РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОНИКИ

Трехканальный терморегулятор с платиновыми датчиками

Вашему вниманию предлагается еще одна разработка электроники на тему регулирования температуры в сложных климатических условиях. Терморегулятор оснащен высоконадежными платиновыми датчиками температуры типа Pt100 и Pt200. Это точные датчики резистивного типа, изменяющие свое сопротивление в зависимости от температуры. Отличаются высокой надежностью и отказоустойчивостью, не боятся статического электричества, выбросов напряжения, мощных магнитных полей, короткого замыкания и т.п.

 

 

Практика применения цифровых датчиков Dallas DS18S20 и DS18B20 однозначно показывает, что в жестких промышленных условиях эксплуатации они выходят из строя за весьма короткий срок, поэтому применение довольно дорогих платиновых датчиков оказывается экономически целесообразным, а с точки зрения надежности и безопасности – хорошим выбором.

 

 

Терморегулятор имеет цифровой светодиодный дисплей, содержащий три разряда. Выбор светодиодного дисплея обусловлен требованием возможности эксплуатации при температуре окружающего воздуха до -50°C. Светящиеся цифры хорошо видны даже при недостаточном освещении, это следует учитывать при установке в щитах и прочих местах с недостатком освещения.

 

Терморегулятор питается от сети ~220V через встроенный трансформаторный блок питания и управляет нагревателем мощностью до 2200W (ток до 10A) при установке штатного электромагнитного реле. Опционально возможно подключение твердотельного реле. В последнем случае мощность нагревателя может соответствовать допустимой мощности коммутации для используемого твердотельного реле.

 

Принципиальная схема трехканального терморегулятора с платиновыми датчиками температуры

 

 

Разработка электронного устройства выполнена на микроконтроллере ATxmega32A4U-AU. Для питания схемы применен импульсный преобразователь напряжения на микросхеме LM2575S-3.3. В качестве аналого-цифровых преобразователей для платиновых датчиков температуры использованы три микросхемы АЦП AD7792. Данный терморегулятор предназначен для эксплуатации в промышленных условиях. С целью обеспечения требований ГОСТ по взрывобезопасности, а также для увеличения долговечности, надежности и стабильности работы схемы, в терморегуляторе применяется гальваническая развязка схемы датчиков от управляющего микроконтроллера посредством использования микросхем ADUM1401, ADUM1200, H11L1 и преобразователя питания PSD-3R305ELF.

 

Управление терморегулятором

 

Для выполнения настроек и переключения режимов на приборе используется клавиатура из 3-х кнопок, имеющих надписи [F1], [F2], [F3]. Кнопки подключаются к печатной плате посредством нажимных клемм. Управление следующее:

• Нажатие [F1] – индикация для 1-го датчика;
• Нажатие [F2] – индикация для 2-го датчика;
• Нажатие [F3] – индикация для 3-го датчика;
• Вход в настройки 1-го датчика – удержание в течение 3 сек. кнопки [F1];
• Вход в настройки 2-го датчика – удержание в течение 3 сек. кнопки [F2];
• Вход в настройки 3-го датчика – удержание в течение 3 сек. кнопки [F3].

 

Терморегулятор имеет три датчика температуры, то есть три канала регулировки, работающие на одно выходное электромагнитное (или твердотельное) реле, управляющее нагревателем. Терморегулятор позволяет задавать поддерживаемую температуру и гистерезис переключения отдельно для каждого канала. В меню настроек имеется режим корректировки показаний температуры для каждого датчика отдельно. Все три датчика включаются и выключаются раздельно из режима настроек. Выключенный датчик не оказывает влияния на работу терморегулятора. Логика работы терморегулятора следующая. Переход температуры всех включенных датчиков через нижнюю границу гистерезиса вызывает включение реле. Если хотя бы один включенный датчик перешел верхнюю границу гистерезиса, то реле выключено.

 

Для первого канала с датчиком Pt100 температура может задаваться в пределах в пределах от -55°C до +450°C. Для второго и третьего канала с датчиками Pt200 температура может задаваться в пределах в пределах от -55°C до +950°C.

 

Гистерезис для каждого канала задается в пределах от 0°C до 20°C. Если значение заданной температуры X, то значение гистерезиса Y устанавливает верхнюю границу срабатывания в виде X+Y, а нижнюю границу устанавливает в виде X-Y;

 

Индикация температуры, настроек и состояния на дисплее в рабочем режиме

 

Далее приведен цикл индикации данных для любого выбранного датчика (канала), все данные из списка ниже показываются на дисплее последовательно по 1 секунде:

 

• Текущая температура датчика. На дисплее показания температуры: от [-55] до [450] (или до [950] для 2-го и 3-го канала);

• Состояние реле нагревателя (включено или выключено). На дисплее: [On] или [OFF];

• Гистерезис. На дисплее: [hXX], где XX - значение гистерезиса в градусах Цельсия;

• Неисправность датчика. Отсутствие (обрыв или техническая неисправность) включенного датчика считается ошибкой, индицируется неисправность. На индикаторе вместо температуры появляется надпись «Err» (Error - ошибка) для соответствующего канала, если он выбран для текущего показа.

 

Меню настроек терморегулятора

 

Доступны для изменения следующие параметры:

• d-X, где X может быть 0 или 1, что соответствует выключенному и включенному каналу. При отсутствии или неисправности датчика температуры устройство автоматически выключает соответствующий канал, то есть автоматически устанавливается параметр d-0. Включается канал только вручную, установкой параметра d-1;
• hXX, где XX может принимать значения от 0 до 20. Этот параметр определяет гистерезис для текущего канала. Если значение заданной температуры X, то значение гистерезиса Y устанавливает верхнюю границу срабатывания в виде X+Y, а нижнюю границу устанавливает в виде X-Y;
• С-X, где X – корректирующая величина для датчика температуры текущего канала. Может принимать значения от -9 до +9 градусов;
• Заданная температура для текущего канала. Может принимать значения: от -55°С до +450°С для канала N1, от -55°С до +950°С для каналов N2 и N3. Автоматически проверяется выбранный гистерезис и ограничивается возможность установки запредельного значения поддерживаемой температуры.

 

Все установленные значения настроек запоминаются в энергонезависимой памяти и сохраняются даже при долговременном отключении питания устройства.

 

Дополнительные функции и особенности терморегулятора

 

Принудительно включить реле можно нажатием и удержанием клавиш F2+F3. Сначала нажимается F2, удерживается, нажимается F3, и клавиши удерживаются вместе до включения реле (на дисплее появится надпись «On»). Выход из этого режима осуществляется нажатием любой клавиши.

 

У терморегулятора имеется контрольный вход «токовая петля» (контрольный ток 20mA). При возникшем обрыве провода петли, нагреватель выключается и остается выключенным в любом случае. На индикаторе показывается только «OFF» до восстановления токовой петли.

 

Значения температуры в данном терморегуляторе во всех режимах работы и в любых настройках используются и индицируются с точностью 1°С.

 

Проект N46. Разработку электроники для электронного регулятора температуры (термостата), предназначенного для промышленного применения, выполнил Александр Петрович Протопопов, г. Москва, сайт автора: https://razrabotka.pro.