Щит управления вентиляцией

Щит управления вентиляцией (ЩУВ) предназначен для автоматического управления работой приточно-вытяжной вентиляции, как в целом, так и ее отдельных систем — вентиляторов, циркуляционных насосов, приводов трехходовых клапанов, воздушных заслонок и т.д.

Основой данного щита является свободно программируемый контроллер Segnetics Pixel 2511-02-0 с модулем расширения MR 120, на базе которого и строится вся логика работы. Данные контроллеры разрабатывались специально для автоматизации систем вентиляции, отопления и кондиционирования и пользуются большим спросом в данной сфере, не в последнюю очередь благодаря своей умеренной цене, в районе 12-13 т.р.

Сама программа разрабатывалась в универсальной для всех контроллеров Segnetics среде программирования SMLogix, пользовательский интерфейс для экранов — в редакторе SMArt, встроенным в SMLogix.

Если кому будет интересно, то программу можно найти в разделе сайта Скачать.

Помимо этого в состав щита входят автоматические выключатели, контакторы, блок питания контроллера, реле промежуточные. Также на двери установлены светодиодные лампы, которые осуществляют индикацию рабочих и аварийных режимов и переключатель для перехода в режим руч/авто.

Функциональные возможности щита управления ЩУВ

К основным функциональным возможностям щита управления можно отнести:

• Регулирование температуры воздуха в приточном воздуховоде
• Совместное включение/выключение систем вентиляции
• Управление приводом приточной воздушной заслонки
• Управление работой циркуляционного насоса нагревателя
• Управление приводом регулирующего вентиля нагревателя
• Защиту вентиляторов при аварии
• Защиту водяного калорифера от замораживания
• Контроль загрязненности воздушных фильтров
• Отключение систем вентиляции при возникновении аварийных ситуаций.
• Управление частотными преобразователями по Modbus RTU.

Для сбора данных на верхний уровень, ЩУВ подключен к системе диспетчеризации здания по протоколу Modbus TCP\IP и передает в нее следующие сигналы:

• Состояние вентиляторов и их процентное значение скорости вращения от максимального
• Положение и сигнал обратной связи привода трехходового клапана калорифера
• Сигнал открытия приточной и вытяжной заслонок
• Состояние циркуляционных насосов водяных калориферов
• Температура воды до и после калорифера
• Температура воздуха до и после калорифера

Для диспетчеризации пришлось отдельно заказывать сетевой модуль Ethernet, так как в базовом варианте ПЛК есть только RS485 (протокол Modbus RTU).

Алгоритм работы ЩУВ

Общий алгоритм работы, в принципе, стандартный для систем приточно-вытяжной вентиляции.

Включение/выключение системы выполняется со шкафа управления с помощью трехпозиционного переключателя «Руч. — 0 — Авто.», расположенного на лицевой панели. В Ручном режиме выдается сигнал на включение системы, в положении «0» — система выключена, либо находится в режиме Отладка, в Автоматическом режиме включение/выключение происходит по недельному таймеру, прописанному в программе ПЛК. С дисплея контроллера можно задать время работы для каждого дня недели.

Также предусмотрены аварийный режим работы, дежурный режим и режим наладки, при котором включение всех механизмов происходит по отдельности.

Переход в режим Зима-Лето происходит либо автоматически по датчику наружней температуры, либо принудительно. Для того, чтобы принудительно выставить режим Лето,выставляется уставка 100, а чтобы выставить Зима, то уставка -70.

Также для летнего периода, на время останова калорифера, предусмотрено включение насоса по расписанию, во избежание закисания ротора. Время включения и продолжительность работы задаются также с дисплея ПЛК.

Регулирование температуры воздуха

Управление нагревом вентустановки осуществляется по датчику температуры в приточном воздуховоде. Такой метод регулирования принципиально не позволяет воздуху в помещении достичь температуры уставки и не учитывает особенности помещения, например, посторонние тепловыделения от радиаторов отопления или теплопотери от открытых форточек в окнах. Для обеспечения регулирования температуры воздуха в помещении используется каскадное регулирование, называемое «компенсация уставки».

Функция компенсации уставки обеспечивает вычисление поправки уставки температуры воздуха в приточном воздуховоде в зависимости от динамики изменения температуры воздуха в вытяжном воздуховоде, запоминание компенсации при переходе в дежурный режим или отключении питания для ускорения регулирования при последующих запусках вентустановки, ограничение величины вычисляемой поправки, не позволяющее подавать в помещение слишком холодный или слишком тёплый воздух.

Управление работой клапана водяного калорифера

Система управления производит автоматическое регулирование привода трехходового клапана водяного калорифера по результатам сравнения температуры наружного воздуха и требуемой температуры приточного воздуха.

В дежурном режиме ПЛК производит управление вентилем калорифера, поддерживая температуру обратной воды равной значению, заданному параметром «Тобр,деж». Если дежурный режим выключен, то на ПИД-регулятор поступает значение с датчика притока. В подрежиме регулирование, работают два ПИД регулятора: по притоку и обратной воде. И какой выход больше, по тому и регулируется 3-х ходовой. При появлении сигнала о неисправности на вентиль теплоносителя поступает задание на 100% открытие.

В целях предотвращения возврата в тепловую сеть слишком холодной или слишком горячей обратной воды, контроллер может в рабочем режиме самостоятельно перейти на поддержание «Тобр,min» или «Тобр,max». При этом возможный рост и, соответственно, падение температуры в канале будут игнорироваться, при этом функцию поддержания температуры возьмут на себя другие устройства, задействованные в последовательном контуре регулирования температуры. Возврат в режим поддержания температуры в канале происходит автоматически, как только внешние условия позволят это сделать.

Управление воздушными заслонками

Для управления воздушными заслонками применяется стандартная функция задержки запуска вентиляторов на время открытия заслонок. При поступлении команды на запуск, вентиляторы не включаются до тех пор, пока не произойдет открытие воздушных заслонок. Одновременно с началом открытия заслонок начинается отсчет задержки перед запуском вентиляторов. Запуск вентиляторов происходит спустя некоторое время, заданное либо параметром контроллера «время реакции», либо по сигналу от привода заслонки о ее открытии.

Управление вентилятором

Управление двигателями вентиляторов приточной и вытяжной систем осуществляется при помощи частотных преобразователей Danfoss VLT Micro Drive FC-051. Которые, в свою очередь, подключены к Segnetics Pixel по протоколу Modbus RTU, через RS-485 интерфейс.

Подробно о реализации коммуникационного соединения между преобразователями Danfoss и Segnetics Pixel можно узнать из статьи Управление частотным преобразователем по Modbus.

Аварийные ситуации и действия контроллера при их поступлении

1. Угроза заморозки водяного калорифера

Данная авария происходит по любому из трёх датчиков — датчика температуры в приточном воздуховоде — уставка «Тпритока,авар», датчика температуры обратки — уставка «Тобр,авария», капиллярного термостата защиты от заморозки.

При возникновении угрозы замораживания теплообменника водяного нагревателя в любое время года происходит останов вентиляторов, закрытие воздушных заслонкок, открытие на 100% регулирующего вентиля калорифера, а данное событие заносится в журнал как «Угроза заморозки». Также в журнал заносится расшифровка аварийного сигнала («Термостат калорифера», «Низкая Тобр.воды» или «Низкая Тпритока»)

2. Авария вентилятора

Для вентиляторов предусмотрены следующие виды защит:

• Срабатывание встроенной тепловой защиты (встроенный термоконтакт, термосопротивление или сигнал аварий). При этом происходит переход в дежурный режим и происходит запись в журнал контроллера “Перегрузка”.
• Отказ ПЧ, при этом контроль электрических параметров электродвигателя осуществляется встроенными функциями самого частотного преобразователя. Система переходит в дежурный режим, происходит снятие сигнала подачи питания на преобразователь и осуществляется запись в журнал “Отказ ПЧ”.
• Обрыв ремня фиксируется по сигналу датчика перепада давления. При этом в состоянии «Останов», контроллер проверяет работоспособность датчика, т.е. в течение промежутка времени «Время реакции» (задается в Настройках контроллера), датчик не должен фиксировать никакого перепада давления. В случае неисправности, например, при обрыве кабеля датчика, в журнал контроллера записывается событие «Обрыв ремня».

3. Авария циркуляционного насоса

При поступлении сигнала аварии насоса с термоконтакта насос выключается, вентустановка переходит в дежурный режим и в журнал контроллера записывается событие «Авария насоса ВоКал».

4. Засорение фильтра

Данная авария происходит по срабатыванию датчика перепада давления на фильтре. При загрязнении фильтра его сопротивление потоку воздуха вырастает, что приводит к срабатыванию реле перепада давления, контролирующего работу фильтра. При этом установка продолжает работу в штатном режиме, но на дисплей ПЛК выводится сообщение о загрязнении фильтра, также на двери щита об этом сигнализирует индикатор.

Функциональная схема

Данный щит разрабатывался для системы приточно-вытяжной вентиляции, в состав которой входят:

ТЕ — Датчики температуры типа Pt1000;

ТS — Капиллярный термостат защиты калорифера от замерзания PBFP-6N;

РDS — Датчики перепада давления DPS-500N;

PK — Регулирующий клапан с электроприводом;

НЦ — Циркуляционный насос Grundfos UPS 40-120 F;

ТВ — Водяной теплообменник;

ФВ — Фильтр воздушный;

ЗВ — Заслонка воздушная с электроприводом Belimo;

PS — Реле давления защиты от «сухого хода» Kpi35;