Автоматизация измерений в системе кондиционирования

-автоматическое поддержание  температуры (во всем здании, отдельном  блоке, отдельном помещении); в  том числе по заданной Пользователем  программе-сценарию;

-контроль состояния системы  кондиционирования.

Для создания систем интеллектуального управления требуются  различные компоненты:

-датчики и исполнительные  устройства, которые непосредственно  контролируют и управляют работой  механических узлов оборудования;

-контроллеры, на которые  ложится основная нагрузка по  сбору информации от датчиков  и управлению исполнительными  устройствами на основе алгоритмов, обеспечивающих точное поддержание  параметров и безопасную эксплуатацию  оборудования;

-пользовательские терминалы,  которые позволяют оператору  управлять системой.

 

Рис2 Обобщенная схема передачи сигнала

Кондиционером можно управлять либо непосредственно с панели управления, расположенной на корпусе внутреннего блока, либо с помощью дистанционного, как правило, инфракрасного пульта управления.

С пульта можно установить следующие режимы работы:

-обогрев, охлаждение, вентиляция, осушение воздуха;

-один из нескольких (как правило, трех) скоростных режимов вентилятора;

-автоматическое   регулирование   положения жалюзи (воздухораспределительной решетки), изменяющего направление воздушного потока;

-автоматическое поддержание заданной с пульта температуры помещения.

На пульте может быть также  задана программа одного из режимов  работы кондиционера во времени, в том  числе, так называемый «режим сна», а также включение/выключение кондиционера по таймеру, например, для создания комфортных условий в помещении перед началом рабочего дня.

 

Вмонтированный в пульт  датчик температуры позволяет одновременно измерять температуру воздуха в  помещении, однако чаще всего регулирование  осуществляется по датчику, встроенному  в кондиционер (на всасывающей решетке).

Доступ к модификации  параметров осуществляется с помощью  специального программного обеспечения  при подключении кондиционера к  компьютеру.

Датчики — это элементы автоматики, служащие для получения необходимой информации о реальном состоянии объекта регулирования. Это «глаза» и «уши» автоматической системы управления. С их помощью осуществляется обратная связь системы регулирования с объектом по каждому параметру.

Поэтому датчики удобно классифицировать по физическому параметру, по которому осуществляется эта связь, например, датчик температуры, давления или влажности.

Часто под датчиком понимается конструктивно оформленный блок, состоящий из первичного и вторичного преобразователей.

Первичный преобразователь  — это чувствительный элемент, т.н. сенсор.

Вторичный преобразователь  обеспечивает унифицированный выходной электросигнал, позволяющий осуществить связь датчик с принимающими его сигнал элементами системы автоматики.

Примером могут служить  датчики с унифицированными диапазонами  сигналов по напряжению от 0 до 10 В или по току от 4 до 20 мА. Это датчики с аналоговым выходным сигналом, широко применяемые на практике.

Помимо них также используются датчики двухпозиционные (релейного  типа), срабатывающие при достижении заданной контролируемой величины, сама же контролируемая величина, так называемая установка, задается органом регулирования  на самом датчике.

Все датчики должны пройти предмонтажную проверку (тест) на соответствие паспортным данным.

Рис3 Канальный термодатчик TG-K330

Первичным преобразователем в датчиках температуры чаще всего  служит термопара (активный элемент, являющийся самостоятельным источником тока) либо термосопротивление (пассивный элемент). Конструктивное оформление и используемый вторичный преобразователь определяются функциональным назначением датчика.

Так, датчики могут быть комнатного и наружного (атмосферного) использования, накладными на трубопровод (для контроля температуры поверхности  трубопровода), канальными (для измерения  температуры воздуха в воздуховоде) и т.п. При выборе датчика и подключении его к конкретному регулятору следует обратить внимание, что нелинейность температурной характеристики зависит от типа чувствительного элемента.

Для усреднения показаний  с целью повышения достоверности  измерения могут быть использованы четыре одинаковых датчика, которые  включены по последовательно-параллельной схеме.

