Automatyka chłodnicza i klimatyzacyjna Systemy sterowania i monitoringu obiektów chłodniczych: budowa, działanie, cechy użytkowe, przykłady zastosowania Mariusz Kosioski SUChiK Przemysław Michalik SUChiK Gdaosk 11.02.2009
Spis treści Wstęp... 3 1. Jednostka centralna - DI 48 oraz panel odczytowy - LN 31... 4 2. Sterownik DI 24... 5 3. Sterownik DI 22... 5 4. Czujnik temperatury... 6 5. Elektroniczne zawory rozprężne... 7 6. Czujniki stężeo gazów... 8 7. Newel2... 8 8. Bezprzewodowy system monitoringu LAE Electronic Wireless Communication.... 9 9. System elektroniczny EKS67 + KVQ firmy Danfoss... 10 10. Podsumowanie... 11 Literatura:... 12 2
Wstęp Technologia mikroprocesorowa i jej coraz szersze zastosowanie w życiu codziennym, wpłynęły na powstanie kompleksowych systemów sterowania i monitorowania pracy urządzeo. Inwestorzy i producenci z branży chłodniczej, poszukują rozwiązao gwarantujących im niezawodnośd działania instalacji, poprawną pracę urządzeo oraz komfort użytkowania. Gwarancji bezawaryjnej pracy układów nie zapewnią tylko dokumenty wydane przez dostawcę, czy producenta. Inwestując w profesjonalny system kontroli, monitorujący działanie elementów i całości instalacji, możemy znacznie wydłużyd okres użytkowania, diagnozowad układ spoza obiektu, określid kiedy należy wykonad przeglądy serwisowe. Wymagania stawiane instalacjom chłodniczym: Minimalizacja zużycia energii, zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych, Dokładnośd parametrów zadanych dla utrzymania odpowiednich warunków w komorze chłodniczej, Automatyczna praca wszystkich elementów instalacji, Niezawodnośd działania systemu, Zapis pracy całego obiektu (rejestracja wszystkich parametrów mierzonych, Budowa automatycznego systemu sterowania: Elektroniczne sterowniki, Moduły pomiarowe, Czujniki temperatury, Czujniki stężeo gazów, Elektroniczne zawory rozprężne, Oprogramowanie, Grzałki urządzenia odszraniającego. 3
1. Jednostka centralna - DI 48 oraz panel odczytowy - LN 31 Do jednostki centralnej DI 48 podłączane są bezpośrednio poprzez sied BUS 485 wszystkie sterowniki z magistrali, a jednostka rozpoznaje je dzięki numerom fabrycznie nadanym przez producenta i trybów pracy w jakich sterowniki zostały zaprogramowane przez użytkownika, natomiast panel sterująco odczytowy LN 31, stosowany jest w przypadku braku stanowiska komputerowego i wyposażony jest w wyświetlacz ciekłokrystaliczny z przyciskami umożliwiającymi programowanie parametrów pracy sterowników podłączonych do jednostki centralnej oraz odczyt zarchiwizowanych danych w formie tabeli lub wykresu. 4
2. Sterownik DI 24 Stosowany do regulacji uniwersalnej, temperatury, wilgotności, ciśnienia skraplania, gazów szkodliwych, przeznaczony jest do montażu modułowego w szafkach sterowniczych. 3. Sterownik DI 22 Stosowany w chłodnictwie do regulacji temperatury, płynnej regulacji otwierania i zamykania zaworów z wyjściem proporcjonalnym 0-10 V, przeznaczony jest do montażu panelowego. 5
4. Czujnik temperatury Czujnik temperatury zawiera w swojej obudowie termistor typu NTC lub PTC - rysunek obok. Rezystor NTC (ang. - Negative Temperature Coefficient ) jest to element półprzewodnikowy, którego rezystancja maleje wraz ze wzrostem temperatury. Rezystor PTC (ang. - Positive Temperature Coefficient) jest to element półprzewodnikowy, którego rezystancja rośnie wraz ze wzrostem temperatury. W praktyce większe zastosowanie znalazły termistory NTC ze względu na bardziej liniowy przebieg zależności między rezystancją a temperaturą. 6
5. Elektroniczne zawory rozprężne Rozwiązanie będące ewolucją termostatycznych to elektroniczne zawory rozprężne (EEV1). Jest to elektromechaniczne urządzenie z serwosterowaniem, które od kilku lat jest już dośd powszechnie dostępne na rynku. Rozpręża ono czynnik chłodniczy w zmienny sposób przy wykorzystaniu czujnika ciśnienia i temperatury (odpowiadającego zewnętrznemu wyrównaniu ciśnienia, oraz czujnikowi termostatycznego zaworu rozprężnego). Obydwa te czujniki są zamontowane na koocu parownika, a ich pomiary są przetwarzane przez regulator, który decyduje o najoptymalniejszym stopniu otwarcia zaworu w określonym czasie. Rodzaje elektronicznych zaworów rozprężnych: Proporcjonalny Impulsowy 7
6. Czujniki stężeń gazów Prawidłowo działające systemy kontroli wycieków z instalacji chłodniczych podnoszą bezpieczeostwo amoniakalnych urządzeo chłodniczych w ogóle, a w szczególności urządzeo w pełni zautomatyzowanych: dużego, średniego i małego typu - pozbawionych stałej obsługi. W praktyce chłodniczej najczęściej wyciek amoniaku występuje w postaci parowej, tworząc z powietrzem atmosferycznym mieszaninę. Systemy monitoringu wycieków amoniaku kontrolują zatem stężenie czynnika w powietrzu. 7. Newel2 Przykładem kompleksowego zastosowania automatyki w chłodnictwie, klimatyzacji i wentylacji jest montowany przez firmę SYSTHERM system sterowania i monitoringu Newel2. Omówione powyżej sterowniki, wraz z jednostką centralną, panelem odczytowym, wchodzą w skład systemu sterowania Newel2. System ten umożliwia podłączenie różnorodnych urządzeo wykonawczych (wentylatory, grzałki, przetworniki ciśnienia, czujniki temperatury oraz wilgotności itp.) Sygnały wejściowe z czujników analizowane przez program zawarty w pamięci sterowników są podstawą uzyskania odpowiedniego sygnału wyjściowego sterującego elementami wykonawczymi. System ten umożliwia sterowanie temperaturą, ciśnieniem skraplania i parowania, wilgotnością względną powietrza, pracą sprężarek, umożliwia zmianę punktu pracy w zależności od pory dnia, pozwala przesyład dane pochodzące ze sterowanego obiektu do centrali serwisowej, automatycznie inicjuje proces odszraniania, alarmuje o nieprawidłowej pracy urządzeo itp. Klimatyzacja: Znajduje również szerokie zastosowanie w klimatyzacji pomagając kontrolowad i regulowad poziom temperatury pomieszczeo, dokonując korekty wilgotności, mierząc stężenie szkodliwych gazów, oraz alarmując o zmianach parametrów powietrza względem wartości zadanych. 8
8. Bezprzewodowy system monitoringu LAE Electronic Wireless Communication. Lae Electronic Wireless Communication to system działający w połączeniu z oprogramowaniem TAB4.2, pozwalający na wykonanie zdalnego systemu monitorowania urządzeo chłodniczych bez konieczności instalacji okablowania strukturalnego. Moduł SWB opracowany przez LAE Electronic umożliwia integrację wszystkich sterowników wyposażonych w port RS 458 w ramach sieci Wireless. Wykorzystuje oprogramowanie TAB uruchomione na odrębnym komputerze PC, który podłączony przez moduł SWB-C nadzoruje zdalnie