Ракетный котел - 2

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Во кака штука всплыла через Донки. http://airpi.es/ http://donkey32.proboards.com/post/26879/thread

 

Работаю над алгоритмами управления. Именно сейчас, ради теплой погоды, отлаживаю самый экономный режим. Получается примерно такое:

Зеленое - заслонка первички, фиолетовое - заслонка вторички.

Это при установке по воде 46 градусов на подаче. Реальная температура воды отображена синим графиком:


Раньше картинка была такой:

То есть, был один пик активного выделения газа, дальше период перепроизводства и постепенный переход в угольную эпоху.

Сейчас автоматика сразу же срывает любую попытку котла уйти " в разгон" по газу, поэтому активный газовый период растягивается на несколько часов и происходит с некоторого момента уже одновременно с угольным периодом.

Отладка алгоритма занимает много времени... процессы в котле идут долго. Но победа будет за нами!

Но вручную такого не сделать по управлению - там если буквально на несколько десятков секунд прозевать начало лавинообразного выделения газа, уже мало что можно исправить последующей регулировкой заслонок - поезд уже ушел в разгон с горки... А автоматика четко ловит момент и мгновенно реагирует.

Сегодня даже забрасывали несколько раз полиэтилен (в том числе один раз и во время записи графика, который показал выше), но "тормоза" справлялись и с полиэтиленом. С сосной тоже справляются (хотя раньше с этим деревом были проблемы - температура "улетала" за 1000 градусов очень быстро).

 

@Perelesnik,

Получается, что этот момент есть ключевой в управлении тепловыделением в топливнике, пиролиз, реакция экзотермическая для дров, а здесь душим положительную обратную связь по количеству тепла. Вопрос, на сколько затягивается общая работа котла на минимуме мощности и возможность включения в управление этим режимом комнатного воздушного градусника, т е если на улице тепло, то котел как раз и входит в затяжку, поскольку температура теплоносителя не всегда может быть источником управления мощностью (в моем тандеме с газовым котлом она точно не является показателем, поскольку газовик работает на старт - стоп, а данные с температуры идут от далласа в комнате). Второй вопрос относительно чистоты сгорания. Она зависит от температуры и концентрации топлива. С температурой все понятно, в принципе заслонка ВВ должна на этом алгоритме обеспечивать некоторый избыток воздуха, но если горение идет на малой мощности, а постоянная времени достаточно большая, то отслеживается ли увеличение концентрации ПГ - это вот второй пик на графике, по виду как будто котел обнаружил, что топлива много и резко открыл заслонку.

 

"Вот скажи мне американец"
Зачем нам трогать заслонку ВВ в котле на естественной тяге, когда и так там саморегуляция, интенсивней горение - больше тяга, больше ВВ, слабее - меньше тяга, меньше ВВ,
что еще тут можно придумать?

 

@alarin, вторичка регулируется только от датчика в камере сгорания - по динамике изменений и фактическому значению температуры.
Задача регулировки простая:
1. Не допустить перегрева (даем избыток ВВ для разбавления температуры, если она улетает выше 1000 градусов).
2. Не позволить трубе тянуть только вторичку в ущерб тяге первички - там "кечели" получаются по динамике газовых потоков. Вторичку тянуть легче (она рядом), а первичку сложнее - ее нужно через угли и дрова протаскивать. По этой же причине увеличение подачи ВВ приводит к уменьшению подсоса ПВ при уходе котла в "разгон" и уменьшает поток газа "сквозняком" из бункера в зону горения.

Регулировка первички сейчас заметно сложнее (хотя сам код и не сложный) - там учитывается не только температура воды и динамика этой температуры, но сейчас туда привязана и динамика изменений температуры в зоне горения. Для более быстрой реакции (температура воды - показатель инерционный).
Фактически, как только начинается нарастание температуры в райзере, автомат первички уже это видит, и принимает меры. Хотя температура воды еще не успела измениться.

Вот полный цикл вчерашней загрузки (после 6.30 подбросил еще пару поленьев сверху, чтобы до ночи как раз хватило, и обнулил счетчик)

Кстати, ПИД-коэффициенты не менял, но характерная затухающая синусоида исчезла. Дело было не в коэффициентах, а в физической инертности показателя температуры по воде. Поэтому ПИД отрабатывал со значительным опозданием. И это приводило к "раскачке" графика.

