Задача системы автоматизации - обеспечение работы вентиляционной установки в режиме поддержания заданных параметров температуры, количества, влажности подаваемого воздуха. Получаем систему климат-контроля для здания, аналогично как системы применяемые в автомобиле. Задали необходимые параметры и система будет их поддерживать. Рассмотрим устройство такой системы.
Системы автоматизации выпускают разные компании на основе деталей и устройств производимых разными производителями. Иногда в виде готового щита автоматизации, иногда в виде набора деталей, для сборки системы "на месте", под необходимую конфигурацию вентиляционной установки. Состав системы определяют проектировщики, исходя из требований заказчика и совместимости устройств. Но, принципиально, все эти системы одинаковы.
На рисунке общая схема устройства такиих систем.
Ядром системы является контроллер. Контроллер принимает сигналы от датчиков состояния вентиляционной установки. На основании запрограммированных алгоритмов работы контроллер управляет исполнительными устройствами. Открывает и закрывает заслонки, регулировочные клапана, управляет скоростью вращения электродвигателей через частотные преобразователи, включает и выключает насосы, выдаёт сигналы на панель управления об аварии или нормальной работе установки. Также контроллер может принимать сигналы от внешних источников, например системы управления зданием BMS (Building Management System), автоматической пожарной сигнализации и др. На основании этих сигналов контроллер может изменять заданные параметры работы установки, отключать и включать установку. Контроллер может передавать данные о текущем состоянии в систему диспетчеризации и управления зданием. Принципы устройства и работы контроллера тема слишком обширная, и при эксплуатации системы автоматизации не требуется. Контроллер удобно рассматривать как чёрный ящик и понимать алгоритм по которому он управляет вентиляционной установкой.
Существуют следующие, базовые алгоритмы работы системы реализованные у всех производителей.
Задание порядка включения и выключения установки.
Вентиляционная установка не может включится и выключится как чайник. Необходимо выдержать последовательность включения секций. Так при включении нужно выполнить следующий алгоритм: "подача теплоносителя и прогрев секции нагрева" - "запуск барабанного рекуператора" - "открытие жалюзийных заслонок" - "запуск вентилятора вытяжки" - "запуск вентилятора притока". При выключении установки также необходимо последовательно отключать секции. При несоблюдении последовательности возможны повреждения установки и выход её из строя.
Поддержание температуры подаваемого в помещение воздуха.
Контроллер получает от датчика температуры текущую температуру воздуха и сравнивает её с заданной. В зависимости от результата контроллер отдаёт сигнал на открытие или закрытие клапанов регулировки теплоносителя или холодоносителя. Также контроллер может управлять скоростью вращения барабана рекуператора для увеличения или уменьшения степени рекуперации и изменения теплопередачи между входящим и выходящим воздушными потоками. В зависимости от выбранного алгоритма и установленных датчиков, контроллер может поддерживать как температуру подаваемого в помещение воздуха, так и забираемого из помещения воздуха.
Аврийная остановка вентиляционной установки.
Аварийная остановка происходит при получении от автоматической пожарной сигнализации сигнала "Пожар". Также аварийная остановка происходит при угрозе заморозки теплообменников, при получении контроллером от датчиков температуры данных о текущей температуре ниже заданной, либо сработки капиллярного датчика.
Индикация загрязнения фильтров
При увеличении перепада давления воздуха на фильтре до установленного значения происходит включение сигнального устройства индицирующего необходимость замены фильтрующего элемента.
Разморозка рекуператора
При отрицательных температурах наружного воздуха в рекуператоре конденсируется вода из охлаждаемого воздушного потока вытяжки. Эта может вызвать обледенение рекуператора. По датчику перепада давления на рекуператоре, при достижении заданного значения, контроллер отключает приточный вентилятор и рекуператор обдувается только тёплым воздухом вытяжной секции для растопки льда.
Таймер
Таймер позволяет организовать включение и выключение установки, а также перевод её на работу в режиме пониженной мощности по расписанию. Таким образом, во время когда помещения не используются, ночью, в выходные дни возможно автоматически отключать установку или снижать её производительность. Это позволяет экономить ресурсы и затраты на обслуживание помещений.
Обслуживание системы автоматизации не представляет большой сложности, если, конечно, обслуживающий человек имеет соответствующую квалификацию. Тут важно точно определить границу раздела между системами при разделении их на объекты ТОиР.
Рассмотрим детальнее состав системы автоматизации.
Датчики.
Все датчики могут быть двух базовых типов - аналоговые и цифровые. Аналоговый датчик может измерять параметр в заданных пределах и передавать контроллеру разные состояния датчика соответствующие измеряемому параметру в текущий момент времени. Цифровые датчики могут передавать контроллеру только два значения - "включено/выключено". По типу как концевой выключатель. Применяются в тех случаях когда надо контролировать только наступление какого-либо события.
Аналоговые датчики температуры
Выпускаются разных типов и с разными параметрами. Контроллеры от разных производителей, как правило, поддерживают разные типы датчиков температуры с возможностью их выбора при настройке контроллера. Наиболее точное измерение производят датчики канального типа, то есть устанавливаемые в канал по которому движется воздух, как на первом рисунке.
Примеры аналоговых датчиков температуры воздуха:
.
