Oselin Albano D.I.

studio ed industrializzazione di prodotti elettronici Via Rivoli, 36 bis 10090 Rosta (Torino) ITALY

^{PROGETTO 2081}

APPARECCHIATURA A MICROCONTROLLORE

PER CONTROLLO E COMANDO DI CALDAIA MURALE A GAS

Descrizione tecnica

funzionale

Descrizione dei criteri di sicurezza adottati

PROGETTO: 2081

FINANZIATO DALLA REGIONE PIEMONTE

CON D.G.R n.112-15255 del 9/12/96

DESCRIZIONE SPECIFICHE TECNICHE

(hardware)

1.1 INTERFACCIA ELETTRICA

Vengono elencati i vari segnali presenti sui connettori.

1.1.1 Ingressi ON/OFF bassa tensione

Tali ingressi richiedono un contatto ‘pulito’; il potenziale a contatto aperto e’ di circa 24 Vcc, mentre la corrente a contatto chiuso (di bagnatura) e’ di circa 10 mA. Tutti gli ingressi sono protetti dal campo mediante optoisolatore,

i possibili guasti dei componenti previsti nella normativa EN298 prevedono la non attivazione della caldaia ma in nessun caso una falsa accensione. (vedi tabella ‘EFFETTI dei GUASTI - componenti’)

1.1.2 Ingressi analogici bassa tensione

L’unico ingresso previsto e’ per il sensore NTC di temperatura caldaia. La tensione massima presente a circuito aperto e’ di 5 Volt, e’ prevista una barriera di protezione/condizionamento del segnale. Il segnale suddetto viene successivamente applicato ad un ADC integrato nel microprocessore. Il software prevede il rilevamento sia di circuito aperto, sia di circuito chiuso.

1.1.3 Uscite potenza ON/OFF a 230 Vac

Tali uscite pilotano i vari carichi, sono realizzate con relais a normativa IEC255. Ai fini della sicurezza sono previsti :

1. il collegamento in serie dei contatti d’uscita

2. l’attivazione di entrambi i rami di alimentazione delle bobine

3. la generazione di un segnale di feedback (signature) che identifica lo stato dei vari relais

Ogni carico ha il neutro in comune e ne viene attivata/disattivata la fase, sono previsti circuiti snubber anti-arco su ogni contatto, sono inoltre previsti tre VDR disposti a triangolo ed un fusibile di protezione generale.

La valvola di Flusso gas e’ posta direttamente in serie alla valvola(e) del gas sul comune (neutro).

In caso di assenza della VALVOLA GAS 2 e’ possibile non montare il relais di attivazione con i relativi componenti.

1.1.4 Uscite analogiche bassa tensione (24Vcc).

L’unica uscita di questo tipo prevista e’ dedicata al controllo dell’elettrovalvola proporzionale, con comando in corrente 60..165 mA e voltage-compliance di 24 Vcc. Tale uscita e’ controllata da uno stadio di potenza lineare a transistor (unipolare) e un OP-AMP di feedback in corrente. Il pilotaggio dell’OP-AMP arriva , previo filtraggio passa-basso, da un’uscita PWM del microprocessore.

L’uscita e’ protetta dai cortocircuiti.

1.1.5 Sezione accensione/controllo fiamma

E’ costituita da :

a) uscita alta tensione - FASTON su Trasformatore - 20 KV - 2 fili

1.1.6 Ingresso alimentazione 230 Vac

E’ costituito da 3 contatti (Fase,Neutro,Terra), sono previste, oltre al fusibile ed all’interruttore generale (IG), una barriera di VDR e un filtro di rete per una migliore immunita’/emissione condotta sull’ingresso alimentazione.

La tolleranza di alimentazione prevista per la scheda e’ del +10% / -15%.