Вот то, что в данный момент работает у меня на котле (жирным шрифтом выделил весь алгоритм по первичке):

Спойлер: Кодъ

#include "max6675.h"
#include <OneWire.h>
#include <DHT.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <RCSwitch.h>
#include <PID_v1.h>

#define POWER_MODE 0
#define DHTTYPE DHT11 / DHT 11

#define OLED_RESET 4
Adafruit_SSD1306 display (OLED_RESET);

/Servo servo;

RCSwitch mySwitch = RCSwitch(); /обзываем радиопередатчик

OneWire sensDs (7); /куда подключен ds18b20
const byte dht_pin = 4; /куда подключен датчик влажности

DHT dht (dht_pin, DHTTYPE);
int thermoDO1 = 2; /он же SO
int thermoDO2 = 3; /он же SO
int thermoCS = 5;
int thermoCLK = 6; /он же SCK
byte bufData[9]; / буфер данных
float temperature; / измеренная температура ds18b20
float therm1; /райзер
float pretherm1; /предыдущая температура в райзере
float therm2; /бункер
int s1; /угол для сервы вторички
int st2;
int s2; /угол поворота сервы первички * 100
int t1; /ограниченная температура датчика в райзере
int pot; / данные с потенциометра
int prepot; /предыдущие данные с потенциометра
int devpot; /разница предыдущих и текущих данных потенциометра
int s1flag;

int potdeg; /градусы с потенциометра
unsigned long currentTime; / таймер
unsigned long loopTime; / таймер
unsigned long currentTimeSend; / таймер
unsigned long loopTimeSend; / таймер
unsigned long radiotime; / таймер радио
unsigned long pottime;
boolean potflag = false;
long worktime;
int radioperiod = 1200; /время на отправку каждой из переменных по радиоканалу
boolean transflag = false; / флаг целевого сервопривода для передачи данных
double Setpoint, Input, Output; / PID переменные, дублируют уже существующие, но мне лень менять
int spid; / готовый угол поворота сервы с ПИД регуляятора

PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, 5, 0.5, 0.25, DIRECT); /создаем ПИД-регулятор
/ крайние 3 значения ПИД-регулятора содержат всю "магию" процесса -
/ их нужно настроить под себя, насколько быстро заслонка будет реагировать
/ на изменение температуры

MAX6675 thermocouplea (thermoCLK, thermoCS, thermoDO1);/ это организовываем подключение термопар
MAX6675 thermocoupleb (thermoCLK, thermoCS, thermoDO2);

void setup() {
Serial. begin (9600); / это для связи с контроллером сервоприводов
currentTime = millis();
loopTime = currentTime;
pinMode (13, INPUT); / пин потенциометра
display. begin (SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);

dht. begin();
display. clearDisplay();

mySwitch. enableTransmit (12); /включаем радио

myPID. SetMode (AUTOMATIC);/включаем ПИД-регулятор
myPID. SetOutputLimits (2, 180);
pot = analogRead (A0);
potdeg = map (pot, 0, 1023, 40, 95); / определяем границы устанавливаемой температуры
prepot = pot;
delay (100);
}

void loop() {

radiotime = millis();

if (digitalRead (13) = HIGH) /кнопка запуска таймера новой закладки топлива
{
currentTime = millis();
loopTime = currentTime;
display. setTextSize (5);
display. setTextColor (WHITE);
display. setCursor (0, 0);
display. println("START");
display. display();
display. clearDisplay();
}

/работа с потенциометром

pot = analogRead (A0); / потенциометр у нас на пине А0
devpot = pot - prepot;

if (devpot >= 10 && potflag = false) | (devpot <= -20 && potflag = false) / в смысле, если пользователь крутнул ручку настройки
{
potflag = true;
pottime = radiotime;

}

if (potflag = true)
{

potdeg = map (pot, 0, 1023, 40, 95); / определяем границы устанавливаемой температуры
display. setTextSize (5);
display. setTextColor (WHITE);
display. setCursor (40, 0);
display. println (potdeg);
display. display();
display. clearDisplay();
}

if (radiotime - pottime >= 5000)/ даем 5 секунд ожидания действий пользователя
{
prepot = pot;
potflag = false;

}

if (potflag = false) / весь этот остальной цикл программы запускается
/ только когда не меняются данные с потенциометра
{

