Смотритель Безопасности 

Система автоматики для отопления загородного дома

Eskort Heat - описание системы 

 

 

Система автоматики отопления выполняет следующие задачи:

 

• Управление работой котлов и насосов.

• Поддержание необходимых температур и давлений.

• Защита оборудования.

• Отображение на дисплее процесса работы и управление системой.

• Мониторинг и управление системой отопления через Интернет.

 

 

 

 

 

Структурная схема системы автоматики отопления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система автоматики  состоит из нескольких модулей:

 

• Котлы.

• Промежуточный бак.

• Контур 1 «Отопление».

• Контур 2 «ГВС».

• Дополнительные контуры 3..6.

 

 

• Котлы.

В системе можно использовать до 3 котлов два газовых и электрический. Газовые котлы работают в режиме основной-резервный. Электрокотел используется для догрева или при отсутствии газа в качестве основного.

 

• Промежуточный бак.

Промежуточный  бак действует в качестве конденсатора тепла, минимизируя количество включений-выключений котлов. Накапливает тепло в объеме запасенной воды и расходует его во время остановки работы котлов.

 

 

• Контур отопления.

Насос обеспечивает циркуляцию воды в контуре системы отопления. Клапан поддерживает температуру по графику в зависимости от температуры на улице.

 

• Контур ГВС (контур горячего водоснабжения).

Состоит из контура циркуляции теплоносителя, бака ГВС и контура потребителя. Имеется режим поддержания в баке ГВС температуры до 90°C, тем самым, увеличивая фактический запас горячей воды в системе ГВС.

 

• Дополнительные контуры.

Эти контуры можно использовать в качестве контура теплых полов или, например, в качестве контура отопления пристройки или бани. Можно отключать или изменять параметры отопления этих помещений независимо от основного отопительного контура.

 

    Подключение элементов системы автоматики

 

 

Система автоматики отопления состоит из следующих компонентов:

 

• Шкаф автоматики Eskort Heat.

• Двигатели.

• Датчики.

• Регулировочные клапаны.

 

     Остановимся на каждом модуле подробнее.

 

• Шкаф автоматики Eskort Heat.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В шкафу расположен контроллер системы автоматики, модули входов-выходов, защитные автоматы, пускатели и клеммные колодки для подключения кабелей от двигателей, датчиков и клапанов. Шкаф устанавливается на стену так, чтобы минимизировать длину проводов к внешним элементам автоматики, но при этом, так чтобы к шкафу было удобно подходить. По высоте шкаф устанавливается так, чтобы дисплей находился на уровне глаз. Ввод кабелей осуществляется снизу. При подключении проводов к клеммам онеобходимо оставить небольшой запас кабеля, порядка 10-15см. Это нужно для избежания ошибок подключения клемм, , чтобы провода можно было перекинуть, а не наращивать. Имеется две группы клеммников. Слева силовые, справа слаботочные.

 

 

 

• Двигатели.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двигатель обеспечивает вращение крыльчатки в насосе или вентиляторе. Подключается двумя кабелями. Кабель подачи питания (1 или 3-фазный) и кабель контакта термозащиты двигателя. В небольших двигателях данный контакт отсутствует. В таком случае вместо кабеля необходимо установить перемычку на соответствующем клеммнике. Насосы устанавливаются двигателем вверх или вбок (способ установки двигателя уточняется согласно  инструкции на насос).

 

• Датчики температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Датчик температуры, по способу установки бывает накладной или гильзовый. Накладной крепится хомутом к трубе. Место контакта необходимо зачистить от краски и смазать термопроводной пастой. Этот датчик прост в установке, но поскольку измеряет температуру не жидкости, а трубы, дает показания с задержкой. Более точный - гильзовый датчик, состоит, собственно, из гильзы (вворачивается в трубу) и самого датчика (вставляется в гильзу). Чтобы избежать погрешности при измерении температуры вследствие плохого контакта, в гильзу наливают машинное масло. Допускается установка гильзы с небольшим наклоном навстречу потоку жидкости. Вваривать гильзу в угловые переходы труб не рекомендуется.

 

• Датчики давления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Датчик давления устанавливается через импульсную трубку (отвод трубой малого диаметра от основной трубы вверх или в сторону и вверх длинной порядка 30 см). Таким способом осуществляется защита от высокой температуры теплоносителя и достигаются более точные показания. Кроме того, нельзя устанавливать импульсную трубку рядом с насосом, это приведет к неизбежным пульсациям показаний. На импульсную трубку датчик давления устанавливается через вентиль с тремя положениями открыто-закрыто-дренаж. Положение «открыто» - рабочее, «дренаж» для удаления воздуха, «закрыто» для съема датчика для обслуживания. Датчик всегда ставиться вертикально вверх.

 

• Регулировочные клапаны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используются 2- или 3-ходовые аналоговые клапаны с рассечением потока. Для 3-ходового клапана входной поток в случае крайних положений клапана посылается в первый или во второй выход. Поскольку клапан с аналоговым управлением, то он дозировано распределяет поток между первым и вторым выходами, напр. 35% в первый, 65% во второй. Клапан состоит из металлического тройника с заслонкой внутри и электрического привода. Привод подключается 3-жильным кабелем. Две жилы питания и управляющий сигнал 0..10В (соответственно 0..100%). Иногда применяется защищенный от помех сигнал 2..10В. 2В соответствует 0%, а 10В также соответствует 100%. 6В будет соответствовать 50%. Клапаны устанавливаются приводом вверх или вбок  (способ конкретного типа клапана  изложен в инструкции на привод).

 

 

     Пусконаладка.

 

 

Проверка правильности подключения проводов.

Прежде чем включать питание, необходимо проверить каждый провод на отсутствие напряжения 220Вкроме подвода питания к шкафу автоматики. Также необходимо проверить тестером каждый подключенный кабель на КЗ между всеми жилами. Это относиться и к силовым, и к сигнальным кабелям. В особенной степени, если этот кабель подключен к датчику давления. Датчики давления используют токовый вход 0..20мА (4..20мА) и в случае КЗ неизбежно сгорает соответствующий вход на модуле входов-выходов. Отключать провода для проверки не обязательно. КЗ может и должно присутствовать только на проводах, подключенных к контактам термозащиты двигателей. В случае перегрева двигателя термоконтакт размыкается.

 

Включение питания.

Перед первым пуском убедитесь, что все автоматы (силовые и слаботочные) в шкафуавтоматики выключены (язычок вниз). Включите главный рубильник в левом нижнем углу. Далее включите последовательно все слаботочные автоматы в районе блока питания 24В. Если все собрано правильно и ни один автоматический выключатель не сработал можно переходить к следующему этапу. Иначе, с помощью схемы шкафа определите, за что отвечает данный автомат, и устраните причину КЗ.

 

Тестирование датчиков. Внешний вид монитора Eskort Heat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Все тестирование ведется с помощью дисплея системы автоматики. На главном экране отображается схема установки. Напротив датчиков отображено их значение. Если какой либо датчик неисправен, на его изображении горит «восклицательный знак», кроме датчиков давления:

 

• Датчик температуры неисправен.

На экране отображается значение -999.9 значит датчик «в обрыве», то есть имеется КЗ. Прозвоните провод и устраните неисправность.

 

• Датчик давления неисправен.

Датчик давления показывает значение 00.0 возможны следующие неисправности:

• Датчик не вкручен или в трубе нет жидкости;

• Датчик завоздушен. Аккуратно откройте вентиль в положение «дренаж» чтобы выпустить воздух;

• Обрыв провода к датчику;

• Переполюсовка провода к датчику;

 

Внимание! Датчик давления подключен на токовый вход модуля входов-выходов. При КЗ токовый вход неизбежно сгорает. Будьте очень внимательны. Выполняя все работы по подключению датчиков давления, выключайте главный рубильник шкафа автоматики. Перед подачей питания убедитесь в отсутствии КЗ на клеммах, к которым подключен датчик давления.

 

• Проверка функционирования датчиков.

Последовательно вытаскивайте датчики температуры из гильз и нагревайте рукой, значение на экране должно меняться. Для проверки датчиков давления, отключите разъем от самого датчика, на экране значение должно установиться в 00.0.

 

Тестирование двигателей и клапанов.

Работоспособность двигателя проверяется в два этапа: устранение неисправностей и ручной пуск.

 

• Двигатель неисправен.

На экране рядом с двигателем горит восклицательный знак.

Убедитесь что соответствующий защитный автомат включен, кабель к термоконтакту подключен правильно, термоконтакт замкнут, а если термоконтакт не используется, установлена перемычка на соответствующем клеммнике.

 

• Ручной пуск.

На главном экране войдите с уровнем «инженер». Рядом с каждым элементом автоматики отобразится серый профиль руки. Теперь вы можете включать-выключать нужный двигатель в ручном режиме. Нажмите профиль руки, он изменится на красную ручку. Нажмите на изображение крыльчатки, она станет черной и начнет крутиться. Убедитесь, что реальный двигатель тоже включился. Включайте двигатель не более 10 секунд. Этого вполне достаточно чтобы убедиться в работоспособности и не приведет к выходу двигателя или других компонентов из строя, например, не погнутся воздушный клапан и воздуховод  при тестировании вентилятора или же двигатель насоса не заклинит при отсутствии воды в системе. Для отключения ручного режима нажмите красную ручку и она снова станет серым профилем.

 

Внимание! Ручной режим применяется только для опробования системы и не предназначен для постоянного использования, т.к. в этом режиме система автоматики не может контролировать и защищать все связанные устройства. Поэтому ручной режим автоматически сбрасывается через 5 минут после включения. Также он сбрасывается при переходе в уровень «оператор».

 

• Направление вращения.

Пустите двигатель в ручном режиме как описано выше. Для насоса направление вращения можно оценить по крыльчатке охлаждающего вентилятора, засунув в вентиляционную решетку тонкий проводок или по перепаду давления на датчиках давления. Датчик на напоре увеличит значение давления, датчик на всасывании немного уменьшит или не изменит значение.

 

Для вентилятора включите и через несколько секунд выключите двигатель. В момент остановки хорошо видно направление вращения.

 

Если двигатель крутится в обратную сторону, для 1-фазного двигателя поменяйте оба провода местами, для 3-фазного поменяйте местами любые два провода из трех.

 

Внимание! Проверку вентилятора проводите с особой осторожностью.  Открывайте дверь вентиляционной секции до пуска вентилятора, если открывать при работающем вентиляторе она может резко распахнуться под давлением и травмировать. Не трогайте   руками крыльчатку. Все работы с вентилятором проводить при отключенном рубильнике шкафа автоматики и отключенном местном выключателе безопасности.

 

• Проверка регулировочных клапанов.

Аналогично ручному пуску двигателей, только для ввода нового положения клапана нажмите на текущее значение.

 

 Пуск системы.

 

Пуск системы можно проводить только после того как убедились что все элементы системы исправны и управляются правильно. В строке «последнее событие» внизу экрана не должно быть тревожных сообщений.

 

• Первый пуск.

Переведите кнопку «Стоп» в верхнем правом углу в состояние «Пуск». Система начнет последовательно включать элементы в соответствии с заложенными алгоритмами. Если в процессе пуска что-то пойдет не так, система сама остановится. Неисправный элемент обозначится восклицательным знаком, а в строке «последнее событие» отобразится сообщение о причине остановки. Например, при пуске насоса датчики перепада давления показывают недостаточный перепад. Необходимо проверить датчики, стравить воздух, возможно, поменять в настройках значение срабатывания на необходимое.

 

• Сброс тревоги.