1.2 PANNELLO FRONTALE / COMANDI

Il pannello è realizzato in modo tale da poter trasferire a distanza i comandi e le segnalazioni più importanti per il funzionamento della caldaia. Il collegamento a distanza è effettuato tramite cavo telefonico con connettori " plugs "

Naturalmente è possibile conservare a bordo della caldaia il pannello comandi. Questa soluzione consente in fase di ordinazione della caldaia poter far fronte con un unico prodotto alle esigenze di installazione sia interna che esterna della caldaia stessa.

Sono posti sul comando a distanza:

1. Display decimale 2 cifre LED 7 segmenti

• riporta la lettura di una delle 3 temperature

• risoluzione 1 grado C

2. Pulsanti UP/DOWN

• consente variazione di setpoint su o giu’ di 1 grado

2. Pulsante SET

• commuta la modalita’ su 3 opzioni :

1. CALDAIA (default) visualizzaz. Temp. caldaia

2. RISCALD visualizzaz. Temp. RISCALDAM

possibile modifica con UP/DOWN

3. SANITARI visualizzaz. Temp. RISCALDAM

possibile modifica con UP/DOWN

4. LED RIS

• indica lo stato di impostazione temperatura riscaldamento.

• dopo 10 sec. di inattivita’ dei pulsanti UP/DOWN, il sistema

decade alla lettura temp. caldaia

e) LED SAN

• indica lo stato di impostazione temperatura sanitari

dopo 10 sec. di inattivita’ dei pulsanti UP/DOWN, il sistema

decade alla lettura temp. Caldaia

f) LED CAL

· indica la temperatura della caldaia

(quando non indica la temperatura di set caldaia o sanitari)

g) PULSANTE ESTATE/INVERNO

h) LED segnalazione posizione INVERNO (colore rosso)

i) LED segnalazione posizione ESTATE (colore verde)

l) LED segnalazione blocco generale (colore rosso)

m) PULSANTE ON/OFF

· Questo pulsante interrompe il funzionamento della caldaia che però rimane alimentata e pronta per una successiva accensione (stand-by)

ELENCO COMANDI

1.3 IMPOSTAZIONI DIP-SWITCHES E JUMPERS

Sono disponibili 2 DIP, sui quali si possono impostare i seguenti parametri :

1.3.1 TIMER MODULATORE FIAMMA [DIP 1]

Posizione OFF = ESCLUSO

Posizione ON = Inserisce un tempo di ritardo di 120 sec alla riaccensione in modalità riscaldamento.

Nella prima accensione questo ritardo non viene effettuato.

1.3.2 TEMPO PREVENTILAZIONE [DIP 2]

Posizione OFF : 1.5 sec (dopo chiusura del contatto del pressostato aria)

Posizione ON : 30 sec

I ponticelli (JUMPERS) di seguito indicati sono collegati dal costruttore su specifica richiesta del Cliente.

1.3.3 VENTILATORE [JP 3]

Presenza di ventilatore (V) e pressostato (PA)

Posizione aperta : (V) e (PA) presenti

Posizione chiusa : (V) e (PA) assenti

1.3.4 DISPLAY o POTENZIOMETRI [JP 4]

Settaggio analogico o digitale

Posizione aperta : Digitale (display + pulsanti)

Posizione chiusa : Analogica (potenziometri)

1.3.5 NUMERO VALVOLE GAS [JP 5]

Impostazione di 1 o 2 valvole GAS.

Posizione aperta : 1 valvola presente

Posizione chiusa : 2 valvole presenti

1.3.6 OTTAVI DI GRADO [JP 6]

Posizione aperta : Temperatura caldaia in gradi

Posizione chiusa : ottavi di grado centigrado (00-07)

1.4 MEMORIA NON VOLATILE

E’ costituita da una Eeprom seriale, su tale memoria sono presenti :

1.4.1 CURVA TARATURA NTC

E’ realizzata tramite un insieme di 32 punti di cui sono memorizzate le coordinate

di tensione adimensionata (lettura ADC) e temperatura corrispondente. In caso di

mancanza del punto rappresentativo l’effettiva temperatura viene ricavata tramite

interpolazione lineare.

