CN109708140A - 一种高效燃油燃烧器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效燃油燃烧控制系统，通过采集海拔、环境温度、风机转速、油温、油位、油泵工作状态、火焰传感器等参数，按照控制处理策略对其进行判别处理，很大程度上提高了燃烧效率，具有显示界面和人机交互功能，支持手动操作、程序预约、远程控制三种工作模式。一种高效燃油燃烧控制系统，通过自动检测、自动控制方式，解决了在不同海拔地区燃烧器的控制问题；本系统能够支持柴油、生物油等不同燃料，可以大大提高燃烧效率，对于环境保护和节能减排有着重要意义，也是实现高效智能厨房必不可少的系统；本系统一旦推广能够产生重大的经济和社会效益，在方便和提高人民的生活水平的同时，对于节能减排和低碳环保等事业有着重要意义。

Description

一种高效燃油燃烧器控制系统

技术领域

本发明涉及燃烧器及高原后勤保障装备领域，尤其是一种具有能够实现高效控制柴油、生物油等燃料，并具有连续调控和数据传输功能，实现在不同海拔下，控制燃烧器高效换热和长期稳定工作的控制系统。

背景技术

目前市面上燃油燃烧器厂家很多，但水平参差不齐，由于设计上的先天缺陷，国产的燃烧器由于控制问题，普遍存在燃烧中爆燃的问题和由于燃烧不充分引起的积碳问题，很大程度上限制了燃烧效率，降低了工作的稳定性；进口品牌虽然在工作稳定性上有了很大提高，但由于控制方式的原因，导致燃烧器在火力控制上，不能进行连续的控制，而且采用固定参数设置，无法满足在不同海拔下，发挥最大的燃烧效率，存在燃烧效率低、环境适应性差、火力无法连续调节、工作不稳定等缺点；现有燃烧器的控制系统由于先天设计不足，在后续使用中如果发现陷，一般采用积木式填充的局部弥补方法进行弥补，造成结构布局不合理、体积大、成本高、自动化程度低；传统燃烧器的控制系统由于设计理念的制约，没有提供人机界面，重要参数只能固化在程序中，但在使用中，若想实现最佳工作状态，不同的应用场景必须有不同的参数设置，而现有控制系统却无法这种满足需求；传统燃烧器的控制系统监测数据、燃烧时间、工作状态等数据无法采集与汇总，而且没有提供通讯接口和显示界面，工作状态无法显示，对设备的信息化集成和安全运行带来了很多问题。

发明内容

为解决上述问题，提供一种高效燃油燃烧器控制系统，通过采集风机转速、油温、油位、油泵工作状态、环境传感器、火焰传感器等参数，按照控制处理策略对其进行判别处理，将这些数据进行整理后，在显示界面上展示；本控制系统能够针对不同的应用场景，通过人机界面设置对应参数，能够满足在不同海拔下工作，支持柴油、生物油等燃料，具有燃烧效率高、环境适应性好、火力可以连续调节、工作稳定等优点；本系统的数据和状态，可以通过通讯接口，供外部系统进行读取；本系统具有自动化程度高、体积小、成本低、模块化等优点，支持设备信息化集成功能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高效燃油燃烧器控制系统，包括油温传感器、油位传感器、点火系统、鼓风电机控制输出、燃烧火力调节、火焰传感器、风速传感器、RS485通讯接口、主控单元、显示屏、油泵控制、环境传感器、存储电路、电源电路组成；所述环境传感器用于检测设备所在地区海拔和温度，从而调用不同的工作模式和参数设置；所述鼓风电机控制输出用于控制鼓风电机的转速；所述风速传感器用于检测鼓风电机的转速；所述油温传感器、油位传感器、火焰传感器用于监测燃烧中工作状态；所述油泵控制用于控制供油量大小，结合鼓风电机控制输出，实现最佳燃烧效率；所述主控单元是整个系统的核心单元，通过内置程序和控制流程，实现整个系统的正常运转；所述显示屏用于人机界面显示及交互；所述燃烧火力调节可以通过旋钮的方式实现火力的无级调控，结合显示屏的人机交互，实现对系统的控制；所述存储电路用于存储系统的用户参数、环境配置参数、使用及故障信息记录等；所述电源电路使用24V直流输出，经过内部电路转换，实现对整个系统供电；所述RS485通讯接口用于和外部系统进行通讯。

