商用燃气比例控制节能蒸柜及其控制方法
技术领域
本发明涉及节能蒸柜领域,尤其涉及一种商用燃气比例控制节能蒸柜及其控制方法,其具备智能节能控制、燃烧功率可调设置及安全故障自检并报故障的功能。
背景技术
目前市场上商用燃气蒸柜只是普通强排带熄火保护燃烧控制,热效率一般只有50%左右,燃烧时一直是最大的燃烧功率燃烧,当蒸汽热量达到平衡时,就会产生剩余燃烧,另强排燃烧的燃烧热效率不高,浪费大量的燃料,从而导致使用成本居高不下。
此外,燃气电磁开关阀驱动电路都是直接采用高低电平驱动方式,这种驱动方式在MCU受外界干扰死机后会长期打开燃气电磁开关阀,造成燃气长期泄漏的安全问题。此外,燃气电磁开关阀在足电压24V以上长时间工作,燃气电磁开关阀会因温度过高损坏,导致设备的维护成本较高,使用成本增加。
现市场上的商用燃气厨具的点火控制器因使用时处于高温、潮湿环境,由于点火能量大而造成干扰大等原因,导致无法设置安全保护机构,使用时存在很大的安全隐患。然而,国家现逐步规范燃气厨具的安全方面管制管理,因此,需要对电磁开关阀驱动技术进行改进,以解决现商用燃气厨具在安全方面的保护难题,最大限度的减少商用燃气厨具的安全事故发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种商用燃气比例控制节能蒸柜及其控制方法,通过智能比例控制控制燃烧功率,可以让商用燃气蒸柜比普通商用燃气蒸柜节省至少30%的燃料,减少不必要的燃烧,节能效果好。
为实现上述目的,本发明提供一种商用燃气比例控制节能蒸柜,包括燃烧器、水箱和MCU,燃烧器内设有点火针,包括沿燃气流向依次设置的第一电磁开关阀、第二电磁开关阀、燃气比例电磁阀和位于燃烧器内的混合气出口;MCU通过电磁开关阀控制驱动电路与第一电磁开关阀、第二电磁开关阀和燃气比例电磁阀连接,该MCU通过火焰检测电路和高压点火电路与所述点火针连接;还包括用于检测蒸汽温度的温度传感器,MCU为根据蒸汽温度调节燃气比例电磁阀开度的结构,MCU还连接有风机。
作为本发明的进一步改进,所述电磁开关阀控制驱动电路包括比例阀驱动调节电路、第一驱动电路和第二驱动电路,比例阀驱动调节电路连接在所述MCU和燃气比例电磁阀之间,第一驱动电路连接在MCU和第一电磁开关阀之间,第二驱动电路连接在MCU和第二电磁开关阀之间,电磁开关阀控制驱动电路为通过输出全电压启动第一电磁开关阀、第二电磁开关阀和燃气比例电磁阀并以脉冲方波输出1/2全电压来维持其打开的结构。
作为本发明的更进一步改进,所述比例阀驱动调节电路包括电容C5,电容C5的正极与所述MCU连接,两者之间通过电阻R17接地;电容C5的负极通过电阻R16与放大器Q6的基极连接,两者之间通过二极管D6接地;放大器Q6的发射极接地;放大器Q6的集电极通过电阻R15和电阻R14分别与三极管Q5的基极和发射极连接,三极管Q5的发射极依次通过电阻R13、二极管D5与所述燃气比例电磁阀连接,二极管D5的正极接地;三极管Q5的集电极与燃气比例电磁阀连接。
作为本发明的更进一步改进,所述第一驱动电路和第二驱动电路结构相同,第一驱动电路包括电容C1,电容C1的正极与所述MCU连接,两者之间通过电阻R5接地;电容C1的负极通过电阻R4与放大器Q3的基极连接,两者之间通过二极管D2接地;放大器Q3的发射极接地;放大器Q3的集电极通过电阻R3和电阻R2分别与三极管Q1的基极和发射极连接,三极管Q1的发射极依次通过电阻R1、二极管D1与所述第一电磁开关阀连接,二极管D1的正极接地;三极管Q1的集电极与第一电磁开关阀和二极管D1的负极连接,三极管Q1的集电极通过电阻R6与MCU连接;还包括相互并联的二极管Z1和电容C2,二极管Z1的正极接地,其负极连接在电阻R6与MCU之间。
