Sistema de Control de una Caldera

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• Sistema de Control de una Caldera

Curso 2004-2005
Asignatura SDP2
Autores Silvia Serrano García Alberto
Escolar Piedras
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ESPECIFICACIONES (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.

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ESPECIFICACIONES (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.

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ESPECIFICACIONES (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.

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Esquema 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
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DESCRIPCION 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.

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DESCRIPCION DE USO Y FUNCIONAMIENTO(II)

• Circuito de control del quemador
• Para arrancar el quemador se debe seguir este
  diagrama de tiempos

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DESCRIPCION 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.

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DESCRIPCION DEL SISTEMA COMPLETO
Diagrama general
Toma de decisiones
Control del quemador
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DESCRIPCION DEL CONTROL DEL QUEMADOR (I)
Diagrama desecuencia deoperaciones
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DESCRIPCION DEL CONTROL DEL QUEMADOR(II)
Control del quemador completo
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DESCRIPCION DEL CONTROL DEL QUEMADOR(III)
Diagrama de estadosde ctarra
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ESTIMACION 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

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ESTIMACION 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
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ELECCION 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

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IMPLEMENTACION

• 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.