2.3 Розробка блоку керування режимами кондиціонування

Вибір елементної бази

Вибір мікроконтролера

В даний час серед всіх 8-розрядних мікроконтролерів - сімейство MCS-51 є безсумнівним чемпіоном з кількості різновидів і кількості компаній, що випускають його модифікації. Воно отримало свою назву від першого представника цього сімейства - мікроконтролера 8051, випущеного в 1980 році на базі технології HMOS. Вдалий набір периферійних пристроїв, можливість гнучкого вибору зовнішньої або внутрішньої програмної пам'яті і прийнятна ціна забезпечили цьому мікроконтролеру успіх на ринку.

Важливу роль у досягненні такої високої популярності сімейства 8051 зіграла відкрита політика фірми Intel, родоначальниці архітектури, спрямована на широке поширення ліцензій на ядро ​​8051 серед великої кількості провідних напівпровідникових компаній світу.

У результаті на сьогоднішній день існує більше 200 модифікацій мікроконтролерів сімейства 8051, що випускаються майже 20-ма компаніями. Ці модифікації містять у собі кристали з найширшим спектром периферії: від простих 20-вивідних пристроїв з одним таймером і 1К програмної пам'яті до найскладніших 100-вивідних кристалів з 10-розрядними АЦП, масивами таймерів-лічильників, апаратними 16-розрядними помножувачами і 64К програмної пам'яті на кристалі. Щороку з'являються все нові варіанти представників цього сімейства. Основними напрямками розвитку є: збільшення швидкодії (підвищення тактової частоти і переробка архітектури), зниження напруги живлення і споживання, збільшення обсягу ОЗП і FLASH пам'яті на кристалі з можливістю внутрісхемного програмування, введення до складу периферії мікроконтролера складних пристроїв типу системи керування приводами, CAN і USB інтерфейсів і т.п.

Всі мікроконтролери з сімейства MCS-51 мають загальну систему команд .

Наявність додаткового обладнання впливає тільки на кількість регістрів спеціального призначення.

Основними виробниками клонів 51-го сімейства в світі є фірми Philips, Siemens, Intel, Atmel, Dallas, Temic, Oki, AMD, MHS, Gold Star, Winbond, Silicon Systems і ряд інших.

У рамках СРСР виробництво мікроконтролера 8051 здійснювалося в Києві, Воронежі (1816ВЕ31/51, 1830ВЕ31/51), Мінську (1834ВЕ31).

Для даної задачі був обраний мікроконтролер AT89C51 фірми Atmel [5]. Незважаючи на те, що фірма Atmel вже давно робить упор на нове покоління мікроконтролерів (серії AVR), мікроконтролер AT89C51 теж досить широко застосовується. І не випадково, так як ця мікросхема має ще досить великий потенціал. Параметри мікросхеми дозволяють створювати широкий спектр сучасних електронних пристроїв, що знаходять своє застосування в самих різних областях мікропроцесорної техніки. Головною перевагою вибору саме цієї мікросхеми є її широка доступність і прийнятна ціна.

Функціональна схема

Функціональна схема кондиціонера зображена на Рис. 2.19.

Рисунок 2.19 - Функціональна схема кондиціонера

Схема управління системи мікропроцесора

1.термістор труб тепло обмінника, 2. термістор температури в приміщенні, 3. плата живлення, 4. SW 101 вимикач, 5. основне реле, 6. релейна плата, 7. плата індикації, 8. світло діоди, 9. клемна колодка, 10. пліта індикації, 11. болт заземлення, 12. з’єднувальні провода до зовнішнього блоку, 13. плавкий запобіжник, 14. фото приймач, 15. SW1 ручний-автоматичний перемикач, 16. силовий трансформатор, 17. плата керування.

Рисунок 2.20 - Схема розміщення плат внутрішнього блоку

Рисунок 2.21 - Схема електричних з'єднань внутрішнього блоку спліт-систем продуктивністю 7000, 9000 і 12000 БТЕ / год, що працюють на охолодження та обігрів.

