Почему аналоговое управление климатом лучше дискретного?

К. Дементьев

Практически любое инженерное оборудование сегодня комплектуется контроллером или простым термостатом: котлы, насосы, кондиционеры, радиаторные термоголовки, комнатные термостаты, установки поддержания давления и т.д. Контроллеры снабжаются ЖК-дисплеями, доступом в интернет, управлением со смартфона. Все эти технологии разрабатывались с целью повысить эффективность систем поддержания климата и снизить эксплуатационные затраты. Однако, важным моментом является то, что эти контроллеры локальные – то есть следят за работой одного конкретного устройства или одной системы. Для достижения максимальной эффективности всеми инженерными системами на объекте необходимо управлять централизовано – одним универсальным программируемым контроллером

Еще одним важным моментом является большая инерционность инженерных систем. Процесс нагрева (охлаждения) воды, отопительных приборов и воздуха не происходит мгновенно. От момента подачи автоматикой сигнала на включение отопления, до достижения заданной температуры воздуха в помещении может пройти от 3 минут до 8 часов, в зависимости от типа системы. И наоборот, после выключения нагрева столько же времени понадобится для снижения температуры.

Для того, чтобы уменьшить колебания температуры воздуха в доме, связанных с включением и выключением котла или насоса, с открытием и закрытием регулирующего клапана, достаточно применить оборудование с функцией плавного (аналогового) регулирования мощности или степени открытия клапана.
Рассмотрим несколько примеров такого регулирования.

Управление конденсационным котлом

Всем известен тот факт, что конденсационные котлы работают тем эффективнее, чем ниже температура теплоносителя в них. В то же время в каждом котле есть два контакта для подключения комнатного термостата, соединенные между собой перемычкой на заводе. При подключении дискретного комнатного термостата (релейного типа) управление от него осуществляется путем вкл./выкл. горелки котла, то есть либо 0%, либо 100% от мощности. И, так как температура на улице постоянно меняется, мы вынуждены настраивать температуру в котле на максимум (75-80°С), на тот случай, если на улице сильно похолодает – чтобы мощности котла хватило для обогрева дома. Правильно ли это? Конечно нет. Работать система будет, но с какой эффективностью? В то время, когда в систему будет достаточно подать теплоноситель с температурой 50°С, котел будет греть его до 80°С, существенно перерасходуя топливо. И наоборот – если установить на котле 50°С, а на улице ударят сильные морозы – система отопления не справится с нагревом помещений.

Другое дело, когда котлом управляет аналоговый контроллер, действие которого заключается в подаче на котел управляющего сигнала 0-10 В, который в данном случае аналогичен температуре теплоносителя, подаваемого котлом (0-100°С). Например, контроллер по температуре на улице +5°С высчитал по заданному отопительному графику температуру подачи +55°С. Эта температура соответствует напряжению управляющего сигнала 5,5 В, который и подается на котел. Необходимо нагреть воду до +70°С – контроллер подает 7 В. Таким образом, температура в котле будет минимально необходимой, но без ущерба системе отопления. Именно так достигается минимальный расход топлива в конденсационных котлах при максимальном комфорте. Такой же принцип регулирования эффективен и для тепловых насосов.

Управление циркуляционным насосом

Современные насосы с электронным регулированием (НЭР) оснащены встроенным контроллером для регулирования скорости вращения ротора по заданному перепаду давления до и после насоса. Это дает хорошую экономию электроэнергии по сравнению с 1-но или 3-х скоростными насосами, где скорости переключаются вручную. Однако, если НЭР работает в составе котельной или ИТП, он не «знает», что происходит в системе и работает «сам по себе», поддерживая тот перепад давления, который в него запрограммировали. Как и в случае с котлом, это означает, что существуют периоды, когда необходимо изменить мощность насоса не по перепаду давления, а по другим параметрам. Например: по температуре в обратном трубопроводе, по перепаду температур между подачей и обраткой, по датчику расхода воды в системе; обеспечение частичного приоритета нагрева бойлера ГВС (не отключать другие насосы, а снизить их производительность), использование насоса с разными настройками перепада давления (один централизованный насос на несколько инженерных систем с разным гидравлическим сопротивлением), или вообще рассчитывать производительность насоса по формуле с несколькими переменными. В результате управление сводится к тем же 0-10 В, только в этом случае 0 В – это 0%, а 10 В – 100% мощности насоса.

Такие задачи часто возникают в котельных, в системах кондиционирования воздуха, ИТП, и справится с этим может только программируемый контроллер с аналоговыми выходами.

Регулирующий клапан

Для регулирования параметров теплоносителя в системе (чаще температуры, реже – расхода или давления) применяются клапаны с электроприводами. Сигнал управления этих приводов может быть либо 3-х точечный (открытие/стоп/закрытие), либо аналоговый (0-10 В). Предпочтение в этом случае лучше отдать приводам с аналоговым управлением.

Как и в примере с циркуляционными насосами, подаваемое контроллером напряжение соответствует необходимой степени открытия клапана: 0 В – это 0%, а 10 В – 100%. Переход привода в нужную степень открытия происходит быстрее и точнее за счет точного вычисления контроллером необходимого напряжения сигнала. Для 3-х точечных приводов контроллеру дополнительно нужно задать время полного его открытия, чтобы, подавая импульс напряжения заданной продолжительности, добиться нужного его положения. Такой способ менее точный. В приводах с аналоговым управлением есть отдельный контакт для обратной связи – для считывания контроллером фактической степени открытия клапана. Это очень полезная функция для контроля работы инжереных систем, так как позволяет рассчитать степень рассогласования сигнала управления и автоматически внести соответствующие корректировки, а также быстро провести диагностику работы клапанов. В 3-х точечных приводах такой функции нет.

Для подключения привода с 3-х точечным управлением необходимо задействовать 2 контакта контроллера («откр.» и «закр.»), а для аналогового привода нужен всего 1 контакт (0-10 В). Когда в инжеренрой системе несколько регулирующих клапанов, применение меньшего количества сигнальных линий управления уменьшит количество преобразователей и расширительных модулей, что сделает автоматику дешевле.

Как видно из этих примеров, роль аналогового регулирования очень велика. Если вы хотите добиться наилучшей эффективности ваших инженерных систем, вам необходимо использовать программируемые контроллеры и приводы именно с аналоговым управлением.

Комплексное решение

Чтобы комплексно решить подобные вопросы компания HERZ представляет универсальный микропроцессорный свободно программируемый контроллер XF-5000 (см. рис. 1). Контроллер способен решить практически любые задачи управления инженерными системами. Он может принимать, обрабатывать и отправлять цифровые и аналоговые сигналы. Контроллер оснащен коммуникационными портами: ModBUS, RS232, RS485, Ethernet, USB, BACnet, LonTalk, CAN, PROFINET, Profibus и может быть подключен к системе удаленной диспетчеризации SCADA (см. рис. 2). Возможность свободного программирования позволяет настроить XF-5000 под каждый конкретный объект управления индивидуально и решить такие задачи, которые не под силу обычным контроллерам с предварительно установленной программой.

Рис. 1. Универсальный микропроцессорный программируемый контроллер HERZ XF-5000

Среди множества функций программируемого контроллера XF-5000 можно выделить следующие:

• управление каскадом котлов, тепловых насосов и/или солнечных коллекторов;
• управление несколькими источниками тепла с выбором самого дешевого тарифа;
• погодное регулирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования;
• контроль температуры и влажности в каждом помещении;
• контроль расходов и давления в системе водоснабжения;
• централизованное управление и удаленная диспетчеризация котельных и ИТП;
• считывание показаний теплосчетчиков для удаленного мониторинга;
• оповещение пользователя об аварийных ситуациях в системе по интернету или SMS.

Главным достоинством применения этого программируемого контроллера является единство системы автоматизации – один контроллер управляет всеми инжеренрными системами, без применения дополнительных таймеров, термостатов, переключающих реле. Все системы и механизмы вместе участвуют в одном процессе – обеспечение комфортных климатических условий в здании при максимально низких затратах энергоносителей.

Рис. 2. Шкаф управления с контроллером XF-5000 и экран системы удаленной диспетчеризации SCADA

Для объектов, где необходим коммерческий учет расхода энергоносителей (ИТП, котельные, станции водоснабжения), программируемый контроллер XF-5000 может удаленно считывать показания приборов учета: теплосчетчиков, счетчиков воды, газовых счетчиков и электроэнергии. Такая возможность позволяет фиксировать их показания и строить графики потребления и отпуска энергии с заданным периодом (день, неделя, месяц, год).

Рис. 3. График изменения температур в системе SCADA

Подобные графики помогают отследить возможные ошибки в работе оборудования, определить некорректные настройки регулирующей и балансировочной арматуры, внести корректировки в отопительный график и найти дополнительные возможности для экономии эксплуатационных затрат.

Система удаленной диспетчеризации SCADA (рис. 3) (Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор данных) от компании HERZ позволяет отслеживать состояние контролируемых объектов прямо на карте населенных пунктов. На рис. 4 показан фрагмент города, где ИТП отображены в виде зеленых кружочков. Зеленый цвет означает, что с ИТП все в порядке, черный – с ИТП нет связи, красный – есть ошибки в работе или авария.

Рис. 4. Карта города с ИТП в системе SCADA

Кроме этого, программа позволяет просмотреть список аварийных ситуаций по каждому объекту и историю активности всех зарегистрированных пользователей системы.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 3 398