Автомат управления бойлером Ariston. Экономим электроэнергию и ресурс котла

Задумался я над вопросом, отключать или не отключать бойлер периодически?
Одно из множества прочитанных мнений мне показалось очень правильным:

Для проверки идеи на практике и был создан описываемый прибор. Он предназначен для автоматического управления включением и отключением нагревателя бойлера в заранее установленное время. Этим достигается экономия электроэнергии и уменьшение накипи на ТЭНе.
При необходимости бойлер можно включить принудительно. У меня автомат работает в паре с водонагревателем Ariston.

↑ Схема автомата управления бойлером

Прибор представляет собой часы реального времени на микросхеме PCF8563 и микроконтроллер PIC16F676, управляющий реле включения нагревателя.

На микроконтроллер поступает сигнал с датчика тока, протекающего через нагреватель. Для работы часов при пропадании питания предназначен ионистор, который поддерживает работу часов довольно длительное время (более 12 часов).

Питается устройство от импульсного источника питания на микросхеме LNK306PN. Источник питания имеет очень малое потребление тока в режиме ожидания и допускает круглосуточную работу.

↑ Режимы работы

• Автоматический режим нормальный, основной режим, обеспечивает включение по заранее установленному времени, 6 значений. Предустановки по умолчанию: 5:00, 10:30, 16:30.
• Режим принудительного (ручного) включения нагрева кнопкой на 30 минут.
• Режим отключения.

Графический алгоритм работы прибора приведен ниже.


Программа написана на языке Си, снабжена достаточным количеством комментариев и откомпилирована в «mikroC for PIC». Применённый микроконтроллер PIC16F676 имеет память всего 1 Kб, чего оказалось недостаточно. Поэтому пришлось некоторые функции сократить до минимума. Например, задание времён включения бойлера можно делать только в исходном коде, а затем компилировать прошивку. У меня за всё время эксплуатации изменять значения по умолчанию или добавлять значения времени не потребовалось.

На плату выведены выводы микроконтроллера для внутрисхемного программирования.

↑ Управление прибором и индикация

Управление производится всего одной кнопкой. Для ввода в эксплуатацию прибора и первоначальной установки точного времени необходимо в 12:00 местного времени на отключенном от сети устройстве удерживать нажатую кнопку, включить сеть и дождаться погасания светодиодов (2 секунды). При этом часы реального времени установятся на 12:00.

Длительное нажатие кнопки (~ 5 с.) приводит к переходу прибора в режим отключения, когда нагрузка и сам автомат полностью отключены. Мигает желтый светодиод (редкие вспышки). Вывод из этого режима производиться коротким нажатием кнопки.

При работе прибора короткое (~ 1 с.) нажатие кнопки выводит прибор из режима ожидания и переводит в автоматический режим включения нагревателя по заранее установленному времени.

В автоматическом режиме (горит желтый светодиод), при совпадении текущего времени с предустановленным, бойлер включается (синий, затем красный светодиоды). Выключается нагрев термостатом бойлера.

В автоматическом режиме короткое нажатие кнопки включает режим принудительного нагрева на 30 минут. При этом загораются одновременно синий и красный светодиоды, и на бойлер поступает напряжение. Если термостат бойлера не включится (вода уже нагрета), то через 30 минут напряжение снимется. А если включится, то система выключается по окончании нагрева термостатом бойлера. После этого прибор вновь переходит в автоматический режим и ожидает следующего времени включения.

Индикаторов три: красный, желтый и синий.
Желтый мигает — индикация режима ожидания, прибор выключен и без нажатия на кнопку не включится. Этот режим на практике крайне редко используется. Вход в этот режим – длительное, более 5 секунд, нажатие кнопки.

Желтый горит — индикация нормального автоматического режима работы таймера. При наступлении заданного времени происходит попытка включения бойлера. На бойлер поступает питание и измеряется ток потребления. Если ток потребляется (т.е. термостат бака включен), то прибор будет подавать ток до отключения термостата бака. При этом желтый индикатор гаснет и включается красный.

После отключения термостата снова загорается желтый индикатор и происходит переход в автоматический режим.
Если при наступлении времени срабатывания ток бойлером не потребляется (термостат выключен, вода уже нагрета), прибор переходит в режим ожидания следующего времени, указанного в программе.

Если вы собрались принять душ, а бак уже нагрет (термостат отключен), а вам необходимо чтобы бак грелся и после того, как вы начали мыться, предусмотрен режим принудительного включения бака. Для этого следует нажать кнопку на приборе и на нем загорятся красный и синий индикаторы одновременно и на бак будет подано напряжение на 30 минут.

В режиме принудительного включения, если термостат не включится (вода нагрета), то через 30 минут напряжение с бака будет снято и прибор перейдёт в нормальный автоматический режим (загорится желтый индикатор). Если же бойлер включится, то он будет греться до отключения термостатом.

Синий индикатор включается при программном включении на время измерения тока и если потребление есть, он сразу выключается, и прибор переходит на нагрев, а если нет (термостат выключен, бак нагрет) — то синий индикатор загорится примерно на 5 секунд, ожидая появления тока и погаснет, а прибор переходит в ожидание следующего времени срабатывания.

Для облегчения пользования прибором была написана краткая инструкция. См. раздел «Файлы».

↑ Конструкция и детали

Конструктивно прибор выполнен на двух платах. Платы соединены между собой металлическими стойками и связаны с помощью 5- контактного разъёма и помещены в пластмассовый корпус, предназначенный для автоматических выключателей.


Резистор R1 в блоке питания должен быть на мощность рассеяния 2 Вт.
Индуктивность L2 в блоке питания взята готовая – «гантель» 2200 микроГн 0,18A 7R. Может быть применена и другая с индуктивность 1000…2500 микроГн (1…2,5 миллиГн).

Подстроечник С4 позволяет подстроить точность хода часов реального времени PCF8563. Я понаблюдал несколько дней за включением бойлера и убедился, что он включается довольно точно. За полгода ошибка составила примерно 4 минуты. Поэтому я ничего не подстраивал. Можно установить два постоянных конденсатора C3 и C4 одинакового номинала, рекомендуемого производителем кварца, обычно от 10 пФ до 33 пФ.

В качестве датчика тока была применена готовая конструкция типа ХД5.739.047. Этот брак был выкинут на свалку и мне принесли несколько штук.

Трансформатор представляет собой 2 кольца К20×12х6 из феррита НМ2000, сложенные вместе.
I обмотка (выводы 1 – 2) 2500 вит. D = 0,1 мм.
II обмотка (выводы 3 – 4) 1500 вит. D = 0,1 мм.
Число витков указано приблизительно, так как точно посчитать их не получилось.
Мы добавляем токовую обмотку — один виток, сечением не менее 1,5 кв. мм.

Можно применить и другие сердечники, например, из трансформаторной стали или пермаллоя, при этом число витков вторичной обмотки может быть уменьшено до 200 – 300. При этом возможно потребуется подобрать резистор R7 на плате питания.
Результаты измерений трансформатора тока следующие: при нагрузке вторичной обмотки резистором 1 кОм, напряжение на ней составляет 10,4 V (размах) при пропускании через токовую обмотку тока 10,6 A (эфф.).

Конденсатор C5 — ионистор с емкостью 0,047 F, который был добыт из старого видеомагнитофона.

Поставите больше ёмкость – сильно увеличите время сохранения хода часов в отсутствии сетевого питания.


Реле P1 SHENLE типа HAT902CSDC12 с током контактов 30 A или другое, подходящее по размеру и параметрам. На печатной плате дорожки, по которым протекает ток нагревателя бака, усилены отрезками медной проволоки диаметром ок. 1 мм.

↑ Итоги

Эксплуатация бойлера показала, что получается экономия электроэнергии около 10%, при этом бойлер включается значительно меньшее число раз, но всегда есть горячая вода.
Через 9 месяцев работы с автоматом бак был вскрыт и осмотрен внутри. Осмотр показал значительно меньшее количество накипи на нагревательном элементе и грязи на магниевом аноде.

↑ Ссылки

• Компилятор mikroC PRO for PIC Version 6.6.3 с офф.сайта
• «Автоматика водонагревателя или о народной экономии электричества», Олег Белоусов, журнал «Радиолюбитель» № 8, 2014 г.
• Идея использования токового трансформатора по статье «Включение и выключение света с помощью одной кнопки на AVR».

↑ Файлы

• Краткая инструкция по работе с прибором.
🎁 datagor-instrukciya.7z  14.76 Kb ⇣ 50

• Прошивка с исходниками.
🎁 datagor-soft.7z  19.77 Kb ⇣ 59

• Чертежи печатных плат.
🎁 datagor-plata.7z  27.62 Kb ⇣ 53

Спасибо за внимание!

↑ Дополнение от 25-02-2017

Аппарат работает уже около 2-х лет. В работе сбоев или отказов не было, несмотря на единичные отключения электроэнергии по дому.
Всегда есть горячая вода в квартире, и никаких претензий к работе бойлера нет.
По поводу экономии: я собрал данные и составил график расхода электроэнергии, и из него видно, что небольшая, но реальная экономия есть.

По оси «X» - даты снятия показаний счетчика, по оси «Y» - расход в кВт/час. Красной стрелкой указана дата ввода устройства в эксплуатацию.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации