Interface de commande de chauffages

Interface de commande de chauffages

C’est là qu’est née l’idée de fausser les valeurs de commande de chauffage (de type mazout, électrique, pompe à chaleur ou chauffe-eau) de manière à contrer les facteurs externes et garder une température constante et agréable dans la résidence. Le chauffage est contrôlé par un régulateur qui lit une ou plusieurs sondes de température.
L’appareil faussé est une sonde de température extérieure. Un automate programmable industriel (API), appareil flexible et très utilisé pour l’automatisation de systèmes, ainsi qu’une carte électronique de type PCB permettront d’imiter le comportement d’une sonde.
La carte électronique est imaginée, dimensionnée et créée, en se basant sur le travail de diplôme d’un ancien étudiant. Elle fait office d’interface entre l’API, la sonde de température et le régulateur de chauffage. De l’électronique est utilisée pour simuler le comportement de la sonde de température extérieure. Un relais permet de choisir si la sonde réelle ou l’électronique (simulation de la sonde) sera branchée au régulateur de chauffage.

Interface de commande de chauffages – Partie hardware

Situation de départ
Monsieur Jérôme Catteeuw, ancien étudiant à la HES-SO de Sion, a développé lors de son travail de diplôme une plaque électronique de type PCB utilisée pour piloter une pompe à chaleur. Cette carte électronique interagit avec un automate programmable industriel (API) de marque Wago.
Avant que M. Catteeuw n’intervienne, la pompe à chaleur étudiée fonctionnait avec le principe suivant : « Deux sondes de type NTC sont connectées au régulateur de la pompe à chaleur pour mesurer la température extérieure et la température retour de l’eau, le régulateur de la PAC1 ne mesure pas la température ambiante de l’habitation. »
Le présent régulateur compare les valeurs de ces deux thermistances et, le cas échéant, allume ou
éteint la pompe à chaleur. A noter qu’il existe d’autres régulateurs de chauffages qui mesurent la température ambiante de l’habitation.

Solutions proposées

Première possibilité : source de courant
Le régulateur applique une tension continue connue en direction de la sonde ; il lit le courant qui y revient. En modifiant ce courant, le régulateur est « trompé ».
Il faut bien évidemment avoir le choix de la valeur du courant qui sera fournie au régulateur, afin de simuler des valeurs de résistances différentes. Une source de courant est donc nécessaire.
Une carte de sorties analogiques est alors indispensable. Une tension sort de cette carte (0-10V). Elle correspond à la valeur de « fausse » température désirée. Cette tension est alors convertie en courant « i » avec des amplificateurs opérationnels. La charge « r » (régulateur) est toujours parcourue par le même courant « i ». 𝐿𝑜𝑖 𝑑′𝑜ℎ𝑚 ∶ 𝑖 =𝑒 /𝑅3 Le problème est le suivant : pour chaque changement de température souhaité, il faut que la résistance R3 change de valeur pour que le régulateur reçoive un autre courant.
Deuxième possibilité : potentiomètres électroniques
Un ou plusieurs potentiomètres électroniques configurables à l’aide d’impulsions sont utilisés. De cette manière, il est possible de recréer le fonctionnement identique d’une sonde de température.
En cas de coupure de courant, le potentiomètre utilise sa mémoire non-volatile. Cette dernière stocke la valeur de la résistance avant que la panne intervienne.
Le seul désavantage de cette possibilité est le suivant : le courant traversant le potentiomètre est limité à une certaine valeur.

Solution adoptée

L’utilisation de potentiomètres électroniques se profile comme la solution la plus adéquate, car la flexibilité est plus grande que d’utiliser des amplificateurs opérationnels. Les potentiomètres utilisés sont les MAX5483EUD+ et MAX5484EUD+ de Maxim Integrated. Leurs valeurs maximales sont de 10 kΩ pour le premier et 50 kΩ pour le second.
Le but est de copier le fonctionnement de plusieurs types de sondes. Des potentiomètres différents sont donc utilisés pour avoir de nombreuses plages de résistances. Une résistance faisant office de chute de tension est placée devant le potentiomètre afin de limiter le courant en dessous de la valeur critique admissible.

Boitier de protection

La carte électronique est protégée par un boitier de protection. Il se fixe dans l’armoire électrique, non loin de l’automate programmable, sur un rail DIN. Le boitier est de marque Wago. Un cache de
protection transparent sert à éviter que les composants soient touchés avec les mains lorsqu’il est en utilisation. Ce cache ne referme pas complètement le boitier pour le passage des câbles vers les bornes.
Les bornes supérieures servent à connecter les fils en direction de l’automate et les bornes inférieures pour la connexion en direction du régulateur de chauffage.
Du fait qu’il y a des ouvertures pour le passage des câbles, des insectes peuvent éventuellement pénétrer dans le boitier. C’est pour cela que les composants SMD sont soudés sur la partie inférieure de la plaque électronique.
Sur la partie supérieure du PCB, les pistes seront disposées avec un espace plus grand entre elles. Ainsi les insectes ne pourront pas se poser sur une petite distance entre deux potentiels différents et créer des courts-circuits involontaires.

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Table des matières

1 Introduction
1.1 Préambule
1.2 Interface de commande de chauffages
1.3 Serveur d’alarme
1.4 Mise en commun de la partie gestion des alarmes avec la partie pilotage de chauffages
1.5 Serveur météo
2 Interface de commande de chauffages – Partie hardware
2.1 Situation de départ
2.2 Problématique
2.3 Nouveau cahier des charges
2.4 Equipement
2.5 Solutions proposées
2.6 Solution adoptée
2.7 Carte électronique
2.8 Boitier de protection
2.9 Tests électriques
2.10 Configuration automate
3 Interface de commande de chauffages – Partie software
3.1 Utilisation pour d’autres types de sondes ou régulateurs
3.2 Bloc de fonction principal
3.3 Visualisation
3.4 Tests effectués
3.5 Perspectives
4 Serveur d’alarme Wago – Etude des possibilités
4.1 Introduction
4.2 Problématique
4.3 Cahier des charges
4.4 Solutions proposées
4.5 Réception des alarmes des automates clients
4.6 Solution adoptée
4.7 Analyse des risques de panne
5 Serveur d’alarme Wago – Partie software
5.1 Programmation API SLAVE
5.2 Programmation API MASTER
5.3 Visualisation API MASTER
5.4 Test du serveur d’alarme : erreur provenant du pilotage de chauffages
5.5 Perspectives
6 Serveur météo
7 Conclusion
8 Bibliographie
9 Logiciels
10 Annexes
11 Liste d’illustrations et tableaux
11.1 Figures
11.2 Tableaux
11.3 Schémas