Artykuły branżowe - Automatyka budynków w oparciu o standardy przemysłowe -Znacząca redukcja zużycia energii
Automatyka Budynkowa

20 Wrzesień 2017 - Witamy

Artykuły branżowe
Artykuły
Katalog branżowy
Katalog
branżowy
Baza firm
Baza firm
Kalendarz
Kalendarz
Forum
Forum
Kontakt
Kontakt
Menu

TOP5 Produkty

TOP5 Firmy

Kalendarz wydarzeń
Wrzesień 2017

PnWtŚr CzPtSoNd
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930 


Artykuły » Automatyka budynków w oparciu o standardy przemysłowe -Znacząca redukcja zużycia energii

Automatyka budynków w oparciu o standardy przemysłowe

Znacząca redukcja zużycia energii

 

Dirk Vogel, Phoenix Contact Niemcy
Holger Kühl, Phoenix Contact Niemcy
Andrzej Górczak Phoenix Contact sp. z o.o.

Bieżąca sytuacja ekonomiczna zmusza wiele przedsiębiorstw do szukania nowatorskich rozwiązań automatyzacji w celu dalszej redukcji kosztów i czasu. Bardzo uważnie przy tym są analizowane dotychczasowe rozwiązania i, w zależności od wyników, są one uzupełniane lub zastępowane nowym podejściem. System automatyzacji Automationworx firmy Phoenix Contact, oparty na tradycyjnych standardach, może umożliwiać znaczęce oszczędności w tym obszarze.

System Automationworx obejmuje sterowniki PLC w różnych klasach wydajności oraz szeroki asortyment wejść cyfrowych i analogowych, standardowych i funkcyjnych modułów do komunikacji szeregowej RS232 i 485, CAN i Profibus, w budowie o stopniu ochrony IP20. W zależności od sygnału czujnika przechwytywana jest temperatura w pomieszczeniu lub na wlocie przy użyciu modułów temperaturowych lub analogowych o zakresach pomiaru 0-10 V, 0-20 mA lub 4-20 mA. Z systemem automatyzacji firmy Phoenix Contact można zintegrować, za pośrednictwem szeregowych modułów z portami szeregowymi, istniejące lub nowo dodane urządzenia peryferyjne, właściwe dla danego producenta. Za pomocą standardowych komponentów i modułów funkcyjnych z biblioteki Building Automation Controller Library (BACL — Biblioteka do sterowania automatyką budynków), można wdrożyć specjalne funkcje automatyki budynków dla ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji.

Poza tym system Automationworx wyróżnia się tym, że wszystkie sterowniki mają oprócz interfejsu Interbus przynajmniej jeden interfejs Ethernet. Oznacza to, że użytkownicy mogą włączać dodatkowe urządzenia za pośrednictwem protokołu TCP/IP i mieć dostęp do innych komponentów IT. Ponadto sterowniki programowalne mogą dokonywać wpisów bezpośrednio do bazy danych, co eliminuje potrzebę pośrednich środków programowo-sprzętowych. Baza danych stanowi potem podstawę dla systemów Scada lub techniki sterowania procesami. Biorąc pod uwagę to i dodatkowe zalety, hotel Maritim w Hanowerze zdecydował się zastosować rozwiązanie automatyzacji z firmy Phoenix Contact.


Zadanie

 


Rysunek 1: Hotel Maritim na lotnisku w Hanowerze (źródło: MARITIM Hotelgesellschaft).

Trzeba było zmodernizować system HVAC (heating ventilation and air conditioning — ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja) dla dużej sali konferencyjnej w hotelu Maritim na lotnisku w Hanowerze. Sala „Saal Maritim”, która może pomieścić do 1000 gości, wykorzystywana jest głównie na duże imprezy. Są dwa systemy wentylacji z klapami dla powietrza zewnętrznego i powietrza recyrkulującego oraz nagrzewnice i chłodnice. Przy obecnym sterowaniu można ręcznie sterować ilością powietrza, włączając lub wyłączając system wentylacji w krokach 1/3, 2/3 i 3/3. Wentylatory, wyposażone w służący do uruchamiania obwód gwiazda-trójkąt, zawsze pracują z pełną prędkością znamionową. Ilość powietrza zewnętrznego jest ręcznie dopasowywana do panujących warunków (rys.  1).

Celem modernizacji było zoptymalizowanie zużycia energii przez system wentylacji przy użyciu nowej techniki sterowania. Poza tym użytkownicy systemu mieli mieć możliwość obsługiwania systemu z dowolnego komputera w hotelu poprzez sieć. Końcowym wymogiem było, aby system można było obsługiwać zdalnie poprzez bezpieczny tunel VPN (Virtual Private Network — prywatna sieć wirtualna).


