CN202835554U - 壁挂炉三核控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种壁挂炉三核控制器，涉及供热装置技术领域，尤其涉及壁挂炉供热装置的控制器。包括电源、强电控制MCU，点火、检火，风机、水泵控制，燃气截止阀的继电器控制，通讯信号的光电耦合隔离，弱电主控MCU，各种开关状态、压力、流量检测，三通阀控制，燃气比例阀控制，房间温控器，用户操作界面MCU。本实用新型的有益效果在于：强、弱电控制电源及MCU分离，燃气阀截止阀冗余控制，风机、水泵调速控制，提高了壁挂炉的燃烧效率、供暖热交换效率和安全等级；独立的强电控制模块方式降低了强电驱动成本；独立的用户操作界面模块为用户操控功能的扩展的维护提供了方便。

Description

壁挂炉三核控制器

技术领域

本实用新型涉及供热装置技术领域，尤其涉及燃气壁挂炉供热装置的控制器。 

背景技术

一个优良的控制系统是燃气壁挂炉安全、高效燃烧运行的有效保证，并对燃气安全控制、提高壁挂炉燃烧效率、供暖和卫浴温度控制及供暖系统的热交换效率、用户操作界面的适应性等都具有重大意义。 

传统使用的壁挂炉控制器采用单核(MCU)或双核(MCU)控制方式，不论是单核或双核控制，其燃气安全控制均只由一个MCU独立完成，此外风机、水泵调速控制、供暖和卫浴温度控制等也均由同一MCU负责完成。 

上述传统的壁挂炉控制器在其主MCU状态失控时会存在安全问题。此外，风机、水泵的调速控制需与强电进行采样信号、控制信号隔离，造成过高的硬件开销、成本增加。此外风机、水泵调速控制、供暖和卫浴温度控制、操作界面(或含双核MCU的通讯操作)等也均由同一MCU负责，因此会造成MCU控制状态过于复杂，增大软件开发和维护难度。 

因此有必要改进壁挂炉控制器，对燃气安全实现MCU冗余控制；对风机、水泵调速控制、供暖和卫浴温度控制、操作界面等进行模块控制。 

实用新型内容

本实用新型针对上述技术问题的不足，旨在提供一种具有燃气壁挂炉供热装置的控制器，使得燃气控制更安全，风机、水泵调速更准确，用户操作界面适应性更广，产品性价比更高。 

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：采用三核(MCU)控制，一是强电控制MCU，负责燃气阀冗余控制继电器控制，燃气点火、检火控制，风机、水泵的调速控制，此MCU与弱电主控MCU之间通过隔离通讯方式进行相互的监控；二是弱电主控MCU，负责壁挂炉运行状态控制、燃气阀冗余控制继电器控制、温度控制，此MCU与强电MCU之间通过隔离通讯方式进行相互的监控，还与用户操作界面MCU进行通讯控制。三是操作界面MCU，负责用户操作界面的控制。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种壁挂炉三核控制器，采用两路不共地的+5VDC电源供电的三核控制；一是强电控制MCU：其+5VDC由与电网N线相连的浮地电源供电，负责燃气阀冗余控制继电器控制，燃气点火、检火控制，风机、水泵的调速控制；二是弱电主控MCU：其由与机壳相连的+5VDC弱电电源供电，负责壁挂炉运行状态控制、燃气阀冗余控制继电器控制、温度控制，弱电主控MCU与强电控制MCU之间通过隔离通讯方式进行相互的监控，还与用户操作界面MCU进行通讯控制；三是操作界面MCU：其负责用户操作界面的控制。 

其中，两路完全绝缘隔离的不共地的5VDC电源，与强电N线相连的5VDC使强电控制MCU不需任何隔离成本便可实现点火、检火、风机、水泵的可控硅驱动和电流、电压采样；与机壳相连的弱电的5VDC则满足弱电控制MCU和操作界面MCU的弱电安全隔离的要求。 