Позначення на схемах:

ЕД - електродвигун;

STEP MOTOR - кроковий електродвигун;

Fuse - ппавкий запобіжник;

РТС - захисне термореле (термістор з позитивним температурним коефіцієнтом);

ТН - датчик температури (термістор);

ROOM-TH - датчик температури в приміщенні;

PIPE-TH - датчик температури холодоагенту в контурі;

САРА - електричний конденсатор;

CN - контакт (клема). Відповідно: CN-TH - контакт термістора, CN-UP/DOWN - контактна група крокового електродвигуна (рух жалюзі «вгору-вниз») і т. д.;

OLP - захисне реле;

RY - реле. Відповідно: RY-COMP - реле компресора, RY-4WAY - реле 4-ходового клапана, RY-FAN - реле вентилятора, RY-HI, RY-MED, RY-LOW - реле високої, середньої і низької швидкостей обертання і т. д .;

ZNR - діод Зенера.

Кольори ізоляції проводів:

GN / YL - жовто-зелений;

GN - зелений;

YL - жовтий;

OR - оранжевий;

BR - коричневий;

ВК - чорний;

BL - синій;

RD - червоний;

WH - білий.

Схема електричних з'єднань внутрішнього блоку спліт-систем продуктивністю 7000, 9000 і 12000 БТЕ / год, що працюють на охолодження і нагрівання.

2.3.1 Розробка блок схеми функцій блоку керування кондиціонера.

Блок схема функцій блоку керування кондиціонера

2.3.2 Опис електричних схем спліт системи кондиціонера внутрішнього та зовнішнього блоків.

Рисунок 2.21 - Схема електричних з'єднань внутрішнього блоку спліт-систем продуктивністю 7000, 9000 і 12000 БТЕ / год, що працюють на охолодження та обігрів.

У цій схемі я вибрав датчик температури Samsung DB32-00020D, він часто використовуваний з головною плалата IC1 SH09ZS8X-SER Samsung та дисплеєм АQ18A0RE, з клапанів для мого кондиціонера я вибрав 4-ходовий реверсивний клапани Danfoss Saginomiya CHV / STF / VHV, так як про нього мало поганих відгуків, приймач сигналу ПДУ KIA 954602j360, з функціональних деталей я взяв за основу резистори R-1кОм, R-6,6кОм, R-10кОм, zhaoli Yj48-10 електродвигун, конденсатор CBB65 25mF 450V, Компресор кондиціонера H23A623DBEA 4.8Kw, ВО-6-300, вентилятор, силовий трансформатор DB48

3. Розрахунки що підверджують працездатність спліт-системи.

Робоча температура навколишнього повітря +5 ... + 40ºС, відносна вологість 20 ... 70%.Робоча температура навколишнього повітря +5º ... + 40ºС кондиціонер працює тільки в режимі вентиляції. С до +18 Примітка. При температурах від +5С до +45 С Робоча температура повітря на вході в кондиціонер - від +18   Кондиціонер повинен зберігати працездатність і основні технічні характеристики після впливу факторів, регламентованих для групи 1.5 ГОСТ В 20.39.304, а також володіти сейсмостійкістю з боку будівельних конструкцій спецоб'єкту з розрахунковими прискореннями по вертикалі до 16,5 при тривалості впливу 20 ... 50 мкс; та по горизонталі - до 12 g при тривалості впливу 25 ... 75 мкс.  Основний режим роботи кондиціонера - автоматичний, періодами 2500 ... 3000 год без безпосереднього місцевого обслуговування. Автоматичне підтримання температури повітря в приміщенні забезпечується за допомогою датчика-реле температури, встановленого в приміщенні.  Крім автоматичного, передбачено дублююче ручне управління (для регулювання, налаштування системи та аварійних ситуацій).  Від крайніх значень заданих температур.Точність підтримки температур повітря в приміщенні в місці установки датчика-реле температури становить ± 2.   Кондиціонер має робочу і захисне заземлення, яке відповідає вимогам ПУЕ для особливо небезпечних приміщень.  Рівні спектральних складових звукового тиску в діапазоні частот 60 ... 8000 Гц на вимірювальній поверхні, віддаленій від корпусу кондиціонера на відстань 1,0 м і усереднені по точках, не повинні перевищувати норми, яка визначається прямій, що проходить через точку 76 дБ на частоті 1000 Гц і має пониження в бік високих частот 6 дБ на октаву. 