Цифровые датчики температуры.
Такие датчики применяются в системах защиты от замораживания. Пороговая температура срабатывания датчика устанавливается на самом датчике. Такие датчики называют также термостатами. Контроллер, при получении сигнала срабатывания датчика аварийно выключает вентиляционную установку. Такой датчик устанавливается после теплообменника нагревателя. Представляет из себя рамку с растянутой на ней медной трубкой.
Примеры цифровых датчиков температуры:
Аналоговые датчики перепада давления.
Применяются для контроля давления воздуха в каналах. Представляют из себя обычный дифференциальный манометр. Контроллер по сигналу такого датчика управляет частотным преобразователем и меняет частоту напряжения питания электродвигателя, уменьшая или ускоряя скорость вращения вентилятора. В основном встречается в составе систем автоматизации высокого уровня. Позволяет ьолее осмысленно регулировать напор воздуха, в зависимости от режима работы вентустановки в разное время суток. Также предотвращает повреждение воздуховодов при внезапных закрытиях огнезадерживающих клапанов в случае их выхода из строя, либо попадания в воздушные каналы посторонних предметов, перекрывающих канал.
Примеры аналоговых датчиков перепада давления:
Цифровые датчики перепада давления.
Такой же дифференциальный манометр как и аналоговый датчик, но уставка срабатывания задаётся на самом датчике. Контроллер получает от такого датчика цифровой сигнал вкл/выкл. Такие датчики применяются для определения степени загрязнения фильтрующих элементов. При загрязнении фильтра перепад давления на нём увеличивается и при достижении уставки контроллер получает сигнал от датчика и сигнализирует о необходимости замены фильтра. Аналогичным образом такой датчик применяется для определения обмерзания рекуператора и необходимости включить режим его разморозки.
Примеры цифровых датчиков перепада давления.
Датчики влажности
Датчики влажности обычно делаются в одном корпусе с датчиком температуры, хотя могут быть и в отдельном корпусе. В зависимости от исполнения могут работать как в аналоговом так и в цифровом режиме. Зависит от устройства секции увлажнения, но чаще всего встречается цифровой режим работы.
Примеры датчиков влажности.
Контроллер
Контроллеры выпускаются многими производителями. Выпускаются в отдельных корпусах и без корпусов. В последнем случае устанавливаются в составе щита автоматизации. Контроллеры бывают двух основных типов с предустановленным программным обеспечением и свободно-программируемые.
Контроллеры с предустановленной программой работают с определёнными типами вентустановок, имеют меньшее количество настроек, но при этом могут легко заменятся при выходе из строя на аналогичный. Необходимо сконфигурировать (настроить) новый контроллер для работы в составе "своей" установки.
Контроллеры свободно-программируемые позволяют отдельно создавать программу под конкретную установку. С ними можно создать нестандартные установки, с расширенными функциями. В случае если программа составленная производителем, для такой установки утеряна, потребуется новое написание программы. При замене такого контроллера потребуется обращение в авторизованный сервисный центр и стоить будет недёшево. "Скачать" из контроллера установленную в него программу невозможно.
Обычно производители выпускают для своих свободно-программируемых контроллеров программы (прошивки) свободного пользования, поддерживающие типовые вентустановки. При наличии квалификации такую программу можно установить в контроллер самостоятельно и сконфигурировать под "свою" установку.
Примеры контроллеров
Контроллеры имеют гнёзда для подключения датчиков и исполнительных механизмов. Если количество датчиков превышает количество гнёзд на контроллере используются блоки расширения, позволяющие подключить дополнительные датчики и механизмы.
Все современные контроллеры имеют возможность подключения к линнии (шине данных) для возможности передавать текущее состояние - показания датчиков, состояние исполнительных устройств (включено/выключено) в систему диспетчеризации или систему управления зданием BMS, а также получать команды от системы управления зданием на изменение уставок температуры, давления, влажности.
Исполнительные механизмы
Исполнительные механизмы - это электрические приводы, управляющие открытием или закрытием жалюзийных заслонок, запорно регулирующих клапанов, а так же реле и пускатели управляющие включением и отключением насосов, электродвигателей вентиляторов. При этом сами электродвигатели, клапана-запорно-регулирующие не являются исполнительными устройствами. Они вполне могут работать самостоятельно и в состав системы автоматизации не входят. Также как и частотные преобразователи. Они могут управляться контроллером, но могут работать и самостоятельноЮ и являются частью системы электроснабжени.
Примеры электроприводов заслонок, воздушных клапанов
Примеры электроприводов клапанов запорно-регулирующих
На этом состав системы автоматизации вентиляции заканчивается. Часто, при эксплуатации, эту систему не выделяют в отдельную и рассматривают в составе вентустановки. Такой подход считаю неверным. Это вполне себе отдельная система и при проектировании она выделяется в отдельный раздел. Вентустановка вполне может работать и без системы автоматизации. Вы можете вручную регулировать подачу теплоносителя, холодоносителя, скорость вращения вентиляторов, как это и было ранее, до появления таких систем.
К тому же система автоматизации, для своего обслуживания, требует определённой квалификации и неквалифицированное обслуживание приводит к неправильной работе и отказам автоматики.
После определения состава системы можно составить регламент технического обслуживания системы автоматизации вентиляции.