其中，操作界面MCU将根据用户操作输入信息形成操控命令发送给弱电主控MCU，同时接收由弱电主控MCU发来的壁挂炉运行的状态信息。 

其中，交流220V电源经限流电阻和二极管整流后对点火储能电容充电，强电控制MCU根据储能电容充电时间控制单向可控制硅触发放电，触发放电得到的高压脉冲经高压脉冲变压器升压后经点火电针进行放电点火。 

上述壁挂炉三核控制器包括电源、强电控制MCU，点火、检火，风机、水泵控制，燃气截止阀的继电器控制，不同电源之间的通讯信号的光电耦合隔离，弱电主控MCU，各种开关状态、压力、流量检测，三通阀控制，燃气比例阀控制，房间温控器；用户操作界面MCU。 

下面对以上技术方案作进一步阐述： 

电源：作为三核(MCU)控制器的电源系统，为了方便与电网强电相关的点火、检火、风机、水泵等控制，因此产生一路与交流电源N线相连的浮地5VDC，供强电控制MCU用；另外为三组输出分别为24VDC、12VDC、5VDC弱电电源，其地与大地相连。供弱电主控MCU、用户操作界面MCU及相关的外部电路用。 

强电控制MCU：负责点火、检火、风机、水泵控制，燃气截止阀的继电器通断控制，其运行受弱电主控MCU的命令控制，同时向弱电主控MCU反馈运行状态信息。此外监控制弱电主控MCU是否工作正常，若异常，即时关燃气截止阀控制继电器的电源。 

弱电主控MCU：负责壁挂炉运行状态控制。按用户控制界面或房间温控器设定的运行指令，并根据壁挂炉卫浴水或供暖需求状况，进行状态切换并向强电控制MCU发出点火燃烧指令，同时开通燃气截止阀控制继电器。点火成功后按用户设定的温度进行燃气比例阀调节 控制，实现精确恒温控制。 

操作界面MCU：负责壁挂炉用户操作面板的信息键入、显示。如设定、显示壁挂炉的工作状态，卫浴水或供暖水温度，编程运行等。相关信息均通过通讯方式与弱电主控MCU进行交换。 

电源安全隔离：由于强电控制MCU与弱电主控MCU各自使用不同的5VDC电源地系统，因此强电控制MCU与弱电主控MCU的UART通讯采用光电耦合器进行隔离。 

本实用新型的有益效果在于：其一、本实用新型的电源采用两路不同地的5VDC，与强电N线相连的5VDC使强电控制MCU不需任何隔离成本便可实现点火、检火、风机、水泵的可控硅驱动和电流、电压采样；弱电的24VDC、12VDC、5VDC则满足弱电安全隔离的要求；其二、本实用新型采用三个独立的MCU控制模块构，使得：1、风机恒功率调速控制，使得壁挂炉燃气燃烧气量所需的风量控制更精确，提高了燃烧效率；2、水泵恒功率调速控制，对供暖系统的二次热交换效率的提高得到更好的控制方法；3结构简洁，方便不同用户的功能扩展和变更；4、强电控制MCU可直接对其强电控制对象进行控制，节省大量的隔离成本，只需增加的仅是通讯信号隔离的两个普通光耦的成本；5、独立的操作界面MCU方便用户实现各种界面(如数码管、LCD、彩屏、TFT屏，普通键、触摸键、触摸屏等)信息的操控要求；6、降低了软件结构的复杂性，减少软件开发和维护的难度；其三、本实用新型在燃气截止阀的控制上采用双路不同的电源、MCU和继电器驱动，实现容错控制，进一步提高了燃气安全控制等级；其四、点火控制采用MCU控制可控硅直接触发点火储能电容，将点火开通控制与点火脉冲的触发控制二合一，节省了成本。 