Тревоги бывают с авто и ручным сбросом. Большинство тревог с автосбросом и система автоматически продолжает работать при пропадании тревоги. Это такие тревоги как: срабатывание защитных автоматов и термоконтактов двигателей, неисправность датчиков и т.д. Однако есть тревоги только с ручным сбросом: недостаточный перепад давления на насосе или вентиляторе; срабатывание термостата заморозки (если кнопка сброса стоит на самом датчике). Такие тревоги сбрасываются с помощью кнопки «Сброс» на главном экране.

 

• Система не выходит на режим.

В процессе работы система автоматики не только управляет включением-выключением насосов, вентиляторов и т.д., но и занимается поддержанием необходимых параметров температуры и давления. Эти параметры задаются «уставками», т.е. главными поддерживаемыми параметрами. Например, температура в системе ГВС должна быть 60°С, температура в комнате должна быть 20°С и т.д. Уставки указаны в рамках, рядом со значением контролируемого датчика. Значение датчика должно совпадать со значением уставки. Очевидно, что после пуска требуется определенное время для «выхода на режим», для разных систем различное, например, для установки правильной температуры на выходе вентиляционной установки достаточно 15 минут, а для прогрева дома требуется несколько часов. Кроме того, есть некоторые промежуточные уставки, например температура на выходе котла в системе отопления. Она вроде бы не влияет непосредственно на температуру в комнатах, но если котел не может разогреть воду до необходимой температуры, например греет не более 50°С, то и в ГВС мы 60°С никак не получим. Поэтому в первую очередь необходимо контролировать эти промежуточные уставки.

 

• Недостаточная мощность.

Если система не может довести температуру до требуемых значений, в первую очередь надо смотреть, как работают элементы управления: котлы и клапаны. Если котел работает не выключаясь, или клапан постоянно открыт, а температура все равно низкая, необходимо сначала проверить настройки котла, возможно, он неправильно понимает сигнал управления от нашей системы автоматики, .т.е. то что для нас 100% для него, например, 50%. Для клапанов необходимо проверить правильность установки и подключения, в частности, если клапан имеет настройку 2..10В, а в системе автоматики он настроен как 0..10В, значит в диапазоне 0..20% клапан будет всегда закрыт.

 

Если все элементы установлены и настроены правильно, значит мощность котла или KVS (пропускная способность) подобраны неправильно. 

 

• «Раскачивание» системы.

В процессе «выхода на режим» контролируемый параметр совершает колебания вокруг уставки, «перелетает», затем «недолетает» и так несколько раз, каждый раз «недолет» и «перелет» все меньше и в конце концов контролируемый параметр должен сравняться с уставкой. Если этого не происходит и система продолжает раскачиваться необходимо перенастроить ПИД-регулятор. Подробнее о том как это сделать см. Приложение 1. «Настройка ПИД-регулятора».

 

• Регулировочные клапаны «с запасом» KVS.

Часто при проектировании разработчики перезакладываются, берут KVS (пропускная способность)  клапанов с запасом. Однако, клапан пропускает через себя количество воды не такое насколько он открыт, т.е. при открытии на 20% пропускает 50% воды, а при открытии 50% - 90% воды. Этот происходит по причине высокого давления на закрытом клапане и резкого падения давления на открытом клапане. Чем больше с запасом взят KVS, тем больше проявляется элемент нелинейности. При правильном проектировании гидравлики, полностью открытый клапан должен оставаться самым узким местом в трубе, поток в которой он регулирует. Проявляется клапан «с запасом» следующим образом: клапан открывается не более 15%, при этом сразу идет перегрев воды и клапан закрывается. Затем процесс повторяется. Единственный способ исправить ситуацию – заменить клапан на другой, с меньшим KVS.

 

Эксплуатация системы автоматики Eskort Heat.

 

Все элементы управления и мониторинга системы автоматики Eskort Heat выведены на главный экран. Кроме этого имеется ряд дополнительных экранов:

• Настройки.

• Журнал событий.

• Графики работы.

 

В системе имеется несколько уровней доступа. Каждый следующий уровень включает в себя возможности более низкого уровня:

• Без уровня. Только мониторинг.

• Оператор. Пуск системы и изменение основных уставок.