为实现上述目的,本发明还提供一种所述商用燃气比例控制节能蒸柜的控制方法,包括以下步骤:
1)蒸柜启动,通过风机吹扫燃烧器内的残气10-40秒;
2)MCU通过电磁开关阀控制驱动电路检测第一电磁开关阀和第二电磁开关阀工作状态,如两者其中有一路不正常,立即停止设备启动并报警;
3)先启动第一电磁开关阀,1秒后启动第二电磁开关阀,并同时启动高压点火电路点火,至少1秒后再以火种比例电磁阀电流PU启动燃气比例电磁阀的火种气量开度,点火延时2-5秒;若点火2-5秒MCU通过火焰检测电路都检测不到火焰信号,MCU关闭所有电磁阀并报警提示,风机进入后吹扫10-70秒;
4)如MCU检测到燃烧器正常燃烧有火焰信号,以小火比例电磁阀电流PL控制燃气比例电磁阀的小火气量开度,并逐渐升高至大火比例电磁阀电流PH,使燃气比例电磁阀从小火气量开度按线性由小到大逐步开到最大的大火气量开度,让燃烧器以最大功率燃烧;
5)燃烧过程中MCU如通过火焰检测电路发现燃烧器意外熄火,自动关闭所有电磁阀,风机进入10-70秒后吹扫,并报警提示。
作为本发明的进一步改进,所述步骤2)为:MCU分别通过第一驱动电路和第二驱动电路检测第一电磁开关阀和第二电磁开关阀工作状态,如第一电磁开关阀或第二电磁开关阀其中有一路是高电平立即停止设备启动并报警;如都是低电平代表第一电磁开关阀和第二电磁开关阀工作状态正常。
作为本发明的更进一步改进,由MCU10输出500毫秒的主火电磁阀强吸信号使所述第一电磁开关阀、第二电磁开关阀和燃气比例电磁阀启动;500毫秒后输出500HZ的驱动脉冲方波维持信号,此时输出1/2全电压来维持电磁阀的打开状态。
作为本发明的更进一步改进,燃气比例电磁阀的驱动由MCU10输出PWM信号,经电容C5、电阻R16、放大器Q6、电阻R15比例控制三极管Q5输出对应驱动电流,控制燃气比例电磁阀的开度;若MCU检测到蒸汽温度=目标温度-回差温度时,燃气比例电磁阀自动由小火燃烧功率回调到大火功率燃烧,使蒸汽温度恒温在目标温度±(1℃~2℃)。
有益效果
与现有技术相比,本发明的商用燃气比例控制节能蒸柜及其控制方法的优点为:
1、采用了通过智能比例控制控制燃烧功率,可以让商用燃气蒸柜比普通商用燃气蒸柜节省至少30%的燃料,所以可以减少不必要的燃烧,达到节能要求;
2、通过MCU可以随意设置火种比例电磁阀电流PU、小火比例电磁阀电流PL和大火比例电磁阀电流PH,可以根据燃烧器的燃烧功率设置燃气出气量,可减少设备配置的不配造成的多余燃烧功率,达到节能要求;
3、在驱动第一电磁开关阀、第二电磁开关阀和燃气比例电磁阀时,分别通过通脉冲方波、隔断直流电压的第一驱动电路、第二驱动电路和比例阀驱动调节电路驱动,当MCU正常时输出脉冲方波,三个电磁阀均能正常工作,即使由于点火能量大而造成干扰大,MCU受干扰或死机时,MCU以直流电压高电平输出,驱动电路和比例阀驱动调节电路收不到打开指令不执行工作,燃气电磁开关阀还是在关闭状态,保证了设备及人身安全;
4、本控制器配置了高精度温度传感器检测蒸汽温度,当蒸汽温度达到目标温度,控制器自动减小火力,维持蒸汽足够的热能,如检测蒸汽温度回落到回差温度时(一般回差温度设置为比目标温度低一度),控制器立即开大火,保证有足够的蒸汽量和蒸汽温度,这样就不会在蒸汽饱和时,还在最大火燃烧浪费燃料,既保证有足温足量的蒸汽,又能达到节能的效果;
