Блок, система и способ управления климатическим оборудованием

БЛОК, СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ Изобретение относится к области кондиционирования воздуха, а именно к управляющим устройствам - контроллерам, предназначенным для использования в системах управления и контроля температуры среды, таких как системы нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха с необходимостью 100%-ного резервирования работы оборудования. Изобретение может быть использовано для управления двумя или более исполнительными устройствами, такими как модули нагрева, охлаждения, бытовые или полупромышленные системы кондиционирования,системы вентиляции воздуха, оснащенными встроенными локальными контроллерами управления. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить равномерную выработку ресурса оборудованием с целью достижения максимально длительной безаварийной работы исполнительных устройств. Иванов Сергей Диодорович (RU) Васильева Г.С. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ХОЛДИНГОВАЯ КОМПАНИЯ "ЮНАЙТЕД ЭЛЕМЕНТС ГРУПП" (RU) 016771 Область техники Изобретение относится к области кондиционирования воздуха, а именно к управляющим устройствам - контроллерам, предназначенным для использования в системах управления и контроля температуры среды, таких как системы нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха с необходимостью 100%-ного резервирования работы оборудования. Изобретение может быть использовано для управления двумя или более исполнительными устройствами, такими как модули нагрева, охлаждения, бытовые или полупромышленные системы кондиционирования, системы вентиляции воздуха, оснащенными встроенными локальными контроллерами управления. Предшествующий уровень техники В настоящее время для поддержания заданных температурных параметров в основном используются локальные системы кондиционирования или их комбинации с системами принудительной вентиляции и, редко, с системами отопления. Система кондиционирования работает в режиме рециркуляции по заданным заранее параметрам. Такие схемные решения традиционно используются для систем с большими тепловыделениями, из-за которых существует круглогодичная потребность в охлаждении воздуха на объекте. Кондиционер на таких объектах обычно включается автоматически при превышении температурой в помещении заданного значения. При необходимости 100%-ного резервирования работы оборудования, которое востребовано на объектах с высокими требованиями к поддержанию температурного режима работы оборудования, несоблюдение которого может привести к выходу оборудования из строя или его некорректной работе, обычно используется две или более системы кондиционирования с установкой дополнительных устройств аварийной сигнализации. Традиционно применяемые устройства обеспечивают включение резервного климатического оборудования при появлении сигнала о неисправности от основного оборудования и отправку сигнала об аварийной ситуации. Известно техническое решение по патенту РФ 2241911 Способ дистанционного контроля работы кондиционеров и/или холодильных машин. Известный способ дистанционного контроля работы холодильной системы и/или кондиционера, заключающийся в том, что локальным контролирующим устройством регистрируют параметры работы холодильной системы и/или кондиционера посредством датчиков температуры, размещенных на трубопроводах холодильного контура, датчиков давления, влажности и качества среды, датчиков регистрации напряжения, установленных параллельно электроисполнительным устройствам, и датчиков электрического тока, обрабатывают измеренные параметры встроенным в устройство обрабатывающим блоком,производят оценку качества работы кондиционера и/или холодильной системы по нескольким критериям на основании алгоритма, генерируют и передают в линию связи, соединенную с центральным пультом,сигнал, соответствующий своему идентификатору и вычисленному критерию работы, передают управляющие команды холодильной системе и/или кондиционеру через исполнительное устройство и получают контрольный сигнал от центрального пульта о качестве обмена и сигналы управления, а центральным пультом осуществляют прием и идентификацию сигнала от локального контролирующего устройства, отправку локальному контролирующему устройству контрольного сигнала о качестве обмена и сигналов управления холодильной системой и/или кондиционером, при этом на центральном пульте осуществляют информативную визуализацию результатов работы системы дистанционного контроля на экране монитора, сохраняют протоколы обменов с локальным контролирующим устройством с промежуточной архивацией данных. Технический результат заключается в создании универсального способа диагностирования работы кондиционеров и холодильных машин различных типов и различных производителей. Недостатком известного технического решения является невозможность обеспечения 100% резервирования работы оборудования и гибкого регулирования заданных параметров работы климатического оборудования. Наиболее близким по совокупности существенных признаков и выбранное авторами за прототип является техническое решение, описанное в ЕР 0618524 А 2. Изобретение касается блока управления,системы и способа управления, применяемых в системах регулирования температуры. Блок управления включает логическую схему, выполненную на базе микропроцессора, с входами/выходами для подключения по меньшей мере двух блоков климатического оборудования, источника электропитания и датчика температуры. Система управления содержит датчик температуры, по меньшей мере два блока климатического оборудования и блок управления. Способ управления включает подачу сигнала включения на один из блоков климатического оборудования и подачу сигнала включения на второй блок климатического оборудования в случае отключения первого, а также повторную подачу сигналов включения, если они не были приняты в течение заданного промежутка времени. Недостатками известного технического решения являются невозможность обеспечить 100% резервирование работы оборудования,невозможность выявления неисправностей оборудования на ранних стадиях до выхода его из строя,-1 016771 невозможность выравнивания ресурсов работы основного и резервного оборудования,невозможность гибкого регулирования заданных параметров работы климатического оборудования при необходимости оперативного управления, а также для расширения сферы использования. Сущность изобретения Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка таких блока, системы и способа управления климатическим оборудованием, которые бы позволили значительно расширить функциональные возможности управления климатическим оборудованием с обеспечением 100% резервирования работы оборудования и значительного повышения надежности его работы. Для достижения поставленной технической задачи предлагается в блок управления климатическим оборудованием, включающий модуль электропитания и логическую схему, выполненную на базе микропроцессора, с входами/выходами для подключения по меньшей мере двух блоков климатического оборудования и датчика температуры, дополнительно ввести модуль памяти аварийных ситуаций, выполненный на базе микропроцессора, модуль резервного электропитания, модуль интерфейса для связи с компьютером и по меньшей мере два модуля контроля систем диагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования и два модуля коммутации кондиционеров. При этом выход модуля резервного электропитания должен быть соединен с соответствующим входом микропроцессора, вход/выход которого связан также с модулем интерфейса для связи с компьютером. Сигналы об аварийных ситуациях от блоков климатического оборудования поступают на входы соответствующих модулей контроля систем диагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования, выходы которых связаны с соответствующими входами микропроцессора, тогда как управляющие сигналы от микропроцессора поступают на блоки климатического оборудования через соответствующие модули коммутации климатического оборудования. Дополнительными отличиями блока управления климатическим оборудованием являются модуль контроля систем самодиагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования выполнен на основе оптопар, благодаря чему обеспечивается гальваническая развязка электрических цепей климатического оборудования от электрических цепей блока управления. модуль коммутации климатическим оборудованием выполнен на основе реле, благодаря чему обеспечивается гальваническая развязка электрических цепей климатического оборудования от электрических цепей блока управления. Для решения поставленной технической задачи предлагается также в систему управления климатическим оборудованием, включающую по меньшей мере два блока климатического оборудования, датчик температуры и блок управления климатическим оборудованием, содержащий модуль электропитания и логическую схему, выполненную на базе микропроцессора, с входами/выходами для подключения по меньшей мере двух блоков климатического оборудования и датчика температуры, дополнительно ввести аппаратно-программный комплекс с соединительным кабелем, подключаемым к блоку управления климатическим оборудованием. При этом в блок управления климатическим оборудованием дополнительно предлагается ввести модуль памяти аварийных ситуаций, выполненный на базе микропроцессора, модуль резервного электропитания, модуль интерфейса для связи с компьютером и по меньшей мере два модуля контроля систем диагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования и два модуля коммутации кондиционеров. Причем выход модуля резервного электропитания соединен с соответствующим входом микропроцессора, вход/выход которого связан также с интерфейсом для связи с компьютером, при этом сигналы об аварийных ситуациях от блоков климатического оборудования поступают на входы соответствующих модулей контроля систем самодиагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования,выходы которых связаны с соответствующими входами микропроцессора, тогда как управляющие сигналы от микропроцессора поступают на блоки климатического оборудования через соответствующие модули коммутации климатического оборудования. Дополнительным отличием предлагаемой системы управления климатическим оборудованием является то, что она может содержать датчики температуры на испарителях климатического оборудования,подключенные к блоку управления климатическим оборудованием, для повышения степени контроля за аварийными ситуациями. Также дополнительными отличиями системы управления климатическим оборудованием являются модуль контроля систем диагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования выполнен на основе оптопар, благодаря чему обеспечивается гальваническая развязка электрических цепей климатического оборудования от электрических цепей блока управления,модуль коммутации климатическим оборудованием выполнен на основе реле, благодаря чему обеспечивается гальваническая развязка электрических цепей климатического оборудования от электрических цепей блока управления. Для решения поставленной технической задачи предлагается также в способе управления климатическим оборудованием, состоящим по меньшей мере из двух блоков климатического оборудования,-2 016771 включающем подачу сигнала включения на один из блоков климатического оборудования и подачу сигнала включения на второй блок климатического оборудования в случае отключения первого, предусмотреть следующие операции: подачу сигнала включения на второй блок климатического оборудования производить через заданный промежуток времени в зависимости от заданных климатических параметров в помещении,в случае выхода заданных климатических параметров за заданные допустимые пределы включать резервный в данный момент блок для приведения температурных параметров в соответствие с заданными,сигнал об аварийной ситуации передавать на блок управления и записывать в модуль памяти аварийных ситуаций,производить анализ аварийных ситуаций и выдавать рекомендации по замене или ремонту оборудования. Дополнительные отличия предлагаемого способа состоят в том, что подачу сигнала включения можно производить через заданный промежуток времени в зависимости от заданных климатических параметров на испарителях климатического оборудования. Предлагаемые в данном изобретении блок, система и способ управления климатическим оборудованием позволяют поддерживать требуемые температурные параметры в помещении с высокой степенью точности и надежности, осуществляя при этом включение в работу резервного устройства поддержания температуры в ситуации, когда возникают теплопритоки или тепловые потери, значительно превышающие расчтные,возможность применения в холодное время года, параллельно с системами кондиционирования,систем Free Cooling для поддержания требуемой на объекте температуры в холодное время года. Это позволяет существенно снизить потребление энергии вспомогательным (климатическим) оборудованием(относится к исполнению с тремя датчиками контроля температуры и с тремя выходами для подключения исполнительных механизмов),включение резервного устройства поддержания температуры при выходе из строя основного устройства,подачу сигнала об аварийной ситуации при е возникновении,контроль потенциально возможных аварийных ситуаций, не отслеживаемых собственными системами контроля устройств поддержания температуры,выравнивание ресурса работы основного и резервного устройств поддержания температуры,возможность дистанционного контроля текущих температурных параметров на объекте, а также возможность гибкого регулирования параметров устройства при необходимости оперативного управления, а также для расширения сферы использования,сохранение в памяти устройства истории аварийных ситуаций. Перечень фигур Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображена блок-схема блока управления климатическим оборудованием, где 1 - микропроцессор с модулем памяти аварийных ситуаций, 2 - модуль питания, 3 - модуль резервного питания, 41 и 42 - модули контроля систем самодиагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования, 51 и 52 - модули коммутации климатического оборудования, 6 модуль интерфейса для связи с компьютером. На фиг. 2 изображена блок-схема системы управления климатическим оборудованием, где 7 - блок управления климатическим оборудованием, 81 и 82 - блоки климатического оборудования, 9 - аппаратнопрограммный комплекс (персональный компьютер), 10 - датчик температуры в помещении, 111 и 112 датчики температуры на испарителях климатического оборудования, 12 - соединительный кабель. На фиг. 3 приведен один из вариантов блока управления, выполненный на печатной плате, где 1 микропроцессор, 2 - модуль питания, 3 - модуль резервного питания, 41 и 42 - модули контроля систем самодиагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования, 51 и 52 - модули коммутации климатического оборудования, 6 - модуль интерфейса для связи с компьютером. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Предлагаемый блок управления предназначен для использования в системах, обеспечивающих поддержание температуры на объектах с необходимостью гарантированного круглогодичного охлаждения(возможно взаимодействие и с оборудованием, имеющим функцию нагрева) со 100% резервированием. Один из вариантов блока управления, изображенный на фиг. 3, содержит восемь входов, предназначенных для контроля состояния климатического оборудования 81 и 82 (основного и резервного кондиционеров, оснащенных собственной системой диагностики), по четыре для каждого. Сигналы об аварийной ситуации от встроенной системы диагностики климатического оборудования поступают на входы блока управления 7, которые для повышения надежности работы гальванически развязаны с источником сигнала (используются оптопары). В качестве сигналов может использоваться мигание светодиодов индикации режима работы кондиционеров, которые одновременно являются индикаторами аварийного состояния. Количество и скважность импульсов от источника, которые явля-3 016771 ются индикацией аварийной ситуации, могут быть заданы (изменены) через интерфейс программирования заданных параметров устройства (с ПК); контактные группы, предназначенные для подключения одного, двух, трех или четырх датчиков температуры. Один из датчиков предназначен непосредственно для контроля температуры на объекте,два предназначены для контроля температуры испарителей в секциях охлаждения кондиционеров. Это необходимо для того, чтобы в случае утечки фреона из холодильного контура кондиционера подать сигнал аварии и зафиксировать причину его подачи. Базовые контроллеры большинства исполнительных устройств (кондиционеров) не отслеживают возникновение аварии в таких ситуациях. При этом блок 7 даже в исполнении с одним датчиком температуры контролирует (косвенно) утечки хладагента, поскольку кондиционер с недостатком хладагента в контуре не сможет обеспечить достаточную производительность, в результате чего спустя время будет неизбежно выдан сигнал об аварии по температуре на объекте. Четвртый датчик используется в модулях, предназначенных кроме управления модулями охлаждения или нагрева ещ и управлением работой вентиляционного оборудования (режим Free Cooling); светодиодные общеинформационные индикаторы, отображающие текущий режим работы основного и резервного исполнительного оборудования, аварийный режим, в случае возникновения аварийной ситуации, а также режим работы дополнительного исполнительного оборудования (режим FreeCooling) для соответствующего исполнения; две или три группы силовых контактов (выходов), предназначенных для подключения двух или трх климатических устройств, представляет собой сухие нормально замкнутые контакты. К выходам могут подключаться устройства охлаждения, нагрева или вентиляции, оснащенные собственными системами управления и диагностики с функцией сохранения заданных параметров при отключении электропитания и возобновления работы на ранее заданных параметрах. Формат управления климатическими устройствами - включение или отключение подачи на устройства электропитания 220 В 50 Гц. При необходимости коммутации больших токов к данным контактам можно подключать промежуточные силовые элементы управления; контактная группа аварийной сигнализации, предназначенная для подачи сигнала об аварии - представляет собой сухой нормально разомкнутый контакт, замыкающийся при появлении аварийной ситуации и при пропадании напряжения электропитания модуля управления; электрический разъм формата LAN, предназначенный для программирования блока, задания рабочих параметров и контроля состояния, который через дополнительный кабель соединяется с СОМ портом персонального компьютера (интерфейс RS-232). При программировании заданных параметров работы устройства можно изменять заданные величины:a) максимально допустимую рабочую температуру на контролируемом объекте (контролируется датчиком температуры). Для модулей с четырьмя датчиками контроля температуры и с тремя выходами для подключения исполнительных механизмов может задаваться максимальная и минимальная температура, а также контрольная температура наружного воздуха для управления функцией Free Cooling.b) Количество и скважность входных сигналов об аварии, поступающих от исполнительных устройств, что необходимо для безошибочной интерпретации сигналов об аварии при использовании исполнительных устройств различных производителей.c) Период ротации работы исполнительных устройств с целью обеспечения равномерной выработки ресурса для повышения срока их безаварийной работы.d) Допустимый период превышения заданной максимально допустимой рабочей температуры.e) Текущее собственное время модуля управления (можно выполнять синхронизацию с системным временем). Диапазоны изменения параметров: пороги установки температуры: +10-45, дискретность изменения 0,1; время превышения порога: 10-600 с, дискретность изменения 10 с; период ротации: 10 с - 1 неделя, дискретность изменения 10 мин; количество вспышек светодиодов: 3-100, дискретность изменения 1 вспышка; длительность паузы между вспышками: 0,05-2,5 с, дискретность изменения 0,01 с. Способ управления климатическим оборудованием осуществляется следующим образом. При включении блока управления 7 последний производит опрос состояния входов контроля аварийных ситуаций. При отсутствии аварийных сигналов от климатических устройств 8 производится подача электропитания на основное исполнительное климатическое устройство 81, которое начинает работать, регулируя температуру воздуха на объекте в соответствии с параметрами, заданными в его системе управления. В случае, когда температура в момент включения превышает заданную максимально допустимую рабочую температуру, блоком управления 7 производится включение одновременно основного и резервного исполнительных климатических устройств 81 и 82. В результате одновременной работы двух устройств температура на объекте должна за время, не превышающее допустимый период превышения заданной максимально допустимой рабочей температуры (d), опуститься ниже заданной максимально-4 016771 допустимой рабочей температуры (а). Такой же алгоритм соблюдается при внезапном росте температуры на объекте (рост теплопритоков), когда при повышении температуры на объекте выше установленного значения максимальной температуры (а) включается резервное исполнительное оборудование. Таким образом, реализуется двухступенчатая схема работы. В случае, если после включения двух исполнительных устройств в течение заданного времени (d) температура не опускается ниже заданной (а), податся сигнал об аварии. Такой сигнал фиксируется в памяти как тревога по температуре. При подаче данного сигнала об аварии на блоке управления 7 одновременно светятся два светодиода красного цвета. При штатной работе климатических устройств 8 (поддержание заданных температурных параметров на объекте) через заданный период времени (с) происходит ротация оборудования (попеременная работа основного и резервного исполнительных устройств). Статус работы каждого из устройств отображается свечением соответствующего зелного светодиода. Также статус и время оставшееся до следующей ротации можно контролировать через подключенную линию связи с компьютером 9. В случае возникновения аварийной ситуации на исполнительном климатическом устройстве блок управления 7 формирует сигнал об аварии, о чем делается запись в модуле памяти аварийных ситуаций,которую можно отследить через подключенный компьютер 9, а также начинает светиться соответствующий красный светодиод. Информация о тревоге, сохраняющаяся в памяти аварийных ситуаций, доступна при подключении компьютера и имеет следующую структуру: дата возникновения тревоги; время возникновения тревоги; флаги состояний светодиодов каждого из кондиционеров К 1 и К 2 соответственно. В случае, когда температура наружного воздуха опускается ниже минимально установленного значения (а), для поддержания температуры на объекте может использоваться функция Free Cooling, если оборудование для е реализации имеется на объекте (применимо только для модулей управления с двумя или четырьмя датчиками температуры). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Блок управления климатическим оборудованием, включающий модуль питания и логическую схему, выполненную на базе микропроцессора, с входами/выходами для подключения по меньшей мере двух блоков климатического оборудования, отличающийся тем, что дополнительно в него введены модуль памяти аварийных ситуаций, выполненный на базе микропроцессора, модуль резервного электропитания, модуль интерфейса для связи с компьютером и по меньшей мере два модуля контроля систем самодиагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования и два модуля коммутации кондиционеров, причем выход модуля резервного электропитания соединен с соответствующим входом микропроцессора, вход/выход которого связан также с модулем интерфейса для связи с компьютером, при этом сигналы об аварийных ситуациях от блоков климатического оборудования поступают на входы соответствующих модулей контроля систем самодиагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования, выходы которых связаны с соответствующими входами микропроцессора, тогда как управляющие сигналы от микропроцессора поступают на блоки климатического оборудования через соответствующие модули коммутации климатического оборудования. 2. Блок управления климатическим оборудованием по п.1, отличающийся тем, что модуль опроса световой индикации выполнен на основе оптопар, благодаря чему обеспечена гальваническая развязка электрических цепей климатического оборудования от электрических цепей блока управления. 3. Блок управления климатическим оборудованием по п.1, отличающийся тем, что модуль коммутации климатическим оборудованием выполнен на основе реле, благодаря чему обеспечена гальваническая развязка электрических цепей климатического оборудования от электрических цепей блока управления. 4. Система управления климатическим оборудованием, включающая по меньшей мере два блока климатического оборудования, датчик температуры и блок управления климатическим оборудованием,содержащий модуль электропитания и логическую схему, выполненную на базе микропроцессора, с входами/выходами для подключения по меньшей мере двух блоков климатического оборудования и датчика температуры, отличающаяся тем, что в нее введен аппаратно-программный комплекс с соединительным кабелем, подключаемым к блоку управления климатическим оборудованием, в который дополнительно введены модуль памяти аварийных ситуаций, выполненный на базе микропроцессора, модуль резервного электропитания, модуль интерфейса для связи с компьютером и по меньшей мере два модуля контроля систем самодиагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования и два модуля коммутации кондиционеров, причем выход модуля резервного электропитания соединен с соответствующим входом микропроцессора, вход/выход которого связан также с интерфейсом для связи с компьютером, при этом сигналы об аварийных ситуациях от блоков климатического оборудования поступают на входы соответствующих модулей контроля систем самодиагностики для-5 016771 отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования, выходы которых связаны с соответствующими входами микропроцессора, тогда как управляющие сигналы от микропроцессора поступают на блоки климатического оборудования через соответствующие модули коммутации климатического оборудования. 5. Система управления климатическим оборудованием по п.4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчики температуры на испарителях климатического оборудования, подключенные к блоку управления климатическим оборудованием. 6. Система управления климатическим оборудованием по любому из пп.4-5, отличающаяся тем, что модуль контроля систем самодиагностики для отслеживания аварийных и нештатных ситуаций в работе климатического оборудования выполнен на основе оптопар, благодаря чему обеспечена гальваническая развязка электрических цепей климатического оборудования от электрических цепей блока управления. 7. Система управления климатическим оборудованием по любому из пп.4-5, отличающаяся тем, что модуль коммутации климатическим оборудованием выполнен на основе реле, благодаря чему обеспечена гальваническая развязка электрических цепей климатического оборудования от электрических цепей блока управления. 8. Способ управления климатическим оборудованием, состоящим по меньшей мере из двух блоков климатического оборудования, включающий подачу сигнала включения на один из блоков климатического оборудования и подачу сигнала включения на второй блок климатического оборудования в случае отключения первого, отличающийся тем, что подачу сигнала включения на второй блок климатического оборудования производят через заданный промежуток времени в зависимости от заданных климатических параметров в помещении, в случае выхода заданных климатических параметров за заданные допустимые пределы, включают резервный в данный момент блок для приведения температурных параметров в соответствие с заданными, сигнал об аварийной ситуации передают на блок управления и записывают в модуль памяти аварийных ситуаций, производят анализ аварийных ситуаций и выдачу рекомендаций по замене или ремонту оборудования. 9. Способ управления климатическим оборудованием по п.8, отличающийся тем, что подачу сигнала включения производят через заданный промежуток времени в зависимости от заданных климатических параметров на испарителях климатического оборудования.