Sterownik Pieca by mastermaniek

Witam wszystkich elektrodowiczów.

Dziś chciałbym przedstawić swój kolejny projekt, a mianowicie tytułowy sterownik do pieca.
Wszystko zaczęło się od przeróbek w instalacji centralnego ogrzewania. Doszła podłogówka w kuchni i tu już się pojawiły pytania, jak zrobić, jak przerobić instalacje grzewczą w domu, do tego jaki sterownik użyć i jak tchnąć trochę więcej życia w stary piec. Postanowiłem podzielić instalacje na trzy obiegi:
-ogrzewanie domu (grzejniki),
-bojler(ciepła woda),
-podłogówka.
W obiegach zasilania podłogówki oraz bojlera zostały założone zawory zwrotne, natomiast w obiegu ogrzewania domu pozostał zawór kulowy(grawitacyjny) a równolegle do niego w obiegu pompki również został zamontowany zawór zwrotny. Z uwagi na stary sterownik który obsługiwał tylko jedną pompkę, nie pozostało mi nic tylko podłączyć nowe pompki na sztywno do kontaktu. Oczywiście zabieg ten był tylko tymczasowy, wszystko grało i ciepło dawało, więc przyszła pora na zaprojektowanie nowego sterownika do pieca.
Po pierwsze założenia:
-prosty w obsłudze ale też i bezobsługowy z uwagi na rodziców.
-sterownie trzema pompkami,
-szereg zabezpieczeń które nie dopuszczą do nadmiernego nagrzania wody w piecu.
-myślałem też nad usprawnieniem samego procesu spalania w piecu, tak aby po rozpaleniu piec sam utrzymywał zadaną temperaturę. Najpierw pomyślałem nad dmuchawą ale zrezygnowałem po prześledzeniu wielu postów na forach o tematyce grzewczej. Postanowiłem oprzeć sterownik na bazie miarkownika ciągu ale sterowanego elektronicznie;)
Piec stary więc, wymagał kilku przeróbek które że tak powiem wypaliły Zostały dorobione nowe drzwiczki do pieca przystosowane do podłączenia dmuchawy lub miarkownika własnego projektu (spawarka TIG, szlifierka kątowa itp.).



Miarkownik oparty na silniku krokowym czteroprzewodowym. Trzy płaskowniki ułożone w literę C, między dwoma równoległymi ośka z pręta gwintowanego M16. Zakończona z dwóch stron otworami montażowymi. Jeden otwór o średnicy wałka silnika krokowego wraz z zębatką. W drugi otwór została włożona tulejka mosiężna. Ze strony tulejki mosiężnej mocowanie wałka wykonane jest za pomocą śrubki wpuszczanej M6 z zakończeniem stożkowym które wchodzi w tuleje umieszczoną w wałku M16. Ośka silnika (wraz z trybem zeszlifowanym na jednym boku) przymocowana jest za pomocą śruby M3, również z zakończeniem stożkowym. Obie śruby stożkowe za kontrowane nakrętkami. Oś(pręt M8) klapki również umieszczona w mosiężnych tulejkach. Jeśli coś nie jasno napisałem to cała konstrukcja wygląda tak jak na zdjęciach poniżej.




Mechanicznie sprawa miarkownika wygląda prosto. Siła elektromotoryczna;) napędza silnik który ciągnie klapkę w górę lub też trzyma w wybranej pozycji, natomiast w dół silnik opuszcza klapkę do pewnego momentu a pod koniec grawitacja robi swoje.
To tyle od strony mechanicznej miarkownika. Poniżej zdjęcie przedstawiające zamontowany miarkownik przy piecu:



Przejdźmy do samego sterownika. Po wstępnej koncepcji przyszedł czas na zrobienie prototypu który był programowany przez długi czas na biurku a następnie przeniesiony do miejsca docelowego.



Gdy już wszystkie części układanki zostały oprogramowane, postanowiłem jakoś to ogarnąć w całość. Przyjąłem że urządzenie będzie składać się z modułów. Każda z części składowych będzie mogła w przyszłości zostać wymieniona lub zmieniona na inną w lepszym wydaniu/wykonaniu.
W skład urządzenia wchodzą:
- moduł zasilania,
- stopień wyjściowy do silnika krokowego,
- moduł przekaźników do sterowania pompkami,
- moduł zabezpieczenia termicznego.
- wyświetlacz alfanumeryczny 4x20
- klawiatura,
- zespół diod,
- buzzer piezoelektryczny.
- oraz mózg oparty na atmega128.

Wszystkie moduły, wyświetlacz, diody sygnalizacyjne oraz klawiatura połączone są za pomocą taśmy 40pinowej ze starych taśm komputerowych ATA.



