Valden热泵控制器的资料分享

描述
Valden热泵控制器是一个开源平台，用于精确控制热泵。该控制器可用于新建热泵 (HP) 的自动化、旧系统的维修控制器或制冷设备实验的控制系统。

眼镜
- 12V 0.5A 直流电源，
- 230V 输出，
- 4 个 16A 继电器：压缩机、热循环泵 (CP) 或风扇、冷 CP 或风扇、曲轴箱加热器、
- 2 个输入：冷热侧制冷剂过压/欠压 NC 传感器，
- 多达 12 个温度 (T) 传感器，-55..+125 °C 范围，
- 支持电子膨胀阀 (EEV)，6 针 EEV 连接：4 * 线圈 + 2 * 12V，
- 需要加热时自动打开/关闭系统，
- 自动省电模式，
- 内置保护：冷启动、过热、短期断电、功率过载、接地回路冻结、压缩机防液体保护等，
- LED指示，
- 通过远程显示或本地串行（UART 5V）进行控制。



支持的制冷方案
- 带电子膨胀阀 (EEV) 的热泵 (HP)，
- 带毛细管或 TXV 的 HP，
- 仅 EEV 控制器。

支持的安装
- 室内：温度几乎稳定的房屋或技术建筑，
- 户外：考虑到恶劣的气候条件。经测试，室外 HP 安装温度低至 - 32 °C。

变更日志和历史
- 2018：PCB原型，首次实际安装，
- 2019：2层PCB、通孔元件、集成按键和显示器（公共接入）、
- 2019：控制器重新设计，考虑开发和操作经验，2层PCB，SMD，
- 2019-2021：安装、开发、测试、修订、重新设计（访问受限），
- 2021 年 2 月 6 日：产品在技术上完成并准备好供公众使用。文档和发布阶段。

获取您自己的 PCB 副本。集会。
- 下载 PCB Gerber 文件或在此处获取您自己的副本，
- 订购电子元件，见 BOM（材料清单）附录，
- 在这里焊接电子元件，组装说明。



固件上传
此过程与其他 Arduino 相同：
- 连接 USB-> UART 转换器，
- 启动 Arduino IDE，
- 下载并打开固件文件，
- 在工具菜单中选择板和 MCU（提示：我们使用的是带有 328p MCU 的“迷你”板），
- 按界面中的“上传”按钮和 Arduino 上的“重置”。

对于具有旧引导加载程序的 arduino，您需要对其进行更新。（工具-> 刻录引导加载程序）。
要成功编译，您必须安装“SoftwareSerial”、“OneWire”和“DallasTemperature”库（请参阅工具 -> 管理库）。

第一次无需任何调整就可以上传固件。将其视为商业闭源控制器，您无法在其中微调内部选项。其他任何手动配置也不需要，只需上传固件即可。您将看到错误 LED 指示并听到哔声，因为没有传感器连接到您的控制器。请按照以下步骤操作。



自测
QA 测试可用于测试组装板。
自检可帮助您检查继电器、指示灯、扬声器和温度传感器。

要运行自检：

- 在源代码标题中取消注释这 3 个定义，
```
//#define SELFTEST_RELAYS_LEDS_SPEAKER //扬声器和继电器 QA 测试，取消注释以启用
//#define SELFTEST_EEV //EEV QA 测试，取消注释以启用
//#define SELFTEST_T_SENSORS //温度传感器QA测试，取消注释启用
```

- 上传固件，
- 连接12V电源，
- 从 USB-UART 转换器断开 +5V 线。

要检查 EEV 连接，您可以使用步进电机。如果您正在测试真正的 EEV，它将在第一次“哔”之后关闭，在第二次“哔”之后部分打开。如果不是，请检查步进或 EEV 中心引脚是否连接到 +12V 并尝试交换线圈末端引脚（EEV1..EEV4）。



要检查温度传感器连接器，请压接一组传感器。将其一一插入所有传感器连接器，并在串行控制台中检查结果。





测试完成后，注释 3 自检定义。
选择您的安装方案并取消注释这些选项之一：

```
#define SETPOINT_THI //“暖地板”方案：“热入”（Thi）温度用作设定点
//#define SETPOINT_TS1 //“游泳池”或“水箱加热器”方案：“传感器 1”（Ts1）用作设定点，位于水箱中的某处
```

重新上传固件。您的控制器已准备好首次启动（接线后）。可能您永远不需要更改其他选项。

接线（永久控制器安装）
这里没有关于选择正确位置以永久安装控制器的说明。这取决于。您正在构建您的系统，并且您更了解“在哪里”和“如何”。

假设您已将控制器安装到永久位置，下一步是接线。
尽管有很多端子，但接线非常简单。

相位（电缆中的第一根电线）：
- 将“电源入口”线连接到“相”端子之一，
- 将“压缩机”继电器输出连接到压缩机输入，
- 将“热 CP”继电器输出连接到热循环泵输入（如果您使用的是空气系统，则连接到室内机的风扇电源输入），
- 将“Cold CP”继电器输出连接到冷循环泵输入（或室外机的风扇电源输入），
- 使用压缩机加热器时：将“曲轴箱加热器”继电器输出连接到加热器电缆（强烈推荐用于室外安装和全年使用），
- 将电源线的所有第二根电线连接到板上的“中性”端子。



12V电源：
- 将第二个“相”和“中性”端子之一连接到 12V 电源的交流输入端，
- 将 12V 电源输出连接到 GND 和 12V



压接和插入低压连接器：
- 压接 SCT013 传感器线（该电路中唯一一种可互换线的低压设备），连接并安装在进相线上



- 使用所需长度的电线将 RS485 压接到远程显示器（注意 A 连接到 A，B 连接到 B，GND 连接到 GND），
- 将 12V 和 GND 次级端子压接到远程显示器



