راهنمای انتخاب کنترلر چیلر | چگونه کنترلر چیلر انتخاب کنیم؟

پاسخ کوتاه به این پرسش، «انتخاب بر اساس معماری سیستم تبرید و نیازهای کنترلی آن» خواهد بود. اما منظور از معماری سیستم تبرید یا معماری چیلر چیست و چگونه می‌توان بر اساس آن، کنترلر مناسب را انتخاب کرد؟ از چه برندی و چه تامین کننده‌ای کنترلر چیلر مناسب را تهیه کنیم؟ در این مقاله تلاش می‌کنیم به این پرسش ها پاسخ بدهیم.

معماری چیلر چیست؟

معماری چیلر مجموعه‌ای از ویژگی‌های ساختاری، تبریدی و کنترلی سیستم است که نحوه آرایش، ارتباط و عملکرد اجزای اصلی چیلر را مشخص می‌کند.

طراح چیلر، با توجه به ظرفیت مورد نیاز، شرایط کاری و نوع کاربرد دستگاه، ساختار کلی سیستم را تعیین می‌کند. در این فرآیند، نوع و تعداد کمپرسورها، تعداد مدارهای تبرید، سیستم انبساط، تجهیزات کندانسور و ساختار مدار آب از جمله پارامترهایی هستند که مشخص می‌کنند چیلر از چه اجزایی تشکیل شده و این اجزا چگونه با یکدیگر کار می‌کنند.

به همین دلیل، دو چیلر با ظرفیت تبرید یکسان ممکن است معماری کاملاً متفاوتی داشته باشند و در نتیجه به راهکارهای کنترلی متفاوتی نیاز پیدا کنند.

بر این اساس، مهم‌ترین پارامترهای تعیین‌کننده معماری یک چیلر تراکمی عبارت‌اند از:

• نوع و تعداد کمپرسورها (Compressors)
• تعداد مدارهای تبرید، تعداد کمپرسورها و کنترل ماژولار
• نوع شیر انبساط و روش کنترل سوپرهیت
• سیستم کنترل فن‌های کندانسور و مدیریت فشار دهش
• ساختار مدار پایش جریان آب

نوع و تعداد کمپرسورها (Compressors):

کمپرسور مهم‌ترین تجهیز مصرف‌کننده انرژی و یکی از اجزای اصلی تعیین‌کننده ظرفیت و نحوه عملکرد چیلر است. نوع کمپرسور، تعداد آن‌ها و روش کنترل ظرفیت، تأثیر مستقیمی بر منطق کنترلی دستگاه دارد. کمپرسورها ممکن است از نوع اسکرال (Scroll)، اسکر (Screw)، رفت‌ و برگشتی (Reciprocating) و غیره باشند.

برای مثال، در چیلری با چند کمپرسور اسکرال، کنترل ظرفیت معمولاً از طریق روشن و خاموش کردن مرحله‌ای کمپرسورها انجام می‌شود. در مقابل، در چیلر مجهز به کمپرسور اسکرو یا اینورتر، ممکن است کنترل ظرفیت با استفاده از مکانیزم‌های تغییر ظرفیت یا تنظیم دور کمپرسور صورت بگیرد.

بنابراین، کنترلر باید متناسب با نوع کمپرسور و روش کنترل ظرفیت (تک سیکل یا چند سیکل، تک کمپرسور یا Tandem، مستقل یا تحت کنترل master، قابلیت مدیریت مراحل روشن و خاموش شدن، توالی راه‌اندازی و حفظ یکنواختی ساعت کارکرد، زمان‌بندی عملکرد و حفاظت کمپرسورها را داشته باشد.

تعداد مدارهای تبرید، تعداد کمپرسور و کنترل ماژولار:

چیلرها می‌توانند تک مداره، دو مداره یا چند مداره باشند. در چیلرهای چند مداره، هر مدار تبرید معمولاً مجموعه‌ای از تجهیزات مستقل مانند کمپرسور، شیر انبساط، سنسورها و تجهیزات حفاظتی مخصوص به خود را دارد.

در صورتیکه به ازای هر سیکل دو یا چند کمپرسور به صورت موازی قرار گرفته باشند و به صورت مرحله‌ای وارد مدار شوند نوع ساختار Tandem خواهد بود. برای مثال، در یک چیلر دومداره ممکن است هر مدار دارای دو کمپرسور باشد. در این شرایط، کنترلر باید بتواند علاوه بر مدیریت ظرفیت هر مدار، عملکرد دو کمپرسور را نیز هماهنگ کند.

همچنین، حفاظت‌های فشار بالا و پایین، کنترل سوپرهیت و مدیریت خطاهای هر مدار باید به‌صورت مستقل قابل اجرا باشند.

از طرفی می‌توان با استفاده از کنترلرهایی که قابلیت ماژولاریتی دارند چند چیلر با تعداد مدار و کمپرسورهای دلخواه را به صورت Master-Slave در شبکه عملکردی قرار داد. به عنوان مثال با استفاده از 4 کنترلر چیلر تک سیکل، می توان یک چیلر 4 مداره را کنترل و راه اندازی کرد، که در آن یکی از کنترلرها به عنوان Master و سایر آنها Slave خواهند بود.