Ресурс роботи кондиціонера до заводського ремонту за умови заміни комплектуючих виробів відповідно до ТУ на них складає не менше 40000 год, призначений ресурс до списання - 75 ... 80 тис.ч.  Термін служби до заводського ремонту - 10 років.  Термін служби до списання - 20 ... 25 років.  Вимоги по зручності експлуатації, технічного обслуговування, ремонту і зберігання кондиціонера, а також вимоги з ергономіки і технічної естетики. Кондиціонер задовольняє вимогам ПУЕ та Правил будови і безпечної експлуатації фреонових холодильних установок і вимогам пожежної безпеки.  При розробці технічного проекту на кондиціонер забезпечена спадкоємність конструктивних і схемотехнічних рішень. 

Розрахунок циклу 

Вихідні дані:  1) холодопродуктивність 

2) температура конденсації 

3) температура кипіння 

4) переохолодження у конденсаторі 

5) переохолодження в теплообміннику 

6) перегрів пари хладону на всмоктуванні в компресор 

З діаграми lg(p) для хладогену R22 знаходимо параметри окремих точок циклу.  Точка 2.7 '- стан рідкого холодоагенту на виході з конденсатора:  (3.1) (3.2)

Точка 2.7 - стан рідкого холодоагенту на виході з регенеративного теплообмінника:  (3.3) (3.4)

Точка 1.4 - стан холодоагенту після капіляра: 

(3.5)

Точка 1.3 - стан холодоагенту після повітроохолоджувача:  (3.6)

Точка 1.1 '- стан газоподібного хладагента на виході з регенеративного теплообмінника:  (3.7)

звідси:

Точка 1.1 - стан холодоагенту на всмоктуванні в компресор:  (3.8) (3.9)

Точка 2.2 - стан парів холодоагенту в кінці стиснення в компресорі: 

(3.10) Питома холодопродуктивність  (3.11) Питома об'ємна продуктивність  (3.12) Масова витрата хладагента  (3.13)

Питома ізоентропна робота компресора 

(3.14) Об'ємна продуктивність компресора  (3.15) Теплове навантаження на конденсатори  (3.16) Теплове навантаження на теплообмінник  (3.17)

Нормативний коефіцієнт ефективності капітальних витрат 

Частка від витрат, щорічно відраховується на амортизацію конденсатора і його ремонт 

Теоретична об'ємна продуктивність компресора ХГВ-28 ,0-1 

Визначення температур конденсації  Теплове навантаження на конденсатор

Температура води на вході в конденсатор 

Витрата води на охолодження конденсатора 

Конденсатор Кожухотрубний, горизонтальний, трубки 20Ч3 мм, оребрені 

внутрішній діаметр трубки 

діаметр основи ребер 

зовнішній діаметр ребер  Ступінь оребрення труби  (3.18) (3.19) температура води на виході з конденсатора  (3.20)

Тепловий потік конденсатора 

(3.21)

де 

ентальпія холодоагенту на вході в конденсатор  питомий обсяг хладагента на вході в конденсатор 

Ізонтропна потужність 

(3.22)

Індикаторна потужності 

Потужність тертя 

(3.23)

Холодопродуктивність 

(3.24)

Число Рейнольдса 

(3.25) (3.26)

Число Нуссельта 

(3.27) (3.28) (3.29)

сумарний термічний опір 

(3.30)

(3.31)

Щільність теплового потоку з боку води 

(3.32)

Площа внутрішньої поверхні 

(3.33)

Об'ємна витрата води 

(3.34)

Число труб в одному ході 

(3.35) Число труб, розташовуваних по більшій діагоналі шестикутника  (3.36)