Z uwagi na sporą ilość prądu pochłanianą przez silnik, mostek oraz stopień wyjściowy sterownika dość intensywnie się nagrzewają, dlatego też postanowiłem zrobić metalową obudowę która będzie dodatkowo oddawała ciepło, a tym samym porządnie wyglądała. Jako materiał przyjąłem tak zwaną kwasówkę a dokładniej blachę o grubości 1mm(panel przedni) oraz 1.5mm(podstawa).








Kolejnym elementem było zaprojektowanie panelu przedniego na którym znalazły się znaczki które jednoznacznie określały znaczenie przycisków oraz diod sygnalizacyjnych. Po wycięciu oraz naklejeniu efekt był naprawdę zadowalający.



Do pełni szczęścia brakowało jeszcze tylko opisów na gniazdach.



W połowie zimy sterownik prototyp został wymieniony na gotowy egzemplarz.



Przejdźmy teraz do oprogramowania bo co tak naprawdę robi sterownik;)
A mianowicie mierzy sobie:
-temperaturę wychodzącą z pieca,
-temperaturę wody w bojlerze,
-temperaturę wychodzącą z zaworu mieszającego trójdrożnego (zasilania podłogówki MIX)
-oraz temperaturę wody powracającej z podłogi.
Wszystkie mierzone wartości umieszczone są na głównym ekranie. Z poziomu ekranu głównego, dostępne przyciski mają następujące znaczenie:



Możemy wyłączyć podłogówkę oraz grzanie grzejników a zostawić tylko bojler(opcja na lato)
W przypadku wyboru wszystkich metod grzania:
Podłogówka włączy się gdy zostania przekroczona temperatura ustawiona w menu. Wyłączy, natomiast gdy temperatura na piecu będzie niższa niż temperatura powracająca z podłogi.
W przypadku bojlera, do wyboru mamy opcje maksymalnej temperatury wody w bojlerze. Woda w bojlerze zacznie się grzać gdy temperatura na piecu będzie większa o 5 niż ta która jest w bojlerze. Grzanie bojlera wyłączy się gdy temperatura na piecu będzie niższa niż temperatura wody w bojlerze. Wszystko to aby temperatura wody krążącej w obiegu grzejników nie wychładzała już nagrzanej wody użytkowej.
Dodatkowo mierzona jest i sprawdzana temperatura wychodząca z zaworu mieszającego dla podłogówki. W przypadku uszkodzenia mieszacza i puszczenia wyższej temperatury na podłogę niż 50 stopni, sterownik automatycznie odłączy pompkę podłogówki aby zapobiec niemiłym konsekwencjom przegrzania podłogi.
Oprócz zabezpieczeń programowych czyli granic temperaturowych, alarmów które są uruchamiane gdy w jakiś sposób np. zostanie przekroczona temperatura maksymalna wody w piecu, uszkodzeniu ulegnie czujnik, nie będzie komunikacji po 1-Wire lub pamięć EEPROM zostanie nadpisana lub uszkodzona przez wyładowania elektrostatyczne albo impulsy Diraca które mogłyby przedostać się do urządzenia przez zasilanie, zostaje jeszcze zabezpieczenie termiczne bimetaliczne(dołączone do rury głównej) które po zadziałaniu, odłącza zasilanie od sterownika oraz w prosty sposób włącza dostępne pompki w celu rozgonienia temperatury. Zabezpieczenie to jest ostatecznością gdy tak naprawdę program zawiedzie, czujniki się zepsują, mostek tranzystorowy H silnika krokowego zostanie zwarty a silnik zatrząśnięty w powietrzu. Cokolwiek by poszło nie tak, gdyby nikt nie usłyszał alarmu lub też nie było nikogo w pobliżu pieca, zabezpieczenie termiczne powinno zadziałać i spełnić swoją role. Również gdy zabraknie napięcia sterowniczego 5V, wtedy też pompki zostaną włączone automatycznie. Wszystkie ustawienia zapisywane są do pamięci EEPROM i wczytywane gdy zajdzie taka potrzeba.
Sporo by pisać o wszystkich czynnościach zawartych w programie, choć w sumie to prosty sterownik;)

Całe menu sterownika wygląda tak:


Co do algorytmów węgiel i drewno, przedstawiają się one mniej więcej tak:


Sterownik pracuje już kilka dobrych miesięcy i jak do tej pory nic nie wybuchło
Mam nadzieje że wyjaśniłem małe co nieco. O resztę pytajcie. Postaram się w miarę możliwości i czasu odpowiedzieć na większość pytań.
Liczę na słowa krytyki oraz z góry przepraszam za ewentualne błędy stylistyczne oraz ortograficzne.
Pozdrawiam,
Mariusz W. (mastermaniek)

P.S. Na koniec jeszcze kilka fotek z wykonanych prac.