بنا براین، هنگام انتخاب کنترلر باید به تعداد مدارهای قابل پشتیبانی و امکان مدیریت مستقل تجهیزات و حفاظت‌های هر مدار توجه کرد.

نوع شیر انبساط و روش کنترل سوپرهیت :

شیر انبساط وظیفه تنظیم جریان مبرد ورودی به اواپراتور را بر عهده دارد و نوع آن، نیازهای کنترلی متفاوتی ایجاد می‌کند. در چیلرها معمولاً از دو نوع شیر انبساط ترموستاتیکی (TXV) و الکترونیکی (EEV) استفاده می‌شود.

در سیستم های مجهز به شیر انبساط TXV، تنظیم جریان مبرد و کنترل سوپرهیت عمدتاً به صورت مکانیکی انجام می‌شود و معمولاً نیازی به الگوریتم کنترلی مستقل برای شیر انبساط وجود ندارد.

اما در سیستم مجهز به EEV، کنترلر باید با دریافت اطلاعات دمای لوله مکش (suction)و فشار مکش، مقدار سوپرهیت را محاسبه کرده و با استفاده از الگوریتم کنترلی مناسب، موقعیت شیر انبساط را تنظیم کند.

این فرآیند به ورودی های سنسور دما و فشار، الگوریتم کنترل سوپرهیت، خروجی مناسب برای راه‌اندازی شیر و در صورت نیاز، درایور اختصاصی EEV احتیاج دارد.

بنابراین، اگر چیلر مجهز به شیر انبساط الکترونیکی باشد، باید مشخص شود که کنترل EEV توسط کنترلر اصلی چیلر انجام می‌شود یا از یک کنترلر EVD مستقل استفاده خواهد شد. این موضوع یکی از عوامل مهم در تعیین معماری سیستم کنترل چیلر محسوب می شود.

سیستم کنترل فن‌های کندانسور و مدیریت فشار دهش:

کندانسور وظیفه دفع حرارت از مبرد و انتقال آن به محیط را بر عهده دارد. عملکرد صحیح این بخش، به خصوص در شرایط مختلف دمای محیط، تأثیر مستقیمی بر راندمان و پایداری عملکرد چیلر دارد. در چیلرهای هواخنک، کنترل فن های کندانسور یکی از وظایف مهم سیستم کنترل است.

کنترل فن کندانسور می‌تواند به روش های مختلفی انجام شود:

• روشن و خاموش کردن مرحله‌ای فن ها متناسب با فشار دهش یا همزمان با کمپرسور
• کنترل دور فن‌ها با استفاده از اینورتر
• کنترل فن های EC با فرمان آنالوگ یا ارتباط دیجیتال

هدف اصلی این فرآیند، مدیریت فشار دهش و حفظ شرایط مناسب عملکرد سیستم تبرید در محدوده کاری مجاز است. از طرف دیگر، در برخی از طراحی ها مدیریت ساب‌کول نیز اهمیت دارد. بنابراین، بسته به ساختار سیستم و تجهیزات اندازه‌گیری در نظر گرفته شده، ممکن است کنترلر به ورودی های دما و فشار اضافی و الگوریتم های کنترلی مرتبط نیاز داشته باشد.

در نتیجه، تعداد فن‌ها، نوع موتور، روش کنترل آن‌ها و نیاز به کنترل فشار دهش یا ساب‌کول، باید پیش از انتخاب کنترلر مشخص شوند.

ساختار مدار پایش جریان آب:

مدار آب نیز بخش مهمی از معماری چیلر است که نیازهای کنترلی مشخصی را به همراه دارد. برای مثال، کنترلر چیلر باید بتواند متناسب با طراحی دستگاه، فرمان راه‌اندازی پمپ را صادر کند، وضعیت فلو سوئیچ را بررسی کند و در صورت عدم تأیید جریان آب، از راه‌اندازی کمپرسورها جلوگیری کند. به همین منظور معمولا در ساختار گردش آب چیلر، از انواع سوییچ های جریان آب (flow switch) و یا ادوات پایش فشار آب (Water Pressure Switch) و همچنین سوییچ های دیفرانسیلی گردش آب (Water Differential Pressure Switch) استفاده می شود.

همچنین، کنترل دمای آب خروجی(Outlet) یکی از وظایف اصلی کنترلر چیلر است. این فرآیند باید با توجه به ظرفیت مورد نیاز، تعداد کمپرسورها و محدوده مجاز دمای آب انجام شود. از طرف دیگر، حفاظت آنتی‌فریز (Anti-Freeze Protection) برای جلوگیری از یخ‌زدگی آب داخل اواپراتور اهمیت دارد و باید در طراحی منطق حفاظتی کنترلر لحاظ شود.

بنابراین، ساختار مدار گردش آب و تجهیزات جانبی آن نیز باید در فرآیند انتخاب کنترلر چیلر مورد توجه قرار بگیرند.

چگونه معماری چیلر به انتخاب کنترلر منتهی می‌شود؟

تا اینجا با پارامترهای اصلی و تعیین کننده معماری چیلر آشنا شدیم. اما شناسایی این پارامترها به تنهایی برای انتخاب کنترلر چیلر کافی نیست. مرحله بعد، تبدیل ویژگی های معماری چیلر به نیازهای کنترلی و سپس تطبیق این نیازها با قابلیت های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری کنترلر چیلر است. به بیان ساده، باید مشخص کنیم که هر یک از اجزای چیلر به چه نوع فرمان، نظارت و حفاظتی نیاز دارند و کنترلر انتخابی تا چه اندازه قادر به تأمین این نیازهاست.

برای این منظور، می‌توان نیازهای کنترلی را در چند گروه اصلی دسته‌بندی کرد:

• مدیریت ظرفیت و توالی عملکرد کمپرسورها
• مدیریت و کنترل مستقل مدارهای تبرید
• کنترل شیرهای انبساط الکترونیکی
• کنترل فن‌های کندانسور
• کنترل مدار آب و حفاظت‌های مرتبط
• ارتباطات، مانیتورینگ و امکانات جانبی

مدیریت ظرفیت و توالی عملکرد کمپرسورها:

کنترلر چیلر باید متناسب با تعداد کمپرسورها و روش کنترل ظرفیت، قابلیت مدیریت مراحل روشن و خاموش شدن، اولویت بندی کمپرسورها و متعادل سازی ساعات کارکرد آن‌ها را داشته باشد. همچنین، رعایت زمان تأخیر بین استارت ها و توقف ها، محدودیت تعداد استارت در ساعت و جلوگیری از روشن و خاموش شدن مکرر کمپرسورها (Anti-Short Cycle) از الزامات مهم این بخش است.

مدیریت مستقل مدارهای تبرید:

تعداد مدارهای تبرید مشخص می کند که کنترلر به چند مجموعه ورودی، خروجی و منطق حفاظتی مستقل برای آنها نیاز دارد. برای هر مدار باید امکان دریافت اطلاعات سنسورها، بررسی وضعیت تجهیزات حفاظتی فراهم باشد.

کنترل شیرهای انبساط الکترونیکی:

در صورت استفاده از شیر انبساط الکترونیک (EEV)، کنترلر باید قابلیت محاسبه و کنترل سوپرهیت، تنظیم میزان باز یا بسته بودن شیر انبساط و حفاظت های مرتبط با شیر انبساط الکترونیک را داشته باشد. همچنین از نظر سخت‌افزاری، کنترلر باید با انوع شیرهای انبساط(Unipolar – Bipolar) سازگار باشد.

کنترل فن‌های کندانسور:

کنترلر باید متناسب با تعداد فن‌ها و روش کنترل آن‌ها، خروجی‌های لازم برای ارسال فرمان روشن و خاموش یا تنظیم دور فن‌ها را در اختیار داشته باشد. همچنین، در صورت نیاز، باید بتواند با دریافت اطلاعات فشار یا دمای دهش، عملکرد فن ها را به‌گونه‌ای مدیریت کند که شرایط کاری سیستم تبرید در محدوده مطلوب باقی بماند.

کنترل مدار آب و حفاظت‌های مرتبط:

مدیریت پمپ های گردش آب، مانیتورینگ دمای آب ورودی و خروجی، بررسی وضعیت جریان آب، حفاظت آنتی‌فریز و مدیریت سایر تجهیزات جانبی، از قابلیت هایی هستند که باید در کنترلر چیلر مد نظر وجود داشته باشند.

مانیتورینگ، ارتباط سریال و امکانات جانبی:

علاوه بر عملکردهای اصلی، باید نیازهای ارتباطی و نظارتی متناسب با دستگاه چیلر نیز مشخص شوند. برای مثال:

• نمایشگر به عنوان رابط کاربری یا پنل اپراتوری (HMI)
• ارتباط با سیستم مدیریت ساختمان (BMS)
• پشتیبانی از پروتکل های ارتباط سریال استاندارد مانند مدباس
• مانیتورینگ وضعیت سیستم و ثبت خطاها
• امکان تنظیم پارامترهای عملکردی
• امکان کنترل وضعیت دستگاه از راه دور

انواع راهکارهای کنترل چیلر و مینی چیلر و خدمات فنی آن در ایران:

در بازار تولید و خدمات فنی چیلر ایران، برای پیاده سازی سیستم کنترل چیلر می‌توان از برندهای مختلف و مرسوم بازار استفاده کرد. این کنترلرها از نظر سطح یکپارچگی، انعطاف پذیری، امکانات سخت‌افزاری، قابلیت توسعه و نیاز به برنامه نویسی، پشتیبانی، تامین، خدمات پس از فروش و صرفه اقتصادی با یکدیگر تفاوت دارند. مهم‌ترین گزینه‌ها عبارت‌اند از: