Автоматизация систем кондиционирования. Для чего нужна автоматика для управления приточной системой вентиляции Система управления вентиляции и кондиционирования воздуха
Журнал «Мир климата» продолжает публикацию фрагментов новой учебной программы ДПО Учебно-консультационного центра «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА» под названием «Автоматизация систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха».
Ранее мы подробно описали работу с приложениями современной среды разработки CAREL c.Suite. Теперь расскажем о разработке пользовательских интерфейсов диспетчеризации в среде c.Web
Разработка пользовательских интерфейсов диспетчеризации в среде c.Web
Средства диспетчеризации
Номенклатура продукции компании CAREL включает различные средства диспетчеризации как локального, так и глобального уровня.
Свободнопрограммируемые контроллеры семейства c.pCO
Контроллеры семейства c.pCO, оснащенные встроенным портом Ethernet, предоставляют возможность непосредственной диспетчеризации через Интернет за счет встроенного веб-сервера.
Пользовательский интерфейс сервера может быть как стандартным, предоставляемым компанией CAREL бесплатно, так и разработанным в соответствии с требованиями конкретного заказчика.
Стандартного пользовательского интерфейса достаточно для мониторинга работы установки, управления ею и анализа поведения оборудования во времени за счет встроенной функции ведения журнала (лога) значений выбранных параметров с последующим просмотром их в виде графиков.
Такое решение оптимально для объектов с небольшим количеством оборудования, где бюджет не позволяет установить выделенный сервер системы диспетчеризации.
Сервер диспетчеризации уровня объекта BOSS
Все контроллеры семейства c.pCO, независимо от модификации, имеют как минимум один встроенный порт RS485, который может быть использован для интеграции контроллера в шину диспетчеризации по протоколам ModBus или BACnet.
Сбор, хранение, отображение информации от полевых контроллеров и уведомление персонала объекта о требующих внимания ситуациях должны осуществляться сервером системы диспетчеризации BOSS .
Особенностями и достоинствами сервера системы диспетчеризации BOSS являются:
- доступ через любой веб-браузер с ПК, планшета или смартфона;
- встроенная точка доступа Wi-Fi позволяет удаленно работать с BOSS как с мобильного устройства так с персонального компьютера;
- при необходимости возможно подключение монитора через разъемы Display Port или VGA , а также клавиатуры и мыши через порты USB;
- автоматическое масштабирование страниц сервера под разрешение экрана устройства, с которого происходит доступ;
- интегрированная поддержка протоколов Modbus (Master и Slave) и BACnet (Client и Server) по шинам MS/TP (RS485) и TCP/IP;
- максимально упрощенная процедура развертывания системы диспетчеризации на основе BOSS за счет визуализации данных с помощью шаблонных страниц.
Решение с использованием BOSS ориентировано на объекты, где необходима интеграция в единый интерфейс диспетчеризации десятков - сотен контроллеров как производства CAREL , так и сторонних, поддерживающих наиболее распространенные в настоящее время коммуникационные протоколы ModBus и BACnet.
Облачный сервис диспетчеризации tERA
Облачный сервис диспетчеризации tERA, использующий возможности Интернета для взаимодействия с полевыми контроллерами, расположенными в различных местах, - универсальное решение для объектов любого масштаба, а также для сетей объектов.
Достоинства tERA:
- отсутствие необходимости размещения какого-либо серверного оборудования на местах;
- доступ к интернет-порталу tERA возможен с любого устройства, подключенного в глобальной сети;
- не требуется специальная настройка сетевого оборудования на объекте, где установлены системы автоматизации, которые предполагается контролировать;
- детализация информации по оборудованию и возможности управления зависят от типа пользователя, устанавливаемого локальным администратором;
- автоматическое создание отчетов как по расписанию, так и при наступлении определенных событий, требующих вмешательства обслуживающего персонала;
- поддержка обновления программного обеспечения полевых контроллеров;
- встроенный инструментарий анализа поведения оборудования путем сравнения параметров во времени и между различными объектами;
- пользовательский интерфейс может быть как минималистичным, состоящим только из таблиц и графиков, так и оформленным с учетом пожеланий конкретного заказчика.
Применение сервиса tERA особенно актуально для сетей объектов малого и среднего масштаба, где нецелесообразно применение физических серверов диспетчеризации из-за малого количества оборудования на каждом из объектов, а количество самих объектов велико, что делает затруднительным прямое подключение к каждому из них.
Также сервис tERA является оптимальной платформой для сервисных организаций, предлагающих своим клиентам услуги периодического сервисного обслуживания и ремонта оборудования.
Средства разработки пользовательских интерфейсов
Все инструменты диспетчеризации предполагают возможность создания пользовательского интерфейса, оформленного в соответствии с требованиями заказчика.
Важной составляющей пользовательского интерфейса оператора является графическое оформление, от удобства, наглядности и эргономичности которого зависит эффективность работы диспетчера.
Кроме того, к современным средствам визуализации информации в системах BMS предъявляются требования по обеспечению кроссплатформенности и поддержки мобильных устройств.
Всем перечисленным требованиям соответствует среда разработки пользовательских интерфейсов CAREL c.Web, имеющая следующие основные характеристики:
поддержка современных кроссплатформенных технологий визуализации - используется стандартный код HTML и SVG графика, поддерживаемая всеми современными платформами - в отличие от FLASH и ряда других технологий;
процесс разработки максимально оптимизирован для использования библиотечных элементов с минимально необходимым объемом программирования. В то же время опытному разработчику предоставляются широкие возможности настройки;
предусмотрена поддержка мобильных устройств с точки зрения удобства для оператора при работе с экранами малого размера;
защита интеллектуальной собственности - учтены интересы разработчиков - в целевое устройство загружается откомпилированный HTML-код, в то время как исходный проект остается у автора;
c.Web является единым унифицированным инструментом разработки пользовательских интерфейсов для средств диспетчеризации различного уровня производства CAREL вплоть до возможности переноса проектов из одной системы в другую с сохранением функциональных возможностей и минимальными доработками.
c.Web
Запуск c.Web и создание проекта
Для запуска c.Web следует выбрать соответствующий ярлык в панели задач и запустить его от имени администратора:
После этого меню приобретет вид:
Следует выбрать Project Console, что приведет к появлению соответствующего окна:
Если предполагается работать с уже выбранным проектом, то следует нажать кнопку Builder. Если требуется изменить текущий проект, следует нажать красную кнопку остановки сервера.
В открывшемся окне следует указать имя нового проекта и папку, в которой он будет находиться:
Следует отметить, что если в указанной папке окажутся файлы ранее созданного проекта, то при запуске редактора они будут открыты как новый проект. Таким путем можно разрабатывать новые проекты на основе ранее созданных.
а затем - кнопку Builder для запуска собственно редактора c.Web.
Если сервер ранее не был сконфигурирован, появится окно параметров, в котором необходимо назначить имя сервера, его адрес и тип.
В нашем случае тип должен быть Carel, а имя и IP-адрес целевого контроллера мы указываем, исходя из собственных предпочтений.
На закладке Advanced необходимо указать пути к папкам, содержащим таблицы параметров контроллера, доступных для диспетчеризации, и к папкам, куда редактор поместит готовый проект.
При наличии связи с контроллером по локальной сети удобно загружать готовый проект непосредственно в котроллер с помощью встроенного FTP-сервера, поэтому в качестве целевых папок указываем соответствующие папки в контроллере.
Для заполнения поля Config Source необходимо создать файл конфигурации переменных контроллера, что можно сделать, только имея исходный проект.
Для этого следует вернуться к проекту приложения контроллера и открыть его в среде разработки c.Suite, в программе c.design.
Устанавливаем галочку Enable c.Web - это необходимо для корректной работы проекта пользовательского интерфейса после загрузки в контроллер:
Экспортируем переменные проекта в формате, соответствующем редактору c.Web:
Откроется окно, в котором следует указать папку, куда мы намерены сохранить конфигурационный файл.
После выполнения указанных действий появится сообщение вида:
Поскольку мы внесли изменения в проект приложения контроллера, его необходимо перезагрузить:
Теперь мы можем вернуться к настройке редактора c.Web, указав в поле Config Source путь к папке, куда был сохранен файл конфигурации переменных из c.design:
В итоге указанное окно примет вид:
Установка галочки Cleanup dataroot приведет к очистке папки, куда в контроллер будут загружаться файлы проекта, поэтому, если в процессе работы туда будут помещаться какие-либо дополнительные файлы, не входящие в проект c.Web, они будут удалены. В ряде случаев это нежелательно, поэтому данную галочку лучше не устанавливать.
На вкладке Layout выберем подходящий формат страниц с учетом разрешения экрана, на котором, вероятнее всего, будет отображаться создаваемый пользовательский интерфейс:
После нажатия OK откроется основное окно редактора:
Получение точек данных и привязка к объектам
Первое, что необходимо сделать - загрузить информацию о точках данных, которые мы планируем использовать в нашем проекте. Для этого следует щелкнуть правой кнопкой мыши по имени проекта и выбрать Acquire Datapoints:
При успешном выполнении процедуры появится окно вида:
Прочитанные переменные можно увидеть в разделе OBJECTS дерева проекта:
Собственно пользовательский интерфейс начнем создавать на странице Main. Перенесем объект Circular Meter из библиотеки на страницу проекта:
Свойства выбранного объекта отображаются в соответствующем окне редактора. Для привязки переменной к объекту для отображения значения переменной необходимо использовать свойство Base.
Привяжем к имеющемуся объекту переменную, содержащую значение текущей температуры:
И поменяем ряд других параметров, определяющих внешний вид и поведение объекта:
Загрузка в контроллер
Чтобы убедиться, что механизм импорта переменных сработал правильно, загрузим полученный проект с одним объектом в целевой контроллер.
Для этого необходимо щелкнуть правой кнопкой по имени проекта и выбрать Distribute:
По ее окончании, открыв браузер и указав IP-адрес контроллера, мы сможем убедиться, что загрузка прошла успешно и данные корректно отображаются в веб-интерфейсе контроллера:
Для изменения заголовков страниц веб-интерфейса следует модифицировать соответствующую строку в коде объекта index.htm, находящегося в разделе Library - ATVISE - Resources:
Добавим на нашу страницу объект, позволяющий не только просматривать, но и изменять значения переменных в контроллере.
Таким объектом может быть, например, Read/Write Variable - он особенно удобен для использования на сенсорных экранах, так как содержит крупные кнопки уменьшения и увеличения значения, а также движок регулятора.
Поместим указанный объект на страницу, привяжем к переменной уставки температуры и модифицируем вид объекта в соответствии с своими предпочтениями:
После загрузки обновленного проекта в контроллер появится возможность изменять заданное значение через веб-интерфейс:
Добавим переключатель для изменения состояния дискретной переменной и привяжем его к включению и выключению установки:
Динамическая индикация тревоги
Добавим индикацию тревоги. Для этого нарисуем круг с помощью инструмента Add circle.
Для ряда графических объектов в c.Web имеется набор готовых шаблонов, в частности это касается кругов: выделив круг и выбрав в меню Templates, можно применить формат шаблона к выбранному объекту.
Сделаем круг красным с градиентной заливкой.
Для изменения состояния индикатора тревоги в зависимости от ситуации воспользуемся механизмом Add Simple Dynamic, встроенным в c.Web.
В пункте EVENT укажем значение переменной состояния тревоги, а в пункте ACTION - сопоставим состоянию наличия тревоги мигание выбранного объекта и состояние его невидимости при отсутствии тревоги.
Фактически механизм Simple Dynamics представляет собой мастер, который простыми визуальными средствами позволяет создавать определенные последовательности действий, требующих программирования. Simple Dynamics позволяет упростить этот процесс, однако на выходе возникает скрипт, который может быть использован как основа и в дальнейшем вручную модифицирован разработчиком.
Для отображения и редактирования скрипта следует нажать кнопку Script на панели c.Web:
Полученный скрипт можно проанализировать и дополнить.
Для более развернутого уведомления оператора о наличии тревоги к визуальному уведомлению - мигающему красному индикатору целесообразно добавить акустический сигнал.
Для этого добавим в папку Resources файл, содержащий сигнал тревоги:
Кроме того, добавим еще один индикатор - зеленый, который должен светиться, когда тревога отсутствует:
Размеры зеленого индикатора зададим такими же, как и красного, а для точного расположения обоих индикаторов друг над другом воспользуемся инструментами выравнивания:
Доработаем скрипт следующим образом:
Дополнительные сведения о доступных командах и синтаксисе скриптов доступны во встроенной справке.
Добавим еще один регулятор, который привяжем к переменной, определяющей порог срабатывания тревоги.
И добавим подписи к элементам индикации и управления:
Для повышения эстетичности создаваемого веб-интерфейса добавим градиентный фон, воспользовавшись инструментом Add Rectangle в панели управления c.Web.
Зададим параметры прямоугольника и расположим его под уже имеющимися объектами:
После загрузки в контроллер веб-интерфейс будет иметь вид:
Встраивание готовых страниц
Дальнейшее расширение функциональных возможностей веб-интерфейса возможно с использованием готовых шаблонов, доступных для скачивания из раздела c.Web портала ksa.carel.com:
В частности, доступны готовые страницы с отображением встроенного дисплея контроллера WebpGD, графиков логов и тревог.
Для применения указанных шаблонов соответствующие файлы необходимо загрузить в файловую систему контроллера по FTP . Для этого можно использовать программу FileZilla:
Заранее скачанные папки следует подготовить для копирования в папку HTTP контроллера.
Если до этого момента в контроллер уже был загружен веб-интерфейс, данная папка не будет пустой, и папки шаблонов следует добавить к уже имеющимся файлам:
По завершении процесса передачи данных папка HTTP контроллера будет иметь вид:
Чтобы воспользоваться шаблонами предлагается добавить на главную страницу пользовательского интерфейса меню с тремя пунктами: WebpGD, Тренды и Тревоги.
Также добавим новую страницу, назвав ее WebpGD.
В меню File выберем пункт Settings для настройки параметров новой страницы:
Установим размеры страницы 900 на 500 пикселей, после чего воспользуемся инструментом Add Foreign Object:
Нарисуем прямоугольник размером 460 на 800 пикселей - это зона, где будет отображаться экран контроллера и кнопки управления.
Щелкнув по данной зоне, получим окно редактирования скрипта объекта, куда добавим команду обращения к ранее загруженной шаблонной странице:
Для отображения созданного окна воспользуемся механизмом QuickDynamics, предлагающим ряд готовых функций навигации и управления.
Выберем действие Open PopUp Display:
И свяжем его с страницей WebpGD:
В результате получим:
Для отображения трендов и тревог создадим соответствующие страницы:
Свяжем их с меню на славной странице с помощью гиперссылок:
соответственно.
Для возврата на главную страницу, разместим на новых страницах кнопку НАЗАД с соответствующей гиперссылкой:
Полученный веб-интерфейс примет вид:
Плавающее окно с отображением информации с экрана контроллера может быть перемещено в удобное место и закрыто.
Страницы с трендами и тревогами:
Оптимизация работы при низкой скорости связи
Следует отметить, что при низкой скорости связи (например, при подключении мобильными устройствами в зонах с плохим покрытием сотовой сети) периодически может появляться сообщение о потере связи с контроллером:
Для увеличения допустимого времени ответа от удаленного контроллера можно использовать команду
webMI.setConfig(“data.requesttimeout«, 3000);
в скрипте страницы Default:
Эта команда увеличивает длительность допустимой задержки до 3 секунд.
В следующем номере мы продолжим публиковать фрагменты нового учебного курса по автоматизации, входящего в программу обучения в Учебно-консультационном центре «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА».
Вентиляция: Обмен воздуха в помещениях для удаления избытков теплоты, влаги, вредных и других веществ с целью обеспечения допустимого микроклимата и качества воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне при средней необеспеченности 400 ч/год - при круглосуточной работе и 300 ч/год - при односменной работе в дневное время (СП 60.13330.2012.)
Вентиляция бывает приточной и вытяжной.
Приточная - это вентиляция, при которой осуществляется подача очищенного свежего воздуха заданной температуры и влажности приточными установками и центральными кондиционерами.
