Systemy sterowania i monitoringu obiektow chłodniczych na

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
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
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, e-mail 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.
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
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.
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
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.
Rys. 7 Sterowanie zespołem wentylatorów skraplacza
Przykłady zastosowania:
Wojskowy Ośrodek Badawczo-WdroŜeniowy SłuŜby śywnościowej w Warszawie –
sterowanie temperatury w komorze badawczej od -50oC do 100oC,
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.
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
•
•
•
•
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.
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.
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
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.
•
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”,
http://www.wentylacja.com.pl/technologie/technologie.asp?ID=7359
• materiały promocyjne firmy Danfoss
• materiały promocyjne firm Eliwell i Avicold
• Chłodnictwo & Klimatyzacja nr 5/2004