电路图纸-燃气热水器智能恒温控制.pdf

智 能 I陋温 控 制 限公 司 雷 向 东 盛 永 祥 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 P I D运 算 比 例 调 节 阀 P WM控制 随着人 民生 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 费者所接受 特别是燃烧 室密闭 采用 下部鼓风 式强排恒温燃 气热水器 如 图一所 示 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 的发展方 向 下 面介 绍一下该控 制系统 图一鼓风式强排恒 温燃 气热水器 I 过热 保护2 水 温检 测3 比例 阀4 风机5 开关 阀 6 显示操 作面 板7 水流 开关8 点火 器9风压 开关1 0 主控 制板 一 控制 系统及 主要技术指标 该 系统 以一个8 位 单片机 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 器和带速度反馈 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 控 制 过 程 如 图二 所 示 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 值进行 P I D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 为了保证热 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 最佳 燃 烧 工 况 达到节 能环保 的 目的 系统 主要 技术指标 1 低 水压起 动 0 0 3 Mp a 2 恒 温控 制 精度 1 0 C 超 调量 4 C 调节时 间 3 0 秒 3 温 度设 度范 围 3 5 C 7 5 C 4 具 有 出水温度显示 的故障提示 功能 5 具 有前 后清 扫功能 6 具 有软 硬件 双重安全保护 功能 7 其 它 性 能 符 合 GB 6 9 3 2 9 4国 家 标 准 和 c j T 3 0 7 4 1 9 9 8 国家建设部标 准 的要求 出水温度传感器 换 热 器 输 出 热 水 图二 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 点火器及 控 制 电路 比例 阀驱动 电路 开关 阀驱 动 电路 风 机驱 45 维普资讯 动调 整 电路 火焰 检测 反 馈 电路 出水 温度 检 测 电 路 过零检测 电路 风机速度反馈 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 复位电路部分等组成 图三是系统结构示意图 水流开关 一 点火器及控制电路 风压 开关 一 堕 风 动调整 电路 过热保护开关 I 一 1 开关阀驱动电路 出 水温 度检 测电 路 一 片 比例阀驱动电路 I 火焰 检 测反 馈电 路 一 电源电路 f 复位电路L 一 机 漏电 保护开关 土 1 t t j W l 风机速度反馈电 一 二 操作 显示 榴 警 由 赂 图三控 制系统结构示意 图 1 点 火 器及 控 制 电路 如 图 四所示 点 火 器 由AC2 2 0 V交 流 电接 驱 动 其 中N1 为 自触 发 可控 硅 放 电 电压为DC1 3 0 V 每 当 储 能 电路 c1 两 端 的 电压 达到 DC1 3 0 VH J 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 1 2 1 6 k V的点 火 高压 该点火 电压加在 热水器 的点火 电极 上产生点 火 火花 从 而完成给热水器点火 的功能 控 制 电路 由单 片机 三极 管Q1 和继 电器 C J 1 组成 需要点 火时 主控 板 中 的单 片机驱动三极 管Q1 接通继 电器 C l 1 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A C 2 2 0 V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 图四点火器及控 制线路 2 开 关 阀 比 例 阀控 制 电路 46 图五开关 阀 比例 阀驱动 电路 图五为开关阀 比例 阀控制 电路 燃气 开关 阀由 单片机控制信号 点火信号 火焰反馈信号及延时电 路 区同控制 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 P WM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 P I D 运 算 后 确定 的 从 图中 可 以看 到 单 片 机 通 过输 出 P WM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 行无级调 节 从 而实现热水 器 出水温度 的 自动 恒定 由于采用 了P I D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 图六风机驱动调 速 电路 3 风 机 驱 动 调 整 电路 风极采用 双 向可控硅驱 动调速 电路 风机 电机工 作 电压 为AC2 2 0 V 如 图六 所示 电路 通 过调 节 双 向 可控硅 的导通 角就可 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 MP WM波 与 比例 阀控 制 信号 V P WM波 有 一 定 的 比例关 系 当某 一 时 刻 的VP WM 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 MP WM波 再根 据速 度 反馈 信号 测 到 的过 零信 号 输 出MP WM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佳燃烧工况 达 到节能环保 目的 4 火焰检 测反馈 电路 如 图七 所示 I 为 电源变 压器 的一组 绕组 输 出 的电压 为AC1 1 0 V 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 I 的 交 流 电压 通 过 维普资讯 R 1 C1 构成 回路 因电容c1 对 交 流 电短路 场效 应 管M 1 的栅极 G点 电位 由于 R 3 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 图七火焰检 测反馈 电路 当热水器 的燃烧 器着火时 因为火焰具有单 向导 电性 I 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 z 1 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M 1 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Vc c 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 的高低 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 该 电路 由分压 电阻R1 滤 波 电容c1 和热 敏 电阻 Rt 组 成 如 图八 所 示 其 温 度 工 作 范 围 一 2 0 2 1 0 5 2 精 度 0 2 反应速度t 0 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 制及显示 出水 温度 土 l n o U T 图八出水温度检测 电路 6 过 零 检 测 电路 板中 波 信号 经 R1 R2 分压 后 输 入 到L M3 9 3 的反相 输 入 端 与加 在 同相 图形 人 端 的 电压 该 电压 无 过零 点 比较 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 5 哥 图九过零 检测 电路 7 其 它 电路 系统 硬件结 构还 包括 电源 电路 漏 电保 护开关 风机速度反馈电路 操作显示及故障报警电路 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 软件程度 框图 如 图十所示 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 四 结束语 采 用这种控制系 统的热水器具 有使用舒 适 安全 方便 操作简单 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