Вытяжная - это вентиляция, при которой осуществляется удаление воздух из помещения с помощью вытяжных вентиляторов.
Приток и вытяжка должны быть равны по объему (исключением является противодымная вентиляция - когда на путях эвакуации создается подпор приточного воздуха). Внутри объекта приточный и вытяжной воздух распределяются по неравномерно. Например, в комнате приготовления пищи, в сан узлах, в комнатах сбора мусора баланс должен быть отрицательный (вытяжка больше притока), в чистых помещениях, например, кабинетах, переговорных, в чистых комнатах (микроэлектроника, фармацевтика) - напротив, положительный (приток больше вытяжки). Тогда запахи и пыль не будут распространяться по всем площадям и будут локализованы.
Если неприятные запахи и грязь распространяются по всем помещениям, это значит, что балансовые соотношения нарушены. Чаще всего это происходит по следующим причинам - ошибка при проектировании системы, засорение вентиляционных каналов, неправильная работа системы автоматизации.
Кратность воздухообмена —определяется числом обменов воздуха в помещении за единицу времени. Она равняется отношению объема воздуха, который подается в помещение в единицу времени, к объему помещения. Кратность воздухообмена может быть переменной величиной, она зависит от количества людей в помещении, температуры, влажности и т.п. Управление кратностью должно осуществляться в автоматическом режиме.
Кроме обеспечения комфортных условий в помещениях, автоматизации вентиляционных систем:
Процесс работы не автоматизированной системы вентиляции выглядит следующим образом: в помещение стало душно, оператор поднимает производительность системы вентиляции, в помещении стало холодно, оператор снижает производительность вентиляционной системы. Данный пример не имеет ничего общего с работой современных систем вентиляции, но иллюстрирует основную задачу системы автоматизации, которая должна выполняться - создание комфорта для посетителей здания или обеспечение заданных условий для производства.
Общий алгоритм работы системы. Основные параметры воздуха внутри помещения и на улице постоянно контролируются, измеряется температура воздуха, влажность, наличие в воздухе посторонних газов и примесей, концентрация СО2 и т.д. Данные поступают на микропроцессорный контроллер и анализируются. При выходе значений за определенный интервал (эти значения задаются при настройке системы, они называются «уставка»), контроллер передает управляющий сигнал на запуск исполнительных механизмов, вентиляторов, охладителей, нагревателей, осушителей, срабатывают клапана и заслонки, управляющих сечением воздуховодов и пр. При возвращении значений параметров в заданный диапазон, контроллер отправляет корректирующие сигналы.
Необходимость технического обслуживания определяется по косвенным параметрам, по падению давления или снижению скорости воздушных потоков в воздуховодах, энергопотреблению электрооборудования, сравнению параметров системы со средними для данного режима работы. Информация, выводимая оператору, сообщает о необходимости замены масла в компрессоре, замене фильтров, чистке воздуховодов и т.д.
Автоматика систем вентиляции состоит из следующих элементов:
- Датчики и преобразователи;
- Регуляторы;
- Исполнительные механизмы;
- Щиты автоматизации (контроллеры, управляющие контакты).
Датчики и преобразователи
Датчики - это элементы систем автоматизации вентиляции, служащие для получения информации о реальном состоянии регулируемого объекта. С их помощью осуществляется обратная связь системы регулирования с объектом по следующим параметрам: температуре, давлению, влажности и т.д.
Для того, чтобы информация с датчика передавалась системе в виде цифрового кода каждый датчик снабжается преобразователем.
Оптимальные места установки датчиков указываются в прилагаемых к ним инструкциях.
Датчики температуры могут быть для внутреннего и наружного применения; накладными на трубопровод (для контроля температуры поверхности трубопровода) или канальными (для измерения температуры воздуха в воздуховоде). Внутри помещений датчики температуры устанавливаются в нейтральных, относительно источников тепла или холода местах, снаружи здания в местах где датчик будет защищен от ветра или прямого попадания солнечных лучей.
Датчики влажности представляют собой блок с электронным прибором, измеряющим относительную влажность, и преобразующий данные в электронный сигнал. Бывают наружного и внутреннего исполнения. Устанавливаются в местах со стабильными условиями влажности, не допускается установка их вблизи радиаторов отопления, блоков кондиционеров, у источников влаги.
Датчики давления подразделяются на реле давления (механическое измерение перепада давлений и электрическое преобразование) и аналоговые датчики давления (преобразование давления сразу в электрический сигнал, например, с помощью пьезо-элементов). И те, и другие применяются для измерения давление как в одной точке, так и разность давлений в двух точках.
И внешние и внутренние датчики желательно устанавливать по два и более, например, с северной и с южной стороны здания. В современных системах, все внешние климатические датчики объединяют в единую метеостанцию.
Датчики потока измеряют скорость движения жидкости или газа в трубопроводе или воздуховоде. Расход жидкости вычисляется по формуле внутри процессорного блока исходя из разности давлений и других параметров (температуры, сечения трубопровода, плотности).
Исполнительные устройства
Исполнительные устройства следует рассматривать в привязке к управлению приводом.
Это важный элемент в таком процессе как управление вентиляцией, на долю которого выпадает роль осуществления приводной части автоматизации. Эти механизмы могут быть как электрическими, так и гидравлическими.
В качестве исполнительных устройств могут выступать клапаны, заслонки и частотные регуляторы.
Регуляторы
Регуляторы - это один из основных элементов системы автоматики для вентиляции, обеспечивающий управление исполнительными механизмами по показаниям различных датчиков.
По функциональному предназначению эти элементы вентиляционных систем подразделяются на регуляторы скорости и регуляторы температур.
Регуляторы скорости бывают однофазными и трёхфазными (также, как и двигатели). Также они бывают с плавным или ступенчатым регулированием, при этом выбор способа регулирования зависит от мощностей вентиляторов. Наиболее современным и экономичным является способ скорости вращения насосов и вентиляторов с помощью преобразователей частоты (ПЧ). Несмотря на высокую стоимость, ПЧ экономически оправдывают себя уже на двигателях с мощностью более 1 кВт.
Регуляторы температур в зависимости от способа управления бывают пороговыми, управляющие температурой с помощью полностью открытой или полностью закрытой заслонки (пример - автомобильный термостат), и с пропорционально дифференциальным управлением (PID), позволяют плавно управлять температурой в рабочем диапазоне.
Управление регуляторами в системах автоматизации вентиляции осуществляется из щитов управления.
Щиты автоматизации
Работа автоматизированной системы, ее удобство, надежность и безопасность эксплуатации напрямую зависят от алгоритмов управления процессом (специалистов, выполнивших проектирование и наладку), а также от возможностей комплектующих изделий. Алгоритмы реализуются на программном уровне и «зашиваются» в свободно программируемые контроллеры, установленные в щитах автоматизации .
При подключении датчиков к щиту автоматизации учитывают тип сигнала, передаваемого преобразователем (аналоговый, дискретный или пороговый). Аналогично выбираются и модули расширения, управляющие приводами устройств.
Щиты вентсистем бывают силовые, управляющие или совмещенные, если система небольшая. Щиты автоматики для вентиляции обеспечивают:
- Включение и выключение системы вентиляции;
- Индикацию состояния оборудования;
- Защиту от неправильного подключения питающего напряжения и короткого замыкания;
- Управление производительностью вентиляционной установки;
- Индикацию состояния воздушных фильтров;
- Защиту от перегрева электродвигателей;
- Защиту калорифера от замерзания;
- Поддержку и контроль температуры воздуха на входе вентиляционной установки и в помещении;
- Возможность применения временных ручных алгоритмов управления.
Проектирование системы автоматизации вентиляции и кондиционирования
Система автоматизации вентиляции и кондиционирования является одним из наиболее сложных проектов инженерных систем здания.
Это связано с большим количеством точек контроля и исполнительных устройств в системе и учетом нескольких режимов работы системы, включая зимний и летний. Предусматривают:
Проект разрабатывается по заданию технологов - специалистов, разработчиков проекта вентиляции и кондиционирования. В стандартный комплект чертежей включают:
Режимы работы системы. Работа в системе автоматизации и диспетчеризации здания
Щит автоматизации системы вентиляции должен обеспечивать работу в следующих режимах:
Ручном . В этом случае управление системой осуществляется вручную.
Автоматическом автономном , с передачей данных в систему диспетчеризации. В этом случае включение и выключение происходит автономно, без учета показаний смежных инженерных систем, при этом уведомления о работе системы передаются диспетчеру.
Автоматический в составе автоматизированной системы управления зданием. При таком режиме работа вентиляции синхронизирована с другими системами жизнеобеспечения здания. Все системы здания, управляемые по разработанным алгоритмам, формируют систему автоматизации и диспетчеризации здания .
Иногда, хитрые интеграторы представляют автоматическую автономную систему как полностью автоматическую. Заказчик узнает об этом, когда начинает получать счета за коммунальные услуги с суммами, выше ожидаемых.
Управление системой осуществляется по протоколам управления здания. Наиболее известные это LonWorks, ModBus, BACnet.
Управление вентиляцией при пожаре
При проектировании систем автоматики вентиляции, учитывают их работу в случае пожара.
Согласно СП 60.13330.2012, для зданий и помещений, оборудованных автоматическими установками пожаротушения или автоматической пожарной сигнализацией, следует предусматривать автоматическое действия электроприемников систем вентиляции:
- Отключение при пожаре в помещении или в системе вентиляции, которое может производиться централизованно, прекращая подачу электропитания и обеспечивая закрытие противопожарных клапанов на распределительные щиты систем вентиляции, или индивидуально для каждой системы с целью предотвращения распространения огня по воздуховодам и остановки притока кислорода к пламени;
- Включения систем противодымной вентиляции на путях эвакуации и в зонах безопасности, или противодымной вентиляции в помещении, где произошел пожар, в зависимости от проектных решений;
- Включения систем для удаления газа и дыма после пожара.
Кондиционирование воздуха : Автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения и качества) с целью обеспечения, как правило, оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей (СП 60.13330.2012).
Системы кондиционирования делятся на три основные группы:
Сплит-система . Это система кондиционирования воздуха, состоящая из двух блоков: внешнего (компрессорно-конденсаторного агрегата) и внутреннего (испарительного). Принцип работы системы основан на удалении тепла из кондиционируемого помещения и переносе его на улицу. Сплит-система, как и любая система кондиционирования работает на тех же физических принципах, что и бытовой холодильник.
Центральные системы кондиционирования, совмещенные с системами вентиляции . Основной задачей таких систем является поддержание соответствующих параметров воздушной среды: температуры, относительной влажности, чистоты и подвижности воздуха во всех помещениях объекта с помощью одной или нескольких технологических установок, за счет распределения потоков с помощью системы трубопроводов.