附图说明

本实用新型壁挂炉三核控制器由以下的实施例及附图给出。 

图1为传统壁挂炉控制器电源部分； 

图2为传统壁挂炉控制器整体结构框图 

图3为传统壁挂炉控制器温度采样框图； 

图4为传统壁挂炉控制器安全开关采样框图； 

图5a为传统壁挂炉控制器火焰电流采样的火焰检测交流回路框图； 

图5b为传统壁挂炉控制器火焰电流采样的火焰检测直流回路框图； 

图6为传统壁挂炉控制器水流频率采样框图； 

图7为传统壁挂炉控制器开关信号输出框图； 

图8a为传统壁挂炉控制器气阀输出的气阀驱动弱点部分框图； 

图8b为传统壁挂炉控制器气阀输出的气阀驱动强点部分框图； 

图9为传统壁挂炉控制器比例阀输出框图； 

图10为根据本实用新型的壁挂炉三核控制器的电源方框示意图； 

图11为根据本实用新型的壁挂炉三核控制器的整体结构连接方框示意图； 

图12为根据本实用新型的壁挂炉三核控制器的整体控制框图； 

图13为根据本实用新型的壁挂炉三核控制器的截止阀控制方框示意图； 

图14为根据本实用新型的壁挂炉三核控制器的点火电路方框示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明： 

参照图10所示，壁挂炉三核控制器所用电源采用开关电源结构，但其特点在于有两组完全绝缘隔离、不共地的电源输出，除一组与机壳(大地)共地的弱电电路所需的+24VDC、+12VDC、+5VDC外(其中+5VDC供弱电主控MCU和操作界面MCU使用)；还有一组与弱电直流电源不同地的+5VDC，此组电源的+5VDC输出与强电的N线相连，电源地浮空，供强电控制MCU使用。使得强电控制MCU可直接对风机、水泵电机的工作电压、电流采用取样电阻进行取样，对电机驱动控制的双向可控硅进行直接驱动，可对点火触发可控硅直接触发驱动，可对火焰离子电流直接采样检测。 

参照图11所示，壁挂炉三核控制器划分为三个独立MCU的控制模块，每个MCU通过UART通讯方式连接。强电控制MCU与弱电主控MCU由于各自使用不同5VDC电源地，因此使用两个普通的光耦进行通讯信号隔离；弱电主控MCU与操作界面MCU使用同一路5VDC，但通讯距离较远，因而弱电主控MCU的RX端采用第一RC滤波，操作界面MCU的RX端采用第二RC滤波。 

参照图12所示，壁挂炉三核控制器整体控制由三大模块组成： 

1、强电控制模块：包括强电控制MCU、点火电路、检火电路、风机驱动控制、水泵驱动控制、燃气截止阀容错控制的第一继电器A驱动。此控制模块受弱电主控MCU的通讯协议命令控制，并向弱电主控MCU反馈燃气截止阀驱动状态、火焰状态、风机、水泵电机运行状态、电网电压等信息。此模块接到弱电主控MCU发来的相关工作命令后，启动风机或水泵，风机、水泵的驱动采用可控硅进行电压调压驱动，同时风机或水泵电机的工作电压、电流进行电阻采样、放大后由强电控制MCU的AD采样得到，风机、水泵的运行按弱电主 控MCU发来的目标功率值进行恒功率控制。启动点火电路，开启燃气截止阀的继电器驱动。检火电路对火焰离子电流进行检测。强电控制模块工作过程中，若有异常，则进入异常处理并向主控MCU发送异常状态信息。 

