Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny Katedra Techniki Cieplnej

Transkrypt

1 Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny Katedra Techniki Cieplnej Seminarium z automatyki chłodniczej i klimatyzacyjnej Temat: Systemy sterowania i monitoringu obiektów chłodniczych na przykładzie dystrybucyjnej chłodni składowej i duŝego obiektu handlowego (hipermarketu): budowa + działanie + cechy uŝytkowe. Patrycja Puzdrowska Paweł Pranga sem. 9 SUChiKl 2009/2010

2 Spis treści: 1. Wstęp Wymagania stawiane instalacjom chłodniczym 2. Systemy sterowania i monitoringu obiektów chłodniczych na przykładzie dystrybucyjnej chłodni składowej Newel 2 zadania struktura programowanie sterowników monitorowanie działania urządzeń w instalacji przykłady zastosowania 3. Systemy sterowania i monitoringu obiektów chłodniczych na przykładzie duŝego obiektu handlowego (hipermarketu): ADAP-KOOL Next Generation Systemy monitoringu i rejestracji ELIWELL 4. Podsumowanie 5. Bibliografia

3 1. Wstęp Wraz z rozwojem techniki komputerowej, rozwinęły się systemy sterowania i monitoringu instalacji chłodniczych. Nowoczesne systemy sterowania pozwalają nie tylko na sterowanie pracą urządzenia chłodniczego, ale mają równieŝ za zadanie automatyczne przekazywanie informacji o parametrach pracy urządzenia przez komunikaty SMS, lub przez Internet bezpośrednio do centrali serwisowej. Wymagania stawiane instalacjom chłodniczym: minimalizacja zuŝycia energii, zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych, dokładność parametrów zadanych dla utrzymania odpowiednich warunków w komorze chłodniczej, automatyczna praca wszystkich elementów instalacji, niezawodność działania systemu, zapis pracy całego obiektu (rejestracja wszystkich parametrów mierzonych). 2. Systemy sterowania i monitoringu obiektów chłodniczych na przykładzie dystrybucyjnej chłodni składowej Systemem kompleksowego zastosowania automatyki sterującej w chłodnictwie jest system NEWEL 2 oparty o oprogramowanie TelesWin. Oprogramowanie to pozwala w szybki i przejrzysty sposób uzyskać niezbędne informacje o stanie urządzeń i parametrach pracy instalacji. Newel 2 ma za zadanie kontrole i regulacje: temperatury, ciśnienia czynnika chłodniczego w układach spręŝarkowych i skraplaczach, uruchamiania i kontroli procesów odszraniania parowników, zmiany temperatury w zaleŝności od pory dnia lub warunków zewnętrznych, sterowanie pracą zaworów elektromagnetycznych i elektronicznych zaworów rozpręŝnych. Sterowanie przesyłaniem danych pochodzących ze sterowanego obiektu do centrali serwisowej, Zgłaszanie alarmów o nieprawidłowej pracy urządzeń. NEWEL 2 przeznaczony jest do obiektów z instalacjami chłodniczymi, klimatyzacyjnymi, wentylacyjnymi, sklepów, hurtowni, przechowalni, magazynów, laboratoriów oraz wszelkiego rodzaju obiektów z pełną kontrolą warunków klimatyzacyjno-środowiskowych. NEWEL 2 Struktura i poszczególne elementy składowe układu.

4 Rys. 1 Schemat strukturalny sieci Newel 2 - Sterownik DP 24 uniwersalny sterownik do regulacji ciśnienia, wilgotności i temperatury. Sterowniki te są róŝnie konfigurowane np. DP24E- wersja panelowa, DP24D- wersja do montaŝu na szynie DIN, DP24X- wersja do montaŝu na szynie DIN, ale bez wyświetlacza. Rys.2 Sterownik DP24D

5 Rys. 3 Sterownik DP24E -Jednostka centralna DP48 jest to jednostka, do której bezpośrednio połączone są przez sieć BUS485wszystkie sterowniki w centrali. Rys. 4 Sterownik DP48 i panel sterująco - odczytowy LN31 -Panel sterująco - odczytowy LN31 jest on stosowany w przypadku, gdy uŝytkownik nie posiada stanowiska komputerowego i jest montowany przy jednostce DP48. -Moduł DPNET111 jest do podłączenia jednostki centralnej do sieci lokalnej wewnątrz firmy, dzięki niemu moŝliwy jest równoczesny podgląd pracy urządzeń na kilku komputerach, zmiana parametrów pracy z dowolnego komputera przez osoby uprawnione oraz pełny monitoring za pośrednictwem Internetu. Oprogramowanie w oknie konfiguracji pokazuje: strukturę instalacji, nastawy wartości zadanych parametrów pracy, wartości aktualnie mierzone, występujące alarmy, stany załączeń urządzeń wykonawczych, podłączonych do sterowników. Poszczególne sterowniki są połączone ze sobą magistralą, która umoŝliwia komunikowanie się sterowników z jednostką centralną, natomiast do sterowników podłączone są urządzenia wykonawcze: wentylatory, zawory regulacyjne, elektroniczne zawory rozpręŝne, pompy, grzałki i urządzenia odszraniające.

