專利名稱：壁掛爐三核控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及供熱裝置技術領域，尤其涉及燃氣壁掛爐供熱裝置的控制器。
背景技術：
一個優(yōu)良的控制系統(tǒng)是燃氣壁掛爐安全、高效燃燒運行的有效保證，并對燃氣安全控制、提高壁掛爐燃燒效率、供暖和衛(wèi)浴溫度控制及供暖系統(tǒng)的熱交換效率、用戶操作界面的適應性等都具有重大意義。傳統(tǒng)使用的壁掛爐控制器采用單核(MCU)或雙核(MCU)控制方式，不論是單核或雙核控制，其燃氣安全控制均只由一個MCU獨立完成，此外風機、水泵調(diào)速控制、供暖和衛(wèi)浴溫度控制等也均由同一 MCU負責完成。上述傳統(tǒng)的壁掛爐控制器在其主MCU狀態(tài)失控時會存在安全問題。此外，風機、水泵的調(diào)速控制需與強電進行采樣信號、控制信號隔離，造成過高的硬件開銷、成本增加。此外風機、水泵調(diào)速控制、供暖和衛(wèi)浴溫度控制、操作界面(或含雙核MCU的通訊操作)等也均由同一 MCU負責，因此會造成MCU控制狀態(tài)過于復雜，增大軟件開發(fā)和維護難度。因此有必要改進壁掛爐控制器，對燃氣安全實現(xiàn)MCU冗余控制；對風機、水泵調(diào)速控制、供暖和衛(wèi)浴溫度控制、操作界面等進行模塊控制。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對上述技術問題的不足，旨在提供一種具有燃氣壁掛爐供熱裝置的控制器，使得燃氣控制更安全，風機、水泵調(diào)速更準確，用戶操作界面適應性更廣，產(chǎn)品性價比更高。本實用新型是通過以下技術方案來實現(xiàn)的采用三核(MCU)控制，一是強電控制MCU,負責燃氣閥冗余控制繼電器控制，燃氣點火、檢火控制，風機、水泵的調(diào)速控制，此MCU與弱電主控MCU之間通過隔離通訊方式進行相互的監(jiān)控；二是弱電主控MCU，負責壁掛爐運行狀態(tài)控制、燃氣閥冗余控制繼電器控制、溫度控制，此MCU與強電MCU之間通過隔離通訊方式進行相互的監(jiān)控，還與用戶操作界面MCU進行通訊控制。三是操作界面MCU，負責用戶操作界面的控制。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下一種壁掛爐三核控制器，采用兩路不共地的+5VDC電源供電的三核控制；一是強電控制MCU :其+5VDC由與電網(wǎng)N線相連的浮地電源供電，負責燃氣閥冗余控制繼電器控制，燃氣點火、檢火控制，風機、水泵的調(diào)速控制；二是弱電主控MCU :其由與機殼相連的+5VDC弱電電源供電，負責壁掛爐運行狀態(tài)控制、燃氣閥冗余控制繼電器控制、溫度控制，弱電主控MCU與強電控制MCU之間通過隔離通訊方式進行相互的監(jiān)控，還與用戶操作界面MCU進行通訊控制；三是操作界面MCU :其負責用戶操作界面的控制。其中，兩路完全絕緣隔離的不共地的5VDC電源，與強電N線相連的5VDC使強電控制MCU不需任何隔離成本便可實現(xiàn)點火、檢火、風機、水泵的可控硅驅(qū)動和電流、電壓采樣；與機殼相連的弱電的5VDC則滿足弱電控制MCU和操作界面MCU的弱電安全隔離的要求。其中，操作界面MCU將根據(jù)用戶操作輸入信息形成操控命令發(fā)送給弱電主控MCU，同時接收由弱電主控MCU發(fā)來的壁掛爐運行的狀態(tài)信息。其中，交流220V電源經(jīng)限流電阻和二極管整流后對點火儲能電容充電，強電控制MCU根據(jù)儲能電容充電時間控制單向可控制硅觸發(fā)放電，觸發(fā)放電得到的高壓脈沖經(jīng)高壓脈沖變壓器升壓后經(jīng)點火電針進行放電點火。上述壁掛爐三核控制器包括電源、強電控制MCU，點火、檢火，風機、水泵控制，燃氣截止閥的繼電器控制，不同電源之間的通訊信號的光電耦合隔離，弱電主控MCU，各種開關狀態(tài)、壓力、流量檢測，三通閥控制，燃氣比例閥控制，房間溫控器；用戶操作界面MCU。