1.4.2 MODELLO APPARECCHIATURA

Stringa alfanumerica ASCII di 10 caratteri.

1.4.3 NUMERO SERIALE

Numero di serie apparecchiatura espresso su 4 byte.

Tipo dato : numero intero su 32 bit non segnato.

Range : 0 - 4.294.967.295

1.4.4 TEMPERATURE RIS/SAN

Temperature di SET point relative alle due modalita’ di funzionamento.

Tale memorizzazione e’ utile solo nel caso di impostazione digitale.

1.5 INTERFACCIA SERIALE

E’ prevista una interfaccia seriale RS485 compatibile a due fili per future applicazioni telematiche. Tale interfaccia e’ opzionale e puo’ anche non essere implementata per ragioni di costo. La velocita’ di comunicazione e’ di 9600 baud, no parity, 8 bits, 1 stop bit.

Il connettore e’ un RJ-11 a 4 fili, e’ presente anche una alimentazione ausiliaria a 12 V non regolata.

1.5.1 INTERFACCIA TELECOMANDO

E’ prevista un’opportuna interfaccia al telecomando in modo di garantire l’immunità ai disturbi e ai falsi azionamenti. La connessione è effettuata con un cavo tipo telefonico a 4 conduttori e connettori tipo RJ-11 a 4 contatti, sul cavo e’ presente anche una alimentazione ausiliaria a 12 V non regolata.

Tali connettori sono facilmente crimpabili con apposita pinza o sono disponibili già cablati per il settore telefonico/computer.

Il controllo è previsto sia sulla presenza del collegamento sia sul corto-circuito dei conduttori.

La velocità di comunicazione è di 9600 baud, no parity, 8 bits, 1 bit di stop.

1.6 CRITERI HARDWARE

1.6.1 Criteri a livello componente.

Si fa qui riferimento alla appendice A1 (Modi di guasto componenti) della normativa EN298, dalla quale si

ricavano i seguenti criteri :

1. Resistenze : si opta per resistenze a pellicola sottile, dovunque possibile. In tutti gli altri casi il cortocircuito del

   componente non deve essere critico.

2. Condensatori : sui percorsi a 230 Vac si adottano dispositivi a classe Y, sulla bassa tensione il cortocircuito

   e’ reso meno critico dalla filosofia circuitale.

3. Optoisolatori : conformi EN60335-1

4. Rele’ : conformi alla IEC 255

5. Trasformatori : conformi alla EN60742

1.6.2 Criteri a livello progettuale.

Si allega relazione con il tipo di guasto a livello di componente e l’effetto complessivo sul sistema, il quale e’

stato valutato in base alla tabella C2 della citata norma. A livello di filosofia si puo’ dire che sono previsti vari meccanismi di autoverifica durante il funzionamento; la scelta di integrare piu’ funzioni possibili a bordo del

microprocessore non puo’ che rendere piu’ affidabile l’intero sistema. Il microprocessore scelto infatti integra

a bordo ROM, RAM, ADC, watchdog, voltage supervisor, I/O intelligente. E’ possibile per esempio verificare dinamicamente se un pin di uscita fisico segue lo stato programmato, infatti una rilettura rispecchia lo stato del

pin fisico e non del registro di stato interno, permettendo quindi di rilevare eventuali cortocircuiti a massa o

a Vcc.

Le sezioni piu’ critiche del sistema quali ad esempio i relays di uscita sono dotate di feedback e collegate

direttamente al chip con la minima circuiteria interposta; mentre per altre meno critiche si interpongono

comunque resistenze di limitazione per proteggere il microprocessore da latch-up o extracorrenti.

Il watchdog e’ ancorato ad un clock interno al microprocessore ottenuto da un oscillatore RC, quindi

anche un guasto sul quarzo dell’oscillatore viene rilevato. Rispetto ai limiti di tensione, corrente e potenza dissipabile sono previsti in generale margini anche piu’ ampi di quanto riportato sull’appendice B, prospetto B1

della norma EN298.

1.7 ALTRE CARATTERISTICHE

Range temperatura operativa : 0 - 60 gradi centigradi

Alimentazione : 230Vac 50 Hz +10% / -15%

Potenza dissipata max : 20 VA

DESCRIZIONE FUNZIONALE

(software)

2.1 LOGICA DI FUNZIONAMENTO

Ai fini della descrizione della logica funzionale, vengono adottate la terminologia e le definizioni come

riportate nella normativa EN298, paragrafo 3.

2.1.1 CONDIZIONI AVVIO REGOLAZIONE

La sequenza di avvio accensione viene attivata nel caso si verifichi uno qualsiasi dei seguenti eventi:

1. solo in modalita’ Inverno : su chiusura contatto <OP/Ta> relativo al termostato ambiente ed

   all’orologio programmato.

2. in caso di intervento del contatto antigelo <Tg>

3. su richiesta valvola di flusso sanitari.

In caso di funzionamento in modalita’ Inverno e a fiamma gia’ accesa, qualora giunga la richiesta

SANITARI, viene solo commutata la funzione di regolazione della modulazione di fiamma.

Una qualsiasi delle attivazioni previste alimenta la pompa di circolazione <C> e abilita la logica di

regolazione.

2.1.2 ARRESTO DI REGOLAZIONE

Avviene nel caso di raggiunta temperatura di caldaia; la temperatura fissata dipende dalla modalita’

di funzionamento e viene memorizzata dall’utente, l’isteresi di regolazione e’ di:

1. Riscaldamento : 10 gradi C

2. Sanitari : 2.5 gradi C

2.1.3 SEQUENZA ACCENSIONE

In caso si verifichi una richiesta d’accensione da parte della logica di regolazione viene attivata la seguente procedura :

1. si verifica il corretto stato delle uscite, in caso contrario si attiva il blocco di sicurezza [S0]

2. si verifica l’assenza di fiamma, in caso di presenza si attiva il blocco di sicurezza [S1].

3. nel caso sia previsto il ventilatore, si attiva la sottosequenza :

d.v.1) si alimenta il ventilatore <V>

d.v.2) Si attende che entro il tempo di preventilazione (TPW) si attivi il pressostato, in caso

contrario si attiva il blocco [S2]; da questo momento una mancanza di segnalazione

del pressostato aria avvia il blocco di sicurezza [S2]

5. si attende il tempo di ventilazione(TW).

Fino alla fine di questa fase si verifica l’assenza di fiamma, in caso di presenza si attiva

il blocco di sicurezza [S1].

1. Si attiva il circuito di accensione, dopo 100 msec si apre la valvola del GAS numero 1.

2. Se entro il tempo di accensione (TS) la fiamma non e’ rilevata, saltare al punto (k)

3. Se la fiamma e’ rilevata, si disattiva il circuito di accensione. Da questo momento una mancanza di fiamma fa saltare al punto (k).

1. in caso di impianto con 2 valvole del gas, parte ora un temporizzatore di durata TS2. In caso

di funzionamento corretto del tutto ed alla fine del tempo prefissato, viene aperta la seconda valvola

gas.

10. un arresto di regolazione disattiva la/e valvola/e del gas, dopo un tempo di post-ventilazione

(TV) viene disattivato il ventilatore <V>.

11. Entro un tempo massimo di 1 secondo viene disattivata la/e valvola/e del gas.

12. si avvia un nuovo ciclo di riaccensione come ai punti e),f),g). In caso di fallimento si procede

al blocco di sicurezza [E0].

Le indicazioni di 2 caratteri riportate tra parentesi quadre vengono visualizzate sul display a 2 cifre

onde facilitare la diagnostica e la riparazione della caldaia.