优选的，所述油位传感器和油温传感器输出是一个模拟量信号（0-5V或4-20mA），信号经处理后送至主控单元的AD引脚，经过其内部的模数转换器，获得相应数字信号。

优选的，所述电机控制输出，是指来自主控单元的DA模拟信号经过电平转换后，送至鼓风电机控制输入脚，用于控制鼓风电机转速。

优选的，所述环境传感器包括气压传感器和温度传感器，两个传感器是同一个芯片，通过检测大气压强，经过公式换算出对应的海拔，通过检测到温度数值，对气压进行二次换算温度补偿，保证测量的高精度。

优选的，所述显示屏采用5V供电的触摸显示屏，通过UART接口与主控单元连接，显示屏具有低温主动加热功能，保证在极低温度下显示屏也能正常工作，支持用于用户参数输入和变量存储，可以通过对显示屏操作实现手动操作和定时预约等功能；同时外部支持物理按键输入和LED指示灯，确保显示屏故障时，本控制系统也能正常工作。

优选的，所述风速传感器检测鼓风电机转速信号，经过一个低通滤波后，得到一个模拟量信号，送至主控单元的AD引脚，经过其内部的模数转换器，获得相应数字信号。

优选的，所述油泵控制是由主控单元生成的PWM信号，经过信号驱动放大后，产生一组12V电平的PWM信号，用于对油泵进行精确控制。

优选的，所述火焰传感器包括单极性火焰检测探针、处理电路，其检测信号经过比较器后变成一个开关量信号，送至主控单元的IO引脚，主控单元通过定时检测IO引脚，来判断火焰状态。

优选的，所述的主控单元通过RS485通讯接口与外部系统进行通信，使用电源为隔离的+5V实现通讯隔离，提高通信系统的抗干扰程度。

优选的，所述电源电路采用24V直流供电，输入具有防反接和短路保护，短路保护使用自恢复保险丝，防反接保护使用大功率二极管，24V输入其中一路经过自恢复保险丝后给点火系统供电，一路经自恢复保险丝给内部开关电源电路供电，另一路经过自恢复保险丝给鼓风电机供电；内部的开关电源产生12V/5A的电源，其中12V一路用于给油泵电路供电，另一路经5V的降压开关电路产生5V电源；5V电源其中的一路经过线性降压产生+3.3V给控制电路供电，另一路经过5V电源模块产生隔离的+5V给RS485通讯电路供电。

本发明的有益效果为：提供一种高效燃油燃烧器控制系统，通过采集海拔、环境温度、风机转速、油温、油位、油泵工作状态、火焰传感器等参数，按照控制处理策略对其进行判别处理，很大程度上提高了燃烧效率，具有显示界面和人机交互功能，支持手动操作、程序预约、远程控制三种工作模式；本系统的数据和状态，可以通过通讯接口，供外部系统进行读取，具有自动化程度高、体积小、成本低、模块化等优点；本系统支持设备信息化集成功能，能够满足不同海拔地区产品性能要求，解决了燃烧中爆燃的问题和积碳的问题，能够对火力进行连续控制，使控制的燃烧器具有燃烧效率高、产品适应性好、运行稳定、功能齐备等优点；本系统也可以通过连接中控系统，实现预约、控制、报警等功能，从而实现全自动化控制；本系统的应用，通过自动检测、自动控制方式，解决了在不同海拔地区燃烧器的控制问题；本系统能够支持柴油、生物油等不同燃料，可以大大提高燃烧效率，对于环境保护和节能减排有着重要意义，也是实现高效智能厨房必不可少的系统；本系统一旦推广能够产生重大的经济和社会效益，在方便和提高人民的生活水平的同时，对于节能减排和低碳环保等事业有着重要意义。

