Steuerung von Flüssiggasbrennern mit Mikrocontroller: Ideen für Flammensensoren erforderlich

Ich baue ein System mit einem Mikrocontroller (wie vielleicht einem Arduino), um die Temperatur eines Flüssigkeitskessels, der von einem LP-Gasbrenner mit einem PID-Algorithmus zum Ein- und Ausschalten des Brenners erhitzt wird, automatisch zu steuern.

Ich habe Schwierigkeiten herauszufinden, wie ich das Vorhandensein / Fehlen der Flamme erkennen kann, damit ich den Zünder deaktivieren und dann auf Flammenausbruch überwachen kann. Ich habe mir Flammensensorstäbe angesehen, wie sie in Öfen (Gleichrichtertyp) verwendet werden, kann aber nichts darüber finden, wie man einen an den Mikrocontroller anschließt.

Ich habe überlegt, eine Thermosäule zu verwenden, aber sie scheinen hauptsächlich für die Pilotflamme verwendet zu werden, daher bin ich mir nicht sicher, ob sie für die Hauptflamme funktionieren würde. Ich habe mir einen Brandsensor (auf Transistorbasis) für den Arduino angesehen, aber er erkennt keine Erdgasflamme, daher bin ich mir nicht sicher, ob er für LP funktionieren würde.

Ich brauche eine Lösung.

Sicherheit ist kein großes Problem, da dies niemals in Innenräumen verwendet wird und während des Betriebs ständig überwacht wird. Ein üblicher Ansatz hierfür besteht darin, den Brenner manuell zu zünden und ein Thermometer in der Flüssigkeit zu überwachen. Die Brenner werden periodisch mit einem Kugelhahn eingestellt. Ich möchte den Vorgang nur ein wenig vereinfachen, habe aber nicht die Absicht, ihn unbeaufsichtigt zu lassen. Ich denke, man könnte sagen, dass das Hinzufügen von a

Flammenmelder ist nur eine sekundäre zusätzliche Sicherheitsmaßnahme.

Vielen Dank an alle für Ihren Beitrag. Ich habe begonnen, eine elektrische Alternative zu analysieren. Ich muss 220 V mit etwa 5500 W-Elementen in der Flüssigkeit fahren, aber es ist definitiv machbar. Ich kann ein SSR verwenden, um den Strom einzuspeisen und die Temperatur zu regulieren. Es ist definitiv eine sauberere und einfachere Alternative, also kann ich diesen Weg gehen. Nochmals vielen Dank, dass Sie so reaktionsschnell sind.

Jetzt muss ich die Auswahl des Mikrocontrollers abschließen. Ich denke vielleicht an einen Atmel. Wie ich sehe gibt es dazu schon einige Meinungen. Hat jemand konkrete Vorschläge zu Modellen und rational für die vorgeschlagene Auswahl?

Der Flammensensor ist Teil (ein sicherheitskritischer Teil) eines Sicherheitssystems und Sie sollten für diesen Zweck ein zertifiziertes Gerät erwerben und es gemäß den Empfehlungen des Herstellers installieren. Sie können den Thermostat durch Ihren Arduino ersetzen (falls erforderlich, indem Sie eine zusätzliche Sicherheitsvorrichtung wie einen passiven Überhitzungsschutz hinzufügen, wenn der Thermostat einen unsicheren Zustand verursachen kann, z. B. indem er auf 100 bleibt). Andernfalls könnte ein Einzelfehler, einschließlich der Firmware, eine Explosion verursachen. Normalerweise ist dieses Zeug in die Zündsteuereinheit eingebaut.
Ich stimme Herrn Pefhany zu. Unabhängig von der zur Erkennung der Flamme verwendeten Sensortechnik sind die von ihnen erzeugten analogen Signalpegel winzig und können durch (versehentlich) marginales Design sowohl in mechanischer als auch in elektrischer Hinsicht, Konstruktion, Verschmutzung durch Schmutz, der im Laufe der Zeit parallele Signalpfade verursacht, usw. überschwemmt werden. Außerdem muss Ihr Code alle Arten von Sensorfehlermodi testen und erkennen und entsprechend handeln (die Kraftstoffzufuhr abschalten, eine Art Benachrichtigungsalarm auslösen). Ein elektrisches Heizsystem würde zumindest die Kraftstoffexplosion beseitigen, aber vielleicht ist das für Sie nicht praktikabel.
Die Verwendung eines Bastelbretts, das Sie in einer Packung Cornflakes gefunden haben, ist für dieses Projekt völlig ungeeignet. Nicht nur, weil es sicherheitskritisch riecht, womit man vor Gericht landet, sondern auch, weil AVR ein verdammt langsamer 8-Bitter mit 1980er-Kernarchitektur ist. Ja, Sie können wahrscheinlich eine PID-Regleranwendung damit schreiben. Aber es wird eine unnötig komplexe und schmerzhafte Aufgabe sein. Es gibt absolut keinen Grund, eine so unterdimensionierte, uralte MCU für die Aufgabe zu verwenden, wenn Sie einen Cortex M für überhaupt kein Geld bekommen können.
Im Gegenteil, es gibt absolut keinen Grund, dafür einen Cortex M4 zu verwenden. Fast jede einfache MCU ist geeignet, wenn sie klug eingesetzt wird – AVR, Cortex M0, MSP430 usw. Wenn überhaupt, achten Sie auf physische und elektrische Robustheit, nicht auf Rechenleistung oder Trendigkeit.
@ChrisStratton Ich nehme an, dass Sie nicht viele PID-Controller entworfen haben. Es wird mit ziemlicher Sicherheit eine Menge 32-Bit-Arithmetik ausführen müssen. 8-Bitter sind im Allgemeinen sehr schwer in C zu programmieren, verglichen mit 32-Bitter. Diejenigen, die sich der Schwierigkeiten nicht bewusst sind, sind dies wahrscheinlich, weil sie die implizite ganzzahlige Beförderung nicht kennen. Was die Robustheit betrifft, hat Atmel historisch mit Abstand den schlechtesten Ruf auf dem Markt.
Die Trendigkeit ist der einzige Vorteil von Arduino. Die Branche für eingebettete Systeme sieht zu Recht die Gleichwertigkeit von Tausenden von Tischlerlehrlingen, die ein einziges Werkzeug, ein sehr stumpfes Messer (Arduino), verwenden, um jedes Problem zu lösen. Einen Nagel getroffen? Verwenden Sie das stumpfe Messer. Eine Schraube schrauben? Verwenden Sie das stumpfe Messer. Streiche die Wand? Verwenden Sie das stumpfe Messer.
@Lundin scheint, dass Sie noch nie an kostensensiblen Dingen gearbeitet haben und daher nie wirklich versucht haben, zu sehen, was Sie tun können. Wenn Sie auch nur 30 Sekunden darüber nachdenken, werden Sie feststellen, dass die Komplexität des Regelkreises zu einer Programmgröße führt, aber nicht unbedingt zu einem hohen Rechenbedarf. Die Rechenleistung muss nur ausreichen, um die Schleife mit der gewünschten Rate auszuführen. Die meisten winzigen agilen Drohnen fliegen 3 Paare verschachtelter PID-Schleifen auf einem Cortex M0 und aktualisieren viel schneller als eine Ofensteuerung (vor ein paar Jahren flogen sie auf STM8s und AVRs). Sie raten, denken nicht.
@Lundin - Ich habe eine Ofensteuerplatine vor mir sitzen, und das Mikro darauf ist ein PIC mit Hauskennzeichnung, vermutlich 8-Bit (und aufgrund der Hauskennzeichnung vermutlich auch OTP).

Antworten (2)

Es gibt drei gängige Flammendetektoren, die für Brenngas-Heizsysteme verwendet werden: Flammengleichrichtung, Temperaturerfassung mit einem Thermoelement, UV-Erfassung.

UV-Sensoren sind bei Verwendung im Freien nicht zuverlässig, es sei denn, der Sensor und der Flammentopf sind vollständig vor Außenlicht abgeschirmt. Eines der Systeme, das ich vor einigen Jahren beheben musste, litt unter genau diesem Problem – funktionierte, wenn es am Boden war, funktionierte nicht, wenn es in der Luft an einem Beleuchtungsträger war.

Die Flammengleichrichtung benötigt eine Hochspannungs-Wechselstromquelle, normalerweise im Bereich von 160 VAC. Nicht schwer zu generieren, aber . . .

Ein weiteres Problem bei der Flammengleichrichtung ist, wenn (nicht wenn) der Flammensensorstab mit Verbrennungsprodukten aus schmutzigem Brenngas kontaminiert wird. Leicht mit etwas Stahlwolle oder einem anderen Schleifpad zu reparieren, aber dennoch ein Wartungsaufwand.

Die Temperaturerfassung ist sowohl kostengünstig als auch zuverlässig. Das einzige Problem besteht darin sicherzustellen, dass sich die Thermoelementspitze immer innerhalb des Flammenkegels befindet.

Es gibt viele Sicherheitsbedenken, wenn Sie dies für eine kommerzielle Anwendung bauen. Die Zertifizierung ist mühsam und immer teuer. Sie müssten die relevanten Vorschriften studieren und sowohl Ihre Hardware als auch Ihre Software so gestalten, dass sie diese Vorschriften erfüllen. Beachten Sie insbesondere die Forderung nach ausfallsicherem Betrieb.

Dies ist eine wirklich praktische Antwort, ich hatte noch nie von Flammenkorrektur gehört, aber es macht Sinn. Diese stammen aus dem Wikipedia-Artikel Video , Blog , der Blogpost ist recht hilfreich. Ich nehme an, für das UV könnte eine Kollimationsröhre, die einem (UV-schwarzen) Rücklauf auf der anderen Seite zugewandt ist, etwas helfen, aber es ist nicht narrensicher.

Sofern Sie die Kraft des Gases nicht benötigen, um möglichst schnell eine große Wassermenge zu erhitzen, sollten Sie auf Gas verzichten und stattdessen auf eine Elektroheizung zurückgreifen. Baue ein Steuersystem für einen elektrischen Wasserkocher oder einen elektrischen Tauchsieder.

Wenn Sie eine große Menge Wasser erhitzen müssen, sollten Sie vielleicht bedenken, dass Sie möglicherweise mehr abbeißen, als Sie kauen können, sicherheits- und haftungstechnisch.

Sie könnten jedoch ein Thermoelement und einen Thermoelement-Schnittstellenchip wie den Maxim MAX31855 verwenden. Es ist leicht, Thermoelemente von wissenschaftlichen Anbietern zu bekommen, die direkt in die Flamme des Brenners gelegt werden können.

Eine solche Kombination wäre in einem Mehrkanalaufbau nützlich, um auch die Temperatur Ihrer Flüssigkeit zu messen, obwohl RTDs häufig für diese Anwendung für Lebensmittel verwendet werden.

Was auch immer Sie tun, nehmen Sie Sicherheitsbedenken ernst. Gehen Sie davon aus, dass jedes von Ihnen verwendete Teil an der einen oder anderen Stelle ausfallen wird, und konstruieren Sie Ihr System entsprechend, damit es in einem sicheren Zustand ausfällt, nicht in einen unsicheren.

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