6 Programowanie sterowników Sterowniki moŝna programować za pomocą: komputera klasy PC z oprogramowaniem TelesWin, panelu sterująco - odczytowego LN31, klawiatury na panelach sterowników. KaŜdy ze sterowników posiada własny zegar czasu rzeczywistego wraz z pamięcią eliminujący w przypadku zaniku zasilania konieczność ponownego konfigurowania sterownika. Podłączony na stałe komputer moŝe prowadzić wizualizację pracy wszystkich urządzeń w czasie rzeczywistym, jak równieŝ umoŝliwi zapisywanie na twardym dysku danych pochodzących ze sterowanych urządzeń instalacji i późniejsza ich prezentacje w postaci wykresów lub tabel. Wszelkie dane wprowadzane do pamięci są zabezpieczone hasłami dostępu, upowaŝniającymi wybrane osoby do obsługi i zmianę parametrów pracy układu. Sterowanie działaniem urządzeń w instalacji Sterowanie temperaturą w komorach odbywa się przy zastosowaniu elektronicznych zaworów rozpręŝnych. Do sterownika mogą być podłączone trzy czujniki, które mierzą odpowiednio: temperaturę w komorze, temperaturę na parowniku w miejscu gdzie zbiera się najwięcej szronu oraz w miejscu znajdującym się blisko wejścia do komory. Dodatkowo sterowniki wyposaŝone są w dwa wyjścia cyfrowe, beznapięciowe, do których moŝna podłączyć sygnalizacje dodatkowych funkcji, takich jak: sygnalizacja otwartych drzwi lub zapalonego światła w chłodni. Rys. 5 Sterowanie temperaturą w komorach

7 Sterowanie zespołów spręŝarkowych za pomocą systemu Newel 2 umoŝliwia sterowanie zarówno pojedynczymi spręŝarkami jak i całymi zespołami. MoŜliwe jest sterownie spręŝarkami o tej same jak i o róŝnej wydajności i stopniach spręŝania oraz z płynną regulacją obrotów przez falownik. Sterownik pracuje na zasadzie ciągłego pomiaru ciśnienia i porównaniu go z wartościami granicznymi. W przypadku przekroczenia którejś z granic sterownik automatycznie włącza lub wyłącza kolejna ze spręŝarek. Oprogramowania posiada funkcję Interact, w której sterowniki spręŝarek mają moŝliwość obserwowania zapotrzebowania na moc chłodniczą w układzie i decydowania, który z zaworów urządzenia chłodniczego załączyć wcześniej, a który wyłączyć. Powoduje to obniŝenie zuŝycia energii elektrycznej oraz obniŝenie wahań ciśnienia w instalacji. Rys. 6 Sterowanie zespołem spręŝarek Sterowanie pracą wentylatorów skraplaczy powoduje, Ŝe praca skraplacza staje się bardziej stabilna, a przeregulowania są minimalne, co efektywnie wpływa na oszczędność energii elektrycznej. Podobnie jak w przypadku sterowania spręŝarkami istnieje moŝliwość przesuwania punktu pracy w zaleŝności od czynników zewnętrznych.

8 Rys. 7 Sterowanie zespołem wentylatorów skraplacza Przykłady zastosowania: Wojskowy Ośrodek Badawczo-WdroŜeniowy SłuŜby śywnościowej w Warszawie sterowanie temperatury w komorze badawczej od -50 o C do 100 o C, Jednostka Wojskowa w Szczecinie sterowanie zespołami 24 komór chłodniczych i mroźniczych wraz z układami spręŝarek i skraplaczy, Regionalne Centrum Krwiodawstwa w Poznaniu- sterowanie zespołem komór mroźniczych z całodobowym monitorowaniem temperatur spoza obiektu. Uniwersytet A. Mickiewicza w Poznaniu- 26 komór badawczych z regulacją klimatsterowanie z monitorowaniem parametrów poprzez sieć wewnętrzną i Internet.