Możliwości zaoszczędzenia energii

Pobór mocy elektrycznej przez system wentylacji można było zredukować na kilka sposobów. Jedną opcją było sterowanie silnikami pomp i wentylatorów w zależności od rzeczywistego zapotrzebowania. Na ogół znaczną ilość energii można zaoszczędzić, sterując szybkością silników wentylatorów w taki sposób, aby w obiegu była tylko ilość powietrza, która jest aktualnie potrzebna. Dodatkową opcją jest sterowanie ilością powietrza z zewnątrz w zależności od potrzeb, co zmniejsza potrzebną ilość energii pierwotnej. Jednym ze sposobów rozwiązania jest określenie liczby osób w sali konferencyjnej, a następnie wpompowanie do pomieszczenia określonej ilości powietrza zewnętrznego na każdą osobę. Bardziej skuteczne rozwiązanie wymaga jednak określenia jakości powietrza w sali przy użyciu czujnika CO2, a następnie kontrolowanie jej na poziomie przyjemnym dla ludzi poprzez zmienianie ilości wpompowywanego świeżego powietrza.


Bezbateryjne czujniki radiowe określają temperaturę w sali

 
 Rysunek 2: Widok systemu sterowania procesami.
Aby system wentylacji działał optymalnie pod względem energetycznym, trzeba dopasować ilość powietrza dostarczanego do rzeczywistych potrzeb. Z reguły powietrze cyrkulujące spełnia dwa zadania: Po pierwsze służy do przenoszenia energii w celu utrzymania wymaganej temperatury w pomieszczeniu. Po drugie dostarcza potrzebną ilość świeżego powietrza. Z tej racji system wentylacji został rozbudowany o cztery przetwornice częstotliwości dla wentylatorów powietrza pobieranego i wyciąganego. Przetwornicami tymi steruje się za pośrednictwem protokołu Modbus RTU. Zadane prędkości wentylatorów i komunikaty o błędach przetwornicy są przesyłane za pośrednictwem złącza szeregowego. Po dodaniu czujnika jakości powietrza i czujnika przepływu powietrza w obiegu jest tylko potrzebna ilość powietrza (rys. 2).

 

 Rysunek 3: Zainstalowane czujniki temperatury w technologii Enocean gwarantują, że w obiegu będzie tylko rzeczywiście potrzebna ilość powietrza.

Ponieważ wystrój sali jest często zmieniany dla różnych imprez, wybór najlepszych lokalizacji dla czujników temperatury w pomieszczeniu okazał się dość trudny, z powodu możliwości częstych zmian dekoracji przykrywających czujniki. W uzgodnieniu z firmą obsługującą został wybrany czujnik temperatury w technologii Enocean  — bezprzewodowy i bezbateryjny. Antena odbiorcza została zamontowana na suficie w niewidzialny z dołu sposób — umożliwiło to, przy minimalnym wysiłku, umieszczenie czujników temperatury w sali także w innych miejscach (rys. 3).


Elastyczny ministerownik dostosowuje się sam do szczególnych wymagań

Stary system sterowania w obudowie 19" został usunięty z centralnej wentylatorni. Jego miejsce zajął modułowy ministerownik ILC 155 ETH firmy Phoenix Contact oraz panel dotykowy do sterowania przez lokalnego operatora. Sterownik ILC 155 ETH można elastycznie dostosowywać do istniejących wymagań, ponieważ w prosty sposób można do niego dostawiać obok siebie moduły wejść/wyjść z systemu Inline. Dzięki temu wszystkie sygnały z poprzedniej instalacji można było nadal wykorzystywać (rys. 4).

 
 Rysunek 4: Ministerownik ILC 155 ETH obsługuje wszystkie stosowne standardy IT.
W połączeniu z biblioteką funkcji dla automatyki budynków BACL uniwersalny ministerownik został przekształcony w wysokowydajny sterownik DDC (Direct Digital Control — bezpośrednie sterowanie cyfrowe). Biblioteka zawiera wszystkie algorytmy sterowania potrzebne do optymalizacji działania systemu wentylacji pod względem energetycznym. Przy użyciu oprogramowania dla automatyzacji PC Worx poszczególne moduły funkcyjne dołącza się przez przeciągnięcie i upuszczenie (drag and drop), tworząc program dla właściwego zastosowania. Do objaśnienia poszczególnych funkcji użytkownicy mają do dyspozycji zintegrowaną pomoc online w języku HTML.


Panel dotykowy i technologia sieci WWW umożliwiają operatorowi sterowanie z dowolnego miejsca

 

 Rysunek 5: System automatyzacji jest dostępny zdalnie za pośrednictwem urządzenia zabezpieczającego FL MGuard, które może pracować w sieci VPN.