pracę sterowników. Sterowniki komunikując się poprzez moduł SWB-R stają się częścią bezprzewodowej sieci monitoringu. Wykorzystany w systemie protokół komunikacji operuje na rozwiązaniu pozwalającym stworzyd sied, w której każdy z węzłów komunikuje się z pozostałymi, będącymi w zasięgu. Transmisja danych może przebiegad przez węzły SWB-R. Tworzenie sieci jest bardzo proste. Podczas dodawania sterownika do infrastruktury wymagane jest, aby pomiędzy poszczególnymi modułami była zachowana odległośd ok. 30 40m. W przypadku braku aktywnego urządzenia w pobliżu, możliwe jest umiejscowienie pojedynczego, samodzielnie działającego modułu SWB-R, w celu przetransmitowania danych w połowie odległości pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Specyfikacja techniczna modułu SWB: - Wykorzystywana częstotliwośd radiowa ISM 2.4 GHz - Zasięg działania do 40 metrów wewnątrz budynku - Transmisja danych: -dla SWB-C RS 232C lub DB-9 - SWB-R przewód TTL/RS-485 -Maksymalna ilośd urządzeo podłączonych do pojedynczego modułu z wykorzystaniem portu RS 485: 63 - Kontrolki: zasilania, dostępu do sieci, odbierania i wysyłania danych po przewodzie RS-485 - Wymiary: 110x75x53 mm Po zakooczeniu przyłączania urządzeo do infrastruktury sieciowej, dzięki zastosowaniu jednorodnych modułów komunikacyjnych SWB, staje się ona automatycznie zamknięta dla wszystkich innych urządzeo bezprzewodowych pracujących na podobnych częstotliwościach. Nie ma możliwości powstania zakłóceo oraz ewentualnych włamao, co gwarantuje zapewnienie ciągłości przesyłania i bezpieczeostwa danych. 9
9. System elektroniczny EKS67 + KVQ firmy Danfoss Układ ten dzięki precyzyjnej stabilizacji ciśnienia parowania, umożliwia regulację temperatury ośrodka chłodzonego z dokładnością 0.5K. Dzięki temu systemowi osiągana jest mała różnica temperatur w komorze i parowania czynnika co prowadzi do ograniczenia do minimum osiadania szronu na powierzchni parownika. Oprócz ogólnych funkcji regulacyjnych spełnia on także funkcję odszraniania parownika oraz funkcje alarmowe. Zastosowanie System ten znajduje szerokie zastosowanie w wyposażonych w znaczną liczbę komór chłodniczych supermarketach. Regulacja następuje tu przy pomocy sygnałów o aktualnym obciążeniu cieplnym poszczególnych komór. Poprzez włączanie i wyłączanie kolejnych sprężarek wydajnośd chłodnicza ich zespołu jest stale dopasowywana do zmiennego obciążenia cieplnego parowników. 10
10. Podsumowanie Systemy sterowania i monitoringu urządzeo chłodniczych znajdują szerokie zastosowanie w chłodnictwie i klimatyzacji (komory chłodnicze, urządzenia sklepowe, schładzacze wody itp.). Dzięki ich stosowaniu możliwe staje się optymalizowanie zużycia energii całego układu chłodniczego. Poprawiają komfort użytkowania instalacji, pozwalają diagnozowad układ spoza obiektu, utrzymują zadane parametry pracy urządzenia jednocześnie umożliwiając wczesne wykrycie nawet niewielkiej nieprawidłowości w pracy urządzenia. 11
Literatura: - Chłodnictwo i Klimatyzacja nr 9 2008 Bezprzewodowy system monitorowania instalacji chłodniczych Łukasz Nowak - Chłodnictwo i Klimatyzacja nr 5 2004 System sterowania i monitorowania urządzeo klimatyzacyjnych Mariusz Kijko - Technika Chłodnicza poradnik Hans Jurgen Ullrich - www.chlodnictwo.biz - www.systherm.pl 12