9 3. Systemy sterowania i monitoringu obiektów chłodniczych na przykładzie duŝego obiektu handlowego (hipermarketu) Budowa: Zawór rozpręŝny AKV. AKV są sterowanymi elektrycznie zaworami rozpręŝnymi przeznaczonymi do instalacji chłodniczych. Rys. 8 Zawór rozpręŝny AKV Sterownik parownikowy Sterownik EKC 204A słuŝy do regulacji temperatury w urządzeniu chłodniczym i jest szczególnie polecany do stosowania w supermarketach i innych obiektach handlowych. Rys. 9 Sterownik parownikowy EKC 204A Sterowanie oświetleniem Moduły AK 2-XM są podłączone do sterowników w aplikacjach wymagających większej liczby przyłączy, niŝ jest w danym sterowniku. Rys. 10 Moduł AK 2-XM

10 Regulator spręŝarek i skraplaczy Sterownik komory chłodniczej Bezprzewodowe urządzenia do monitorowania temperatury Detektory nieszczelności instalacji chłodniczej Działanie: Adaptacyjna regulacja ciśnienia ssania (optymalizacja Po) Funkcja ta pozwala na optymalizacje ciśnienia ssania w obrębie konkretnego układu chłodniczego i zapewnia, Ŝe wszystkie urządzenia chłodnicze pracują z maksymalną efektywnością. System ADAP-KOOL zapewnia osiągnięcie przez poszczególne urządzenia parametrów wymaganych do ich prawidłowej pracy. Adaptacyjna regulacja przegrzania Funkcja ta zapewnia dostarczanie czynnika do parowników w ilości dokładnie odpowiadającej chwilowemu zapotrzebowaniu kaŝdego z nich. Dzięki temu ograniczane są straty energetyczne i rośnie efektywność działania całego układu. Optymalizacja ciśnienia skraplania Funkcja ta uwzględnia temperaturę zewnętrzną i zapewnia pracę układu ze zminimalizowanym, optymalnym dla danych warunków zewnętrznych ciśnieniem skraplania podnosząc tym samym sprawność obiegu chłodniczego. Uzyskiwane dzięki temu oszczędności sięgają 10% zuŝywanej energii. Impulsowe zasilanie grzałek poręczowych Funkcja ta, poprzez okresowe zasilanie grzałek poręczowych mebli chłodniczych dopasowuje do chwilowych potrzeb ilość ciepła generowanego przez te grzałki pozwalając tym samym zaoszczędzić do 20% zuŝywanej przez nie energii elektrycznej. Odszranianie adaptacyjne Odszranianie adaptacyjne bazuje na monitorowaniu pracy poszczególnych parowników. Porównywany jest bilans cieplny od strony czynnika chłodniczego i od strony powietrza. Odszranianie odbywa się tylko wtedy, jeśli system ustali, Ŝe jest to konieczne. Sterownik poprzez czujniki temperatury monitoruje narastającą warstwę szronu. Odszranianie zostanie rozpoczęte, jeŝeli osiągnie ona zdefiniowaną grubość. Funkcja ta pozwala osiągnąć do 17% oszczędności. Optymalizacja układów wysokotemperaturowych oraz niskotemperaturowych Połączenie elektronicznych zaworów rozpręŝnych, przetwornic częstotliwości AKD oraz regulatorów spręŝarek i skraplaczy w jeden system ADAP-KOOL pozwala na oszczędności do 32% energii w porównaniu do układu niezoptymalizowanego. Centrale powietrzne oraz pompy Zastosowanie przetwornic częstotliwości Danfoss AKD do regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych pozwala obniŝyć zuŝycie energii o 15%. Przetwornica dopasowuje obroty pompy lub wentylatora do aktualnego zapotrzebowania obiektu.