Загальне число труб в апараті 

Число ходів в апараті 

(3.37) Довжина однієї труби 

(3.38)

(3.39)

Потужність, споживана насосом конденсатора 

(3.40) (3.41)

Розрахунок компресора 

Компресор призначений для відсмоктування парів хладону з повітроохолоджувача, стиснення їх до тиску конденсації і нагнітання в конденсатори.  Для комплектації кондиціонера К-25 СМ прийнятий високотемпературний компресор ХГВ-28, 0 виробництва Білоруського оптико-механічного об'єднання «білому», за своїми технічними та експлуатаційними характеристиками найбільш повно відповідає вимогам «Технічного завдання» на виконувану ДКР, що поставляється з прийманням Представництва Замовника.  Тип компресора - герметичний хладонові поршневий непрямоточний з вертикальним розташуванням вала.  Компресор комплектується електродвигуном серії АВ 2К по ТУ 16-513.506-81, встановлена ​​потужність - 7,5 кВт

Вихідні дані: Холодопродуктивність 

Температура кипіння  Температура конденсації 

Температура всмоктування пари хладону в компресор 

Температура рідкого фреону після конденсатора 

Ставлення тисків 

Витрата хладону 

Обсяг парів хладону, відсмоктуються компресором їх випарника 

(3.42)

Визначення коефіцієнта подачі 

коефіцієнт зворотного розширення 

(3.43)

де 

коефіцієнт дроселювання 

(3.44) де   

Показник адіабати для хладону R22 

коефіцієнт підігріву 

коефіцієнт щільності 

З урахуванням достатнього перегріву парів хладону на всмоктуванні в компресор приймаємо 

повний коефіцієнт подачі 

(3.45)

Теоретична об'ємна продуктивність 

(3.46)

Діаметр циліндра 

(3.47) де число циліндрів  частота обертання вала компресора 

Хід поршня 

(3.48)

Середня швидкість поршня 

(3.49)

Параметр прискорення 

Параметр питомих сил інерції 

Ізоентропна потужність компресора 

Індикаторний ККД компресора 

Індикаторна потужність компресора 

Потужність тертя 

Ефективна потужність

 

Механічний ККД компресора 

Електрична потужність

 

Дійсний холодильний коефіцієнт 

Побудова розрахункової індикаторної діаграми втрати тиску на всмоктуванні і нагнітанні 

тиск пари на поршень з боку всмоктування 

тиск пари на поршень з боку нагнітання

 

геометричні параметри компресора 

Геометрична довжина шатуна 

Геометричний радіус кривошипа 

Величина мертвого об'єму 

Величина ходу поршня наприкінці процесу всмоктування

 

Величина ходу поршня в кінці процесу стиснення 

Визначення сил інерції 

кутова швидкість обертання колінчастого валу 

сила інерції постуательно рухомих частин 

(3.50)

сила інерції обертових частин 

Визначення сил тертя 

сила тертя поступально рухомих частин, що припадає на один циліндр 

(3.51) сила тертя обертових частин, що припадає на один циліндр 

сила від тиску газу 

(3.52)

Сумарна сила 

(3.53) Розрахунок тангенціальних сил

кут відхилення шатуна 

(3.54)

тангенціальна сила припадає на один поршень 

(3.55)

сумарна тангенціальна сила 

Тангенціальна сила, що діє на перший поршень 

Тангенціальна сила, діюча на другий поршень 

Тангенціальна сила, що діє на третій поршень 

Тангенціальна сила, що діє на четвертий поршень 

(3.56)

Сумарна тангенціальна сила  (3.47) середнє значення тангенціальної сили за один оборот 

максимальна надмірна робота 

Площа надлишкового майданчика  Максимальна надлишкова робота 

необхідний момент інерції маховика 

Допустима ступінь нерівномірності обертання вала компресора  Момент інерції маховика  Дійсний ступінь нерівномірності 

Розрахунок противаги 

Розрахунковий радіус противаги  Маса противаги