附图说明

图1是本发明系统的整机原理框图；

图2是本发明系统的电源电路原理框图；

图3是本发明系统的油泵控制电路原理图；

图4 是本发明系统的RS485通讯接口电路原理图；

图5是本发明系统的系统程序流程图；

图6是本发明系统的应用布局框图；

图7是本发明系统的拓展应用框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，一种高效燃油燃烧器控制系统，包括油温传感器、油位传感器、点火系统、鼓风电机控制输出、燃烧火力调节、火焰传感器、风速传感器、RS485通讯接口、主控单元、显示屏、油泵控制、环境传感器、存储电路、电源电路组成；所述环境传感器用于检测设备所在地区海拔和温度，从而调用不同的工作模式和参数设置；所述鼓风电机控制输出用于控制鼓风电机的转速；所述风速传感器用于检测鼓风电机的转速；所述油温传感器、油位传感器、火焰传感器用于监测燃烧中工作状态；所述油泵控制用于控制供油量大小，结合鼓风电机控制输出，实现最佳燃烧效率；所述主控单元是整个系统的核心单元，通过内置程序和控制流程，实现整个系统的正常运转；所述显示屏用于人机界面显示及交互；所述燃烧火力调节可以通过旋钮的方式实现火力的无级调控，结合显示屏的人机交互，实现对系统的控制；所述存储电路用于存储系统的用户参数、环境配置参数、使用及故障信息记录等；所述电源电路使用24V直流输出，经过内部电路转换，实现对整个系统供电；所述RS485通讯接口用于和外部系统进行通讯。

如图2所示，本发明系统的电源电路原理框图，外部24V直流输入，其中一路经过自恢复保险丝F1后给点火系统供电，一路经自恢复保险丝F3、防反二极管D1，给内部开关电源电路，另一路经过自恢复保险丝F2给鼓风电机供电；24V转12V的开关电源产生12V/5A的电源，其中12V一路经过自恢复保险丝F4用于给油泵电路供电，另一路经12V转5V的开关电源产生5V电源；5V电源其中的一路经过5V转3.3V的线性电源产生+3.3V给控制电路供电，另一路经过5V转5V的隔离电源模块，产生隔离的+5V给RS485通讯电路供电；其中F1、F2、F3、F4起到短路保护的作用，二极管D1起到反接保护的作用，当输入24V接反时，D1将其两端电压钳位在-0.6V左右，两端电流急剧上升，导致自恢复保险丝F3动作，从而保护整个内部电路。

如图3所示，本发明系统的油泵控制电路原理图，来自主控单元的PWM控制信号OIL_CTR_PB0送至驱动芯片U4的2脚，U4的3、4脚接地，电阻R37连接U4的2脚和地，U4的6脚接+12V，U4的7脚通过电阻R9、MOS管Q1、续流二极管D6对油泵进行控制，+12V经过自恢复保险丝F5接油泵的正端3XS-1，MOS管Q1的D极接油泵的负端3XS-2，由于油泵是一个感性负载，采用PWM控制方式，二极管D6起到一个续流的作用，自恢复保险丝F5起到短路保护的作用，电容C60、C61是+12V滤波电容，这样实现了对油泵的精准输出控制。

如图4所示，本发明系统的RS485接口电路原理图，来自主控单元的MC_UART1_RX、485_RE/DE、 MC_UART1_TX信号至光耦U12的4脚、U13的1脚、U14的1脚，+3.3V经过电阻R6、R8、R10至光耦U12的4脚、U13的1脚、U14的1脚，RS485_5V经过电阻R7至光耦U12的1脚，RS485_5V接光耦U13的4脚，U12的2脚接芯片U10的1脚，U13的3脚一路经电阻R9接地（GND_485），另一路接芯片U10的2脚和3脚，RS485_5V经过电阻R11分别接U14、U10的4脚，U14的3脚接地（GND_485），RS485_5V接芯片U10的8脚，GND_485接芯片U10的4脚，U10的7脚、6脚经过电阻R24、R25、R26、R28、R29、瞬态抑制器D6、D9、D10到端子J11，其中D6、D9、D10对RS485节点起到一个浪涌保护作用，输出RS485A和RS485B信号，这样构成一个具有隔离通讯的RS485电路。

如图5所示，本发明系统的系统程序流程图，阐述了系统程序工作的原理流程。

实施例2

如图6所示，是本发明系统的应用布局框图，由燃烧器、油箱、油位油温传感器、火焰探针、点火棒、火焰探针、高效燃烧器控制系统、环境传感器、鼓风电机、中控系统组成，所述油箱中燃料可以是柴油、生物油或其他油类；高效燃烧控制系统显示并接收用户参数设置，根据用户使用燃料类型和环境参数，自动选择控制程式和控制方式，解决多种类燃料、不同海拔地区的高效燃烧控制的问题；中控系统通过RS485对高效燃烧器控制系统进行通讯，对其运行参数、环境数据进行读取；中控系统实时监测燃烧器的工作状态，经过中控系统的内部处理程序，实现远程控制、预约等功能。

实施例3

如图7所示，本发明系统的拓展应用框图，由传感器、高效燃烧器控制系统、数据处理、控制处理、人机界面、云端服务器组成，通过对高效燃烧器控制系统进行状态监测、远程控制、数据处理、数据交互等工作，实现终端数据从节点到云端互联网+的功能，是实现智能控制厨房系统必不可少的系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高效燃油燃烧器控制系统，包括油温传感器、油位传感器、点火系统、鼓风电机控制输出、燃烧火力调节、火焰传感器、风速传感器、RS485通讯接口、主控单元、显示屏、油泵控制、环境传感器、存储电路、电源电路组成；所述环境传感器用于检测设备所在地区海拔和温度，从而调用不同的工作模式和参数设置；所述鼓风电机控制输出用于控制鼓风电机的转速；所述风速传感器用于检测鼓风电机的转速；所述油温传感器、油位传感器、火焰传感器用于监测燃烧中工作状态；所述油泵控制用于控制供油量大小，结合鼓风电机控制输出，实现最佳燃烧效率；所述主控单元是整个系统的核心单元，通过内置程序和控制流程，实现整个系统的正常运转；所述显示屏用于人机界面显示及交互；所述燃烧火力调节可以通过旋钮的方式实现火力的无级调控，结合显示屏的人机交互，实现对系统的控制；所述存储电路用于存储系统的用户参数、环境配置参数、使用及故障信息记录等；所述电源电路使用24V直流输出，经过内部电路转换，实现对整个系统供电；所述RS485通讯接口用于和外部系统进行通讯。

2.如权利要求1所述的一种高效燃油燃烧器控制系统，其特征在于，所述油位传感器和油温传感器输出是一个模拟量信号（0-5V或4-20mA），信号经处理后送至主控单元的AD引脚，经过其内部的模数转换器，获得相应数字信号。

3.如权利要求1所述的一种高效燃油燃烧器控制系统，其特征在于，所述电机控制输出，是指来自主控单元的DA模拟信号经过电平转换后，送至鼓风电机控制输入脚，用于控制鼓风电机转速。

4.如权利要求1所述的一种高效燃油燃烧器控制系统，其特征在于，所述环境传感器包括气压传感器和温度传感器，两个传感器是同一个芯片，通过检测大气压强，经过公式换算出对应的海拔，通过检测到温度数值，对气压进行二次换算温度补偿，保证测量的高精度。

5.如权利要求1所述的一种高效燃油燃烧器控制系统，其特征在于，所述显示屏采用5V供电的触摸显示屏，通过UART接口与主控单元连接，显示屏具有低温主动加热功能，保证在极低温度下显示屏也能正常工作，支持用于用户参数输入和变量存储，可以通过对显示屏操作实现手动操作和定时预约等功能；同时外部支持物理按键输入和LED指示灯，确保显示屏故障时，本控制系统也能正常工作。

6.如权利要求1所述的一种高效燃油燃烧器控制系统，其特征在于，所述风速传感器检测鼓风电机转速信号，经过一个低通滤波后，得到一个模拟量信号，送至主控单元的AD引脚，经过其内部的模数转换器，获得相应数字信号。

7.如权利要求1所述的一种高效燃油燃烧器控制系统，其特征在于，所述油泵控制是由主控单元生成的PWM信号，经过信号驱动放大后，产生一组12V电平的PWM信号，用于对油泵进行精确控制。

8.如权利要求1所述的一种高效燃油燃烧器控制系统，其特征在于，所述火焰传感器包括单极性离子式火焰检测探针、处理电路，其检测信号经过比较器后变成一个开关量信号，送至主控单元的IO引脚，主控单元通过定时检测IO引脚，来判断火焰状态。

9.如权利要求1所述的一种高效燃油燃烧器控制系统，其特征在于，所述电源电路采用24V直流供电，输入具有防反接和短路保护，短路保护使用自恢复保险丝，防反接保护使用大功率二极管，24V输入其中一路经过自恢复保险丝后分别给点火系统供电，一路经自恢复保险丝给内部开关电源电路，另一路经过自恢复保险丝给鼓风电机供电；内部的开关电源产生12V/5A的电源，其中12V一路用于给油泵电路供电，另一路经5V的降压开关电路产生5V电源；5V电源其中的一路经过线性降压产生+3.3V给控制电路供电，另一路经过5V电源模块产生隔离的+5V给RS485通讯电路供电。