5、电磁开关阀控制驱动电路采用500HZ脉冲电容隔离控制,保证控制器不会因MCU意外死机造成意外打开电磁阀而造成燃气泄漏。
通过以下的描述并结合附图,本发明将变得更加清晰,这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为商用燃气比例控制节能蒸柜的原理图;
图2为电磁开关阀控制驱动电路原理图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例。
实施例
本发明的具体实施方式如图1至图2所示,一种商用燃气比例控制节能蒸柜,包括燃烧器6、水箱7和MCU10,燃烧器6内设有点火针5,水箱7产生的蒸汽用于给进入蒸箱内。包括沿燃气流向依次设置的第一电磁开关阀1、第二电磁开关阀2、燃气比例电磁阀3、主气调节阀9、主火限气阀12和位于燃烧器6内的混合气出口;MCU10通过电磁开关阀控制驱动电路13与第一电磁开关阀1、第二电磁开关阀2和燃气比例电磁阀3连接,该MCU10通过火焰检测电路14和高压点火电路11与所述点火针5连接;还包括用于检测蒸汽温度的温度传感器95,MCU10为根据蒸汽温度调节燃气比例电磁阀3开度的结构,MCU10还连接有给燃烧器6鼓风的风机4。MCU10连接有操作显示器。采用双燃气电磁开关阀控制燃气,保证燃气不会因意外大量泄漏而出现安全事故。
水位检测针72设置在水箱7内并与MCU10电路连接。水位检测针72也可以设置在与水箱7底部连通的副水箱内,由于燃烧器6只给水箱7加热,副水箱内的温度只有水箱7的1/2,水位检测针72表面上附着的水垢少,检测更精确。
温度传感器95设置在水箱7顶部。当水箱7内蒸汽温度达到目标温度,MCU10自动减小火力,维持蒸汽足够的热能,如检测蒸汽温度回落到回差温度时(大火启动温度=目标温度-回差温度),MCU10立即开大火,保证有足够的蒸汽量和蒸汽温度,这样就不会在蒸汽饱和时,还在最大火燃烧浪费燃料,既保证有足温足量的蒸汽,又能达到节能的效果。
本实施例中,输入电压具体为AC180V-AC250V;风机4的输出为750W/AC220V;点火高压输出:≥12KV,≥1.5MJ;开关电磁阀输出:两路DC24V开关电磁阀;燃气比例电磁阀3输出:0-230MA/DC24V。
所述电磁开关阀控制驱动电路13包括比例阀驱动调节电路、第一驱动电路和第二驱动电路,比例阀驱动调节电路连接在所述MCU10和燃气比例电磁阀3之间,第一驱动电路连接在MCU10和第一电磁开关阀1之间,第二驱动电路连接在MCU10和第二电磁开关阀2之间,电磁开关阀控制驱动电路13为通过输出全电压启动第一电磁开关阀1、第二电磁开关阀2和燃气比例电磁阀3并以脉冲方波输出1/2全电压来维持其打开的结构。
第一电磁开关阀1、第二电磁开关阀2和燃气比例电磁阀3三者通过1/2全电压来维持打开状态,减少了其长期使用下的发热量,其温度温升很低,在商用燃气厨具高温环境使用中就可以加长电磁阀的使用寿命。
所述比例阀驱动调节电路包括电容C5,电容C5的正极与所述MCU10连接,两者之间通过电阻R17接地;电容C5的负极通过电阻R16与放大器Q6的基极连接,两者之间通过二极管D6接地;放大器Q6的发射极接地;放大器Q6的集电极通过电阻R15和电阻R14分别与三极管Q5的基极和发射极连接,三极管Q5的发射极依次通过电阻R13、二极管D5与所述燃气比例电磁阀3连接,二极管D5的正极接地;三极管Q5的集电极与燃气比例电磁阀3连接。
