Title: Sistema de Control de una Caldera
1- Sistema de Control de una Caldera
Curso 2004-2005
Asignatura SDP2
Autores Silvia Serrano García Alberto
Escolar Piedras
2ESPECIFICACIONES (I)
- Se desea diseñar un sistema digital que realice
el control de una caldera. - Este sistema presenta los siguientes elementos
- N termostatos de las N zonas a calentar.
- Un termostato de control.
- Un par de termostatos (40ºC,70ºC) en un termo de
500L agua. - Una válvula de control del flujo de agua.
- Un circuito de precalentamiento eléctrico.
- Un led.
- Un pulsador de reset.
- Una señal de tarifa nocturna.
- Un quemador.
3ESPECIFICACIONES (II)
- El sistema se divide en tres partes
- Sistema de calefacción
- Consta de una serie de radiadores agrupados por
zonas. Cada zona está controlada por uno
termostato que indica al sistema de control si se
debe calentar la zona. - Sistema de agua caliente sanitaria
- Consta de un termo de 500L el cual tiene unos
termostatos para mantener el agua entre 40ºC y
70ºC. Consta también de una resistencia eléctrica
de 22KW como sistema de calentamiento
alternativo. - Durante el día el agua se calienta por medio de
la caldera. - Durante la noche se usan calentadores de línea
próximos a cada punto de consumo. -
4ESPECIFICACIONES (III)
- Caldera
- Consta de un quemador cuyo control se realiza
en el trabajo. - De este quemador interesan
- Bomba de aire.
- Válvula del gasoil.
- Transformador de encendido.
- Fotorresistencia.
5Esquema de unainstalación típica
TermostatoSi se debe calentarla habitación lo
indicacerrando un contacto
Electroválvula Válvula accionada eléctricamente
Termostato de seguridadEvita que el agua del
circuitode calefacción se calientepor encima de
un límite
TermoIntercambia calor entreel circuito de la
caldera y el agua de consumo
6DESCRIPCION DE USO Y FUNCIONAMIENTO(I)
- El sistema de control diseñado se divide en dos
partes - Circuito de toma de decisiones
- Arrancar caldera en caso de que alguna de las N
zonas deba ser calentada. - Durante el día calentar el agua del termo si su
temperatura baja de 40ºC. Para esto deberá
encender la caldera y accionar la válvula
correspondiente. - Precalentar el agua del termo hasta 70ºC antes de
que finalice la tarifa nocturna. Para ello, hora
y media antes del fin de la tarifa nocturna
precalentar eléctricamente el agua del termo
hasta 40ºC, y una hora antes hasta 70ºC. - Para arrancar la caldera deberá controlar las
señales internas del quemador. En caso de que no
pueda arrancarla deberá bloquear el sistema e
indicarlo con un led.
7DESCRIPCION DE USO Y FUNCIONAMIENTO(II)
- Circuito de control del quemador
- Para arrancar el quemador se debe seguir este
diagrama de tiempos
8DESCRIPCION DE USO Y FUNCIONAMIENTO(III)
- Durante 12 segundos arrancar la bomba de aire.
- Durante 5 segundos intentar provocar la llama
abriendo la válvula del gasoil y encendiendo el
transformador. - Si en esos 5 segundos no ha arrancado el sistema,
repetir el ciclo después de 30 segundos. Si
después de ese intento tampoco arranca, bloquear
el sistema. - Mantener la bomba y la válvula abierta mientras
dure la señal de arranque y el sistema funcione
correctamente.
9DESCRIPCION DEL SISTEMA COMPLETO
Diagrama general
Toma de decisiones
Control del quemador
10DESCRIPCION DEL CONTROL DEL QUEMADOR (I)
Diagrama desecuencia deoperaciones
11DESCRIPCION DEL CONTROL DEL QUEMADOR(II)
Control del quemador completo
12DESCRIPCION DEL CONTROL DEL QUEMADOR(III)
Diagrama de estadosde ctarra
13ESTIMACION DE LOS RECURSOS LOGICOS (I)
- Biestables
- 57 biestables
- 8 para la maquina de estados 7 biestables para
los estados 1 para intento - 9 para temporiza5y12y30 un contador de 6 3
para las salidas - 11 para Bajaa1Khz un contador de 10 1 para la
salida - 17 para Temporiza1y15asincrono 15 2
biestables - Registros de sincronización de las entradas
- Macroceldas
- 63 para realizar todo el sistema
14ESTIMACION DE LOS RECURSOS LOGICOS (II)
21 Terminales Entradas 8 termostatos de
zona 2 termostatos del termo 1 Tarifa
nocturna 1 Reloj (1 Khz) 1 Llama 1 Termostato
de seguridad 1 Reset Salidas 3 Al quemador 1
válvula ACS 1 Al precalentamiento del termo 1
Bloqueo
15ELECCION DEL CIRCUITO
- Teniendo en cuenta que en la familia XC9500 de
Xilinx hay PLDs de 36, 72, 144 ... macroceldas,
para esta aplicación el mínimo necesario es el
9572. - En cuanto al encapsulado son necesarias 21
patillas disponibles para el usuario, por lo que
el menor, de 44 patillas, que dispone de 34 para
el usuario es suficiente. Las sobrantes se
podrían utilizar con una ligera modificación para
mas termostatos de zona. - Se eligió la versión de 15ns de retardo pues
sigue siendo más que suficiente. Sería capaz de
trabajar a 52Mhz. - Es decir el menor que se puede emplear es el
XC9572-15-pc44
16IMPLEMENTACION
- El sistema funcionará con una frecuencia de reloj
de 1 Khz. - El resultado de la síntesis con el temporizador
síncrono fue de 63 macroceldas, y se comprueba
que este PLD es suficiente. - Se probó a implementar el temporizador1y15
asincrono, el resultado fue el ahorro de una
macrocelda con su registro asociado y 25
productos lógicos.