Конроль запуска компрессора с помощью... акселерометра. - Устройства на микроконтроллерах - Схемы устройств на микроконтроллерах

Автор: Константин, terabit85@meta.ua
Опубликовано 17.10.2011.
Создано при помощи КотоРед.

Данное устройство создано для управления и защиты самодельного воздушного компрессора. Много моментов, описанных ниже, являются частными случаями, однако, идеи изложенные в данной статье могут быть полезны при решении аналогичных задач.

Немного истории: была у меня "голова" от промышленного компрессора кондиционера, трехфазная, мощностью в 1 кВт. Пришло время и захотелось применить этот компрессор. Было заменено масло на простое минеральное автомобильное, подобран фазоствигающий конденсатор, и при равном давлении входвыход запуск был нормальный. Но когда разница была больше трех атмосфер - возникали проблеммы с запуском. Решено было использовать маленький предресивер и клапан сброса (КС) давления. В качестве датчика давления (ДД) был использован гидрофорный ДД.

Хочется отметить, что в моем варианте компрессор используется для поддержания давления воздуха в горелке (система отопления дома), поэтому требовалась безотказная работа без постоянного контроля.

Структурная схема компрессорной установки изображена на рисунке

В первоначальном варианте система управления была проста - ДД запускал таймер (NE555), который удерживал 15 секунд открытым КС и после закрытия клапана включался компрессор. В таком виде аппарат проработал один отопительный сезон и со своей задачей справился. Но после 5 месяцев возникли следующие нюансы:
- Предресивер заполнился конденсатом с маслом (соплеобразная желтая субстанция, около 100 мл) :) ). Часть масла попадала в КС и препятствовала сбросу давления что иногда мешало запуску мотора компрессора (Не успевал за 15 секунд стравиться весь воздух).
- Силовое реле (или контактор) иногда (один раз из 100) могло просто не скомутировать нагрузку. И компрессор оставался невключенным. Это было вызвано неблагоприятными условиями работы контактора, а точнее наличием кругом определенного количестви пыли и опилок, которые попалали между контактными группами и открытой конструкцией контактора.

Думаю, расказывать нет смысла, что при подаче тока на компрессор и его незапуске возникает прямая угроза выхода из строя его двигателя из-за перегрева обмоток. А убить по такой глупости компрессор непростительно, тем более советский раритет :).

Одним словом - требовался контроль запуска. Было создано микроконтроллерное устройство, в которое я запихнул все желаемые функции для управление компрессором.

Получившаяся принципиальная схема изображена на рис.2

Схема обеспечивает:
- запуск компрессора по сигналу реле давления
- контроль запуска с помощью измерения вибрации корпуса компрессора.
- управление клапаном сброса давления предрессивера
- таймер защиты (после 10 минут непрерывной работы двигатель отключается)

Почему же всетаки акселерометр?...
Сначала я пытался опредилить запускнезапуск компрессора по потребляемому току - но меня ждал облом :) - разница была ничтожной (всетаки трехфазный двигатель в однофазной сети). Использование пускового конденсатора повышенной емкости не давало желаемого эффекта. Уж если компрессор по нагрузкой, то его невозможно провернуть никакими способами.

И тут на глаза попался акселерометр в коробочке, пылившийся на полке, который достался мне в свое время от Analog Device в качестве образца.
И идея мерить вибрацию двигателя решила мою проблему контроля запуска. Всетаки, при работе киловатного компрессора вибрация ощутима.

Также я отказался от контактора и применил 25 амперное твердотельное реле SSRF-240D25 от tycoelectronics чтобы навсегда забыть о пыли на контактах контактора :).

Сердцем устройства является контроллер Attiny 13, акселерометр ADXL190 для этих целей грубоват по чувствительности (всетаки предел у него 100G), но только он и был под рукой.

Рассмотрим работу контроллера:
Пока разомкнутых контактах реле давления - мигает с частотой 1 Гц светодиод, при срабатывании реле - светодиод начинает мигать чаще, открывается клапан сброса давления предрессивера. Через 15 секунд клапан закрывается, запускается компрессор. Включается контроль работы двигателя. Измерение происходит циклами по 10 измерений с небольшой паузой. Фиксируется наибольшее значение на выходе акселерометра. Полученный уровень вибрации сравнивается с записанным в памяти. Если он больше - то работа двигателя продолжается, светодиод горит непрерывно. Если двигатель по какой-либо причине незапущен - светодиод начинает раз в 3 секунды тухнуть. Если в течении 15 секунд двигатель не запустился - снимается питание с двигателя, открывается клапан сброса давления. И так три попытки. Если за это время небыло запуска двигателя - схема уходит в полный стопор, светодиод изредка вспыхивает. Оживить ее можно только нажатием на кнопку S1.

При непрерывной работе более 10 минут - уход в стопор, и перезапуск только по кнопке. Сделано на тот случай, если, например, рванет какой нибудь из резиновых шлангов, давлениее всетаки 5 атмосфер.

При достижении заданного давления (ДД размыкается), происходит кратковременное открытие клапана сброса. Сделано это с той целью, чтобы облегчить жизнь резиновым шлангам, идущим от компрессора к предрессиверу и обратному клапану.

Конечно, предусмотрен режим программирования состояния покоя (т.е в энергонезависимую память помещается уровень напряжения, когда никаких вибраций на акселерометр не действует).
Плата должна быть жестко закреплена и механически иметь связь с корпусом компрессора. Сам компрессор должен находиться в рабочем положении. Т.е все должно быть смонтировано, ибо акселерометр реагирует на свое положение относительно гравитационного поля земли.
А программировать контроллер просто - достаточно при подаче питания удержать кнопку S1. Светодиод загорится в течении трех секунд, после этого будет записано в eeprom уровень напряжения покоя.
Все, схема готова к работе.

З.Ы
Акселерометр лучше применять не такой "зверский" как ADXL190 (100G). Для описанной цели лучше использовать с пределом до 5G. А вообще, думаю, если нет под рукой акселерометра, то можно обойтись и его аналогом для данного случая - к корпусу компрессора прикрепить магнит, а обмотку на кусочке феррита закрепить на другой опоре (например ресивере), все это расположить рядом. Из-за разности частот собственных колебаний компрессор и рядомстоящая опора будут двигаться не синхронно, и в рамке при вибрации будет создаваться ЭДС - чем не динамический акселерометр? :)

Твердотельное реле это конечно хорошо, но не у каждого они есть. Мои мне достались в качестве Samples от вышеназванной конторы, за что им большой респект. Если в схеме будет применено обычное реле, то не следует забывать о необходимости использования ключа, ибо нагрузочная способность порта МК невелика.

Файлы:
Прошивка
Исходники на Bascom
10.jpg

Все вопросы в Форум.

E-mail отправителя *:
Причина:	Такая схема уже есть на сайте Ненужный материал на сайте! Я против размещения этой статьи на сайте. В комментариях спам или нец-ая брань. Требую удаления материала.
Текст сообщения *:
Номер схемы или Url *: