سیستم‌های سرمایشی صنعتی و ساختمانی به مکانیزم‌های پیشرفته‌ای برای کنترل عملکرد نیاز دارند. کنترلر چیلر مغز اصلی این سیستم‌ها محسوب می‌شود که وظیفه تنظیم و هماهنگ‌سازی فرآیندهای مختلف را بر عهده داشته و با تکنولوژی‌های روز دنیا طراحی شده‌اند تا بیشترین بازدهی را در چیلر تراکمی ایجاد کنند.
با پیشرفت فناوری، برد کنترل چیلرها نیز تحول قابل توجهی داشته‌اند. این بردها اکنون قادرند تمامی پارامترهای عملکردی دستگاه را به صورت دقیق تنظیم کرده و با کمترین مصرف انرژی، بهترین عملکرد را تضمین کنند.
فهرست مطالب سایت (کلیک کنید)
اجزای اصلی چیلرهای تراکمی
چیلر تراکمی از چهار بخش اصلی شامل کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور تشکیل شده است. کمپرسور وظیفه متراکم کردن گاز مبرد را داشته و با افزایش فشار، دمای مبرد را بالا می‌برد. کندانسور حرارت جذب شده توسط مبرد را به محیط منتقل کرده و باعث تبدیل گاز به مایع می‌شود. شیر انبساط با کاهش ناگهانی فشار، دمای مبرد را پایین می‌آورد و در نهایت اواپراتور محل جذب گرما از محیط و تبخیر مجدد مبرد است.
سیستم کنترلی با دریافت اطلاعات از سنسورهای مختلف نصب شده در نقاط حساس چیلر تراکمی، فرمان‌های لازم برای تنظیم عملکرد هر بخش را صادر می‌کند. برد کنترل با پردازش این اطلاعات، شرایط کارکرد بهینه را برای دستگاه فراهم می‌آورد. همچنین این سیستم با تشخیص شرایط غیرعادی مانند افزایش بیش از حد فشار یا دما، فرمان توقف اضطراری را صادر کرده و از آسیب به قطعات گران‌قیمت دستگاه جلوگیری می‌کند.
اجزا مختلف کنترل یک چیلر تراکمی
سیستم کنترلی چیلر تراکمی از چندین بخش مهم تشکیل شده که هماهنگی بین آنها کارکرد صحیح دستگاه را تضمین می‌کند. این بخش‌ها شامل مادربرد اصلی، بردهای توسعه، سیستم کنترل از راه دور و سنسورهای متعدد است که هر کدام وظیفه خاصی در مجموعه کنترلر چیلر بر عهده دارند.
مادربرد اصلی چیلر:
کنترلر چیلر شامل یک مادربرد اصلی بوده که وظیفه فرماندهی کل سیستم را بر عهده دارد. این مادربرد با استفاده از پورت‌های ورودی و خروجی متعدد، امکان اتصال به تمامی اجزای چیلر را فراهم می‌کند. ورودی‌های آنالوگ برای دریافت اطلاعات دما و فشار، خروجی‌های دیجیتال برای کنترل کمپرسورها، فن‌ها و پمپ‌ها و ارتباط سریال برای اتصال به سیستم‌های مانیتورینگ از قابلیت‌های این بخش محسوب می‌شوند.
مادربرد چیلر با بهره‌گیری از میکروکنترلرهای قدرتمند، الگوریتم‌های پیچیده‌ای را اجرا می‌کند تا بهترین عملکرد را با کمترین مصرف انرژی تضمین کند. همچنین این برد وظیفه حفاظت از سیستم در برابر نوسانات برق، جریان بیش از حد و شرایط غیرعادی دیگر را برعهده دارد. رابط کاربری مادربرد شامل صفحه نمایش و کلیدهای کنترلی است که امکان تنظیم پارامترهای مختلف و مشاهده وضعیت سیستم را فراهم می‌آورد.
بردهای توسعه چیلر:
بردهای توسعه در کنترلر چیلر به منظور افزایش قابلیت‌های سیستم و کنترل چند سیکل تبرید مستقل به کار می‌روند. هر برد توسعه می‌تواند یک سیکل تبرید کامل شامل کمپرسور، فن کندانسور و شیرهای برقی را کنترل کند. این بردها از طریق ارتباط سریال با مادربرد در تماس بوده و فرمان‌های لازم را دریافت می‌کنند.
سیستم توسعه برد کنترل چیلر با استفاده از آدرس‌دهی مناسب، امکان کنترل تا چهار سیکل تبرید مستقل را فراهم می‌آورد. این قابلیت برای سیستم‌های با ظرفیت بالا که از چند کمپرسور استفاده می‌کنند، بسیار کاربردی است. هر برد توسعه نیز مانند مادربرد، سیستم‌های حفاظتی مخصوص به خود را داشته و می‌تواند در صورت بروز مشکل در یک سیکل، فقط همان بخش را متوقف کرده و اجازه دهد سیکل‌های دیگر به کار خود ادامه دهند.
سنسورها و تجهیزات اندازه‌گیری چیلر:
هر کنترلر چیلر پیشرفته نیازمند دریافت اطلاعات دقیق از وضعیت سیستم است. این اطلاعات توسط انواع سنسورها و ترانسمیترها فراهم می‌شود. سنسورهای دما برای اندازه‌گیری دمای آب ورودی و خروجی، دمای کویل‌های ساکشن و دیسشارژ کمپرسور و دمای محیط به کار می‌روند. ترانسمیترهای فشار نیز فشار خط ساکشن و دیسشارژ را اندازه‌گیری می‌کنند.
سیستم‌های اندازه‌گیری متصل به برد کنترل شامل سوئیچ‌های فشار بالا و پایین، فلو سوئیچ برای اطمینان از جریان آب و ترانس CT برای اندازه‌گیری جریان کمپرسورها نیز می‌شود. این سنسورها اطلاعات حیاتی را برای کنترلر چیلر فراهم می‌آورند تا تصمیمات لازم برای تنظیم عملکرد سیستم را بگیرد. دقت و کیفیت این سنسورها تاثیر مستقیمی بر کارایی کل سیستم داشته و انتخاب سنسورهای مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است.
سیستم کنترل از راه دور و مانیتورینگ چیلر:
ریموت کنترل دیواری بخش مهم دیگری از کنترلر چیلر محسوب می‌شود که امکان کنترل و مانیتورینگ از راه دور را فراهم می‌آورد. این سیستم از طریق پروتکل استاندارد Modbus-RTU با مادربرد ارتباط برقرار کرده و تمام پارامترهای مهم سیستم را نمایش می‌دهد. کاربر می‌تواند تنظیمات دما، فشار و سایر پارامترهای عملکردی را از طریق این رابط کاربری انجام دهد.
سیستم کنترل از راه دور برد کنترل چیلر امکان اتصال به سیستم‌های مدیریت ساختمان را نیز فراهم می‌آورد. این قابلیت برای ساختمان‌های هوشمند که تمام سیستم‌های تاسیساتی آنها به صورت یکپارچه کنترل می‌شود، بسیار ارزشمند است. همچنین امکان مانیتورینگ آنلاین وضعیت چیلر تراکمی از طریق اینترنت و دریافت هشدارهای اضطراری در صورت بروز مشکل، از دیگر قابلیت‌های این بخش محسوب می‌شود.
بهترین گزینه برای انتخاب کنترلر یک چیلر تراکمی سبک
انتخاب سیستم کنترلی مناسب برای چیلر تراکمی سبک بستگی به عوامل متعددی مانند بودجه، پیچیدگی سیستم و نیازهای کاربر دارد. در بازار کنونی سه گزینه اصلی شامل بردهای کنترل چیلر، سیستم‌های PLC چیلر و سیستم‌های کنترلی ترکیبی وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.
بردهای کنترلر چیلر:
بردهای کنترلر چیلر یکی از بهترین گزینه‌ها برای چیلرهای سبک و مینی‌چیلرها است. این نوع کنترلرها با بهره‌گیری از میکروکنترلرهای پیشرفته، الگوریتم‌های کنترلی دقیقی را پیاده‌سازی می‌کنند. آنها معمولاً به صورت بردهای یکپارچه طراحی شده و تمام ورودی‌ها و خروجی‌های مورد نیاز برای کنترل یک چیلر تراکمی کوچک را در خود جای داده‌اند.
مزیت اصلی برد کنترل، قیمت مناسب و نصب آسان آن است. این کنترلرها معمولاً رابط کاربری ساده‌ای داشته و نیاز به برنامه‌نویسی پیچیده ندارند. تنظیمات اولیه با استفاده از پارامترهای از پیش تعیین شده انجام شده و این موضوع کار با آنها را برای تکنسین‌های تاسیسات ساده می‌کند. عیب اصلی این نوع کنترلرها، انعطاف‌پذیری کمتر آنها در مقایسه با سیستم‌هایPLC چیلر است.
کنترلرهای PLC چیلر:
PLC چیلر گزینه دیگری برای کنترل سیستم‌های چیلر و مینی‌چیلر محسوب می‌شود. کنترلرهای منطقی برنامه‌پذیر (PLC) امکان طراحی و پیاده‌سازی الگوریتم‌های کنترلی پیچیده را فراهم می‌آورند. این سیستم‌ها قابلیت اتصال به تعداد زیادی ورودی و خروجی را داشته و می‌توانند چندین فرآیند را به صورت همزمان کنترل کنند.
مزیت اصلی PLC چیلر انعطاف‌پذیری بالای آن است به طوری که برای کاربردهای پیچیده و ویژه که نیاز به منطق کنترلی خاص دارند، بسیار مناسب هستند. همچنین امکان ارتباط با سایر سیستم‌های کنترلی و مانیتورینگ را به راحتی فراهم می‌آورند. عیب اصلی PLC چیلر، هزینه بالا و نیاز به دانش تخصصی برای برنامه‌نویسی و راه‌اندازی آن است که استفاده از آن را برای چیلرهای کوچک و سبک مقرون به صرفه نیست.
سیستم‌های کنترلی ترکیبی:
رویکرد دیگر برای کنترل چیلر تراکمی سبک، استفاده از سیستم‌های کنترلی ترکیبی است. سیستم‌های کنترل ترکیبی از بردهای کنترلی که قابلیت انعطاف پذیری بیشتری دارند بهره می‌برند و برای کنترل فرآیندهای اصلی چیلر مورد استفاده هستند و برای قابلیت‌های ارتباطی و مانیتورینگ از HMI های اختصاصی استفاده می‌کنند این رویکرد ترکیبی، مزایای هر دو سیستم را فراهم می‌آورد.
سیستم ترکیبی اطمینان و پایداری کنترلر چیلر اختصاصی را با انعطاف‌پذیری PLC چیلر ترکیب می‌کند. در این حالت، کارکردهای اصلی سیستم مانند کنترل کمپرسورها و حفاظت‌های اضطراری توسط برد اختصاصی انجام شده و HMI وظیفه ارتباط با سیستم‌های بالادستی، ثبت داده‌ها و پیاده‌سازی منطق کنترلی پیشرفته را بر عهده می‌گیرد. این رویکرد هزینه کمتری نسبت به استفاده تنها از PLC را داشته و در عین حال انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به برد کنترل ساده فراهم می‌آورد.
مقایسه انواع کنترلرهای چیلر تراکمی
همانطور که در قسمت قبل توضیح داده شد، انواع مختلفی از کنترلرها برای طراحی و راه‌اندازی یک چیلر تراکمی می‌توان در نظر گرفت که هر کدام از آنها ویژگی‌ها و مشخصات مربط به خود را دارند. در جدول زیر به مقایسه برخی از این ویژگی ها اشاره می‌کنیم.
| برد کنترل چیلر | PLC چیلر | کنترلر ترکیبی | |
| هزینه راه‌اندازی | پایین | بالا | متغییر |
| پیچیدگی | پایین | بالا | متوسط |
| انعطاف پذیری | پایین | قابل برنامه‌ریزی | متوسط |
| امکانات | محدود | زیاد | متوسط |
مزایای استفاده از کنترلر و یا برد در چیلرهای تراکمی
بکارگیری کنترلر چیلر و برد کنترل پیشرفته منافع متعددی برای سیستم‌های سرمایشی به همراه دارد. این مزایا شامل کاهش مصرف انرژی، افزایش طول عمر قطعات، امکان ارتباط با سیستم‌های مدیریت ساختمان و قابلیت‌های تشخیصی هوشمند می‌شود که در ادامه به هر یک خواهیم پرداخت.
کاهش مصرف انرژی:
کنترلر چیلر هوشمند می‌تواند با پایش مداوم شرایط کارکرد سیستم، بهترین نقطه عملکرد را برای چیلر تراکمی تعیین کرده و با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته، تعداد کمپرسورهای فعال و سرعت فن‌ها را به گونه‌ای تنظیم می‌کنند که بیشترین بازدهی انرژی حاصل شود. به عنوان مثال، کنترلر چیلر در شرایط بار جزئی، می‌تواند با خاموش کردن برخی کمپرسورها و تنظیم دقیق ظرفیت کمپرسورهای باقیمانده، مصرف برق را تا ۴۰ درصد کاهش دهد.
همچنین برد کنترل هوشمند قادر است با توجه به شرایط محیطی و دمای آب برگشتی، دمای آب خروجی از چیلر تراکمی را در بهینه‌ترین نقطه تنظیم کند. افزایش یک درجه‌ای دمای آب خروجی می‌تواند مصرف انرژی را تا ۳ درصد کاهش دهد. سیستم‌های کنترلی پیشرفته با قابلیت تنظیم خودکار این پارامتر، صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه‌های انرژی ایجاد می‌کنند.
افزایش طول عمر قطعات:
یکی از مهم‌ترین مزایای کنترلر چیلر پیشرفته، حفاظت از قطعات گران‌قیمت سیستم و افزایش طول عمر آنها است. راه‌اندازی نرم کمپرسورها، کنترل تعداد دفعات روشن و خاموش شدن و محدود کردن جریان راه‌اندازی، از جمله روش‌هایی است که برد کنترل برای حفاظت از کمپرسورها به کار می‌برد. این تمهیدات می‌تواند عمر کمپرسور را تا ۳۰ درصد افزایش دهد.
همچنین کنترلر چیلر با تشخیص به موقع شرایط غیرعادی مانند فشار بالا، فشار پایین، دمای زیاد و جریان بیش از حد، از آسیب‌های جدی به سیستم جلوگیری می‌کند. سیستم‌های PLC چیلر پیشرفته قادرند با ثبت مداوم داده‌های عملکردی، روند تغییرات پارامترها را تحلیل کرده و حتی قبل از وقوع خرابی، هشدارهای لازم را صادر کنند. این قابلیت پیش‌بینی خرابی، امکان تعمیرات پیشگیرانه را فراهم آورده و از توقف‌های ناخواسته سیستم و هزینه‌های سنگین تعمیرات جلوگیری می‌کند.
مانیتورینگ و ارتباط با سیستم مدیریت ساختمان:
کنترلر چیلر مدرن قابلیت ارتباط با سیستم‌های مدیریت ساختمان را نیز دارا است. این ارتباط از طریق پروتکل‌های استاندارد مانند Modbus وBACnet برقرار شده و امکان کنترل و مانیتورینگ چیلر تراکمی را از مرکز کنترل ساختمان فراهم می‌آورد. به طوری که فرد می‌تواند تمام پارامترهای عملکردی چیلر را مشاهده کرده و در صورت نیاز تغییر دهد.
برد کنترل با قابلیت ارتباطی، امکان یکپارچه‌سازی سیستم سرمایش با سایر سیستم‌های ساختمان مانند گرمایش، تهویه و روشنایی را فراهم می‌آورد. این یکپارچگی باعث می‌شود کنترل شرایط محیطی ساختمان به صورت بهینه انجام شده و مصرف انرژی کاهش یابد.
PLC چیلر با قابلیت‌های ارتباطی پیشرفته، می‌تواند داده‌های عملکردی را به سرورهای ابری منتقل کرده و امکان مانیتورینگ و عیب‌یابی از راه دور را فراهم آورد. این قابلیت برای مراکز داده و ساختمان‌های هوشمند که نیاز به نظارت مداوم بر سیستم‌های مهم دارند، بسیار ارزشمند است.
قابلیت تشخیص و پیشگیری از وقوع خطا:
کنترلر چیلر پیشرفته قابلیت تشخیص خودکار خطا و کمک به عیب‌یابی سریع را دارا بوده و با ثبت تاریخچه خطاها و شرایط کارکرد سیستم در زمان بروز خطا، اطلاعات ارزشمندی برای تکنسین‌های سرویس فراهم می‌آورند. مانیتورینگ مداوم پارامترهای مختلف مانند دما، فشار، جریان و ولتاژ، امکان تشخیص دقیق علت خرابی را میسر می‌سازد.
برد کنترل هوشمند با اعلام کدهای خطا و توضیحات مربوط به هر خطا، زمان عیب‌یابی را به حداقل می‌رساند. در سیستم‌های پیشرفته‌تر مبتنی برPLC چیلر، تشخیص خطا می‌تواند با استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی و با دقت بالاتری انجام شده و حتی می‌توانند با تحلیل روند تغییرات پارامترها، از وقوع خرابی پیشگیری کنند. قابلیت ارسال هشدارها از طریق پیامک یا ایمیل به تکنسین‌های سرویس، امکان واکنش سریع به شرایط اضطراری را فراهم آورده و از آسیب‌های بیشتر به سیستم جلوگیری می‌کند.
جمع بندی:
بهره‌گیری از کنترلر چیلر مناسب، تفاوت چشمگیری در عملکرد و بازدهی چیلر تراکمی ایجاد می‌کند. این تجهیزات هوشمند با نظارت دقیق بر تمام پارامترهای عملکردی، تا ۳۰ درصد در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرده و عمر مفید دستگاه را افزایش می‌دهند.
انتخاب بین برد کنترل میکروپروسسوری، PLC چیلر و سیستم‌های ترکیبی باید متناسب با نیازهای خاص هر پروژه و با در نظر گرفتن مسائل فنی و اقتصادی انجام شود. آینده صنعت تهویه مطبوع متعلق به کنترلرهای هوشمند با قابلیت یادگیری ماشین و تحلیل داده‌های بزرگ است که می‌توانند عملکرد سیستم‌های سرمایشی را به طور خودکار و مداوم بهینه کنند.
