其体积小、出水量大、安全可靠、操作简单、自动恒温等优点倍受消费者推崇。由于控制系统中采用了单片机数字控制技术，使其可靠性和各 种性能指标得到极大的提高，为燃气热水器开辟了一个新的开展方向。下面介绍一下该控制系统。1.过热保护；2.水温检测；3.比例阀；4.风机；5.开水阀；6.显示操作面板；7.水流开关；8.点火器；9.风压开关；10.主控面板。一、控制系统与主要技术指标该系统以一个8位单机片为控制核心，比普通强排热水器增加了燃气比例调节阀、出水温度检测传感器和带速度反响的交流调速电机，通过单片机对出水温度 和风机转速实行闭环控制。即工作时，单片机根据用户设定的出水温度和出水温度传感器的实际测量值进展PID运算，调节电磁的比例阀的工作电流，从而控制热 水器的耗气量，达到控制出水温度的目的：为了保护热水器的燃烧工况，单片机在控制出水温度的同时，根据耗气量的大小，调节双向可控硅的触发信号，改变风机 转速，使送风量与燃气耗气量相匹配，进而实现最优燃烧工况，达到节能环保的目的。系统主要技术指标：低水压起动0.03Mpa；恒温控制：精度±1.0摄氏度，超调量4，调节时间30秒；温度设度X围：3575；具有出水温度显示的故障提示功能；具有前、后清扫功能；具有软、硬件双重安全保护功能；其他性能符合GB6932-94国家标准和CJ/T3074-1998国家建设部标准的要求。系统控制方式示意图二、系统结构热水器控制系统芯片采用8位单片机，该芯片系日立公司最新产品，它带有A/D、D/A转换接口，具有抗干扰能力强、运行速度快的特点。系统硬件结构 由单片机配以电源电路、漏电保护开关、点火器与控制电路、比例阀驱动电路、开关阀驱动电路、风机驱动调整电路、火焰检测反响电路、出水温度检测电路、过零 检测电路、风机速度反响电路、操作显示故障报警电路、过热保护开关、风压开关、水流开关、复位电路局部等组成。控制系统结构示意图1.点火器与控制电路点火器由AC220V交流电接驱动，其中N1为自触可控硅，放电电压为DC130V。每当储能电路C1两端的电压达到DC130V时，N1自动导 通，C1中的电能通过N1和高压包T1的初级绕组，得到释放，并在T1的次级产生一个大约1216kV的点火高压，该点火电压在热水器的点火极上产生点 火火花，从而完成给热水器点火的功能。点火器与控制线路控制电路由单片机、三极管Q1和继电器CJ1，控制非常方便简单，而且将点火器与控制电路有效隔离，从而减少了点火器工作时给控制系统造成的干扰。由于用AC220V电压直接供电，使点火器具有了体积小、重量轻、线路简单等优点，还提高了点火效率高。2. 开关阀、比例阀控制电路开关阀、比例阀驱动电路燃气开关阀由单片机控制信号、点火信号、火焰反响信号与延时电路区控制，只有当以上四个信号有效时开关阀才能打开。工作时由于采用脉冲驱动方式，使 得驱动电路的功率开关管工作更为可靠，同时节省电力、降低了功率元件温升。燃气比例阀驱动电路同样由单片机控制，控制输出为PWM波，其占空比的大小，是 单片机根据设定出水温度和实测出水温度之差，再经PID运算后确定的。单片机通过输出PWM波控制比例阀的平均电流也即控制比例阀的开度，对热水器的火力 进展无级调节，从而实现热水器出水温度的自动恒定。由于采用了PID控制算法，因此系统的控制精度和调节速度得到较大的提高。3. 风机驱动调整电路风机驱动调速电路风级采用双向可控硅驱动调速电路。风机电机工作电压为AC220V，通过调节双向可控硅的导通角可以改变电机的工作电压，实现风机调速。风机的工作 速度由比例阀的开度决定，即风机控制信号MPWM波与比例阀控制信号VPWM波有一定的比例关系，当某一时刻的VPWM波确定后，单片机根据软件中设定好 的计算方式，计算出此刻的MPWM波，再根据速度反响信号，测到的过零信号输出MPWM波去控制风机的转速，实现风机的无级调速功能。这样使热水器始终保 持最优燃烧工况，达到节能环保目的。4. 火焰检测反响电路火焰检测反响电路如下列图，I1为电源变压器的一组绕组，输出的电压为AC110V，该绕组的一端通过R1接到热水器的火焰检测探针上，热水器熄火时，该绕组呈开路 状态，场效应管M1的栅极G点电位由于R3的作用呈正电位，场效应管处在导通状态，漏极D点接近零，单片机火焰信号输入端为低电平。当火焰探针严重漏电或 火焰探针与机体短路时，绕组I1的交流电压通过R1、C1构成回路，因电容C1对交流电短路，场效应管M1的栅极G点电位由于R3的作用呈正电位，场效应 管M1导通，单片机火焰信号输入端同样为低电平。当热水器的燃烧器着火时，因为火焰具有单向导电性，I1绕组上的交流电压，通过火焰整流后产生的离子电流给C1充电，在C1上形成下正上负的充电电 压，使得加到场效应管的栅极G处的电位变成负电位，选择稳压管Z1的稳压值大于场效应管的夹断电压，当栅极G点电压大于场效应管M1的夹断电压时，场效应 管M1处于断开状态，漏极D处的电位接近工作电压Vcc，单片机火焰信号输入端为高电平。这样单片机通过检测火焰信号输入端电平的上下，就可得知火焰的有 无。由于采用了交流火焰检测方法，提高了火焰检测的准确性，防止了控制误动作的发生。5. 出水温度检测电路出水温度检测电路该电路分压电阻R1、滤波电容C1和热敏电阻Rt组成。其温度工作X围-20105，精度±0.2，反响速度t0.8秒。它通过电阻/电 压的转换，将热敏电阻Rt上的模拟电压送给A/D转换口，由A/D转换口将其转换成数字信号，作为热水器的出水温度信号，供单片机运算、控制与显示出水温 度。6. 过零检测电路过零检测电路如下列图，电路中的Ub为电源板中输出的过零全波信号，经R1、R2分压后，输入到LM393的反相输入端，与加在同相图形入端的电压该电压无过零点比拟后，在过零处产生图中所示的零过检测脉冲，输入过零检测电路单片机作风机调速电路的同步信号用。7. 其他电路系统硬件结构还包括电源电路、漏电保护开关、风机速度反响电路、操作显示与故障报警电路、复位电路、过热保护开关、风压开关、水流开关等电路。这些均是控制系统中常用电路，非常简单，这里不再累述。三、系统软件系统控制软件用在线仿真器开发。在编写比例阀和风机的控制算法中，运用了一些模糊控制方法来处理控制系统惯性，这样在保证控制精度的同时，减少了超 调量，缩短了调节时间，提高了系统的控制性能。同时在软件中还增加了自检功能和故障显示功能，为安全使用和维修提供了极大的方便。控制系统软件的程序框架图四、完毕语采用这种控制系统的热水器具有使用舒适、安全方便、操作简便、节能环保的优点，代表了国内九十年代末的先进产品，可以肯定是一种很有前途的燃气热水器。如果在此根底上增加进水检测和混水功能，配以平衡式烟道，改良控制系统，将为燃气热水器开创一个崭新时代。9 / 9