Automazione Caldaia Pellet

                                         Premessa: 

Questo progetto nasce per necessità personali e forse a nessuno servirà così come è. Lo presento perchè qualcuno potrebbe trovare alcuni spunti per i propri lavori.  

Tutto comincia con l'acquisto di una caldaia a pellet. Potete vederla qui:

                                            

Sullo sfondo i 3 tubi, immissione aria comburente, scarico fumi e carico pellet.  Molto comoda ed economica, rispetto al gas i costi di riscaldamento si abbattono decisamente ma... bisogna ricaricare spesso il serbatoio.  Durante il pieno delll'inverno il consumo arriva anche a 20 kg per 24 ore e considerando che nel serbatoio ce ne stanno circa 70 kg bisogna ricordarsi assolutamente ogni 3 giorni di fare il pieno, altrimenti al mattino ci si sveglia all'addiaccio.  Avendo installato la caldaia in un posto comodo, ho pensato di realizzare al piano superiore un serbatoio più grande, con la possibilità di contenere una quantità elevata di combustibile in modo da caricare almeno 700 kg alla volta; purtroppo però i regolamenti comunali non mi hanno permesso di ricavare un vano tecnico di altezza superiore agli 80 cm...quindi se lo volevo fare, l'unica maniera era realizzarlo in orizzontale. Detto questo si pone il problema che in un silos verticale il pellet cade per gravità, in orizzontale bisogna spingerlo per farlo avanzare fino al foro di caduta. Cercando un sistema per fare questo, alla fine ho optato per un serbatoio lungo 4 metri e alto 80 cm, con un profilo a V.  Sul fondo di questa V al centro è adagiata una coclea (vite senza fine) lunga 4 m e di diametro pari a 6,5 cm.Me la sono dovuta autocostruire in quanto i prezzi per l'acquisto sono proibitivi. La soluzione è stata quella di prendere una canna di tubo di ferro zincato da 1" e un centinaio di ranelle sempre di ferro zincato diametro 65 mm. Il diametro foro di queste ranelle per puro caso è esattamente pari al diametro esterno del tubo. Quindi ho tagliato in un punto la ranella (dal centro verso l'esterno ) e piegato i lembi uno a destra ed uno a sinistra, facendo in modo che si unissero
con quelli della ranella successiva.Una dopo l'altra tutte le ranelle sono state preparate e quindi saldate ad elettrodo sul tubo.

In questa foto dall'alto si vese la coclea semi immersa nel pellet.

                                                           

 

                                               qui invece il foro dove il pellet deve andare per cadere giù

 

 
                                                                                     

Per muovere questa bestia di vite ho avuto bisogno di tanta coppia in quanto l'attrito è notevole.
Ho avuto la fortuna di recuperare un bel motore da montacarichi da 1 Kw, con tanto di riduttore ed elettrofreno.Lo buttavano perchè era guasto, io lo ho confermato che era da buttare :))) poi lo ho smontato e con 5 euro di condensatore (!!!) che era scoppiato, lo ho rimesso in perfetta forma.Per il resto ho solo dovuto fissare il motore con 4 robusti tasselli e inserire l'estremità libera della vite in un cuscinetto che gli permetta di girare senza fatica.Bene, qui finisce il lavoro di maniscalco, collego i fili e parto per il collaudo.Tutto funziona benissimo ma noto che all'avvio il motore sforza un attimo.Provo a farlo girare a rovescio (perchè essendo di un montacarichi ha salita e discesa) per un attimo e poi ripartire nel giusto senso di rotazione: tutto fila liscio, se il motore va al contrario per un paio di secondi, si allenta la pressione sulla vite e quando riparte riesce a prendere lo spunto necessario per avanzare tranquillamente.  Fatte queste prove con la pulsantiera originale è il momento di automatizzare il tutto, altrimenti a che serve l'elettronica?
Bene, come lo faccio? Allora, vediamo. Innanzitutto il sistema si deve accorgere quando il serbatoio della caldaia è quasi vuoto ed anche quando è totalmente pieno.Bene, risolvo il problema con 2 sensori capacitivi della Omron,che riescono a discriminare la presenza di qualsiasi materiale fino a 2,5 cm di distanza.Hanno una vite di regolazione della sensibilità ed un led che mi indica lo stato dell'uscita, che è di tipo open collector NPN. Ho scelto questi perchè volevo qualcosa di affidabile per non correre il rischio di rimanere a secco o continuare a riempire un serbatoio già pieno. Inoltre il legno non è facile da rilevare e anche utilizzare un sistema ottico (ci avevo pensato,classico led e fotoresistenza affacciati) sarebbe stato critico in quanto la polvere di segatura lo avrebbe messo fuori uso dopo poco tempo.  Eccoli qua :