Całym systemem steruje się lokalnie z panelu dotykowego. Każdy napęd można obsługiwać ręcznie niezależnie od programu automatycznego. Daje to użytkownikom maksymalny stopień elastyczności w przypadku błędów w podsystemach. Ponadto system wentylacji można obsługiwać w trybie półautomatycznym niezależnie od programu czasowego systemu sterowania procesami. Normalnie warunki klimatyczne w sali konferencyjnej reguluje jednak program czasowy. Można go w sposób elastyczny konfigurować przy użyciu opartego na sieci WWW systemu automatyzacji. Na przykład sekwencje takie jak "heating up mode" (tryb nagrzewania), "normal mode" (tryb normalny) lub "cleaning mode" (tryb czyszczenia) można dowolnie definiować, a następnie ponownie wywoływać je w odpowiedniej kolejności w programie czasowym. Ponieważ służy do tego system oparty na sieci WWW, system wentylacji można obsługiwać z dowolnego komputera podłączonego do sieci hotelowej. Rozumie się, że wizualizacja obejmuje funkcję zarządzania użytkownikami, dzięki czemu tylko osoby upoważnione mają dostęp do systemu wentylacji.

System automatyzacji jest dostępny zdalnie za pośrednictwem urządzenia zabezpieczającego FL MGuard, które może pracować w sieci VPN. Komponenty bezpieczeństwa, dostępne do instalacji w szafie sterowniczej albo jako moduł dla środowiska biurowego, szyfrują wszystkie dane zgodnie ze standardem IPsec. Umożliwia to bezpieczną obsługę i konserwację systemu wentylacji poprzez internet (rys. 5).


Podsumowanie

Po udanej instalacji i rozruchu decydenci z hotelu Maritim potwierdzili, że system automatyzacji Automationworx stanowił właściwy wybór. Zastosowane standardy ułatwiają wdrażanie indywidualnych rozwiązań, bazujących na wstępnie skonfigurowanych modułach funkcyjnych, i skracają jego czas. Wymiana danych może następować poprzez sieć Ethernet we wszystkich obszarach funkcjonalnych. Biorąc pod uwagę te możliwości, system Profinet, oparty na pracującym w czasie rzeczywistym protokole Ethernet, jest bez wątpienia opłacalnym, alternatywnym środkiem komunikacji dla sektora automatyki budynków. Na przykład informacje zawarte w protokole Profinet ułatwiają rozbudowaną diagnostykę. Oprócz tego Profinet można łatwo łączyć z siecią biurową, dzięki czemu administracja i automatyka wykorzystują to samo medium, a dane są przesyłane odrębnie za pomocą różnych protokołów.

 Moduły funkcyjne upraszczają automatykę budynków

Na ogół, aby wdrożyć określone wymagania automatyki budynków przy użyciu systemu automatyki przemysłowej, konieczne są specjalne funkcje. Z tego powodu biblioteka Building Automation Controller Library (BACL — Biblioteka do sterowania automatyką budynków) firmy Phoenix Contact zawiera moduły funkcyjne dla rozwiązań standardowych. Na przykład moduł funkcyjny „BACL_Damper_xxx” jest dołączany do programu użytkownika, jeśli trzeba sterować nawilżaczami. Wszystkie znajdujące się w bibliotece moduły można dołączać w sposób elastyczny w celu umożliwienia połączenia różnych funkcji, jak np. „light control” (sterowanie oświetleniem) i  „HVAC”, bez angażowania wysokich kosztów programowania.

Biblioteka BACL obsługuje również synchronizację czasu za pomocą dodatkowych elementów sterujących lub komputera z kontrolą oświetlenia przy użyciu technologii Enocean lub Dali. Standardy budowlane, takie jak EIB/KNX, można włączyć do systemu automatyzacji poprzez interfejs Ethernet, który jest dostępny na wszystkich sterownikach. Ponadto dostępne są moduły funkcyjne, ułatwiające włączenie zbierania danych dotyczących energii do głównego systemu sterowania budynku.

 

-------------------------------------------------------------------------
KONTAKT
Phoenix Contact sp z o.o.
Długołęka ul Wrocławska 33d
55-095 Mirków

e-mail: artykul@phoenixcontact.pl
www.phoenixcontact.pl/technika-automatyzacji
Product Manager - Andrzej Górczak
--------------------------------------------------------------------------

Skomentuj, zaopiniuj, skontaktuj się z nami!
Podziel sie z nami Twoją opinią! Dla 5 pierwszych aktywnych osób atrakcyjne nagrody!!!!
artykul@phoenixcontact.pl

 

 


Dodano: 2.06.2011

SKLEP INTERNETOWY


Nowości w katalogu



PARTNERZY SERWISU