2、弱电控制模块：包括弱电主控MCU、温度采样、开关状态(供暖水压、风压、过热温控、状态选择等)、卫浴水流量、三通阀控制、房间温控器、燃气比例阀控制、燃气截止阀容错控制的第二继电器B驱动，接收操作界面发来的操控命令，向强电控制模块发送工作运行命令，接收强电控制模块的运行状态信息，向操作界面模块发送壁挂炉的运行状态信息。此模块负主控责任：根据操作面板设定的工作信息、结合壁挂炉的温度、水压或流量等状态，启动或停止壁挂炉的燃烧工作运行。当进入启动燃烧运行状态时：弱电主控MCU向强电控制MCU发出启动燃烧命令，同时开启燃气截止阀容错控制的第二继电器B驱动，强电控制模块成功启动点火后向弱电主控MCU发送点火成功信息。此时弱电控制模块进入正常燃烧控制状态：弱电主控MCU根据目标温度的控制需求，不断地对控制水温进行温度采样检测，然后按PID控制算法要求调节燃气比例阀的输出电流(相应是燃气气量)，并将此燃气气量对应所需的空气气量值(相应风机运行功率值)发送给强电控制MCU(由强电模块实现风机的恒功率调节)，从而实现最佳的燃气空气量配比燃烧，提高了燃烧效率。此外：弱电主控MCU根据卫浴或供暖的状态要求，进行三通阀切换驱动控制。 

3、用户操作界面控制模块：包括操作界面MCU、显示界面、按键输入。显示界面可以是LED数码管、LCD屏、LED彩屏、TFT屏；按键输入可以是开关键、触摸按键、或触摸屏输入，操作界面MCU根据用户操作输入信息形成操控命令，向弱电主控MCU发送，同时接收由弱电主控MCU发来的壁挂炉运行的状态信息，并将这此信息显示在显示界面上。 

参照图13所示，截止阀采用容错控制技术：燃气截止阀采用双继电器控制，由与N线相连的+5VDC电源供电的强电控制MCU输出控制第一继电器A，由弱电+5VDC电源供电的弱电主控MCU输出控制第二继电器B。强电控制MCU与弱电主控MCU之间通过光耦隔离的通讯联络进行MCU是否运行正常的相互监控，若有异常，则立即切断继电器驱动。此外，强电控制MCU同时对继电器的通断状态进行检测监控，若异常则自行切断第一继电器A驱动，或通知弱电主控MCU切断第二继电器B驱动。提高了安全等级。 

参照图14所示，点火电路采用控制采用MCU控制可控硅直接触发点火储能电容方式：交流220V电源经限流电阻R和二极管整流后对点火储能电容C充电，强电控制MCU根据储能电容C充电时间控制单向可控制硅SCR触发放电，此高压脉冲经高压脉冲变压器升压后经点火电针进行放电点火，将点火开通控制与点火脉冲的触发控制二合一，节省了成本。 

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。 

Claims (4)

1.壁挂炉三核控制器，其特征在于：采用两路不共地的+5VDC电源供电的三核控制；一是强电控制MCU：其+5VDC由与电网N线相连的浮地电源供电，负责燃气阀冗余控制继电器控制，燃气点火、检火控制，风机、水泵的调速控制；二是弱电主控MCU：其由与机壳相连的+5VDC弱电电源供电，负责壁挂炉运行状态控制、燃气阀冗余控制继电器控制、温度控制，弱电主控MCU与强电控制MCU之间通过隔离通讯方式进行相互的监控，还与用户操作界面MCU进行通讯控制；三是操作界面MCU：其负责用户操作界面的控制。

2.根据权利要求1所述的壁挂炉三核控制器，其特征在于：两路完全绝缘隔离的不共地的5VDC电源，与强电N线相连的5VDC使强电控制MCU不需任何隔离成本便可实现点火、检火、风机、水泵的可控硅驱动和电流、电压采样；与机壳相连的弱电的5VDC则满足弱电控制MCU和操作界面MCU的弱电安全隔离的要求。

3.根据权利要求1所述的壁挂炉三核控制器，其特征在于：操作界面MCU将根据用户操作输入信息形成操控命令发送给弱电主控MCU，同时接收由弱电主控MCU发来的壁挂炉运行的状态信息。

4.根据权利要求1所述的壁挂炉三核控制器，其特征在于：交流220V电源经限流电阻和二极管整流后对点火储能电容充电，强电控制MCU根据储能电容充电时间控制单向可控制硅触发放电，触发放电得到的高压脉冲经高压脉冲变压器升压后经点火电针进行放电点火。 

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