下面對以上技術方案作進一步闡述電源作為三核(MCU)控制器的電源系統(tǒng)，為了方便與電網(wǎng)強電相關的點火、檢火、風機、水泵等控制，因此產(chǎn)生一路與交流電源N線相連的浮地5VDC，供強電控制MCU用；另外為三組輸出分別為24VDC、12VDC,5VDC弱電電源，其地與大地相連。供弱電主控MCU、用戶操作界面MCU及相關的外部電路用。強電控制MCU:負責點火、檢火、風機、水泵控制，燃氣截止閥的繼電器通斷控制，其運行受弱電主控MCU的命令控制，同時向弱電主控MCU反饋運行狀態(tài)信息。此外監(jiān)控制弱電主控MCU是否工作正常，若異常，即時關燃氣截止閥控制繼電器的電源。弱電主控MCU :負責壁掛爐運行狀態(tài)控制。按用戶控制界面或房間溫控器設定的運行指令，并根據(jù)壁掛爐衛(wèi)浴水或供暖需求狀況，進行狀態(tài)切換并向強電控制MCU發(fā)出點火燃燒指令，同時開通燃氣截止閥控制繼電器。點火成功后按用戶設定的溫度進行燃氣比例閥調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)精確恒溫控制。操作界面MCU :負責壁掛爐用戶操作面板的信息鍵入、顯示。如設定、顯示壁掛爐的工作狀態(tài)，衛(wèi)浴水或供暖水溫度，編程運行等。相關信息均通過通訊方式與弱電主控MCU進行交換。電源安全隔離由于強電控制MCU與弱電主控MCU各自使用不同的5VDC電源地系統(tǒng)，因此強電控制MCU與弱電主控MCU的UART通訊采用光電耦合器進行隔離。本實用新型的有益效果在于其一、本實用新型的電源采用兩路不同地的5VDC，與強電N線相連的5VDC使強電控制MCU不需任何隔離成本便可實現(xiàn)點火、檢火、風機、水泵的可控硅驅(qū)動和電流、電壓采樣；弱電的24VDC、12VDC、5VDC則滿足弱電安全隔離的要求；其二、本實用新型采用三個獨立的MCU控制模塊構(gòu)，使得1、風機恒功率調(diào)速控制，使得壁掛爐燃氣燃燒氣量所需的風量控制更精確，提高了燃燒效率；2、水泵恒功率調(diào)速控制，對供暖系統(tǒng)的二次熱交換效率的提高得到更好的控制方法；3結(jié)構(gòu)簡潔，方便不同用戶的功能擴展和變更；4、強電控制MCU可直接對其強電控制對象進行控制，節(jié)省大量的隔離成本，只需增加的僅是通訊信號隔離的兩個普通光耦的成本；5、獨立的操作界面MCU方便用戶實現(xiàn)各種界面(如數(shù)碼管、LCD、彩屏、TFT屏，普通鍵、觸摸鍵、觸摸屏等)信息的操控要求；6、降低了軟件結(jié)構(gòu)的復雜性，減少軟件開發(fā)和維護的難度；其三、本實用新型在燃氣截止閥的控制上采用雙路不同的電源、MCU和繼電器驅(qū)動，實現(xiàn)容錯控制，進一步提高了燃氣安全控制等級；其四、點火控制采用MCU控制可控硅直接觸發(fā)點火儲能電容，將點火開通控制與點火脈沖的觸發(fā)控制二合一，節(jié)省了成本。
本實用新型壁掛爐三核控制器由以下的實施例及附圖給出。圖1為傳統(tǒng)壁掛爐控制器電源部分；圖2為傳統(tǒng)壁掛爐控制器整體結(jié)構(gòu)框圖圖3為傳統(tǒng)壁掛爐控制器溫度采樣框圖；圖4為傳統(tǒng)壁掛爐控制器安全開關采樣框圖；圖5a為傳統(tǒng)壁掛爐控制器火焰電流采樣的火焰檢測交流回路框圖；圖5b為傳統(tǒng)壁掛爐控制器火焰電流采樣的火焰檢測直流回路框圖；圖6為傳統(tǒng)壁掛爐控制器水流頻率采樣框圖；圖7為傳統(tǒng)壁掛爐控制器開關信號輸出框圖；圖8a為傳統(tǒng)壁掛爐控制器氣閥輸出的氣閥驅(qū)動弱點部分框圖；圖Sb為傳統(tǒng)壁掛爐控制器氣閥輸出的氣閥驅(qū)動強點部分框圖；圖9為傳統(tǒng)壁掛爐控制器比例閥輸出框圖；圖10為根據(jù)本實用新型的壁掛爐三核控制器的電源方框示意圖；圖11為根據(jù)本實用新型的壁掛爐三核控制器的整體結(jié)構(gòu)連接方框示意圖；圖12為根據(jù)本實用新型的壁掛爐三核控制器的整體控制框圖；圖13為根據(jù)本實用新型的壁掛爐三核控制器的截止閥控制方框示意圖；圖14為根據(jù)本實用新型的壁掛爐三核控制器的點火電路方框示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明參照圖10所示，壁掛爐三核控制器所用電源采用開關電源結(jié)構(gòu)，但其特點在于有兩組完全絕緣隔離、不共地的電源輸出，除一組與機殼(大地)共地的弱電電路所需的+24VDC、+12VDC、+5VDC外(其中+5VDC供弱電主控MCU和操作界面MCU使用);還有一組與弱電直流電源不同地的+5VDC，此組電源的+5VDC輸出與強電的N線相連，電源地浮空，供強電控制MCU使用。使得強電控制MCU可直接對風機、水泵電機的工作電壓、電流采用取樣電阻進行取樣，對電機驅(qū)動控制的雙向可控硅進行直接驅(qū)動，可對點火觸發(fā)可控硅直接觸發(fā)驅(qū)動，可對火焰離子電流直接采樣檢測。參照圖11所示，壁掛爐三核控制器劃分為三個獨立MCU的控制模塊，每個MCU通過UART通訊方式連接。強電控制MCU與弱電主控MCU由于各自使用不同5VDC電源地，因此使用兩個普通的光耦進行通訊信號隔離；弱電主控MCU與操作界面MCU使用同一路5VDC，但通訊距離較遠，因而弱電主控MCU的RX端采用第一 RC濾波，操作界面MCU的RX端采用第二 RC濾波。參照圖12所示，壁掛爐三核控制器整體控制由三大模塊組成1、強電控制模塊包括強電控制MCU、點火電路、檢火電路、風機驅(qū)動控制、水泵驅(qū)動控制、燃氣截止閥容錯控制的第一繼電器A驅(qū)動。此控制模塊受弱電主控MCU的通訊協(xié)議命令控制，并向弱電主控MCU反饋燃氣截止閥驅(qū)動狀態(tài)、火焰狀態(tài)、風機、水泵電機運行狀態(tài)、電網(wǎng)電壓等信息。此模塊接到弱電主控MCU發(fā)來的相關工作命令后，啟動風機或水泵，風機、水泵的驅(qū)動采用可控硅進行電壓調(diào)壓驅(qū)動，同時風機或水泵電機的工作電壓、電流進行電阻采樣、放大后由強電控制MCU的AD采樣得到，風機、水泵的運行按弱電主控MCU發(fā)來的目標功率值進行恒功率控制。啟動點火電路，開啟燃氣截止閥的繼電器驅(qū)動。檢火電路對火焰離子電流進行檢測。強電控制模塊工作過程中，若有異常，則進入異常處理并向主控MCU發(fā)送異常狀態(tài)信息。2、弱電控制模塊包括弱電主控MCU、溫度采樣、開關狀態(tài)(供暖水壓、風壓、過熱溫控、狀態(tài)選擇等)、衛(wèi)浴水流量、三通閥控制、房間溫控器、燃氣比例閥控制、燃氣截止閥容錯控制的第二繼電器B驅(qū)動，接收操作界面發(fā)來的操控命令，向強電控制模塊發(fā)送工作運行命令，接收強電控制模塊的運行狀態(tài)信息，向操作界面模塊發(fā)送壁掛爐的運行狀態(tài)信息。此模塊負主控責任根據(jù)操作面板設定的工作信息、結(jié)合壁掛爐的溫度、水壓或流量等狀態(tài)，啟動或停止壁掛爐的燃燒工作運行。當進入啟動燃燒運行狀態(tài)時弱電主控MCU向強電控制MCU發(fā)出啟動燃燒命令，同時開啟燃氣截止閥容錯控制的第二繼電器B驅(qū)動，強電控制模塊成功啟動點火后向弱電主控MCU發(fā)送點火成功信息。此時弱電控制模塊進入正常燃燒控制狀態(tài)弱電主控MCU根據(jù)目標溫度的控制需求，不斷地對控制水溫進行溫度采樣檢測，然后按PID控制算法要求調(diào)節(jié)燃氣比例閥的輸出電流(相應是燃氣氣量)，并將此燃氣氣量對應所需的空氣氣量值(相應風機運行功率值)發(fā)送給強電控制MCU(由強電模塊實現(xiàn)風機的恒功率調(diào)節(jié))，從而實現(xiàn)最佳的燃氣空氣量配比燃燒，提高了燃燒效率。此外弱電主控MCU根據(jù)衛(wèi)浴或供暖的狀態(tài)要求，進行三通閥切換驅(qū)動控制。3、用戶操作界面控制模塊包括操作界面MCU、顯示界面、按鍵輸入。顯示界面可以是LED數(shù)碼管、LCD屏、LED彩屏、TFT屏；按鍵輸入可以是開關鍵、觸摸按鍵、或觸摸屏輸入，操作界面MCU根據(jù)用戶操作輸入信息形成操控命令，向弱電主控MCU發(fā)送，同時接收由弱電主控MCU發(fā)來的壁掛爐運行的狀態(tài)信息，并將這此信息顯示在顯示界面上。參照圖13所示，截止閥采用容錯控制技術燃氣截止閥采用雙繼電器控制，由與N線相連的+5VDC電源供電的強電控制MCU輸出控制第一繼電器A，由弱電+5VDC電源供電的弱電主控MCU輸出控制第二繼電器B。強電控制MCU與弱電主控MCU之間通過光耦隔離的通訊聯(lián)絡進行MCU是否運行正常的相互監(jiān)控，若有異常，則立即切斷繼電器驅(qū)動。此外，強電控制MCU同時對繼電器的通斷狀態(tài)進行檢測監(jiān)控，若異常則自行切斷第一繼電器A驅(qū)動，或通知弱電主控MCU切斷第二繼電器B驅(qū)動。提高了安全等級。參照圖14所示，點火電路采用控制采用MCU控制可控硅直接觸發(fā)點火儲能電容方式交流220V電源經(jīng)限流電阻R和二極管整流后對點火儲能電容C充電，強電控制MCU根據(jù)儲能電容C充電時間控制單向可控制硅SCR觸發(fā)放電，此高壓脈沖經(jīng)高壓脈沖變壓器升壓后經(jīng)點火電針進行放電點火，將點火開通控制與點火脈沖的觸發(fā)控制二合一，節(jié)省了成本。根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本實用新型所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當?shù)淖兏托薷摹Ｒ虼?，本實用新型并不局限于上面揭示和描述?b>具體實施方式
，對本實用新型的一些修改和變更也應當落入本實用新型的權利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本實用新型構(gòu)成任何限制。
權利要求1.壁掛爐三核控制器，其特征在于采用兩路不共地的+5VDC電源供電的三核控制；一是強電控制MCU :其+5VDC由與電網(wǎng)N線相連的浮地電源供電，負責燃氣閥冗余控制繼電器控制，燃氣點火、檢火控制，風機、水泵的調(diào)速控制；二是弱電主控MCU :其由與機殼相連的 +5VDC弱電電源供電，負責壁掛爐運行狀態(tài)控制、燃氣閥冗余控制繼電器控制、溫度控制，弱電主控MCU與強電控制MCU之間通過隔離通訊方式進行相互的監(jiān)控，還與用戶操作界面MCU 進行通訊控制；三是操作界面MCU :其負責用戶操作界面的控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的壁掛爐三核控制器，其特征在于兩路完全絕緣隔離的不共地的5VDC電源，與強電N線相連的5VDC使強電控制MCU不需任何隔離成本便可實現(xiàn)點火、 檢火、風機、水泵的可控硅驅(qū)動和電流、電壓采樣；與機殼相連的弱電的5VDC則滿足弱電控制MCU和操作界面MCU的弱電安全隔離的要求。
3.根據(jù)權利要求1所述的壁掛爐三核控制器，其特征在于操作界面MCU將根據(jù)用戶操作輸入信息形成操控命令發(fā)送給弱電主控MCU，同時接收由弱電主控 MCU發(fā)來的壁掛爐運行的狀態(tài)信息。
4.根據(jù)權利要求1所述的壁掛爐三核控制器，其特征在于交流220V電源經(jīng)限流電阻和二極管整流后對點火儲能電容充電，強電控制MCU根據(jù)儲能電容充電時間控制單向可控制硅觸發(fā)放電，觸發(fā)放電得到的高壓脈沖經(jīng)高壓脈沖變壓器升壓后經(jīng)點火電針進行放電點火。
專利摘要本實用新型公布了一種壁掛爐三核控制器，涉及供熱裝置技術領域，尤其涉及壁掛爐供熱裝置的控制器。包括電源、強電控制MCU，點火、檢火，風機、水泵控制，燃氣截止閥的繼電器控制，通訊信號的光電耦合隔離，弱電主控MCU，各種開關狀態(tài)、壓力、流量檢測，三通閥控制，燃氣比例閥控制，房間溫控器，用戶操作界面MCU。本實用新型的有益效果在于強、弱電控制電源及MCU分離，燃氣閥截止閥冗余控制，風機、水泵調(diào)速控制，提高了壁掛爐的燃燒效率、供暖熱交換效率和安全等級；獨立的強電控制模塊方式降低了強電驅(qū)動成本；獨立的用戶操作界面模塊為用戶操控功能的擴展的維護提供了方便。
文檔編號F24D19/10GK202835554SQ20122007889
公開日2013年3月27日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權日2012年3月5日
發(fā)明者蘇菠 申請人:深圳市合信達控制系統(tǒng)有限公司