ALCO elektronické řešení sdružených jednotek
Proč sdružená jednotka
V současné době se rozšiřuje stále více využívání většího počtu chladivových kompresorů pro dosažení zadaných výkonových parametrů místo jednoho velkého kompresoru s výkonovou regulací. Tyto snahy jsou patrné zejména v přímém chlazení a při používání rotačních kompresorů typu skrol. Vícekompresorová soustava může reagovat pružněji a plynuleji na změny výkonu systému vyvolané proměnlivou zátěží. Vícekompresorové jednotky - sdružené jednotky jsou typické zejména pro chladicí systémy supermarketů s velkým počtem chladících povinností - chlazeného nábytku a skladových prostor.
Regulace výkonu vypínáním kompresorů je obvykle energeticky výhodnější, než regulace změnou počtu pracovních válců velkého kompresoru, nebo změnou nasátého objemu šroubového kompresoru. Zároveň je i výhodnější z hlediska spolehlivosti a životnosti systému, protože neprovozuje kompresory s částečným zatížením, což s sebou přináší zvýšené opotřebení pohyblivých dílů kompresoru a problémy s vibracemi.
Správný a energeticky výhodný způsob ovládání vícekompresorového zařízení je součástí výrobního programu společnosti Alco Controls, specializovaného výrobce regulační a jistící techniky pro chladící a klimatizační techniku a tepelná čerpadla.
Přehled přístrojů
Podle rozsahu ovládaných funkcí a stavů je skupina řídících přístrojů rozlišena na regulátory nízkotlaké nebo vysokotlaké strany, případně kombinované provedení. Všechny přístroje jsou připojitelné do řídící sítě spolu s jinými regulátory dalších výrobců. Typová řada umožňuje připojení systémem RS485 nebo FTT10 podle volby projektanta. Regulátory nízkotlaké strany jsou míněny jako regulátory kompresorových soustav, regulátory vysokotlaké strany ovládají kondenzátor- většinou ventilátory vzduchem chlazeného výměníku tepla. V určitých aplikacích se hodí kombinace činností jak ovládajících kompresory, tak i kondenzátory. Typová řada regulátorů zahrnuje i ovládání soustavy kompresorů s různými vypařovacími teplotami, které tvoří jedno vícekompresorové zařízení.
Regulátory využívají komunikační systém LON, který umožňuje velmi jednoduché provozní nastavení se všemi výhodami síťového uspořádání řízení chladícího zařízení. Pro okamžité zobrazení snímaných a nastavovaných hodnot lze na každý přístroj připojit přímo terminál ECD-000. Systém zjednodušuje vzájemnou spolupráci s dalšími prvky ovládání a jištění systému, jako je například monitorovací systém, jiné typy regulačních přístrojů a napojení na nadřazený řídící sytém, což může být zejména centrální kontrolní systém celého objektu, v kterém je chladící zařízení provozováno.
 |
 |
| EC3 | ECD-000 |
Společné pro všechny přístroje je vnější provedení na lištu DIN a možnost připojení displeje ECD-000, který může být vestavěn v panelu rozvaděče pro jednoduchý přehled provozních stavů. Regulátor EC3 zajišťuje několik úrovní řešení poruchových stavů. Jednak jsou to hlášení dosažení nebo překročení povolených mezí tlaků, jednak hlášení o nutnosti provádět některé úkony údržby a servisu. Po překročení stanovených provozních hodin přístroj vyzve obsluhu k provedení servisu. Každý kompresor má v EC3 svůj vstup, na který jsou připojeny všechny jistící přístroje daného kompresoru. Mezi takové přístroje patří zejména jističe tlaku, teploty a mazání. Zapojují se sem i elektrické ochranné jističe motoru. Dojde-li k poruše některého kompresoru je za něj automaticky spuštěna vhodná náhrada. Společný vstup slouží k připojení jistících přístrojů systému, jako je například kombinovaný presostat. V případě poruchy systému tak regulátor vypne celé zařízení. Funkce EC3 zahrnují i vyslání hlášení o poruše do příslušného terminálu, serveru, nebo PC. Nejdokonaleji se charakter poruchy určuje v programu na příslušném PC propojeným s daným serverem AMS-500. Tam lze kontrolovat veškeré přístroje, které se v síti vyskytují. Další možnosti jsou například přechod do ručně řízeného režimu provozu v případě výpadku elektroniky, nebo možnost kalibrování jednotlivých čidel, či odpojení určitého regulátoru ze společné sítě.
Řídící server AMS-500
Veškeré činnosti, provoz a související stavy chladícího nebo klimatizačního systému lze sledovat, případně ovlivňovat z jednoho centrálního pracoviště propojením soustavy do jedné společné sítě s centrálním serverem AMS.
 |
| PUNTO SLIM |
Veškeré nastavování se provádí v prostředí Windows, které je pro většinu uživatelů známé z běžné práce na PC. Celý ovládaný systém je možno zobrazit jako grafický plánek objektu ve formátu *.bmp, který je rovněž běžnou součástí Windows. Plánek je možno také kopírovat pomocí skeneru, nebo jej vytvořit jiným grafickým programem použitelným do prostředí Windows.
Ovládání nízkotlaké strany
Digitální regulátor EC3-600 vyráběný společností ALCO Controls je určen zejména pro ovládání vícekompresorových chladících zařízení - například typu sdružené jednotky pro komerční chlazení. Přístroj může řídit až 8 kompresorů, které pracují ve společném sacím potrubí. Principem činnosti přístroje je udržování stálého předem zvoleného sacího tlaku chladiva. Změna chladícího výkonu je prováděna provozováním rozdílného počtu chladivových kompresorů, nebo změnou otáček kompresoru, případně jeho výkonovou regulací. Vedle této hlavní funkce zabezpečuje regulátor zároveň další úkoly jako je spolehlivost systému, kontrola servisních intervalů a tím i provozních nákladů. Zejména posledně zmíněná činnost může být efektivně zajištěna pomocí využití kompletního síťového systému provozu. Přístroj EC3-600 je určen pro splnění všech uvedených požadavků.
Regulátor EC3-600 je určen k ovládání až 8 jednostupňových kompresorů podle sacího tlaku a pro použití jak pro stejné, tak různě výkonné kompresory v jednom zařízení při využití funkce neutrální zóny, P/PI regulace, nebo s minimálním zatížením, které je volitelné. Přístroj má 1 analogový výstup pro možnost regulace otáček kompresoru, zajišťuje střídání kompresorů při provozu, srovnávání provozních hodin, ovládání servisních režimů, rychlou stabilizaci sacího i výtlačného tlaku, kontrolu činnosti čidel s možností přestavení provozního režimu vnějším čidlem a má oddělené sériové kontrolní okruhy pro každý kompresor. EC3-600 má též vstupy pro společná jištění nízkým i vysokým tlakem chladiva, vstupy pro snímače hladin odlučovače chladiva i maziva, výstupy SPDT pro ohřev oleje v kompresorech 230 V, přičemž nastavení je ukládáno do trvalé paměti.
Systém používá protokol Echelon LON pro síťové propojení, síťový interface volitelný RS 485 nebo FTT10, což zajišťuje provoz a kontrolu buď místním, nebo samostatným vzdáleným PC. K přístroji EC3 se může přímo připojit terminál ECD pomocí RJ45 konektoru přímo do EC3 bez dalšího vodiče. ECD má 2 a 1 místný displej, kontrolky LED pro signalizaci provozních stavů, 4 tlačítka pro nastavení požadovaných parametrů a běžný rozměr pro vestavění do panelu 71x29 mm s krytím IP65 při použití těsnění pod rámeček terminálu.
Na přání lze sadu doplnit o dálkový infračervený ovladač pro nastavení parametrů, snímače tlaku PT3-07A s výstupem 4-20 mA pro snímání sacího tlaku, snímače tlaku PT3-30A s výstupem 4-20 mA pro snímání kondenzačního tlaku, teplotní čidla různých provedení typu NTC pro snímání teplot, transformátor 50 VA pro montáž na DIN lištu - typ ECT-623 i o propojovací kabel mezi terminálem a regulátorem - typ ECC-017
Provozní nastavení přístroje EC3 lze provést několika způsoby :
- přímým připojením k blízkému PC s odpovídajícím programem
- připojením k místnímu Monitorovacímu serveru AMS-500 prostřednictvím LON
- připojením k vzdálenému serveru AMS-500 některým z dostupných způsobů
- přímým připojením terminálu ECD-000 a nastavením ručně na jeho tlačítkách
- připojením k terminálu ECD-000 a nastavení dálkovým ovladačem terminálu
Počáteční nastavení EC3 je nejjednodužší pomocí terminálu ECD-000. Nastavení může využít předem výrobcem prověřené nejčastěji používané funkce a hodnoty, na které je EC3 již nakonfigurován. Tím se vlastní nastavení omezí jen na nezbytné minimum - zejména hodnotu požadovaného sacího tlaku.
Přístroje řady EC3-600 pracují ve třech různých regulačních způsobech : s neutrální zónou, P/PI regulaci nebo v binárním režimu.
|
P/PI proporcionální regulace pracuje s kompresory v pásmu proporcionality - v určitém tlakovém rozmezí od požadované hodnoty sacího tlaku. Podle toho, jak se liší skutečný tlak od nastaveného uvnitř pásma proporcionality jsou kompresory spouštěny, nebo zastavovány. Pro přesnější regulaci lze doplnit integrační funkci.
Binární režim provozu je vhodný pro sestavu jednostupňových kompresorů s různou výkonností. Kompresory musí být zapojeny v určitých předem stanovených skupinách pro docílení různých výkonů. Regulátor EC3 potom určuje počet regulačních kroků (stupňů) tak, aby byla změna výkonu jednotky co nejplynulejší.
V kombinaci se způsoby 1 a 2 lze použít i změnu otáček kompresoru. Pro tento účel dodává regulátor prvnímu kompresoru resp. regulátoru otáček prvního kompresoru signál 0 až 10 V. Změna otáček může snížit odchylky sacího tlaku od požadované hladiny a tím zajistit plynulejší změnu mezi jednotlivým výkonovými stupni. Jiná možnost je stanovit určitý kompresor jako základní, který bude vždy první spouštěn a poslední zastavován. Ten může mít i rozdílný výkon, než ostatní.
Regulátor má vestavěný program - tzv. FIFO (první zapnut, první vypnut), nebo FILO, který zajišťuje, aby měly kompresory odpracováno pokud možno stejný počet provozních hodin. Metoda použití změny otáček, nebo základního kompresoru není se střídáním kompresorů slučitelná.
Jiné funkce přístroje jsou například hlídání nejkratších dob chodu a stání kompresorů a počtu startů v daném časovém intervalu apod. Tyto funkce výrazně zvyšují životnost zařízení.
Ovládání vysokotlaké strany
Pro dosažení stanoveného výkonu bývá využíváno u kondenzátoru více ventilátorů. Kondenzátor odvádí teplo z daného typu chladícího zařízení. Typický případ je chladící zařízení v supermarketu. Základním cílem řídícího regulátoru je udržování požadovaného okamžitého kondenzačního tlaku pomocí změny průtoku vzduchu kondenzátorem v předepsaných mezích. Používá-li chladící zařízení elektronicky řízené vstřikovací ventily, je vhodné stanovit kondenzační tlak jako proměnlivou hodnotu závislou na teplotě okolí tak, aby byla energetická náročnost soustavy co nejnižší. Bez elektronického ventilu je nutno udržovat uměle stálý dolní limit tlaku, aby mohly klasické vstřikovací ventily správně pracovat. V systémech se zpětným využitím kondenzačního tepla je také nutno stanovit určitou mez. Změna výkonu kondenzátoru je prováděna provozováním rozdílného počtu ventilátorů, nebo změnou otáček některých. Vedle této hlavní funkce zabezpečuje regulátor zároveň další úkoly jako je spolehlivost systému, kontrola servisních intervalů a tím i provozních nákladů. Zejména posledně zmíněná činnost může být efektivně zajištěna pomocí využití kompletního síťového systému provozu. Přístroj EC3-700 je určen pro splnění všech uvedených požadavků.
Regulátor EC3-700 je určen podle provedení k ovládání až 7 ventilátorů v jednom řídícím okruhu, přičemž jeden ventilátor (případně více podle proudového zatížení) může být regulován změnou otáček. Změna otáček může být buď pomocí výstupu 0 až 10 V, nebo vestavěným triakem. Triakem je možno ovládat pouze jednofázový motor, jehož použití pro takový způsob regulace potvrdí jeho výrobce. Hlavní řídící hodnota je nastavený kondenzační tlak snímaný příslušným čidlem, které je přímo připojeno k EC3-700. Je-li kompresorová jednotka vzdálena od příslušného kondenzátoru, mohou být jednotlivé regulátory přímo v místě ovládaného prvku a kabelové rozvody jsou tak omezeny na minimum. To může citelně ovlivnit investiční náklady na zařízení.
Přístroje řady EC3-700 pracují ve třech různých regulačních způsobech : s neutrální zónou, P/PI regulaci nebo s regulací otáček obdobně jako regulátory kompresorů. Regulaci otáček lze použít v kombinaci s oběma předchozími metodami. K tomu účelu je k dispozici napěťový výstup 0 až 10 V. Regulací otáček ventilátoru lze dosáhnout jemnější doladění hladiny požadovaného kondenzačního tlaku. Zároveň dochází k plynulejšímu přechodu mezi jednotlivými stupni regulace. Místo k výstupu 0 až 10 V může být motor ventilátoru připojen přímo k výstupu triaku. Výsledek regulace je podobný.