/ управление приводом заслонки вторичного воздуха
therm1 = thermocouplea. readCelsius();
t1 = constrain (therm1, 100, 1000);
currentTimeSend = millis();

if (currentTimeSend - loopTimeSend >= 5000) { / управляем каждым из сервоприводов раз в 5 секунд

transflag = !transflag;
loopTimeSend = currentTimeSend;
s1flag = s1flag + 1;

}

if (s1flag >= 4)
{
pretherm1 = t1;
s1flag = 0;

}

if (pretherm1 < t1)
{
st2 = st2 + (t1 - pretherm1);
}
if (pretherm1 > t1)
{
st2 = st2 - (pretherm1 - t1);
}

st2 = constrain (st2, 2, 180);

if (t1 <= 450) {
s1 = (map (st2, 2, 180, 5, 180) + map (t1, 300, 450, 5, 80) / 2;
}
if (t1 > 450 && t1 <= 600) {
s1 = (map (st2, 2, 180, 60, 180) + map (t1, 450, 600, 60, 120) / 2;
}
if (t1 > 600 && t1 <= 800) {
s1 = (map (st2, 2, 180, 100, 180) + map (t1, 600, 800, 100, 160) / 2;
}
if (t1 > 800) {
s1 = (map (st2, 2, 180, 160, 180) + map (t1, 800, 1020, 160, 180) / 2;
}

/ управление приводом заслонки первичного воздуха

if (OneWire: crc8 (bufData, 8) = bufData[8])
{
temperature = (float)(int) bufData[0] | (int) bufData[1]) < 8) * 0.0625 + 0.03125;

}

Input = temperature; /температура с датчика на выходе из теплообменника

myPID. Compute();/считаем выходной сигнал ПИД-регулятора

spid = Output; / выходной сигнал ПИД

Setpoint = potdeg; / заданная температура

if (temperature - potdeg > 1) {
s2 = 2;
}
else {
if (spid - (s1 / 2) >= 0) {
s2 = spid - (s1 / 2);
}
else {
s2 = spid;
}
}
/ отправка данных на контроллер сервоприводов

if (transflag = false)
{
Serial. print (String (s1, DEC); /данные для сервопривода вторички

}

if (transflag = true)
{
Serial. print (String (constrain (s2, 2, 180) * 100, DEC); /данные для сервопривода первички

}

worktime = (millis() - currentTime) / 1000; / таймер времени горения закладки топлива

float h = dht. readHumidity();
float t = dht. readTemperature();
sensDs. reset(); / сброс шины
sensDs. write (0xCC, POWER_MODE); / пропуск ROM
sensDs. write (0x44, POWER_MODE); / инициализация измерения
sensDs. reset(); / сброс шины
sensDs. write (0xCC, POWER_MODE); / пропуск ROM
sensDs. write (0xBE, POWER_MODE); / команда чтения памяти датчика
sensDs. read_bytes (bufData, 9); / чтение памяти датчика, 9 байтов

therm2 = thermocoupleb. readCelsius();

/ вывод данных на дисплей

display. setTextSize (1);
display. setTextColor (WHITE);
display. setCursor (0, 0);
display. println (therm1);

display. setCursor (70, 0);
display. println (worktime / 60 / 60);
display. setCursor (85, 0);
display. println (":");

display. setCursor (90, 0);
display. println (worktime / 60) % 60);
display. setCursor (110, 0);
display. println (":");

display. setCursor (115, 0);
display. println (worktime % 60);

display. setCursor (110, 24);
display. println (s1);

display. setCursor (85, 24);
display. println (s2);

display. setCursor (0, 12);
display. println (therm2);
display. setCursor (90, 12);
display. println (temperature);
display. setCursor (0, 24);
display. println (t);
display. setTextSize (2);
display. setCursor (50, 12);
display. println (potdeg);
display. display();
display. clearDisplay();

/ отправка данных по радиоканалу
mySwitch. send (s1, 13);
myPID. Compute();
delay (100);
mySwitch. send (t * 100, 14);
myPID. Compute();
delay (100);
mySwitch. send (constrain (s2, 2, 180) * 100, 15);
myPID. Compute();
delay (100);
mySwitch. send (temperature * 100, 16);
myPID. Compute();
delay (100);
mySwitch. send (therm2 * 100, 17);
myPID. Compute();
delay (100);
mySwitch. send (therm1 * 100, 18);
myPID. Compute();
delay (100);
mySwitch. send (worktime, 19);
myPID. Compute();
delay (100);
mySwitch. send (potdeg, 20);
myPID. Compute();
delay (100);
}

}

Но в "расширенной версии" это, скорее всего, будет лишь одним из режимов работы котла. Когда нужно держать минимальную мощность и сильно экономить топливо при теплой погоде на улице, но при этом поддерживать котел в рабочем режиме.

Своего рода, "холостой ход".

Включать его вручную или следить за погодой для включения не вижу большого смысла - он может включаться автоматически, от двух параметров: от заданной температуры по воде и от динамики изменений температуры этой воды (то есть, по потребляемой мощности, по реальному расходу тепла).

Да, скорее всего, этот мой котловый регулятор, который сейчас работает, я кому-то сосватаю (работает он уже стабильно и я в нем уверен), а на его место поставлю новую версию для отладки - отладить программу можно только на рабочем котле, а у меня всего один котел в хозяйстве.
Ну, кроме уже встроенных в котле термопар, понятно.

Выше просили замерить температуру под "колпаком" - у меня нет такой возможности, я просто туда не доберусь сейчас, чтобы поставить датчик.

Да, спрашивали в личке, из чего состоит система, я вроде уже писал...
Но не грех и еще раз:

В главном контроллере:
Arduino Uno R3
0.96 OLED дисплей модуль 128х64
Датчик температуры и влажности Arduino DHT11
Радиомодуль 433 Мгц Передатчик
Антенна 1/2 волны
Стабилизатор LM2596 понижающий
Тактовая кнопка
Потенциометр 10К
Блок питания 220 / 12 Вольт 2 А

Внешние датчики:
MAX6675 + термопара K-типа - 2шт
Датчик температуры DS18b20

"Комнатный блок":
Arduino Nano V3.0 ATmega328
Радиомодуль 433 Мгц Приемник
Антенна 1/2 волны
Светодиоды - 4 шт с резисторами
Пьезо-динамик.

Управление сервоприводами:
Arduino Nano V3.0 ATmega328
Разъемы для сервоприводов

Сервоприводы:
MG996r (MG995) - 2шт.

Провода соединительные - "шлейф" 10 жил длиной около 2 метра.
Корпуса контроллеров, крепления сервоприводов и тяги сервоприводов - АБС пластик, 3Д печать.

 

Для саморегуляций нужно вводить обратные связи, как положительные, так и отрицательные, а это постоянные эксперименты с внесением изменений в действующую конструкцию. Применение электроники позволит использовать существующую, как в самолётах технологии Стэлз, с нарушенной аэродинамикой в угоду технологии, которые без авионики просто упадут. Достойный вариант, достойно исполненный. Со временем обрастёт ещё сервисом. Фантазия человеческая безгранична...

 

@Perelesnik, Понятно, что холостой вход, не включать в ручную, Вопрос скорее был выносить этот режим в отдельную подпрограмму, либо достаточно ввести коэффициент на мощность в текущий алгоритм. Про инерционность воды было понятно сразу, у себя сделал по воде просто зону регулирования и ограничение температуры сверху. Зона может быть от 40 (подача топлива) до 90 (отключение топлива) градусов- широкая или 50 - 60 градусов узкая. 85 градусов - отключение горения (можно выставить в принципе любую температуру). Это управление является безусловным, а вот установленная температура воздуха в комнате работает как прерывание выполнения этих циклов. Выбор зоны должен быть с другого уже уличного градусника (пока не сделал, даллас надо в закромах раскопать). Таким методом получается управление не только мощностью, но и скоростью ее изменения. Достаточно будет дополнить всю схему таймером и можно будет менять температуру в доме от времени суток или наличия отсутствия "теплокровных жителей". Ушел на работу, мощность упала, температуру в доме можно сбросить, а вот к приходу, в зависимости от температуры на улице, котел должен установить нормальную домашнюю температуру. В схему эти функции заложены, но пока отключены. Для себя может и излишество, но пользовательская ценность от такого режима подрастает, да и топливо можно еще сэкономить.

 

@Igrek1977, Саморегуляция имеет предел по геометрии ГО, если ГО сделать с "управляемым вектором тяги", тогда можно заслонки не мучать (все равно придется, но в меньшей степени), но агрегат то уже в работе.

 

Добавлю, что для саморегуляции приходится очень четко выводить общее сечение выходных отверстий вторички (как выводить - да практически только экспериментальным путем, потому что невозможно точно рассчитать аэродинамическое сопротивление всех "плечей" системы). Иначе "качели" время от времени будут иметь возможность "опрокидываться" то в сторону первички, то в сторону вторички.
Думаю, это не нуждается в пояснении - почему и как.
Да, здесь как в авиации - если планер летит в ламинарном воздушном потоке и имеет достаточную скорость, тем планером не особо нужно управлять - разве что по курсу, как обычным автомобилем. В остальном планер вполне саморегулируется. Но вот если попадает в череду восходящих и нисходящих потоков, в условия турбулентности... то тут уже спина у пилота мокрая. То же на взлете и на посадке.
Автоматика просто разгружает пилота в такие переходные режимы.

А всеобщего рецепта "идеального" самолета не существует. Как бы ни старались конструкторские НИИ, какой бы огромный опыт не был за плечами, "доводка" каждого самолета занимает годы. Даже при изменении всего одного узла или агрегата, при небольшом изменении аэродинамической формы. Всё равно приходится отлаживать, налаживать и согласовывать.

Да, котел у меня саморегулируется. Но медленно саморегулируется (процессы в котле идут длительное время). Автоматика делает то же самое, но практически мгновенно. Ничего особо не меняется, кроме повышения стабильности работы на порядок.

Собственно, для самого себя я бы и не делал автоматику.

Но у коллег бывают проблемы с управлением. Здесь тоже как в авиации: когда пилот только учится, он летает с инструктором, а от критических ошибок в пилотировании его страхует целый каскад автоматических контроллеров.

Но а если никто и ничто не страхует, то совсем не сложно грохнуть аппарат о земную поверхность. По множеству причин. Даже при очень хорошем и склонном к саморегуляции самолете.

Как минимум, полезно иметь хотя бы указатель скорости полета и высоты (применительно к котлу это датчики температур райзера и бункера). Опытный пилот чувствует "пятой точкой", как ведет себя самолет, когда он может войти в сваливание... и как из этого сваливания выйти (это происходит уже не автомате, когда работает не мозг, а руки).

Обычно, на пассажирских "Бройлерах" летает молодежь (сравнительно молодые пилоты с не столь большим налетом часов). А на "Кукурузниках" летают старые ассы. Потому, что "Бройлер" грохнуть о землю на пару порядков сложнее, чем маленький самолет, занимающийся агрохимией над полями.
Потому, что сам "Бройлер" тупо не позволит себя угробить в большинстве случаев. А "Кукурузник" полностью доверяет пилоту и полностью зависит от его действий.

И дело не в совершенстве аэродинамики, не в надежности узлов и агрегатов. Дело в степени автоматизации и в количестве уровней защиты от неверных действий пилота.

И если я провожу курсы для операторов (пилотов) БПЛА (за прошлое лето успел подготовить последовательно два курса, при этом не был разбит ни один из очень дорогостоящих летательных аппаратов), то курсы по управлению котлом сделать затруднительно по многим причинам. Дистанционно это не получается. Да и у всех свои специфические конструкции котлов...

А по поводу смены режимов работы... То достаточно просто выставить по времени суток требуемую температуру теплоносителя, а дальше котел уже сам отработает. Это как в контроллере новых газовых котлов - выставляем суточную динамику по температуре воды, и всё на том.
Это настолько просто, что не интересно.

Можно и без автоматики научиться. Тем более, что я публикую графики работы котла - по ним понятно, что происходит в котле в зависимости от стадии горения и от положения заслонок.
Там всё очень наглядно.
Например, если мы даем больше вторички, то одновременно уменьшается подсос первички (несмотря на положение клапана этой первички). Ну и так далее.

 

Взят рубеж 1100 в райзере, 574 в колпаке ТО, получено только на дровах.

 

А еще, для саморегуляции (и вообще для регулировок, нормальных) нужно БЫЛО на этапе строительства агрегата добиваться герметичности заслонок дверок и всего котла. Потому как котел обжора, и стремится освободить брюхо, чтоб еще покормили.-Я думаю всем понятно, что это мой частный случай.
Всех с наступающим, всем удачи в делах!

 

Присоединяюсь к поздравлениям. Удачных экспериментов в Новом Году!

 

@Igrek1977, Буржуи нас мониторят и воруют идеи.

 

ракетчиков печных и не печныхс Новым годомудачи в наступившем году

 

@_Reba_, Хорошие идеи не воруются, они распространяются)