Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10755
(13) U
(46) 2015.08.30
(51) МПК
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
G 01D 3/00 (2006.01)
(54) КОНТРОЛЛЕР УПРАВЛЕНИЯ ГЕЛИОСИСТЕМОЙ
(21) Номер заявки: u 20150032
(22) 2015.01.29
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Конструкторское бюро
"Дисплей" (BY)
(72) Авторы: Войтенков Александр Сергее-
вич; Вильчиков Сергей Иванович; Да-
нилов Евгений Сергеевич (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акцио-
нерное общество "Конструкторское
бюро "Дисплей" (BY)
(57)
Контроллер управления гелиосистемой, включающий электронный блок с термодат-
чиками и индикатором функций и рабочих параметров гелиосистемы, исполнительные
элементы, отличающийся тем, что электронный блок содержит компараторы напряже-
ний, индикатором функций и рабочих параметров является элемент светового отображе-
ния, а исполнительные элементы включают в себя реле и дополнительно транзисторные
ключи.
(56)
1. http://www.bosch-climate.ru/bosch-products/controls-and-modules.
Фиг. 1
BY10755U2015.08.30

2. BY 10755 U 2015.08.30
2
Полезная модель относится к области автоматизированных систем управления рабо-
той циркуляционных насосов и электрического нагревателя в системе горячего водоснаб-
жения на базе солнечных коллекторов.
Из существующего уровня техники общеизвестны контроллеры управления гелиоси-
стемой на базе микроконтроллеров, которые измеряют температуру аналоговыми или
цифровыми датчиками и выводят измеренные значения на экран ЖК-индикатора.
Наиболее близкими к заявленному техническому решению являются контроллеры не-
мецкой фирмы Bosch, Viessmann (Vitosolic 100), китайского производства SR530C8 и
CR728C. Все эти контроллеры обеспечивают измерение температуры тремя либо четырь-
мя датчиками в различных точках гелиосистемы, индикацию температуры на экране ЖК-
индикатора и управление электрооборудованием гелиосистем.
За прототип принят терморегулятор для гелиосистемы (контроллер) немецкой фирмы
Bosch, модель B-sol 100, включающий электронный блок с микроконтроллером, термо-
датчиками и индикатор функций и рабочих параметров гелиосистемы, исполнительные
элементы в виде реле [1].
Недостатками вышеуказанного технического решения являются:
необходимость в разработке собственного программного обеспечения контроллера;
чрезмерная и не всегда оправданная для обычного потребителя сложность конструк-
ции, так как контроллер располагается в закрытом шкафу электрических соединений и
ЖК-индикатор виден только при открытии двери шкафа;
низкая надежность и помехоустойчивость, на длинные провода датчиков температуры
наводятся помехи, приводящие к сбоям микроконтроллера;
относительно высокая себестоимость.
Задачей предлагаемой полезной модели является снижение себестоимости контролле-
ра, упрощение конструкции, повышение надежности и помехоустойчивости.
Данная задача решается за счет того, что в контроллере управления гелиосистемой,
включающем электронный блок с термодатчиками и индикатор функций и рабочих пара-
метров гелиосистемы, исполнительные элементы, электронный блок содержит компарато-
ры напряжений, индикатором функций и рабочих параметров является элемент светового
отображения, а исполнительные элементы включают в себя реле и дополнительно транзи-
сторные ключи.
За счет того, что микроконтроллер в известном техническом решении заменен на ком-
параторы, нет необходимости в разработке собственного программного обеспечения кон-
троллера, что снижает себестоимость и повышает надежность. Компараторы менее
чувствительны к помехам, наводимым на провода термодатчиков, что повышает помехо-
устойчивость устройства.
Омическое сопротивление датчиков с достаточно высокой линейностью зависит от
температуры, что вызывает изменение падения напряжения на датчиках. Это падение на-
пряжения анализируется компараторами, которые настроены на необходимый порог сра-
батывания. Компараторы управляют включением/выключением реле через транзисторные
ключи, управляющих включением/выключением насосов и ТЭН. Таким образом, предла-
гаемая полезная модель полностью обеспечивает выполнение всех функций автоматиче-
ского управления гелиосистемой.
Индикация функций и рабочих параметров насосов и ТЭН элементами светового ото-
бражения (например, светодиодами) вместо ЖК-индикатора повышает надежность кон-
троллера, помехоустойчивость, упрощает его конструкцию, понижает себестоимость.
Исполнительные элементы реализованы через реле и дополнительно транзисторные
ключи. Это позволяет использовать элемент управления (в данном случае компараторы) с
низкой нагрузочной характеристикой контактов.
Конструкция полезной модели поясняется:
фиг. 1, 2 - общий вид контроллера;

3. BY 10755 U 2015.08.30
3
фиг. 3 - схема подключения контроллера;
фиг. 4 - структурная схема контроллера;
фиг. 5 - блок питания контроллера.
Контроллер управления гелиосистемой (фиг. 1, 2) имеет законченную конструкцию и
состоит из пластмассового корпуса 1, на который установлен электронный блок 2. На
электронном блоке 2 установлены компараторы 3 и транзисторные ключи (на фигурах не
показаны). Защелка 4 позволяет фиксировать контроллер на стандартной 35 мм DIN-рейке
при его установке. На электронном блоке установлены клеммы-соединители 5 для под-
ключения термодатчиков, циркуляционных насосов и пускателя ТЭН.
В верхней части корпуса установлены элементы светового отображения 6 (5 шт.),
дающие информацию о текущем состоянии гелиосистемы:
ON (подключение контроллера к питающей сети);
P-ON (насос включен);
ТЭН-ON (ТЭН включен);
Т3 > 85 °С (аварийный режим бака-аккумулятора);
Т1 > 125 °С (аварийный режим гелиоколлектора).
Схема подключения контроллера управления приведена на фиг. 3.
К контактам 1 и 2 подключается циркуляционный насос M1, к контактам 3 и 4 под-
ключается пускатель ТЭН, к контактам 5 и 6 – питающее напряжение Uпитания, к контактам
7 и 8, 9 и 10, 11 и 12 подключаются термодатчики Т1, Т2, Т3 соответственно, где:
Т1 - термодатчик теплоносителя первого контура (в солнечном коллекторе);
Т2 - термодатчик воды внизу бака-аккумулятора (холодная вода);
Т3 - термодатчик воды в верхней части бака-аккумулятора.
Структурная схема контроллера управления гелиосистемой с блоком питания приве-
дена на фиг. 4, 5.
Контроллер управления гелиосистемой предназначен для организации передачи сол-
нечной энергии воде в баке-аккумуляторе путем циркуляции теплоносителя насосом Ml в
гелиоконтуре.
Контроллер работает следующим образом.
Питающее напряжение Uпитания поступает на блок питания UG1. Термодатчики Т1, Т2,
Т3 на базе терморезисторов Pt100 выдают напряжение, пропорциональное температуре.
На циркуляционный насос гелиоконтура M1 подается напряжение питания Uпитания че-
рез контакты реле К1. Реле включается транзисторным ключом VT1, открывающимся при
соблюдении следующих условий: температура термодатчика гелиоколлектора Т1 меньше
125 °С, разница температур термодатчиков Т1 в гелиоколлекторе и Т2 в баке-аккуму-
ляторе больше 8 °С, температура термодатчика Т3 в баке-аккумуляторе меньше 85 °С.
Управление открытием транзисторного ключа VT1 осуществляется через логический
элемент И (&). При наличии на всех входах логического элемента И (&) (а значит, на вы-
ходах компараторов DA1, DA2, DA3) положительного потенциала открывается транзи-
сторный ключ VT1.
Компаратором DA1 производится контроль температуры гелиоколлектора. Компара-
тор DA1 сравнивает напряжение на термодатчике Т1 с напряжением, установленным де-
лителем напряжений R1/R2. При превышении температуры термодатчика Т1 значения
125 °С на выходе компаратора DA1 появляется нулевой потенциал, циркуляционный
насос выключается. Гистерезис включения циркуляционного насоса обеспечивается от-
ношением сопротивлений резисторов R8 и R2. Включение циркуляционного насоса про-
исходит при температуре термодатчика Т1, равной 120 °С.
Компаратором DA2 отслеживается разница температур термодатчиков T1 в коллекто-
ре и Т2 в баке-аккумуляторе. При превышении разницы температур термодатчиков Т1 и
Т2 значения 8 °С на выходе компаратора появляется положительный потенциал, циркуляци-
онный насос включается. Гистерезис выключения циркуляционного насоса обеспечивается

4. BY 10755 U 2015.08.30
4
отношением сопротивлений резисторов R9 и R3. Выключение циркуляционного насоса
происходит при значении разницы температур термодатчиков Т1 и Т2 ниже 4 °С.
Компаратором DA3 производится контроль температуры бака-аккумулятора. Компа-
ратор DA3 сравнивает напряжение на термодатчике Т3 с напряжением, установленным
делителем напряжений R4/R5. При превышении температуры термодатчика Т3 значения
85 °С на выходе компаратора DA3 появляется нулевой потенциал, циркуляционный насос
выключается. Гистерезис включения циркуляционного насоса обеспечивается отношени-
ем сопротивлений резисторов R10 и R5. Включение циркуляционного насоса происходит
при температуре термодатчика Т3, равной 80 °С.
Компаратором DA4 производится включение ТЭН ЕК1 при падении температуры
термодатчика Т2 ниже 5 °С (для недопущения замерзания бака-аккумулятора). Компара-
тор DA4 сравнивает напряжение на термодатчике Т2 с напряжением, установленным де-
лителем напряжений R6/R7. При значении температуры термодатчика Т2 ниже 5 °С на
выходе компаратора появляется положительный потенциал, открывающий транзисторный
ключ VT2, и, соответственно, включает реле К2. При этом через замкнутые контакты реле
протекает питающее напряжение на ТЭН ЕК1. Гистерезис выключения ТЭН обеспечива-
ется отношением сопротивлений резисторов R11 и R7. Выключение ТЭН происходит при
температуре термодатчика Т2 выше 8 °С.
Пример конкретного выполнения контроллера управления гелиосистемой.
Контроллер обеспечивает работу системы в комплекте с тремя термодатчиками типа
Pt100 и производит анализ температуры каждого датчика.
Контроллер отслеживает температуру термодатчиков Т1, Т2, Т3 и определяет разницу
температур термодатчиков Т1 и Т2 - ∆Т.
∆T устанавливается при настройке контроллера в пределах 6-8 °С.
Если ∆Т больше установленного порога, то включается циркуляционный насос M1.
Если ∆Т уменьшается более, чем вдвое от установленного порога, то циркуляционный на-
сос M1 отключается.
При превышении температуры термодатчика Т1 значения 125 °С циркуляционный на-
сос M1 отключается независимо от значения ∆Т.
При превышении температуры термодатчика Т3 значения 80-85 °С циркуляционный
насос M1 отключается независимо от значения ∆Т и температуры термодатчика Т2.
Температура термодатчика Т2 управляет работой ТЭН: если значение ∆Т больше по-
рогового, то ТЭН не включаются вне зависимости от значения температуры термодатчика
Т2, если ∆Т меньше порогового, то ТЭН включаются при температуре термодатчика Т2
меньше 5 °С и выключаются при температуре термодатчика Т4 больше 8 °С.
Текущая информация состояния контроллера отображается пятью световыми индика-
торами.
Контроллер питается от однофазной сети переменного тока напряжением 220В ± 10 %
частотой 50 Гц и потребляет от сети не более 1 Вт, без учета потребления электроэнергии
насосами и ТЭН.
Режим работы контроллера - продолжительный.
Контроллер устанавливается на 35 мм DIN-рейку.
Степень защиты корпуса IP-20.
Линия связи контроллера с каждым термодатчиком - витая пара проводов сечением не
менее 0,75 м2
, длиной не более 25 м.
Контроллер сохраняет работоспособность в температурном диапазоне от -10 °С до
+50 °С.
Контроллер устойчив к воздействию повышенной влажности воздуха до 98 % при
25 °С.
Максимально допустимая коммутируемая мощность по цепям управления насосом и
ТЭН не более 500 Вт при активной нагрузке.

5. BY 10755 U 2015.08.30
5
Полезная модель опробована в лабораторных условиях ОАО "Конструкторское бюро
"Дисплей" Республика Беларусь, г. Витебск и выполняет все предъявленные к ней требо-
вания по управлению гелиосистемой.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет обеспечить
выполнение основных функций управления гелиосистемой при существенно меньшей се-
бестоимости изделия; контроллер обладает упрощенной конструкцией и увеличенной на-
дежностью, сниженными габаритными размерами, весом и потребляемой мощностью,
повышенной помехоустойчивостью. Отсутствует необходимость разработки программно-
го обеспечения.
Фиг. 2
Фиг. 3

6. BY 10755 U 2015.08.30
6
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.