Jiná možnost je stanovit určitý ventilátor jako základní, který bude vždy první spouštěn a poslední zastavován. Ten může mít i rozdílný výkon, než ostatní. Regulátor má vestavěný program - tzv. FIFO (první zapnut, první vypnut), který zajišťuje, aby měly ventilátory odpracováno pokud možno stejný počet provozních hodin. Metoda použití změny otáček, nebo základního ventilátoru není se střídáním ventilátorů slučitelná. Jiné funkce přístroje jsou například hlídání nejkratších dob chodu a stání ventilátorů a počtu startů v daném časovém intervalu apod. Tyto funkce výrazně zvyšují životnost zařízení. Cílem řídícího procesu je udržování požadovaného kondenzačního tlaku v zařízení. Skutečný okamžitý tlak je snímán tlakovým čidlem a srovnáván s nastavenou hodnotou tlaku. Přístroj může ale provádět určitou kompenzaci nastavení tlaku podle skutečných teplot okolí. V závislosti na teplotě okolí může být nastavení - jmenovitá hodnota tlaku - zvyšováno nebo snižováno tak, aby provozní stavy odpovídaly funkci elektronického ventilu pro nástřik chladiva do výparníku. Tím může dojít k výrazným úsporám energie a provozních hmot. Je možné rovněž nastavit limitní hodnotu tlaku při které vypnou všechny ventilátory. Obdobně může být nastavena funkce nouzového režimu při překročení povoleného kondenzačního tlaku do doby odstranění závady na kondenzační straně bez vypadnutí celého chlazení.
Regulátory řady EC3-700 lze využít k zpětnému využití tepla z kondenzátoru pro jiné cíle - například ohřev teplé užitkové vody. K tomu účelu je využit druhý jmenovitý tlak - druhá hodnota nastavení EC3, na kterou zařízení přechází v případě potřeby získání tepla z kondenzátoru. V praxi je to provedeno tak, že pomocí zvláštního vstupu je připojen řídící prvek, například vnější termostat. Při signálu pro zapnutí této funkce regulátor EC3 automaticky změní nastavení na druhou hodnotu a zároveň aktivuje pomocné výstupní relé, které se používá na ovládání souvisejících armatur - například trojcestného ventilu pro změnu průtoku chladiva do výměníku pro ohřev TUV.
Regulátor EC3 zajišťuje několik úrovní řešení poruchových stavů. Jednak jsou to hlášení dosažení nebo překročení povolených mezí tlaků, jednak hlášení o nutnosti provádět některé úkony údržby a servisu. Po překročení stanovených provozních hodin přístroj vyzve obsluhu k provedení servisu. Každý ventilátor má v EC3 svůj vstup, na který jsou připojeny všechny jistící přístroje daného ventilátoru. Mezi takové přístroje patří zejména elektrické ochranné jističe motoru. Dojde-li k poruše některého ventilátoru je za něj automaticky spuštěna vhodná náhrada. Společný vstup slouží k připojení jistících přístrojů systému, jako je například vysokotlaký presostat. V případě poruchy systému tak regulátor vypne celé zařízení. Funkce EC3 zahrnují i vyslání hlášení o poruše do příslušného terminálu, serveru, nebo PC.
Řízení jednotky s kondenzátorem
Přístroj EC3-900 ovládá jak kompresorovou část jednoho okruhu, tak ventilátory kondenzátoru. kombinuje v jednom regulátoru vlastnosti EC3-600 a EC3-700. Vícekompresorová jednotka může mít až 4 kompresory a příslušný kondenzátor až 4 ventilátory, z nichž jeden může být ovládán změnou otáček pomocí vestavěného triaku. Rovněž tak jeden kompresor a jeden ventilátor může být řízen analogovým výstupem 0 až 10 V, přičemž v tomto případě nelze použít triak. Hlavním parametrem pro ovládání je sací tlak pro kompresory a kondenzační tlak snímaný vysokotlakým čidlem pro ventilátory. Kondenzační strana může také využívat funkci zpětného využití kondenzačního tepla. Změna chladícího výkonu je prováděna provozováním rozdílného počtu chladivových kompresorů, nebo změnou otáček kompresoru, případně jeho výkonovou regulací. Vedle této hlavní funkce zabezpečuje regulátor zároveň další úkoly jako je spolehlivost systému, kontrola servisních intervalů a tím i provozních nákladů. Zejména posledně zmíněná činnost může být efektivně zajištěna pomocí využití kompletního síťového systému provozu.
Cílem řídícího procesu je udržování požadovaného sacího tlaku kompresorů odvozeného z vypařovací teploty daného chladiva. Skutečný okamžitý tlak je snímán tlakovým čidlem a srovnáván s nastavenou hodnotou tlaku. Přístroj může ale provádět určitou kompenzaci nastavení tlaku podle skutečných teplot v místě spotřeby chladu. V závislosti na teplotě například ve skladu může být nastavení - jmenovitá hodnota tlaku - zvyšováno nebo snižováno tak, aby provozní stavy odpovídaly objektivním požadavkům. Tím může dojít k výrazným úsporám energie a provozních hmot. Je možné rovněž nastavit limitní hodnotu tlaku při které vypnou všechny kompresory. Obdobně může být nastavena funkce nouzového režimu při překročení povoleného kondenzačního tlaku do doby odstranění závady na kondenzační straně bez vypadnutí celého chlazení.
Regulátor pracuje rovněž obdobným způsobem, jako celá typová řada EC3 s případnými poruchami a jejich vyhodnocením. Propojením přístroje do řídící sítě lze sledovat a seřizovat provozní stavy z centrálního stanoviště vybaveného monitorovacím serverem AMS-500.
Ovládání kompresorů s dvěma různými vypařovacími teplotami
V řadě případů se vyskytuje v jednom systému více zařízení s různými vypařovacími teplotami - například chladící a mrazící zařízení. Přístroj EC3-800 ovládá takovou sdruženou jednotku se dvěma chladícími povinnostmi. Jednotka má dvě samostatná sací potrubí, ale jedno výtlačné. Je to přístroj, který nahrazuje dva jednookruhové regulátory. Regulátor EC3-800 je určen podle provedení k ovládání až 7 kompresorů nebo výkonových stupňů ve dvou řídících okruzích. Hlavní řídící hodnota je nastavený sací tlak dané větve, snímaný příslušným čidlem, které je přímo připojeno k EC3-800. Kondenzační strana je řízena samostatným regulátorem typu EC3-700, který je na sací straně nezávislý. To znamená, že snímač kondenzačního tlaku není k EC3-800 přímo připojen. EC3-800 může ovládat až 4 kompresory v jedné větvi - s jednou vypařovací teplotou a až 3 kompresory v druhé větvi. Jeden kompresor z každé větve může být ovládán pomocí změny otáček. Přístroj hlídá a hlásí poruchy v každém sání samostatně a společně ve výtlaku.
Přístroje řady EC3-800 pracují ve třech různých regulačních způsobech : s neutrální zónou, P/PI regulaci nebo v binárním režimu.
Metoda neutrální zóny znamená, že se výkon řízené jednotky mění podle sacího tlaku spouštěním a zastavováním jednotlivých kompresorů pouze v případě je -li sací tlak mimo rozsah tlaku, který je stanoven jako pásmo necitlivosti - neutrální zóna. Při poklesu tlaku pod dolní hranici neutrální zóny se vypne některý kompresor, při překročení horní meze se naopak zapne. Neutrální zóna zajišťuje, aby nedostávaly kompresory zároveň povel k zapnutí i vypnutí. Regulační logika je samostatná pro obě vypařovací teploty. Způsob je shodný s jednodužším programem EC3-600 přístroje, stejně tak i v případě ostatních způsobů regulace - binárním, nebo P/PI způsobem.
 |
| Schéma použití regulátorů EC ALCO |
Shrnutí
Program elektronického ovládání chladících zařízení - tím pádem i ostatních systémů - klimatizace, tepelných čerpadel umožňuje moderní inteligentní řešení řízení všech částí chladícího systému. K řízení vícekompresorového zařízení lze doplnit ovládání nástřiku chladiva do nízkotlaké části ve výkonovém rozsahu do ca 1 MW v jednom elektronickém expanzním ventilu, přičemž druh chladiva nemá vliv na typ použitého přístroje. Chladivo ovlivňuje pouze dosažitelný chladící výkon určitého typu elektronického expanzního ventilu.
Komplexním řešením celého systému pomocí elektroniky lze dosáhnout návratnosti vložených vyšších investičních nákladů ve velmi krátké době - například do 1 roku (při respektování charakteru provozu).
Ovládání pomocí přístrojů řady EC není však vyhrazeno pouze pro elektronické vstřikovací ventily. Přístroje mohou ovládat systém, který již existuje a inovace se týká pouze řízení kompresorů a ventilátorů.