При этом правильный состав воздуха поддерживается больше вентиляцией, чем кондиционированием. Приточная вентиляция отвечает за приток свежего воздуха, вытяжная - за вытяжку вредных примесей.
Приточная установка служит для обработки воздуха и подачи его в обслуживаемые помещения. Под обработкой воздуха понимается его очистка от пыли и других загрязнений, охлаждение, нагрев, осушение или увлажнение.
Мультизонные системы . Их применяют для объектов с большим количеством помещений, где есть необходимость в индивидуальном регулировании температуры воздуха и особые требования по комфортности помещений, например, помещения серверных или технологического оборудования, требующего большого теплоотвода. Конструктивно мультизональная система состоит из одного или нескольких наружных блоков, соединенных хладоновыми трубопроводами, электрическими кабелями питания и управления с необходимым числом внутренних блоков настенного, напольно-потолочного, кассетного и канального исполнения.
Наиболее распространенными мультизонными системами являются чиллеры, фанкойлы, центральные кондиционеры.
Система автоматизации позволяет системе кондиционирования обеспечить необходимые, порой существенно различающиеся, параметры в помещениях, при этом не допуская перерасхода электроэнергии (VRV и VRF системы).
Возможная ошибка при проектировании: Не разделять северный и южный контуры отопления и кондиционирования в больших зданиях. В результате, одна половина работников находится в комфорте, а вторая либо замерзает, либо перегревается.
Составные части системы
Управление системой центрального кондиционирования, совмещенной с системой вентиляции, можно декомпозировать на управление следующими частями:
В мультизонных системах кондиционирования управляют режимами работы наружного (центрального) блока, режимами работы каждого из внутренних блоков, распределением холодильной мощности по контурам. В этих системах каждый внутренний блок оснащается электронным терморегулирующим вентилем, который регулирует объем поступающего хладагента из общего контура в зависимости от тепловой нагрузки на этот блок. В результате, система лучше, чем обычные бытовые сплит-системы, поддерживает заданную температуру.
Какими параметрами можно управлять
Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха позволяет им выполнять следующие функции:
- Регулировать температуру и влажность воздуха, поступающего в систему подающих каналов;
- Поддерживать параметры воздуха в пределах санитарных норм с помощью нескольких инструментов управления;
- Переключать системы кондиционирования и вентиляции на энерго-сберегающие режимы работы в часы пониженных нагрузок;
- При необходимости, переводить системы в нестандартные и аварийные режимы функционирования;
- Отображение технологических параметров отдельных узлов системы вентиляции на локальных пультах управления;
- Извещать оператора при отказе или выходе параметров отдельных устройств и агрегатов за уставки, а также в случае, если какие-либо узлы системы вентиляции находятся в рабочем состоянии, хотя по регламенту они должны быть выключенными.
Технические средства автоматизации систем вентиляции и систем кондиционирования воздуха включают в себя:
- Первичные преобразователи (датчики);
- Вторичные приборы;
- Автоматические регуляторы и управляющие вычислительные машины;
- Исполнительные механизмы и регулирующие органы;
- Электротехническую аппаратуру управления электроприводами.
Параметры работы устройств и показания датчиков, наблюдение за которыми необходимо для правильной и экономичной работы системы, отображаются на местных щитах управления и на пультах системы диспетчеризации. Контроль промежуточных параметров может быть выведен на монитор автоматически, при выходе из заданного диапазона, или через вложенные меню по каждой из подсистем.
Приточные системы вентиляции оснащают приборами для измерения:
- Температуры воздуха в обслуживаемых помещениях, на улице, и в промежуточных точках;
- Температуры и давления воды (пара или хладагента) до и после воздухонагревателей (кондиционеров), компрессоров, циркуляционных насосов, теплообменников и в других критических точках технологического процесса;
- Перепады давления воздуха на фильтрах вентиляционных установок;
- Энергетические параметры агрегатов системы.
Установки кондиционирования воздуха дополнительно оснащают приборами для измерения давления и температуры холодной воды или рассола от холодильной станции, а также приборами температуры и влажности по ходу обработки воздуха.
В системе центрального кондиционирования управление температурой в помещении осуществляется с помощью изменения кратности воздухообмена (температура приточного воздуха устанавливается для системы в целом). В мультизонных системах, можно более точно устанавливать температуру для каждого из помещений, за счет изменения режима внутренних блоков с хладагентом, или теплоносителем (доводчики).
Датчики
В системе кондиционирования применяются следующие виды датчиков:
- Датчики контроля температуры приточного воздуха и воздуха внутри помещения;
- Датчики контроля концентрации в воздухе помещений углекислого газа СО2;
- Датчики контроля влажности воздуха;
- Датчики контроля состояния и работы оборудования (давления и скорости воздушного потока в воздуховодах, температурные, датчики давления или протока для устройств с циркулирующей по трубопроводам жидкостью и т.д.).
Выходные сигналы с датчиков поступают в шкаф управления для анализа полученных данных и выбора соответствующего алгоритма работы системы кондиционирования.
Терморегуляторы
Терморегуляторы являются элементом управления системы и бывают механическими и электронными. С помощью терморегулятора пользователь может устанавливать условия, которые он считает комфортными
Механические терморегуляторы . Они состоят из термической головки (чувствительного элемента) и клапана. При изменении температуры воздуха в охлаждаемом помещении чувствительный элемент реагирует на это и перемещает шток клапана регулятора. Таким изменением хода осуществляется регулирование подачи холодного воздуха.
Электронные терморегуляторы . Это автоматические устройства, пульты управления, которые обеспечивают поддержание заданной температуры в помещении. В системе охлаждения воздуха они автоматически управляют внутренним блоком (изменяя расход хладагента или частоту вращения вентилятора), целью их работы является созданием в помещении температурного режима, заданного пользователем.
Механический и электронный воздушные терморегуляторы отличаются только способом задания температуры. Механизм управления температурой у них идентичен - по сигналу, передаваемому по кабельной линии. В этом их отличие от регуляторов на радиаторных батареях.
Приводы исполнительных устройства
К исполнительным устройствам системы кондиционирования - воздушным клапанам и заслонкам, вентиляторам, насосам, компрессорам, а также калориферам, охладителям и т.д. подключаются электро- или пневмоприводы, через которые и осуществляется управление системой. Они позволяют:
- Ступенчато или плавно (при применении преобразователей частоты) регулировать скорость вращения вентиляторов;
- Управлять состоянием воздушных клапанов и заслонок;
- Регулируется производительность канальных нагревателей и охладителей;
- Регулировать производительность циркуляционных насосов;
- Осуществляется управление увлажнителями и осушителями воздуха и т.д.
Анализ сигналов с датчиков, выбор алгоритма работы, передача команды на привод и контроль выполнения команды происходит в контроллерах и серверах системы автоматизации.
Управление электродвигателями компрессоров, насосов и вентиляторов, в особенности мощностью более 1 кВт, наиболее экономично выполнять с помощь преобразователей частоты. На рисунке показан возможный экономический эффект от применения ПЧ в системах кондиционирования.
Щиты автоматизации системы кондиционирования
Щиты автоматизации являются средством, предназначенным для управления системой кондиционирования и вентиляции. Основным элементом щита управления является микропроцессорный контроллер. Контроллеры систем автоматики, выпускаются свободно программируемыми, что позволяет их использовать в системах разного масштаба и назначения.
При подключении датчиков к щиту автоматизации системы кондиционирования учитывают тип сигнала, передаваемого преобразователем - аналоговый, дискретный или пороговый. Модули расширения, управляющие приводами устройств, выбирают с учетом вида управляющего сигнала и протокола управления.
После программирования контроллер выводит систему на заданные параметры и временной цикл работы, далее система может функционировать, в полностью автоматическом режиме осуществляется:
- Анализ полученных от датчиков показаний, обработка данных и внесение в работу оборудования корректировок для поддержания заданных параметров среды внутри в помещении;
- Вывод информации о системе опратору;
- Слежение за работой и состоянием оборудования кондиционирования с выводом информации на индикационные табло;
- Защиты оборудования от короткого замыкания, перегрева, избегания неправильных режимов работы, и т.п.;
- Контроль своевременной замены фильтров и прохождения техобслуживания.
Проектирование системы автоматизации кондиционирования
Проект автоматизации систем кондиционирования выполняется с учетом технологических требований специалистов-проектировщиков ОВ:
- Автоматизации подлежат холодильные машины, циркуляционные насосы, двух- и трех-ходовые клапаны, другое оборудование;
- Учитываются летний, зимний, переходный, аварийный режимы работы систем;
- Предусматривается синхронизация работы холодильных машин, циркуляционных насосов клапанов;
- Предусматривают переключение основного и резервного насосов, для равномерного расходования ресурса;
- Предусматривают передачу информации в систему диспетчеризации здания и реакции при получении тревожного сигнала от системы пожарной сигнализации .
Типичный состав проекта автоматизации системы кондиционирования содержит листы:
Режимы работы системы. Работа в системе автоматизации и диспетчеризации здания
Щиты управления могут работать в трех основных режимах управления:
Ручной режим . Используя пульт, подключенный к щиту автоматизации, он может быть размещен непосредственно на щите, или это могут быть кнопки включения/выключения режимов. Оператор вручную, непосредственно на щите, или удаленно выбирает режим работы системы в зависимости от параметров среды помещения.
Автоматический автономный режим . В этом случае включение, выключение, выбор режима работы системы происходит автономно, без учета данных других климатических систем, с уведомлением об этом диспетчерской системы.
Автоматический режим с учетом алгоритмов системы управления зданием. При таком режиме работа отопления синхронизирована с другими системами жизнеобеспечения здания. Подробнее об
Для обеспечения требуемых условий надлежащего движения воздуха в помещениях, для создания надежных систем вентиляции и кондиционирования, чтобы при этом сократить надобность в обслуживающем персонале, а также для экономии электроэнергии и сохранения холода и тепла, прибегают к применению автоматизированных систем кондиционирования и вентиляции, которые в числе прочего позволяют производить автоматическое отключение и включение оборудования в аварийных ситуациях.
Чтобы автоматизированная система работала правильно и наиболее экономично, для наблюдения за основными параметрами на щиты выносят приборы контроля. На отдельных узлах, для возможности отслеживания работы отдельных элементов, устанавливают местные приборы контроля, для мониторинга промежуточных показателей.
Автоматика самопишущих приборов позволяет вести учет и анализ текущей работы вентиляционного оборудования, а для своевременной фиксации опасных отклонений служат приборы сигнализирующие, призванные предотвратить нарушение технологического процесса и, как следствие, - брак продукции.
Индикаторы работы системы вентиляции и кондиционирования устанавливают как в системе приточной вентиляции, так и в комбинированных системах с воздушным отоплением, и в системах кондиционирования воздуха. Здесь важен контроль температуры воздуха наряду с контролем параметров теплоносителя.
Что касается конкретно кондиционирования, то тут важно отслеживать и влажность воздуха и температуру горячей и холодной воды, а также давление, чтобы правильно регулировать работу насосов, подающих воду в оросительную камеру.
В зависимости от того, насколько точной должна быть регулировка поддерживаемых параметров, от назначения системы, от экономической и технической целесообразности, выбирают позиционный, пропорциональный или пропорционально-интегрированный способ управления автоматизированной системой. А в зависимости от вида энергии, которая используется для обеспечения работы системы, система регулирования может быть электрической или пневматической.
Если на предприятии отсутствует сеть сжатого воздуха или ее установка экономически неприемлема, то используют электрическую систему регулирования. Если сеть сжатого воздуха (с давлением от 0,3 до 0,6 МПа) на предприятии есть, или в целях противопожарной безопасности, применяется система пневматического регулирования.
Принцип автоматического регулирования температуры воздуха заключается в смешивании рециркулирующего воздуха и наружного воздуха, а также в варьировании режимов работы калориферов. Эти методы могут применяться как совместно, так и по отдельности. При этом благодаря регулировке в системе кондиционирования достигаются требуемые температура, давление и относительная влажность.
Для автоматизированной системы приточной вентиляции характерно измерение температуры воздуха в помещении (после вентилятора), и температуры горячей воды до и после калорифера. При этом, благодаря регулятору температуры, автоматически действующему на регулировочный клапан горячей воды, изменяется в нужную сторону температура в помещении.
В системе имеются два датчика температуры, функция которых - предотвратить замерзание калорифера. Первый датчик отслеживает температуру теплоносителя после калорифера (в обратном трубопроводе), второй - температуру воздуха между калорифером и фильтром.
Если в процессе работы вентиляционной установки первый датчик зафиксирует понижение температуры теплоносителя до +20 - +25°С, то вентилятор будет автоматически отключен, а клапан регулировки будет полностью открыт, чтобы подать теплоноситель в калорифер с целью прогрева.
Если температура поступающего воздуха больше 0°С, то замерзание калорифера, конечно, невозможно, и нет надобности в отключении вентилятора, нет надобности в открывании клапана горячей воды, - второй датчик отключит узел защиты калорифера от замерзания.
Пусть в ночное время вентилятор отключен, и требуется защита калорифера от замерзания, тогда второй датчик (перед калорифером), фиксируя температуру ниже +3°С, откроет клапан для подачи горячей воды. Когда калорифер будет прогрет, клапан закроется.
Именно так реализуется автоматическая двухпозиционная регулировка температуры воздуха перед калорифером когда вентилятор отключен. При запуске системы калорифер предварительно прогревается, до того, как вентилятор будет включен. В момент включения вентилятора открывается заслонка.
Для нагрева воздуха возможно применение одной из двух схем. В первой схеме, установленный в потоке подогретого воздуха, терморегулятор при отклонении температуры воздуха от уровня уставки включает моторный клапан, регулирующий подачу в калорифер теплоносителя (целесообразно применять в случае если теплоносителем является вода). Вода поступает в калорифер пропорционально положению клапана над седлом по высоте.
Когда теплоносителем служит пар, то его поступление не будет пропорционально, и тогда подойдет второй метод регулирования. В схеме приемлемой для пара, терморегулятор управляет сервомотором, связанным с дроссельными клапанами, регулирующими соотношение воздуха идущего в обход, и воздуха, идущего непосредственно через калорифер.
Увлажнение воздуха в форсуночной камере регулируется одним из двух методов, в основе которых адиабатное насыщение. Коэффициент?р прямо связан с коэффициентом орошения p, и изменяя p, меняем?р. Регулятор влажности управляет моторным клапаном, установленным на нагнетательной стороне насоса, который подает воду к форсункам из поддона камеры. Но есть и второй путь.
Второй способ заключается в том, что меняя температуру воздуха, проходящего через калорифер, можно менять влажность, оставляя нетронутыми? и р. Просто регулятор влажности в этом случае регулирует подачу в калорифер теплоносителя.
Для охлаждения воздуха служит следующий процесс. Перемещаемый по каналу воздух попадает в форсуночную камеру, где он должен быть охлажден разбрызгиваемой холодной водой. Положение дроссельных клапанов меняется так, что часть воздушного потока идет в обход, а часть - в форсуночную камеру. В обходном канале температура не изменяется.
После прохождения части потока через форсуночную камеру, разделенные потоки вновь объединяются, смешиваются, и в результате температура воздуха становится такой, как нужно в соответствии с условиями в помещении. Доля воздуха, проходящего через форсуночную камеру или идущего в обход, регулируется, и может достигать 100%, - весь поток через камеру или весь поток по обходному каналу.
Какую выбрать систему - пропорциональную или двухпозиционную? В зависимости от соотношения производства регулирующего агента с объемом его потребления. В случае если производство агента намного больше емкости потребления, то лучше пропорциональная система, в противном случае - двухпозиционная.
Когда решается вопрос о возведении системы регулирования влажности в помещении, определяют количество водяного пара, которое воздух помещения способен будет принять.
На температуру в помещении влияют внутренние поверхности в нем, и для упрощения примем, что расположенные в помещении вещи на температуру воздуха не влияют.
Общеизвестно, что поверхности отличаются по температуре от воздуха, и поскольку они велики, то термическое действие всегда оказывается таким, что температура воздуха становится соответствующей температуре поверхности, и изменение температуры воздуха свидетельствует об изменившейся температуре поверхности.