2.1.4 RESET di BLOCCO

In caso di blocco di sicurezza, tutti i carichi vengono disattivati ed il sistema rimane in tale stato fino

all’azione dell’utente del tasto di reset. Il display indica la causa dell’azione di blocco. Lo

stato di blocco e’ inoltre segnalato dal relativo LED ROSSO presente anche sul telecomando.

2.2 LOGICA DI REGOLAZIONE

Scopo della regolazione e’ l’attivazione della sequenza di accensione in funzione della temperatura caldaia

e il relativo controllo proporzionale della modulazione gas.

2.2.1 LINEARIZZAZIONE DEL SENSORE TEMPERATURA

Il sensore previsto (NTC) viene linearizzato nel modo gia’ illustrato in 1.4.1

2.2.2 CONDIZIONI ATTIVAZIONE SEQUENZA ACCENSIONE

In caso di richiesta di regolazione, gia’ illustrata al punto 2.1.1, si deve raggiungere la corretta

temperatura di caldaia in funzione della modalita’ operativa (SAN/RIS).

2.2.3 MODELLO DI REGOLAZIONE

La regolazione avviene inoltre mediante il meccanismo proporzionale e di isteresi; le isteresi

previste sono quelle gia’ specificate in 2.1.2; mentre la regolazione di apertura della valvola proporzionale

avviene con comando in corrente. Il segnale di comando in corrente viene ricavato mediante amplificazione

del segnale di errore tra la temperatura desiderata e quella effettiva della caldaia.

Il modello lineare e’ stato ricavato dal circuito a componenti discreti CM004 e prevede una variazione

del guadagno d’anello in funzione della modalita’ di funzionamento.

E’ presente un ritardo di regolazione per le caldaie a basso contenuto d’acqua, inseribile con un DIP

switch, come al punto 1.3.1.

2.3 CRITERI SOFTWARE

2.3.1 VERIFICA BANCHI DI MEMORIA

Ad intervalli di tempo regolari viene avviata una procedura di verifica di :

1. ROM : tramite checksum

2. RAM : prova di lettura / scrittura trasparente

3. EEPROM : ad ogni scrittura si verifica con rilettura, CRC su tutto il banco all’accensione

2.3.2 OROLOGIO VIRTUALE DI CICLO MACCHINA

Il ciclo di controllo complessivo della logica e’ costituito dalle scansioni degli ingressi, dall’avanzamento

dei timers, dal calcolo delle funzioni logiche ed analogiche, dall’avanzamento degli automi a stati finiti ed dal

finale aggiornamento di tutti gli output.

Tale ciclo viene attivato ogni 100 msec, la relativa durata complessiva deve essere quindi inferiore; in tal

modo tutti gli eventi sono quantizzati nel tempo con uno step di 100 msec; durante lo stato di IDLE il processore

si occupa di altre gestioni, quali ad es. la scansione del display.

2.3.3 KERNEL LOGICA ‘PLC’

Per lo sviluppo della logica di tipo ‘PLC’ con timers, logiche ‘a contatti’ o booleana, viene

impiegato un set di subroutine gia’ ampiamente testato sulla famiglia di processori impiegata ed

in precedenza anche su altre per lo sviluppo di progetti analoghi. E’ quindi assicurata un’ottima

affidabilita’ dei risultati ottenuti.

2.3.4 TEST dell’HARDWARE

Nella scansione degli ingressi analogici si cerca di effettuare il massimo numero di verifiche di

congruita’ numerica, mentre per gli ingressi digitali si riprogramma periodicamente il PIN fisico

come uscita onde verificare l’integrita’ delle resistenze di Pull-up poste sugli optoisolatori.

Le uscite a Relay, che rappresentano quelle piu’ critiche, sono verificate con un segnale di

signature analogico.

2.4 SEGNALAZIONI DI GUASTO

Le seguenti segnalazioni appaiono sul display in seguito a blocco di sicurezza:

Collegamenti Esterni

Pagina Principale

Progetti