• Инженер. Настройка параметров работы. Ручной режим.

• Заводской. Настройка конфигурации системы.

 

• Пуск системы Eskort Heat.

Переведите кнопку «Стоп» в верхнем правом углу в состояние «Пуск». Система начнет последовательно включать элементы в соответствии с заложенными алгоритмами. Если в процессе пуска что-то пойдет не так, система сама остановится. Неисправный элемент обозначится восклицательным знаком, а в строке «последнее событие» отобразится сообщение о причине остановки.

 

• Настройки системы Eskort Heat.

На главном экране войдите с уровнем «инженер». Появиться кнопка «Настройки». Нажмите и перейдете в экран настроек. Здесь собраны все необходимые для работы системы настройки

 

• Журнал событий.

Нажмите на кнопку «События». Вы попадете на экран событий. Он состоит из таблицы с указанием даты – время события и его описания. События бывают следующих типов:

• Изменение состояния. Вкл-выкл насос, вентилятор, открылась заслонка и т.д

• Предупреждение. Насос переведен в ручной режим, температура превысила определенное значение и т.д.

• Тревога. Неисправен насос, датчик, сработал термостат и т.д.

 

Можно отфильтровать необходимые события по уровню важности. Перемещение по списку клавишами «вверх», «вниз». Клавиша «Последнее событие» передвигает список на последнее событие.

 

• Графики работы.

Имеется несколько графиков, позволяющих оценить процесс регулирования. График состоит из нескольких кривых. Отображается текущая уставка, регулируемый параметр и положение клапана. Кроме того, могут присутствовать связанные параметры, например состояние насоса работает-стоит.

 

Локальная система диспетчеризации (SCADA).

 

Когда имеется более одной системы автоматики наиболее удобный способ управления ими - использование системы диспетчеризации на основе ПК. Контроллеры автоматики подключаются на шлейф, он в свою очередь подключается к компьютеру. Систем диспетчеризации достаточно много. Отличаются и по цене и по функционалу, но главные задачи у всех совпадают:

• Сбор информации и управление всеми системами из одного места

• Графическое отображение состояния всех элементов каждой системы

• Ведение логов работы и аварий в системах

• Построение разнообразных отчетов о работе систем и их компонентов

• Отображение графиков процесса регулирования

• Архивирование событий

 

К расширенным функциям можно отнести:

• Возможность управления элементами системы автоматики в ручном режиме

• Изменение настроек внутренних параметров систем автоматики

• Перезагрузка контроллеров системы автоматики

• Синхронизация времени

 

Контроллер системы автоматики Eskort Heat может быть подключен двумя способами:

• По протоколу Modbus RTU через линию RS485 со скоростью до 115200бод

• По протоколу Modbus Ethernet с помощью оборудования сетей Ethernet

 

 

Удаленная система диспетчеризации через Интернет.

 

Для удаленного контроля и управления системой необходимо подключить ее к Интернету через специальный шлюз. Оборудование для организации шлюза может опционально поставляться вместе с системой автоматики Eskort Heat. Данный шлюз не требует наличия выделенного IP адреса. Подключение идет через специальный сервер и для пользователя выглядит как подключение к обычному сайту через браузер. В окне браузера отображаются такие же экраны и элементы управления, как  на встроенном дисплеешкафа системы автоматики.

 

Приложение 1. Настройка ПИД-регулятора.

 

Главная задача регулятора задать такое положение, , чтобы из крана смесителя в ванной пошла вода нужной температуры. Не кипяток и не холод. Пользователь открывает кран в среднее положение, проверяет, если слишком холодно, открывает еще, горячее – закрывает. Сравнивая текущую температуру и желаемую, человек определяет разницу и в случае слишком большой разницы, крутит ручку сильнее и наоборот, если разница мала, крутит ручку медленно.  ПИД-регулятор фактически делает примерно то же самое. Ему не важны конкретные значения температур, используется только разница между желаемой температурой и текущей. Т.е. сделать погорячее или похолоднее от того, что есть.

ПИД – сокращение от первых букв трех его составляющих П -пропорциональная, И –интегральная, Д –дифференциальная.

Пропорциональная – разницу температур между текущей и желаемой умножаем на пропорциональный коэффициент, получаем, на сколько надо повернуть ручку.

Интегральная – полученную ранее пропорциональную составляющую делим на время интегрирования, т.е. время, за которое, если бы начальные условия не изменялись, интегральная составляющая «доползет» до значения пропорциональной.

Дифференциальную составляющую рассматривать не будем, ибо она редко применяется. Фактически, в большинстве случаев используется ПИ-регулятор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вот и все. Для большего понимания рассмотрим на примере:

 

Начальное положение клапана Vo = 50,0%

Уставка SP = 20.0°С

Темп.воды Te = 19.0°С

Kprop = 10

Tint = 100 сек

 

Пропорциональная составляющая: Vprop = ((20.0 - 19.0) / 10) * 100 = 10.0%

Интегральная составляющая: Vint = 10.0 / 100 = 0.1%

Новое положение клапана: V = 50.0 + 10.0 + 0.1 = 60.1%

Через 1сек разница температур SP - Te не измениться, но за счет прибавки интегральной составляющей значение станет: V = 50.0 + 10.0 + (0.1  + 0.1) = 60.2% и т.д.

 

Для чего нужна интегральная составляющая?

С первого взгляда может показаться, что хватило бы и П-регулятора, зачем нужна интегральная составляющая. На самом деле, в случае П-регулятора температура на выходе никогда не достигнет уставки. Предположим мы угадали с первого раза и для того чтобы из крана бежала вода 20.0°С ручка должна иметь положение 60.0%. Снова проведем описанные выше вычисления без учета интегральной составляющей:

 

Начальное среднее положение клапана Vo = 50,0%

Уставка SP = 20.0°С

Температура воды Te = 20.0°С

Kprop = 10

 

Пропорциональная составляющая: Vprop = ((20.0 - 20.0) / 10) * 100 = 0.0%

Новое положение клапана: V = 50.0 + 0.0 = 50.0%

 

Т.е. как только температура совпадает с уставкой, пропорциональная составляющая равна нулю и мы возвращаемся к начальному положению клапана. Т.о. температура «зависнет» на полпути к уставке. Вот тут в работу вступает интегральная составляющая. Медленно, но уверенно с каждой секундой она будет увеличивать свое значение, чем ближе к уставке, тем меньше будет прибавляемый кусочек. Самое главное в этом процессе, то что интегральная составляющая не сбросится, как это происходит с пропорциональной, когда температура сравняется с уставкой.

 

Для чего же тогда нужна пропорциональная составляющая?

Возникает вопрос, а может можно обойтись только интегральной составляющей. В некоторых случаях, для очень медленно меняющихся процессов, наверно да. Очевидно, что процесс будет очень долгим. Пропорциональная составляющая отрабатывает очень быстро. Вместе они дополняют друг друга.

 

Несколько советов по подбору параметров работы ПИ-регулятора

• Если система входит в бесконечный колебательный процесс, необходимо увеличить пропорциональный коэффициент в 1.5 раза. Регулятор станет работать более вяло, зато и колебания пропадут. Можно поэкспериментировать,  уменьшая пропорциональный коэффициент. Время интегрирования мало влияет на процесс раскачивания, разве что если его установить совсем маленьким.

• После того как параметры подобраны, необходимо «качнуть» систему, чтобы проверить, не входит ли регулятор в вечный колебательный процесс или может работает слишком заторможено. Для этого достаточно изменить уставку на несколько градусов.

• Если температура плавно ползет к уставке, а потом вдруг замирает не дойдя, например, 1.0°С, скорее всего в регуляторе используется «мертвая зона». Она нужна для того, чтобы постоянно не дергать клапан, отслеживая незначительные колебания температуры. Если регулятором управляется, например, частотный регулятор вентилятора, «мертвую зону» можно и нужно выставить в 0.