RU237167U1

RU237167U1 - Device for monitoring the heating temperature of electrically heated windows and panels in the driver's cabin

Info

Publication number: RU237167U1
Application number: RU2025103280U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Харитонов; Александр Сергеевич Тюнегов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт"
Filing date: 2025-02-13
Publication date: 2025-09-11

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для контроля температуры нагрева электрообогреваемых стекол и/или панелей (далее - нагрузки) кабины машиниста железнодорожного транспорта при наличии датчиков измерения их температуры. Техническим результатом полезной модели является снижение пиковой нагрузки на питающую сеть из-за применения гистерезистного способа управления, который позволяет разнести во времени включение и отключение нагрузок из-за разной скорости их остывания и нагрева. Устройство для контроля температуры нагрева электрообогреваемых стекол и панелей кабины машиниста с установленными датчиками контроля температуры состоит из платы с разъемами для подключения нагрузки, соединенной с силовой платой управления, содержащей связанные между собой через оптопары силовые транзисторы и элемент управления, основанный на принципе сравнения измеряемого сигнала с опорным. При этом силовые транзисторы выполнены с возможностью включения их в проводящее состояние и отключения их из него с осуществлением на основе гистерезисного метода управления температурой нагрузки или температуры корпуса устройства. The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used to monitor the heating temperature of electrically heated glass and/or panels (hereinafter referred to as the load) in a railway driver's cab, provided that sensors for measuring their temperature are present. The technical result of the utility model is a reduction in the peak load on the power supply network due to the use of a hysteresis control method, which allows for the staggered switching on and off of loads due to their different cooling and heating rates. A device for monitoring the heating temperature of electrically heated glass and panels in a driver's cab with installed temperature monitoring sensors consists of a board with connectors for connecting a load, connected to a power control board containing power transistors interconnected via optocouplers and a control element based on the principle of comparing the measured signal with a reference signal. Moreover, the power transistors are configured to be switched into and out of the conducting state, implementing control of the load temperature or the temperature of the device housing based on the hysteresis method.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для контроля температуры нагрева электрообогреваемых стекол и/или панелей (далее - нагрузка) кабины машиниста железнодорожного транспорта при наличии датчиков измерения их температуры.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used to control the heating temperature of electrically heated glass and/or panels (hereinafter referred to as the load) in a railway driver's cab in the presence of sensors for measuring their temperature.

Из уровня техники регулятор температуры из источника информации (JP 3164344 опубл. 04.11.2010), относящийся к регулированию температуры для нагревателя. Регулятор температуры подключается к нагревателю для регулировки температуры нагревателя и включает в себя средство приема заданной температуры для приема заданной температуры нагревателя; средство отображения заданной температуры для отображения заданной температуры нагревателя; средство отображения температуры нагревателя для отображения температуры нагревателя, средство контроля температуры для управления температурой нагревателя на основе заданной температуры нагревателя и температуры нагревателя, средство обнаружения температуры нагреваемого объекта для определения температуры нагреваемого объекта указанными нагревательными средствами и средство отображения температуры объекта для отображения температуры нагреваемого объекта. Регулятор температуры подключен к датчику температуры для измерения температуры нагреваемого объекта, а средство обнаружения температуры объекта определяет температуру нагреваемого объекта с помощью датчика температуры и устройства контроля температуры для определения температуры. Регулятор температуры дополнительно может содержать средство приема таймера для приема настройки, относящееся по меньшей мере к одному из таймера включения и таймера выключения для нагрева нагревателя, при этом средство контроля температуры устанавливает таймер включения, нагрев нагревателя начинается после истечения заданного заранее определенного времени, и нагрев нагревателя прекращается после истечения заданного заранее определенного времени с момента установки таймера выключения. Регулятор температуры, подключенный к нагревателю для регулировки температуры нагревателя, содержащий: дисплей для отображения заданной температуры нагревателя; дисплей для отображения температуры нагревателя; средство обнаружения температуры для определения температуры объекта, который должен быть нагрет нагревателем, и дисплей для отображения температуры объекта, который должен быть нагрет.A temperature controller from the information source (JP 3164344 published 04.11.2010) related to temperature control for a heater is disclosed in the prior art. The temperature controller is connected to a heater for regulating the temperature of the heater and includes a set temperature receiving means for receiving a set temperature of the heater; a set temperature display means for displaying the set temperature of the heater; a heater temperature display means for displaying the temperature of the heater, a temperature control means for controlling the temperature of the heater based on the set temperature of the heater and the temperature of the heater, a means for detecting the temperature of the heated object for determining the temperature of the heated object by said heating means, and an object temperature display means for displaying the temperature of the heated object. The temperature controller is connected to a temperature sensor for measuring the temperature of the heated object, and the object temperature detecting means determines the temperature of the heated object using the temperature sensor and a temperature control device for detecting the temperature. The temperature controller may further comprise a timer receiving means for receiving a setting related to at least one of an on timer and an off timer for heating the heater, wherein the temperature control means sets the on timer, the heating of the heater begins after a specified predetermined time has elapsed, and the heating of the heater ceases after a specified predetermined time has elapsed from the moment the off timer has been set. The temperature controller, connected to the heater for adjusting the temperature of the heater, comprises: a display for displaying the set temperature of the heater; a display for displaying the temperature of the heater; a temperature detection means for determining the temperature of the object to be heated by the heater, and a display for displaying the temperature of the object to be heated.

Известен регулятор температуры (заявка JP 2019159403 на выдачу патента с датой публикации заявки 07.03.2018). Входной блок, который получает измеренное значение температуры цели управления, блок управления, который вычисляет величину операции для нагревательного устройства путем вычисления температуры управления на основе измеренного значения, и блок управления устанавливает цель управления как предопределенную целевую температуру. На основе измеренного значения и данных временного ряда управляемой переменной, полученных в условиях, когда управление фактически выполняется, управление целью управления выполняется в условиях, отличных от условий фактически выполняемого управления. Контроллер температуры, содержащий: блок прогнозирования, который прогнозирует параметр, указывающий результат прогнозирования управления случая; и блок вывода, который выводит параметр, предсказанный блоком прогнозирования.A temperature controller is known (JP patent application 2019159403, published on March 7, 2018). The controller comprises an input unit that receives a measured value of a control target temperature, a control unit that calculates an operation amount for a heating device by calculating a control temperature based on the measured value, and a control unit that sets the control target as a predetermined target temperature. Based on the measured value and the time series data of the controlled variable obtained under conditions when the control is actually performed, the control of the control target is performed under conditions different from the conditions of the control actually performed. The temperature controller comprises: a prediction unit that predicts a parameter indicating the result of the control prediction of the case; and an output unit that outputs the parameter predicted by the prediction unit.

В регуляторе температуры, включающем блок ввода, блок управления, блок прогнозирования и блок вывода, блок ввода получает измеренное значение температуры, подлежащей контролю, и блок управления выполняет контроль температуры на основе измеренного значения. Количество работы в отношении нагревательного устройства рассчитывается путем расчета, а блок прогнозирования настроен на получение измеренного значения, полученного в условиях, когда блок управления фактически выполняет управление, так что целевой показатель управления устанавливается на заданную целевую температуру. На основе данных временного ряда управляемой переменной прогнозирование параметра, указывающего результат управления прогнозированием при выполнении управления целевым элементом управления в условиях, отличных от условий фактически выполненного управления, и выходного блока.In a temperature controller comprising an input unit, a control unit, a prediction unit, and an output unit, the input unit receives a measured value of the temperature to be controlled, and the control unit performs temperature control based on the measured value. The amount of work with respect to the heating device is calculated by calculation, and the prediction unit is configured to receive the measured value obtained under conditions when the control unit actually performs control, so that the control target is set to a predetermined target temperature. Based on the time series data of the controlled variable, a parameter indicating the result of prediction control when performing control of the target control element under conditions different from the conditions of the actually performed control is predicted, and an output unit is generated.

Недостатком вышеуказанных технических решений является техническая сложность изделий из-за применения излишних блоков, например, индикации, прогнозирования, что приводит к излишним энергетическим затратам и понижению надежности.The disadvantage of the above technical solutions is the technical complexity of the products due to the use of unnecessary units, such as indication and forecasting, which leads to unnecessary energy costs and reduced reliability.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство многоканальный регулятор нагрева электрообогреваемого стекла транспортного средства (патент RU 75127 опубл. 20.07.2008), содержащее датчик тока в цепи питания резистивных элементов, соединенный с первым входом компаратора микроконтроллера, второй вход которого соединен с блоком опорного напряжения, определяющего порог срабатывания компаратора, выход микроконтроллера, обеспечивающего регулирование мощности нагревательных элементов по заданной программе, связан с исполнительными механизмами в цепи питания резистивных элементов, датчики температуры электрообогреваемого стекла, связаны со входом микроконтроллера, при этом регулятор дополнительно снабжен датчиком температуры корпуса, связанным со входом микроконтроллера. Задачей полезной модели является повышение надежности работы регулятора путем предотвращения перегрузки исполнительного устройства.The closest technical solution to the claimed utility model is a multi-channel heating controller for a vehicle's electrically heated windshield (patent RU 75127 published July 20, 2008), comprising a current sensor in the resistive element supply circuit, connected to the first input of a microcontroller comparator, the second input of which is connected to a reference voltage unit determining the comparator response threshold, the output of the microcontroller, which regulates the heating element power according to a specified program, is connected to actuators in the resistive element supply circuit, and the electrically heated windshield temperature sensors are connected to the microcontroller input, while the controller is additionally equipped with a housing temperature sensor connected to the microcontroller input. The objective of the utility model is to improve the reliability of the controller by preventing overload of the actuator.

Недостатком прототипа является отсутствие аварийного режима работы, связанного с неконтролируемым нагревом электрообогреваемого стекла (нагрузки) при выходе из строя элементов регулятора или датчиков температуры нагрузки.A disadvantage of the prototype is the lack of an emergency operating mode associated with uncontrolled heating of the electrically heated glass (load) in the event of failure of the regulator elements or load temperature sensors.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности устройства при эксплуатации.The technical problem that the utility model is aimed at solving is to increase the reliability of the device during operation.

Техническим результатом полезной модели является снижение пиковой нагрузки на питающую сеть из-за применения гистерезистного способа управления, который позволяет разнести во времени включение и отключение нагрузок из-за разной скорости их остывания и нагрева.The technical result of the utility model is a reduction in the peak load on the power supply network due to the use of a hysteresis control method, which allows for the switching on and off of loads to be spread out over time due to the different rates of their cooling and heating.

Технические результаты достигаются при использовании устройства для контроля температуры нагрева электрообогреваемых стекол и панелей кабины машиниста с установленными датчиками контроля температуры, состоящего из платы с разъемами для подключения нагрузки, соединенной с силовой платой управления, содержащей связанные между собой через оптопары силовые транзисторы и элемент управления, основанный на принципе сравнения измеряемого сигнала с опорным. При этом силовые транзисторы выполнены с возможностью включения их в проводящее состояние и отключения их из него с осуществлением на основе гистерезисного метода управления температурой нагрузки или температуры корпуса устройства.Technical results are achieved by using a device for monitoring the heating temperature of heated windows and panels in the driver's cab with temperature sensors installed. The device consists of a circuit board with connectors for connecting a load, connected to a power control board containing power transistors interconnected via optocouplers, and a control element based on the principle of comparing the measured signal with a reference signal. The power transistors are configured to be switched into and out of the conducting state, implementing hysteresis-based control of the load temperature or the device housing temperature.

Элемент сравнения может быть выполнен в виде микроконтроллера или операционного усилителя или в виде компаратора.The comparison element can be implemented as a microcontroller or operational amplifier, or as a comparator.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для контроля температуры нагрева стекол, панелей кабины машиниста.Fig. 1 shows a structural diagram of a device for monitoring the heating temperature of glass and panels in the driver's cabin.

На фиг. 2 приведена конструкция заявляемого устройства с одной силовой платой управления. Вид в изометрии.Fig. 2 shows the design of the claimed device with a single power control board. Isometric view.

Плата 1 с разъемами для подключения нагрузки и их датчиков температуры соединена с силовой платой управления 2, содержащей связанные между собой через оптопары 3 силовые транзисторы 4 и элемент управления 5. При этом силовые транзисторы 4 выполнены с возможностью включения в проводящее состояние и отключения не синхронно, а с учетом разной скорости их остывания и нагрева.The board 1 with connectors for connecting the load and their temperature sensors is connected to the power control board 2, which contains power transistors 4 and a control element 5, interconnected through optocouplers 3. In this case, the power transistors 4 are designed with the possibility of switching on to a conducting state and switching off not synchronously, but taking into account the different rates of their cooling and heating.

Устройство для контроля температуры нагрева стекол и/или панелей кабины машиниста работает следующим образом.The device for monitoring the heating temperature of the glass and/or panels of the driver's cabin operates as follows.

Посредством платы 1 с разъемами осуществляется подключение нагрузки и датчиков температуры. Включение устройства происходит по отдельной команде низкотоковым тумблером с пульта оператора через отдельный разъем. Сразу после включения устройства, элемент управления 5, в качестве которого могут выступать операционный усилитель, компаратор, микроконтроллер, выполняет сравнение сигнала с каждого датчика температуры с опорным значением и принимает решение о необходимости отключения нагрузки, если стекло или панель нагрелась до нужного значения, или о ее включении, если нагрузка остыла до порогового значения. Таким образом исключается перегрев, который может привести к выходу нагрузки из строя, а следовательно, повышается надежность устройства при эксплуатации. Кроме того, силовые транзисторы 4 связаны через оптопары 3 с элементом управления 5, что обеспечивает повышение надежности устройства, поскольку в случае отказа одного из силовых транзисторов не приведет к нарушению работы элемента управления 5 и остальных транзисторов. В случае отказа одного или нескольких силовых транзисторов 4, элемент управления 5 продолжит измерение температуры нагрузки.The load and temperature sensors are connected via board 1 with connectors. The device is activated by a separate command using a low-current toggle switch from the operator panel via a separate connector. Immediately after the device is activated, control element 5, which can be an operational amplifier, comparator, or microcontroller, compares the signal from each temperature sensor with the reference value and decides whether to disconnect the load if the glass or panel has reached the desired temperature, or to reconnect it if the load has cooled to the threshold. This prevents overheating, which can lead to load failure, and therefore increases the device's operational reliability. Furthermore, power transistors 4 are connected to control element 5 via optocouplers 3, increasing the device's reliability, since the failure of one power transistor will not disrupt the operation of control element 5 or the remaining transistors. Should one or more power transistors 4 fail, control element 5 will continue to measure the load temperature.

Принцип регулирования работы заявляемого устройства предполагает только два рабочих состояния силового транзистора 4: проводит или не проводит ток, причем данные состояния включаются при относительно разнесенных друг от друга значениях температуры (вводится гистерезис температуры) в нагрузке, таким образом, относительно редкое включение и отключение транзисторов, за счет разнесения во времени включения и отключения нагрузок из-за разной скорости их остывания и нагрева, приводит к меньшей пиковой нагрузке ни питающую сеть, что в свою очередь повышает надежность устройства при эксплуатации.The principle of regulating the operation of the claimed device assumes only two operating states of the power transistor 4: it conducts or does not conduct current, and these states are switched on at relatively spaced temperature values from each other (temperature hysteresis is introduced) in the load, thus, the relatively rare switching on and off of the transistors, due to the separation in time of switching on and off of loads due to the different speed of their cooling and heating, leads to a lower peak load on the power supply network, which in turn increases the reliability of the device during operation.

Claims

1. A device for monitoring the heating temperature of electrically heated glass and panels of the driver's cabin with temperature monitoring sensors installed, characterized in that it consists of a board with connectors for connecting a load, connected to a power control board containing power transistors interconnected through optocouplers and a control element based on the principle of comparing the measured signal with the reference signal, wherein the power transistors are designed with the possibility of turning them on in a conducting state and turning them off from it with the implementation of control of the load temperature or the temperature of the device housing based on a hysteresis method.

2. The device according to paragraph 1, characterized in that the control element is made in the form of a microcontroller.

3. The device according to paragraph 1, characterized in that the control element is made in the form of an operational amplifier.

4. The device according to paragraph 1, characterized in that the control element is made in the form of a comparator.