                                                                                          

  Ok,ora so quando è piena e quando è vuota. Quindi quando è vuota devo iniziare a riempire fino a quando è piena: ma se il motore non parte perchè l'attrito è troppo? Devo farlo girare per 3 secondi al contrario.Decido che questa opzione deve essere permanente: ogni partenza, 3 secondi a rovescio, 1 secondo fermo e poi via fino a raggiungere il pieno.  Ma nella testa mi frullano idee catastrofiche...se c'è una sola possibilità che qualcosa vada storto,tranquilli che la becco io !  E se il motore si bloccasse ? mmm... devo accorgermene prima che sia tardi. Decido quindi di inserire un sensore di movimento,che riesca a dirmi se veramente la vite gira a motore acceso. In realtà la soluzione è molto semplice: un contatto reed di quelli da allarme a fianco del motore ed un magnetino fissato sull'albero.Se il motore gira ogni 2 secondi il reed chiude per un attimo il contatto.Ora so pure se il motore è alimentato ma non gira.E se il serbatoio superiore si vuota?  Accidenti, in questo caso il motore gira all'infinito perchè la caldaia non si riempie mai.Decisione: un timer di funzionamento per un tempo massimo prestabilito. Il motore gira e se entro un certo tempo la caldaia non è piena, il tutto si blocca e bisogna intervenire manualmente per il ripristino.Bene, mi sembra di avere preso tutte le precauzioni ma ora devo progettare l'elettronica che faccia tutto ciò.Scelgo immediatamente la strada del microcontrollore pic, in quanto con componenti discreti ci diventerei vecchio ( più di quello che già sono).Qui vorrei aprire una parentesi per tutti quelli che dicono di non volere "sprecare"un pic per circuiti semplici.  Signori, l'elettronica si è evoluta e sono vecchi pure alcuni pic,che vogliamo fare? Continuare ad usare il 555,il 741 ed il 2N3055 all'infinito? Non regge, oggi ci sono microcontrollori che costano 50 cent e ci consentono una flessibilità incredibile.  Si, ma bisogna imparare a programmarli ! Vero in parte, oggi esistono software grafici che permettono di creare software funzionante senza scrivere una riga di codice. Certo, le funzionalità sono quelle che sono, ma vi assicuro che si riescono a fare cose veramente complesse con poco sforzo. Sto leggendo nei forum di fatiche enormi per creare timer impiegando 555 ed amenicoli vari di contorno... ma chi ve lo fa fare ? In qualche ora si imparano le basi necessarie per partire, e poi chi vi ferma più?  Non tiriamo fuori la storia che con i componenti discreti o le porte logiche il circuito è più didattico.Non è vero niente, se non sono capace di sviluppare un concetto non è che il micro lo fa per me: con componenti discreti è il saldatore che stabilisce i collegamenti, ma dietro comandi impartiti dal mio cervello.Col micro è il software, ma sempre dietro ad un mio ragionamento,altrimenti tutto si blocca. Però col micro se voglio modificare, cancello e riscrivo, altrimenti smonto e risaldo e riprovo e rismonto e risaldo ... Comunque,ognuno usi quello che preferisce.  Il circuito è diviso in 2 sezioni: pulsantiera di comando-sensori e quadro elettrico motore.La pulsantiera è un classico box  per elettronica che contiene il pic 16F628,il 7805 e pochi altri componenti, 3 pulsanti e 10 led.
I pulsanti sono:

Lo Stop, che arresta tutto immediatamente o resetta il timer se è intervenuto.

Il Carico che avvia l'afflusso del pellet.

Lo Sblocco, che fa ruotare il motore in senso inverso per allentare la pressione sulla vite.  

Su ogni tasto è presente un led che indica se in quel momento la funzione è attiva.
Gli altri 8 led indicano : la presenza di rete elettrica (led "230V lampeggiante), alimentazione motore attiva (led ACCESO),sblocco elettrofreno motore(serve perchè in questo tipo di motori l'albero si blocca in assenza di tensione), SENSORE ROTAZIONE , emette un lampeggio ad ogni rotazione dell'albero,MASSIMO, si accende a serbatoio completamente pieno, MINIMO si accende se il pellet raggiunge il livello minimo,TIMER indica che il motore è stato arrestato in quanto si è raggiunto il tempo massimo senza riempimento,MOTORE BLOCCATO indica l'intervento del relè termico posto a protezione del motore.  

La pulsantiera è questa, il frontalino è stampato con laser a colori e rivestito di carta adesiva trasparente:

  

                                                                     

                                  qui un particolare del connettore ICSP per riprogrammaziooni on site future

 
                                            

Nel quadro motore invece è presente un circuito composto da 2 relè con 1 contatto no da 16A,2 triac BTA 10/600, 2 fotoaccoppiatori MOC3041 e qualche altro componente di contorno. Completano il tutto un relè termico della Rockwell,un trasformatore 230/12 ed un magnetotermico 1P+N da 16A.

 
 

                               

I relè sono 2 per un motivo particolare: uno comanda l'elettrofreno, che altro non è che un avvolgimento funzionante in corrente continua, ricavata raddrizzando la 230v con un ponte. L'altro toglie tensione alla scheda, perchè volevo essere sicuro che quando è spento, sia veramente spento.Avrei potuto usare 2 teleruttori per comandandare il motore ma la soluzione del triac mi piace di più. Quindi quando il motore deve partire succede questo. Il pic fa scattare il relè ACCESO che alimenta la scheda: i contatti però non sono sollecitati in quanto il motore è fermo dato che il triac è inattivo.Dopo un secondo il pic attiva il fotoaccoppiatore che innesca il triac e fa partire il motore. Inoltre il fotoaccoppiatore è uno zero crossing e quindi il motore si accende nel momento in cui la sinusoide passa per lo zero. Niente picchi, niente sfiammate,isolamento garantito dalla rete a circuito spento.Completa il tutto la classica rete snubber. Il motore ha il classico tipo di collegamento di quelli monofase
a 2 sensi di marcia: un neutro e 2 fasi,con un condensatore da 40uF collegato fra le 2 fasi. Alimentando il motore fra neutro ed una fase si gira in un senso, staccando la fase e collegandola all'altro capo del condensatore,si gira al contrario. Per la massima semplicità, il software lo ho scritto con LDMicro, un freeware su cui avevo già fatto un articolo.Chi ha un minimo concetto di elettrotecnica in ambito PLC può comprendere facilmente le funzionalità leggendo il sorgente. A chi invece vuole imparare consiglio di scaricarlo dalla rete qui :

                                             http://www.cq.cx/ladder.pl

per cominciare a provare qualche semplice circuitino: non dovrete neppure avere il pic a disposizione in quanto è presente un ottimo simulatore chpe vi permette di testare subito sul pc quello che avete scritto ed apportare le modifiche necessarie.Quando il funzionamento vi soddisferà il programma compila l'hex da scrivere nella memoria del pic. Sono sicuro che una volta imboccata questa strada, le occasioni per utilizzare questo sistema non mancheranno e tanti problemini di difficile soluzione diventeranno improvvisamente banali.  

                   Qui gli schemi della pulsantiera e di uno dei due moduli triac (identici)

 

 

                      

 

                                                                                                                          Questa è una schermata di LDMicro col programma

    

clicca per ingrandire

pellets4.txt

 

pellets4.hex

  il primo file è quello da usare con LDMICRO. Per utilizzarlo dopo averlo scaricato occorre rinominarlo con estensione .ld in quanto il server di Grix non mi permetteva di caricare files con questa estensione.Il secondo invece è già l'hex compilato.  

Bene attendo le vostre frustate e come sempre... buon Grix a tutti !

 

 

 

 

 

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