» » Автомат управления бойлером Ariston. Экономим электроэнергию и ресурс котла

 
 
 
10

Автомат управления бойлером Ariston. Экономим электроэнергию и ресурс котла

Разместил if33 22 апреля 2016. Просмотров: 8 279

Задумался я над вопросом, отключать или не отключать бойлер периодически?
Одно из множества прочитанных мнений мне показалось очень правильным:
О чём тут спорить вообще? Чем меньше средняя температура бака в течение суток, тем меньше потери и тем меньше расход электроэнергии! Выключение нагревателя на полдня среднюю температуру уменьшает, причём неважно, какая вода была в баке в момент выключения — холодная или горячая — расход электроэнергии уменьшится в обоих случаях, только на разную величину.
Обратная сторона процесса, как уже сказали, необходимость ждать, пока оно нагреется после включения. Если процесс включения/выключения строго регламентирован или автоматизирован и такое ожидание неудобств не создаёт — то следует однозначно выключать.

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 | Файл 14,76 Kb загружен 16 раз.

• Прошивка с исходниками.
datagor-soft.7z | Файл 19,77 Kb загружен 21 раз.

• Чертежи печатных плат.
datagor-plata.7z | Файл 27,62 Kb загружен 19 раз.

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.
Автомат управления бойлером Ariston. Экономим электроэнергию и ресурс котла

По оси «X» - даты снятия показаний счетчика, по оси «Y» - расход в кВт/час. Красной стрелкой указана дата ввода устройства в эксплуатацию.
Иван Внуковский (if33)
Украина, г. Днепропетровск
Профиль if33
Радиолюбитель, стаж более 40 лет. Работал на заводе инженером КБ, инженером по обслуживанию ЭВМ, механиком по ремонту бытовой техники. Сейчас на пенсии.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 75

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Компиляция hex-файлов прошивки из отредактированных исходников в «mikroC PRO for PIC»... Привет, камрады-датагорцы! После опубликования моей статьи «Автомат управления бойлером Ariston....
Схема на Датагоре. Новая статья Установка для УФ-засветки фоторезиста с таймером отключения... Светит незнакомая звезда, снова мы оторваны от дома, травим мы «печатки» до утра… Одна старая...
Схема на Датагоре. Новая статья Тёплые ламповые часы на газоразрядных индикаторах ИН-14, ATMEGA8, DS1307 и MC34063. Nixie-clock из Тулы... Последнее время весьма популярны часы в духе ретро, на газоразрядных индикаторах. В забугорье такие...
Схема на Датагоре. Новая статья Облегченный лестничный регулятор громкости с дистанционным управлением... Конструкция регулятора громкости (РГ) в моей статье на Датагоре «Блок управления аудиоусилителем...
Схема на Датагоре. Новая статья Термостат для отопления дачи инфракрасными обогревателями Иколайн. Дежурный режим, часы. DS1307, DS1631, Atmega8, энкодер... Как говорит мой коллега, что бы Гаврилов ни делал — все равно термометр получается… Новая статья...
Схема на Датагоре. Новая статья PIC16F876: таймер вытяжного вентилятора в ванной и электронный термометр... Я недавно делал капитальный ремонт ванной комнаты и возник вопрос, как управлять вентилятором...
Схема на Датагоре. Новая статья Термометр + термостат на микроконтроллере PIC16F876 и датчиках DS18B20... История этого термометра началась в далёком 2011 году. Мне понадобилось в подвале частного дома, в...
Схема на Датагоре. Новая статья TA7317P – микросхема для устройств защиты акустических систем... Усилители мощности с двуполярным питанием должны иметь узел для защиты подключаемых к ним...
Схема на Датагоре. Новая статья Как сэкономить электроэнергию и уберечься от пожара. Умная розетка на PIC12F675... Многие обсуждают проблему потребления электричества аппаратурой, которая находится в дежурном...
Схема на Датагоре. Новая статья Регулятор громкости на TDA7313 и PIC 16F876A.... Для новой конструкции мне понадобился блок управления громкостью и тембрами. Я выбрал...
Схема на Датагоре. Новая статья Блок автоматического селектора входов и управления питанием усилителя на PIC12F675... Хочу предложить продолжение проекта Автоматическое включение/выключение сабвуфера на...
Схема на Датагоре. Новая статья Автоматическое включение/выключение сабвуфера на микроконтроллере PIC12F675... Проект разрабатывался для сабвуфера, предполагалось его автоматическое включение при появлении...
<
  • Гражданин
22 апреля 2016 20:03

Павел / pavel_k

Цитата
  • С нами с 30.07.2013
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 95 комментариев
  • 6 публикаций
 
  • 0
Изящная и полезная конструкция! good В моей жаркой стране без центрального снабжения горячей водой может быть очень востребована. Бойлер есть в каждой квартире. Основной нагрев от солнышка, но есть и электронагреватель с термостатом.
Обычно самое сложное устройство управления, которое встречал - электромеханический таймер на 24 часа с 15 минутными интервалами включения/выключения.