所述第一驱动电路和第二驱动电路结构相同,第一驱动电路包括电容C1,电容C1的正极与所述MCU10连接,两者之间通过电阻R5接地;电容C1的负极通过电阻R4与放大器Q3的基极连接,电容C1与电阻R4之间通过二极管D2接地;放大器Q3的发射极接地;放大器Q3的集电极通过电阻R3和电阻R2分别与三极管Q1的基极和发射极连接,三极管Q1的发射极依次通过电阻R1、二极管D1与所述第一电磁开关阀1连接,二极管D1的正极接地;三极管Q1的集电极与第一电磁开关阀1和二极管D1的负极连接,三极管Q1的集电极通过电阻R6与MCU10连接。还包括相互并联的二极管Z1和电容C2,二极管Z1的正极接地,其负极连接在电阻R6与MCU10之间,二极管Z1、电阻R6和电容C2组成第一检测电路,用于检测第一电磁开关阀1的状态,MCU10通过检测到的高、低电平进行判断。
同理,第二驱动电路包括电容C3,电容C3的正极与所述MCU10连接,两者之间的通过电阻R11接地;电容C3的负极通过电阻R10与放大器Q4的基极连接,电容C3与电阻R10之间通过二极管D4接地;放大器Q4的发射极接地;放大器Q4的集电极通过电阻R9和电阻R8分别与三极管Q2的基极和发射极连接,三极管Q2的发射极依次通过电阻R7、二极管D3与所述第二电磁开关阀2连接,二极管D3的正极接地;三极管Q2的集电极与第二电磁开关阀2和二极管D3的负极连接,三极管Q2的集电极通过电阻R12与MCU10连接。还包括相互并联的二极管Z2和电容C4,二极管Z2的正极接地,其负极连接在电阻R12与MCU10之间。二极管Z2、电阻R12和电容C4组成第二检测电路,用于检测第二电磁开关阀2的状态,MCU10通过检测到的高、低电平进行判断。
在驱动第一电磁开关阀1、第二电磁开关阀2和燃气比例电磁阀3时,分别通过通脉冲方波、隔断直流电压的第一驱动电路、第二驱动电路和比例阀驱动调节电路驱动,当MCU正常时输出脉冲方波,三个电磁阀均能正常工作,即使由于点火能量大而造成干扰大,MCU10受干扰或死机时,MCU10以直流电压高电平输出,驱动电路和比例阀驱动调节电路收不到打开指令不执行工作,燃气电磁开关阀还是在关闭状态,保证了设备及人身安全。
第一驱动电路、第二驱动电路和比例阀驱动调节电路的可实施的结构较多,可以通过电容实现通交流隔直流的功能,其余元件根据需要可进行调整。
第一驱动电路、第二驱动电路和比例阀驱动调节电路分别通过电容C1、电容C3和电容C5进行隔离,通交流隔直流,结构简单。
一种商用燃气比例控制节能蒸柜的控制方法,包括以下步骤:
1)蒸柜启动,通过风机4吹扫燃烧器6内的残气30秒;也可吹扫10秒或40秒,具体时间根据风机4的风量设置;
2)点火前先判断是否有残火,如有残火不予点火和不打开第一、第二电磁开关阀,保证点火不出现爆燃;
3)MCU10分别通过第一驱动电路和第二驱动电路检测第一电磁开关阀1和第二电磁开关阀2工作状态,其中,第一电磁开关阀1的检测由电阻R6、二极管Z1、电容C2实现;第二电磁开关阀2的检测由电阻R12、二极管Z2、电容C4实现;如第一电磁开关阀1或第二电磁开关阀2其中有一路是高电平立即停止设备启动并报警;如都是低电平代表第一电磁开关阀1和第二电磁开关阀2工作状态正常;
4)先启动第一电磁开关阀1,1秒后启动第二电磁开关阀2,并同时启动高压点火电路11点火,至少1秒后再以火种比例电磁阀电流PU启动燃气比例电磁阀3的火种气量开度,点火延时2-5秒;若点火2-5秒MCU10通过火焰检测电路14都检测不到火焰信号,MCU10关闭所有电磁阀并报警提示,风机进入后吹扫10-70秒;本实施例中,火种比例电磁阀电流PU的大小在120mA左右;