Монтаж накладных датчиков производится непосредственно на поверхность  металлической трубы, обеспечивая, по возможности, лучший тепловой контакт. Стержень погружаемого датчика должен быть помещен в поток минимум  на 10 см, штуцер (специальный патрубок для ввода датчика) в этом случае теплоизолируется.

Канальные датчики в кондиционировании монтируются перпендикулярно к направлению движения воздуха, активная длина датчика должна располагаться в области, в которой температура воздушного потока, по возможности, представляет собой среднюю.

 

 

 

СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ КОНДИЦИОНЕРА

Если потребительские  функции у всех кондиционеров  одинаковы, то функции защиты от неправильной эксплуатации или неблагоприятных  внешних условий, напротив, существенно  отличаются. Полноценная система контроля и управления кондиционером предполагает установку большого количества датчиков и дополнительных устройств во внешнем и внутреннем блоках, что увеличивает стоимость оборудования на 20 — 30%. В тоже время, эффектно прорекламировать, скажем, наличие реле низкого давления, не получится и, соответственно, не получится получить быструю отдачу от вложенных денег. Поэтому в бюджетных кондиционерах системы контроля и защиты практически отсутствуют. Даже в первой группе многие кондиционеры имеют лишь частичную защиту от неправильной эксплуатации.

Основные системы  контроля и защиты:

Рестарт. Эта функция позволяет кондиционеру включаться после перебоев с электропитанием. Причем кондиционер включится в тот же режим, в котором работал перед сбоем. Эта простейшая функция реализуется на микропрограммном уровне и поэтому присутствует почти во всех кондиционерах.

Контроль за состоянием фильтров. Если фильтры внутреннего блока кондиционера не чистить, то за несколько месяцев на них нарастет такой слой пыли, что производительность кондиционера уменьшится в несколько раз. В результате нарушиться нормальная работа холодильной системы и на вход компрессора вместо газообразного будет поступать жидкий фреон, что с большой вероятностью приведет к заклиниванию компрессора. Но даже если компрессор и не выйдет из строя, то со временем пыль налипнет на пластинах радиатора внутреннего блока, попадет в дренажную систему и внутренний блок придется везти в сервисный центр. То есть последствия эксплуатации кондиционера с грязными фильтрами могут быть самыми серьезными. Для защиты от этих последствий в кондиционер встраивают систему контроля чистоты фильтров — при загрязнении фильтров загорается соответствующий индикатор.

Контроль утечки фреона. В любой сплит-системе количество фреона со временем уменьшается из-за нормируемой утечки. Для человека это не опасно, поскольку фреон — инертный газ, но кондиционер без дозаправки может «прожить» только 2 — 3 года. Дело в том, что компрессор кондиционера охлаждается фреоном и при его недостатке может перегреться и выйти из строя. Раньше для отключения компрессора при недостатке фреона использовали реле низкого давления — при понижении давления в системе это реле отключало компрессор. Сейчас большинство производителей переходит на электронные системы контроля, которые измеряют температуру в ключевых точках системы и/или ток компрессора и на основании этих данных вычисляются все рабочие параметры холодильной системы, в том числе и давление фреона.

Защита по току. По току компрессора можно определить целый ряд неисправностей холодильной системы. Пониженный ток говорит о том, что компрессор работает без нагрузки — значит вытек фреон. Повышенный ток сигнализирует о том, что на вход компрессора поступает не газообразный, а жидкий фреон, что может быть вызвано либо слишком низкой температурой наружного воздуха, либо грязными фильтрами внутреннего блока. Таким образом, датчик тока компрессора позволяет существенно повысить надежность кондиционера.

Автоматическая  разморозка. При температуре наружного воздуха ниже +5°С внешний блок кондиционера может покрыться слоем инея или льда, что приведет к ухудшению теплообмена, а иногда даже к поломке вентилятора от удара лопастей о лед. Что бы этого не происходило, система управления кондиционера следит за условиями его работы и, если возникает риск обледенения, периодически включает систему авторазморозки (кондиционер работает 5 — 10 минут в режиме охлаждения без включения вентилятора внутреннего блока, при этом теплообменник наружного блока нагревается и оттаивает).

Защита от низких температур. Включать неадаптированный кондиционер при отрицательных температурах наружного воздуха категорически не рекомендуется. Для предотвращения поломки, некоторые модели кондиционеров автоматически отключаются, если температура на улице опустилась ниже определенной отметки (обычно минус 5 — 10°С).

 

Любой правильно подобранный  кондиционер может поддерживать температуру внутри помещения на уровне 20 — 22°С при температуре наружного воздуха 16 — 35°С. Если на улице не слишком жарко, мощность кондиционера будет избыточной, однако изменить ее невозможно, ведь компрессор обычного (не инверторного) кондиционера имеет фиксированную мощность. В тоже время для точного поддержания заданной температуры кондиционер должен иметь переменную мощность охлаждения. Решается эта проблема просто. При включении кондиционера его датчик постоянно контролирует температуру воздуха в помещении и когда она опускается на 1 — 2°С ниже заданного значения компрессор отключается. Вентилятор внутреннего блока продолжает работать, поэтому отключение компрессора не заметно и проявляется только в постепенном повышении температуры. Когда она поднимается на 1 — 2°С выше заданного значения, компрессор включается и весь цикл повторяется.

Недостатком этой технологии являются сильные колебания температуры  внутри помещения, поскольку для  более точного ее поддержания  пришлось бы слишком часто включать и выключать компрессор, а это  привело бы к его быстрому износу. Другой недостаток проявляется в том, что при включении компрессора из внутреннего блока начинает дуть очень холодный воздух — при прохождении через испаритель он охлаждается на 13 — 15°С. Например, если текущая температура воздуха в помещении 24°С, то создаваемый кондиционером воздушный поток будет иметь температуру 9 — 11°С, независимо от того какая температура выставлена на пульте управления. Находится под прямым потоком такого холодного воздуха не только некомфортно, но и опасно для здоровья.

Устранить все эти недостатки удалось лишь в 1980, когда появились первые инверторные кондиционеры, имеющие переменную мощность охлаждения (нагрева). Блок инвертора в таких кондиционерах преобразует переменное напряжения питания в постоянное (этот процесс называется инвертирование), что позволяет плавно изменять частоту оборотов компрессора и тем самым регулировать мощность кондиционера. В процессе работы инверторного кондиционера не возникает постоянных циклов включения / отключения компрессора, поэтому инверторные сплит системы более точно поддерживает заданную температуру и, как правило, меньше шумят. В каталогах для инверторных сплит систем указывается не одно значение мощности, а диапазон, в котором она может изменяться. Чем этот диапазон шире, тем точнее инверторный кондиционер сможет поддерживать заданную температуру. Поэтому при выборе инверторной сплит системы следует обращать внимание не только на номинальную мощность, но и на отношение максимальной мощности к минимальной — чем больше будет это значение, тем лучше.

 

 

 

ВЫВОД

Автоматизация систем кондиционирования  позволяет уменьшить стоимость  эксплуатации, свести к минимуму количество обслуживающего персонала, значительно  снизить энергопотребление, а также  повысить безопасность системы благодаря  предотвращению аварийных ситуаций. За счет этих преобразований, соответственно, повышается статус изделия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бакланов И.Г. Технологии измерений в современных телекоммуникациях. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2007.
2. «Наладка и регулирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха» Справочное   пособие под редакцией б. Л. Журавлева Москва. Стройиздат 1980
3. Цапенко М. П. Измерительные информационные системы: Структуры и  алгоритмы, системотехническое проектирование. -  М.:Энергоатомиздат, 1985
4. Государственная система приборов и средств автоматизации / Под ред. Г. И. Кавалерова. -  М.: ЦНИИТЭИ приборостроения, средства автоматизации и систем управления,1981.
5. http://www.r-technology.ru
6. http://ru.wikipedia.org