Идеи по улучшению:
Мне кажется, реле даже с таким запасом по току - не надёжный элемент. Может стоит применить симистор?

Алгоритм включения и индикации сложноваты для человека, не очень знакомого с техникой, а горячая вода нужна всем. Управление одной кнопкой - изюминка схемы, но может добавить кнопочек и светодиодов, чтобы было понятно и просто, что включаем и зачем.

Кнопка управления выглядит не очень прочной, а если учесть, что её иногда нажимают мокрой рукой, а устройство не имеет развязки от сети, то можно вместо душа получить электро-шок. crazy

<
  • Главный редактор
22 апреля 2016 21:18

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 648 комментариев
  • 261 публикация
 
  • 0
Цитата: pavel_k
Алгоритм включения и индикации сложноваты для человека, не очень знакомого с техникой, а горячая вода нужна всем. Управление одной кнопкой - изюминка схемы, но может добавить кнопочек и светодиодов, чтобы было понятно и просто, что включаем и зачем.
Павел, так управлять то не требуется, вот в чём изюм! Прикинул, когда по времени идёт основное потребление горячей воды, один раз настроил, зашил прошивку и пользуешься. Всё! Нужно включить нагрев вручную по любой причине - однократно надави кнопку.

Про кнопку и безопасность - конечная реализация это дело каждого. Прибор и кнопка вовсе не должны находиться в ванной комнате.
Автомат может быть собран в стандартном корпусе для DIN-рейки и смонтирован в электрощитке квартиры.
D2MG - Корпус на DIN-рейку, светло-серый. Gainta

<
  • Гражданин
23 апреля 2016 00:13

Евгений / real64

Цитата
  • С нами с 11.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 36 комментариев
  • 3 публикации
 
  • 0
Конструкция замечательная. Наверное не один вечер был потрачен на обдумывание, разработку и реализацию. Однозначно плюс.
Сам пользовался накопительными электрическими водонагревателями больше 30 лет. Даже когда в доме лет 15 назад появился газ - убирать бойлер не спешил - настолько с ним было удобно. И отказался от него только когда менял в позапрошлом году газовый котёл на настенный.
Из своего опыта могу сказать, что с задачей сокращения количества включений и некоторой экономии электроэнергии вполне хватает снижения максимальной температуры нагрева и увеличения гистерезиса (разности температур при которых компаратор включает и отключает нагреватель) компаратора терморегулятора, так как без отбора воды её остывание происходит крайне медленно ( хорошая теплоизоляция бака)

<
  • Главный редактор
23 апреля 2016 00:45

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 648 комментариев
  • 261 публикация
 
  • 0
Цитата: real64
хватает снижения максимальной температуры нагрева и увеличения гистерезиса...
Женя, если с первым всё понятно, то ваш "гистерезис" нуждается в чётком разъяснении с картинками и схемами.
Потребуется вмешательство в устройство бойлера, не так ли?

<
  • Гражданин
23 апреля 2016 04:21

Евгений / real64

Цитата
  • С нами с 11.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 36 комментариев
  • 3 публикации
 
  • 0
В первом бойлере, ещё у родителей, собранном по подобной схеме:

действительно вмешивался в схему терморегулятора и изменением номинала резистора R8 в положительной обратной связи изменял величины срабатывания на включение и отключение нагревателя. Благо конструкция это позволяла.

В современных моделях, скорее всего вы правы, это будет сделать проблематично, так как терморегулятор зачастую сделан неразборным.

Но даже снижением максимальной температуры градусов до 45-50 мы получим ( и что-то мне подсказывает соизмеримые с устройством описанным в статье) некоторую экономию и снижение образования накипи.

<
  • Главный редактор
23 апреля 2016 11:40

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 648 комментариев
  • 261 публикация
 
  • 0
Цитата: real64
изменением номинала резистора R8
И опять нет точности в ответе. "Сколько вешать в граммах?" (с) smile
На схеме изображен резистор 1 Мом, какой номинал, по вашему мнению и опыту, нужно ставить и как именно это изменило порядок работы вашего бойлера?

Цитата: real64
...снижением максимальной температуры градусов до 45-50 мы получим...
Мы получим невозможность нормально помыться всей семье, т.к. первый же человек "съест" всю теплую воду из котла, ведь холодной воды будет примешиваться самый минимум.

Либо нужен гигантский по ёмкости котёл, который по разным причинам не все себе могут позволить.

<
  • Гражданин
23 апреля 2016 15:19

Евгений / real64

Цитата
  • С нами с 11.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 36 комментариев
  • 3 публикации
 
  • 0
А этой точности не может быть по определению. От величины этого резистора зависит диапазон температур при которых будет включаться и выключаться нагреватель. Чем меньше номинал резистора тем этот диапазон шире. Если мы будем устанавливать максимальную температуру высокой (для помывки всей семьи сразу smile ), допустим 85 градусов, то величину этого резистора надо уменьшать с таким расчётом чтобы включение нагревателя происходило, скажем при 70 градусах.
Для установленных максимальных 50 градусов величину этого резистора увеличим так, чтобы нагреватель включался при 40 градусах.
Таким образом в первом случае нагреватель будет включаться при снижении температуры от максимальной на 15 градусов, а во втором на 10. При этом промежутки времени между включениями нагревателя и в первом и втором случаях будут примерно одинаковыми. Ведь отдача тепла с более нагретого корпуса в первом случае происходит быстрее.
А так из опыта эксплуатации. Первый мой 50-литровый (остальные тоже) Аристон прослужил около 7 лет. И эксплуатировался при повышенной температуре. Затем был куплен ... даже названия не запомнил, по причине быстрой кончины в течение года. И последний, тоже Аристон, трудился в режиме 45-50 градусов до снятия по причине перехода на подогрев воды газом. Никаких неудобств в плане нехватки воды в семье из трёх человек (дочка к этому времени уже училась в областном центре в университете и домой приезжала только на выходные) это не вызывало, а на продлении срока эксплуатации водонагревателя сказывалось самым благоприятным образом.
P/S О работе компараторов и компаратора с гистерезисом - триггера Шмитта заинтересовавшимся могу посоветовать Титце и Шенка, глава 17.6 . Изложено на мой взгляд наиболее просто и понятно из того что мне приходилось читать.

<
  • Гражданин
24 апреля 2016 03:36

Константин / riswel

Цитата
  • С нами с 28.08.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 117 комментариев
  • 28 публикаций
 
  • 0
Привет всем. Автоматика - вещь полезная для электронагрева в любом его виде. Позволяет хоть как-то сэкономить, конечно. Правда я пошел по легкому пути, - купил польский таймер с возможностью установки "расписания" работы бойлера. Выставил дни недели, часы (до 10 установок "вкл-выкл" для каждого дня недели), воткнул в розетку. Пользуюсь. Тоже самое проделал и для электроотопителей. Для меня это было оптимальным решением, да и работаю сейчас над другими задачами. Но Ивану - респект за свой вклад в развитие отопительной автоматики.

<
  • Главный редактор
24 апреля 2016 13:32

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 648 комментариев
  • 261 публикация
 
  • 0
Цитата: real64
А этой точности не может быть по определению.

Конечно может и обязана быть. Я ведь спрашиваю не о всех возможных вариантах в мире, а о ВАШЕМ варианте, о ВАШЕМ личном опыте. Он то по определению точный и известный.

Ваш ответ понятен. Вопросов больше не имею! handshake

<
  • Кандидат
23 февраля 2017 15:55

Валерий / Dizel

Цитата
  • С нами с 23.02.2017
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 комментарий
  • 0 публикаций
 
  • 0
Всем доброго дня! Кто-нибудь может внятно объяснить какая экономия от этого устройства?

Какой смысл, если приходишь с работы и чтобы помыться ждешь когда вода подогреется до нужной температуры..........зачем тогда вообще бойлер?
В таком режиме можно греть воду в чанике или кипятильником .......

Я так понимаю, что если бойлером не пользуешься активно в часы отсутствия в доме, то расход меньше и обмен воды реже. Температура не сильно меняется и в этом уже экономия = реже включается на нагрев.

Для ещё более редкого включения достаточно термостата с регулируемым гистерезисом.

<
  • Главный редактор
23 февраля 2017 19:19

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 648 комментариев
  • 261 публикация
 
  • 0
Валерий, да в том то и суть, что бойлер полностью выключен, пока в нём нет нужды.
Т.е. не потребляет совсем.

А включается по установленной вами программе, в нужное время, так, чтобы успел нагреться, когда вы, усталый и грязный приходите с работы. grinning

Или, например, всю ночь (с 23:45 до 05:00) бойлер выключен, а в 5:00 включается, чтобы вам к 6:00 побриться.
Надеюсь, суть передал. Понятно, что у каждого настройки будут свои.

<
  • Главный редактор
25 февраля 2017 16:47

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 648 комментариев
  • 261 публикация
 
  • 0
Иван дополнил статью графиком учета расходов эл. энергии до и после установки прибора.
Смотрите, анализируйте. График в конце статьи.

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.