5)如MCU10检测到燃烧器6正常燃烧有火焰信号,以小火比例电磁阀电流PL控制燃气比例电磁阀3的小火气量开度,并逐渐升高至大火比例电磁阀电流PH,使燃气比例电磁阀3从小火气量开度按线性由小到大逐步开到最大的大火气量开度,让燃烧器6以最大功率燃烧,保证不会因瞬间出气量太大造成点火不着、瞬间供氧不足熄火或爆燃现象;本实施例中,小火比例电磁阀电流PL的大小在190mA左右,大火比例电磁阀电流PH的大小在200mA左右;
6)燃烧过程中MCU10如通过火焰检测电路14发现燃烧器意外熄火,自动关闭所有电磁阀,风机4进入60秒后吹扫,并报警提示。
当温度传感器95检测的实际温度与目标温度有误差时,MCU10得到反馈并调节实际的火种比例电磁阀电流PU、小火比例电磁阀电流PL或大火比例电磁阀电流PH三者的大小,使温度传感器95检测的实际温度与目标温度尽可能相同。
电磁开关阀驱动由MCU输出500毫秒的主火电磁阀强吸信号。其中,电磁开关阀控制驱动电路13的第一驱动电路中,经电容C1和电阻R4驱动放大器Q3和三极管Q1,三极管Q1输出全电压驱动第一电磁开关阀1。第一电磁开关阀1得到全电压强吸强力打开电磁阀工作,500毫秒后输出500HZ的驱动脉冲方波维持信号,此时输出全电压的二分之一维持第一电磁开关阀1的打开;如MCU10受强干扰死机时,有可能输出高电平,这时因有电容C1、C3隔离(电容特性是通交流隔直流),第一驱动电路得不到驱动信号自动关闭第一电磁开关阀1,保证了因MCU10死机造成大量煤气泄漏安全事故。第二电磁开关阀2的驱动方式同第一电磁开关阀1。
燃气比例电磁阀3的驱动由MCU10输出PWM信号,经电容C5、电阻R16、放大器Q6、电阻R15比例控制三极管Q5输出对应驱动电流,控制燃气比例电磁阀3的开度。当燃烧由火种转到大火燃烧时,是由小逐步平缓加到最大燃烧功率,这样就不会出现突然开到最大,空气与燃气混合比不合理时出现爆燃的现象。若MCU10检测到蒸汽温度=目标温度-回差温度时,燃气比例电磁阀3自动由小火燃烧功率回调到大火功率燃烧,使蒸汽温度恒温在目标温度±(1℃~2℃),保证蒸柜有足够的蒸汽和稳定温度,不产生剩余燃烧,同时达到节能30%的效果。
风机4的工作电流检测由负载最大电流20A互感器(1:1000)感应风机的工作电流传给MCU10,MCU10多段采集读取电流数据再平均后得出电流值,将电流值与风机最大启动瞬间功率比较,如小于风机4最大启动瞬间功率为正常工作状态,如超过风机4最大启动瞬间功率则为风机故障(风机短路或风机卡死),MCU10关闭蒸汽设备所有电磁阀及风机,并报警提示;当风机4工作电流小于50MA以下,也是风机故障(风机开路),MCU 10关闭蒸汽设备所有电磁阀及风机,并报警提示。这功能代替了现市场蒸柜所使用的风压开关,也解决了风压开关因潮湿高温易损坏,造成设备不正常工作的问题。
此外,MCU10内置意外断电再来电安全保护程序,意外断电再来电时MCU10自保护,不会自动启动,必须人工启动,保证了无人看管时不会造成安全事故。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述,但本发明并不局限于以上揭示的实施例,而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。