11 Sterowanie oświetleniem Zarówno oświetlenie wewnętrzne sklepu jak równieŝ oświetlenie parkingu moŝe być sterowane za pomocą systemu ADAP-KOOL. Zapewnia to dopasowanie oświetlenia do wymagań przy jednoczesnej minimalizacji kosztów. W typowych układach oszczędności uzyskane dzięki zoptymalizowanemu sterowaniu oświetleniem dochodzą do 10%. Cechy uŝytkowe: Energia i środowisko: Maksymalizowanie wydajności pracy systemu. Minimalizowanie wpływu na środowisko poprzez zredukowanie emisji dwutlenku węgla. Kompleksowe rozwiązanie: W pełni zintegrowana sieć sterowania o zdalnym dostępie umoŝliwia ciągłe monitorowanie i serwis. Zapewnia szybki zwrot inwestycji związanej z zakupem i wdroŝeniem systemu. W optymalny sposób kontroluje pracę urządzeń chłodniczych i pozwala na śledzenie ich parametrów pracy. Jakość Ŝywności: Zapewnia poprawę jakości Ŝywności poprzez odpowiednie monitorowanie Krytycznych Punktów Kontrolnych (Critical Control Points). UmoŜliwia ewidencje parametrów pracy wg wymogów stawianych przez HACCP. Pełne i zdalne monitorowanie temperatur z moŝliwością sygnalizacji alarmów, przyczyniające się do zwiększenia bezpieczeństwa przechowywanych produktów Utrzymuje stałą i odpowiednią temperaturę produktu, co pozwala na uniknięcie strat Ŝywności. Podsumowanie zakresu rozwiązania Produkty ADAP-KOOL zostały zaprojektowane pod kątem zintegrowania do kompletnego systemu. Zdalne centra serwisowe mogą korzystać z sieciowego pakietu oprogramowania EM (Enterprise Management), który zapewnia pełny przegląd i dostęp do wszystkich podłączonych obiektów. Tym samym, moŝliwa jest czytelna, graficzna prezentacja bieŝącego stanu parametrów obiektu oraz zaawansowana prezentacja raportów, związanych z dokumentacją HACCP, alarmami, rejestracją temperatur, zuŝyciem energii, itp. Ogólne wsparcie zarządzania obiektem, dotyczące równieŝ przechowywanej Ŝywności moŝe być zapewnione przez specjalną usługę Danfoss Retail Care, obejmującą zdalny monitoring i przygotowywanie raportów.

12 Usługa ta zapewnia: 24 godzinny monitoring. Zautomatyzowaną diagnostykę i wyprzedzającą sygnalizacje stanów alarmowych. Skrócenie czasów awaryjnych postojów i wzrost bezpieczeństwa Ŝywności. Odbiór alarmów, zapisów rejestratorów i zapisów zdarzeń. Elastyczną komunikację z wykorzystaniem sieci TCP/IP lub GSM. Rys. 11 Zintegrowany system ADAP-KOOL. Systemy monitoringu i rejestracji ELIWELL Systemy monitorujące moŝna podzielić na trzy grupy: Małe sieci: Memory 1000 Mniejsze sieci komercyjne: TelevisCompact Rozbudowane sieci komercyjne: TelevisNet

13 Rys. 12 System monitoringu Televis-Net. Schemat strukturalny. Budowa: Sterownik EWDR 985 LX jest sterownikiem chłodniczym z czterema przekaźnikami na spręŝarkę, odszranianie, wentylator chłodnicy i światło (pomocniczy), posiada równieŝ napięciowe wejście alarmowe oraz wejścia cyfrowe. Sterowniki ID LX zawiera sterowniki od wersji podstawowej z odszranianiem poprzez postój spręŝarki, odszranianiem elektrycznym i gorącymi parami, kończąc na moŝliwości zarządzania odszranianiem dwóch parowników. Sterowniki IC LX są elektronicznymi regulatorami temperatury, wilgotności lub ciśnienia. Seria EWCM jest przeznaczona do zarządzania zespołami spręŝarkowymi i wentylatorami skraplacza. Rys. 13 Sterownik serii EWCM.

14 RadioAdapter moŝe być uŝywany do tworzenia sieci komunikacji monitoringu i sterowania. Mogą być one w pełni bezprzewodowe lub kombinowane, łącząc w sobie sieci kablowe i radiowe. Technologia ta pozwala na tworzenie wielorakich sieci monitoringu w tym samym obszarze. Działanie: System dokonujący pomiary, rejestrację, regulację, sygnalizację przekroczeń wartości granicznych (limitów) i archiwizację danych takich wielkości fizycznych jak: temperatura, wilgotność i ciśnienie. Cechy uŝytkowe: Główną cechą systemu TelevisNet jest jego uniwersalność. Dzięki oprogramowaniu moŝna mieć wizualizację poszczególnych składowych systemu jak i jego całości. Dane moŝna wyświetlać i drukować w postaci tabel i wykresów zbiorczych. Programowanie sterowników wykonuje się poprzez ściągnięcie tablicy parametrów, modyfikację i zapisanie jej w pamięci sterownika. 4. Podsumowanie: Producenci systemów monitorujących pracę urządzenia chłodniczego starają się by, produkowane urządzenia czyniły pracę łatwiejszą, dlatego tworzy produkty z prostymi procedurami instalacji oraz ciągle wprowadza na rynek innowacyjne rozwiązania technologiczne. 5. Bibliografia Jolanta Kowal, mgr inŝ. Mariusz Parchański, P.W. AVICOLD Sp. J., Systemy monitoringu i rejestracji ELIWELL, materiały promocyjne firmy Danfoss materiały promocyjne firm Eliwell i Avicold Chłodnictwo & Klimatyzacja nr 5/2004