- 将 EEV 连接到 EEV 终端



- 将所有 T 传感器安装在管道、绝缘管上，
- 压接 T 传感器阵列，您可以将每个阵列上的所有四根 GND 线压接到一个 GND 连接器引脚，或者在靠近传感器位置的某个位置进行 1 对 4 连接（+5V 线相同），
- 将 T 传感器阵列插入适当的终端（如果您不需要控制所有温度，请禁用并且不要安装不必要的传感器）



- 压接和插头压力传感器输出：将第 1 根电线压接至12V（端子右侧输出），将第 2 根冷侧电线压接到Pco（左），将第 2 根热侧电线压接到Phi（中）；如果您的系统中没有使用压力传感器，请使用假人。





您可能更喜欢使用端子和压接连接器来焊接电线。但是在这种情况下，如果您想更改某些内容，则很难拆卸系统。这是你的选择。

还有一个：记住！内有230V！不要在没有必要的情况下打开相位。
你有没有亲手接过230V？如果是的话——你知道的。如果没有 - 不要尝试。
还要记住在固定位置安装期间的动物和儿童。

控制与使用：串口控制台
这是上传固件后您将看到的热泵控制器的第一个界面（工具->串行监视器）。
控制台本身使用简单，有几个命令可用。输入命令，按“发送”。帮助和热键：



每 30 秒。（HUMAN_AUTOINFO选项）你会看到统计数据。例如，在您的压缩机启动后，您会看到如下内容：



在这个例子中，“热入”~30 °C，压缩机~80 °C 等等。热泵（HP，压缩机）开，热水泵开，冷水泵开。功耗980瓦。

缩写：参考主存储库。
此外，您将在串行控制台中看到诊断消息。

如果您使用的是串行控制台，请勿从 USB-UART 转换器连接 +5V 线。

控制与使用：遥控显示
这是最终用户控制热泵的一种方式。



最终用户不想知道太多关于制冷剂、蒸发、排放温度等的信息，所以这个显示器设计得尽可能简单。有关详细信息，请参阅远程显示页面。是的，这个显示器也是开放产品，有可用的 Gerber、PCB 和源代码。

控制和使用：服务显示
有一天，我意识到带有串行控制台的上网本是一种很好的诊断工具，但我想要一个紧凑的工具来从热泵中获取最大的可用信息。于是，这个“快速组装的服务展示”就出现了。它适用于任何地方，并且有一个好的移动电源，它可以工作 2-3 天，无需任何额外的电源。诊断显示器是从头开始构建的，这里没有 PCB 和外壳（也没有计划创建它），因为我不认为这个服务显示器是永久安装的设备。



如果您想要一个紧凑且直观的工具 - 此设备适合您，请查看服务显示页面

首次启动热泵系统并充注制冷剂
这是一个简单的部分，但是如果您没有经验，则需要时间。
您已经进行了压力测试和抽真空。是时候为您的系统充电了。

假设您不知道如何计算最近构建的系统中的制冷剂量，请按照以下步骤操作：
- 充入少量（例如 300 克）制冷剂，
- 为 Tae 或 Tbe 温度的系统保护性停止做好准备，这是重新填充制冷剂时的正常系统行为，
- 打开热泵电源，
- 压缩机启动后吸入温度约为 -20 ...- 40 °C（根据压力表上的吸入压力），
- 对于单组分制冷剂：稍微打开 HVAC 仪表歧管的阀门并开始通过冷侧的气相添加制冷剂，
- 对于多组分制冷剂：翻转制冷剂钢瓶，非常轻微地打开 HVAC 歧管阀并开始通过液相添加非常少量的制冷剂，
- 继续，直到吸入温度（根据压力计上的吸入压力）比热源温度低约 10 ... 12 °C（例如：水和防冻液混合物入口处的温度）闭合接地回路为 + 8 °C，因此吸入温度应为 -2 ..- 4)，
- 关闭歧管阀，
- 在每一步检查排放压力：不应高于排放传感器温度 (Tbc)，
- 等待系统将目标加热到几乎稳定的温度，在温度升高（吸力降低）时添加少量制冷剂，
- 如果您确定加热过程缓慢进行，请停止，
- 在系统稳定且热泵正常停止（达到设定点）时进行最后查看和充电，这可能需要 12 小时或更长时间，
- 最终加注后，吸入压力温度和 Tae 传感器温度之间的差值应为 3 ... 6 °C。

这种算法在第一次和作为起点时都是好的和安全的。随着您获得经验，您将获得更容易和更快的经验。
此外，在加注过程中使用“手动 EEV 模式”。
保护好眼睛，不要冻住手指。



个人经验
请注意，SCT013 传感器和电流监测方案不能用于精确测量和精确 COP 计算。使用功率计进行准确的功率测量。
在温暖的地板表面安装温度传感器是一个坏主意 - 最好让来自整个地板的“热”水温，如固件中所实现的那样。

取决于天气（取决于室外和室内温度）的系统不适用于 30-150 平方米的建筑物。这样的系统过于复杂，并且由于随机通风而无法预测。并且还由于其他来源在房屋中散发的热量的不可预测性。
我在 2019 年尝试了使用满液式蒸发器的方案，发现它非常棘手，然后拒绝使用它。
深度再生方案仅对某些制冷剂有用，并且仅在某些温度范围内有用。我也尝试过深度再生。结果理论与实践不谋而合，我也拒绝了这个想法。

一般来说，通过使制冷方案复杂化来赢得 1% 或 3% 的利润是可能的，但这一切都会导致大量的时间和金钱成本突然变得微薄。


代码
https://github.com/openhp/HeatPumpController/