Система автоматического мониторинга с удаленным доступом для холодильных и компрессорных систем Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012

УДК 621.519 А. Н. ФОТ

В. С. ЕВДОКИМОВ И. П. АИСТОВ В. Д. ГАЛДИН В. Н. КОСТЮКОВ

Омский государственный технический университет Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск НПЦ «Динамика»

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ ДЛЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ И КОМПРЕССОРНЫХ СИСТЕМ_______________________

Холодильное и компрессорное оборудование, несмотря на высокий уровень надежности современных систем, не может работать безотказно неограниченно долгое время. Рано или поздно в его работе происходят сбои. В настоящее время все более широкое применение в холодильной технике получают системы мониторинга и управления работой оборудования с помощью ЭВМ. Ключевые слова: каскадная холодильная установка, система мониторинга, датчик температуры, тензопреобразователь.

Под мониторингом подразумевается автоматическая регистрация и визуальное отображение измеряемых температур и системных значений, характерных для холодильных систем. Это понятие также охватывает автоматическую регистрацию системных событий.

Использование системы мониторинга позволяет получать сигналы с большой оперативностью. Комплексный автоматический мониторинг всей холодильной установки помогает производить анализ, оптимизацию работы, находить неисправности и устранять их до выхода узлов и агрегатов из строя, тем самым увеличивая срок службы основного оборудования.

При проведении лабораторных испытаний необходимо получать точные данные о температуре, влажности, давлении и других параметров в отдельных узлах, а также фиксирование их изменений в зависимости от режима работы.

Применение аналоговых термометров и манометров не всегда возможно из-за сложности их установки в конструкции, а визуальное наблюдение за изменением параметров является неточным. Например, снятие показаний, при динамичном их изменении, с нескольких термометров и манометров одновременно одним оператором является затруднительным.

Целью данной работы ставилось совершенствование системы мониторинга холодильной установки. Лабораторная установка представляет собой каскадную холодильную компрессионную машину (рис. 1а, б), которая состоит из двух одноступенчатых машин, называемых нижней и верхней ветвью каскада [1]. В нижней ветви каскада используется рабочее вещество высокого давления, которая, получая теплоту в

испарителе (И) от источника низкой температуры, кипит (процесс 3н-4н), пар сжимается в компрессоре (К1), марки А2Ф1,1 (процесс 4н-1н), охлаждается и конденсируется в конденсаторе-испарителе (КДИ) (процесс 1н-2н), а затем дросселируется дроссельным вентилем (ТРВ) (процесс 2н-3н). Теплота конденсации рабочего вещества нижней ветви каскада отбирается рабочим веществом холодильной машины верхней ветви каскада — это рабочее вещество среднего давления, которое кипит в конденсаторе-испарителе. Пар рабочего вещества верхней ветви каскада сжимается компрессором (К2), марки А2Ф3,0 (процесс 2в-3в), затем рабочее вещество верхней ветви каскада направляется в конденсатор (КД) (процесс 3в-5в), дросселируется в дроссельном вентиле (ТРВ) (процесс 5в-6в) и поступает в конденсатор-испаритель. Таким образом, рабочее вещество в машине нижней ветви каскада совершает цикл 4н-1н-2н-3н, а в машине верхней ветви каскада — цикл 2в-3в-4в-5в-6в-1в, и эти машины объединяются конденсатором-испарителем [2].

Для обеспечения мониторинга данной установки нами была разработана принципиальная схема работы системы наблюдения, показанная на рис. 2.

На рис. 3 представлена схема расположения датчиков температуры. В табл. 1 указаны места их установки.

Устройство, схема которого представлена на рис. 4, была разработана для периодического контроля температуры с использованием термопар, передачи телеметрической информации в компьютер и команд управления на холодильную установку. Внешний вид платы и каскадной холодильной машины представлен на рис. 5.

Рис. 16. Цикл каскадной холодильной машины

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012

Рис. 2. Общая схема системы мониторинга каскадной холодильной установки

Таблица 1

Места установки датчиков

№ Параметр Место установки

1 Температура ТЕ(1) Всасывание компрессора верхнего каскада (К1)

2 Температура ТЕ (2) Нагнетание компрессора верхнего каскада (К1)

3 Температура ТЕ(3) Перед ТРВ верхнего каскада

4 Температура ТЕ (4) Всасывание компрессора нижнего каскада (К2)

5 Температура ТЕ (5) Нагнетание компрессора нижнего каскада (К2)

6 Температура ТЕ (6) Перед конденсатором — испарителем нижнего каскада

7 Температура ТЕ (7) Перед ТРВ нижнего каскада

8 Температура ТЕ (8) Морозильная камера

9 Температура ТЕ (9) Окружающая среда

а в. м.

Рис. 3. Схема расположения датчиков температуры — датчик температуры

ЛН и

■ ■ Ь ъ

?Г:( 01-5 В

I Э

5~ч 5

т< * Г< Е

Т< ^

*

"гГ\

т<

I 1ч1

{Ц-П

Й П. | В - » * 4 + Е ■ЦЛ □ £ гать

зт □

1 &й"а

СрчТоТ0 Пу ИТ11 |Кп ИЗТ13

ц и ^

Е 5*3^

^ссо-1 ^ СП

г* *д д ■^Эа[ Э л~к-ггп-*я г I" I ^'-лТ п £ шп'п

1ГС5а мва Э 51? □

е? 5Ш 6

е* г:ь ей N111 5 |Л £ 5Ш Ю

^ VI и- Э

й ш ^ ь М1Ш НИ 1П0И ^ . С13 □НО ^ ИЛ ЭЯ * I- ^ 5 5ИТа

^ Ф.а Еи ^ 153 ^

■сС фи Р1!-* 51- Е 5^ Ъ

£ (.Л^ъ

сГ д^с 31 и иЗ ^

сПЙ 5

’Ш'а

Т

."По э

сГЁО ^

еГ д

□N0 ■и

^Г|

иге

ПИТО Й м

Ё?

ЗСИ 1

ч~г~п-

=рП

Л0 ЛЕТ V V ль '□

11-п □ и Ни I

■г^г~|і

■ ЛЭ т лги

ИіП аян£

Л0 лги

ГнП ешьі

сґ /а 0

а *з Ук

□

,чд От

ЛЬ ' л-

ИИ ат

£.1

■31

5П 51

N

о ЕІ

№ а

і И

01

Э чя 1а

ь Ст п 1і *а В1

01- ^ "в * а к

и- ■37 'П ЬАЯ 1

V ля п

Е

'ГГ

'ВТ

иг

ЕГ

ЪГ

[ег

/За 35£Л

ЕЗа и5&А

53а

Юй □ал

£3а

сМА

иза

Ша НП

дуа

/аа

эаа НУа

^аа ЕУа

■ ЬБа йУ.у

ъ

ЇВй иУ.у

ЕВа № гЭ ЯУ.У

иаа 13

■Ева и350

"2 Ъ'та'п "д РтаЪ

к

Ё гГ'а

~7,

6 350^

г®

02П

А5

іить

ю

350

Рис. 4. Принципиальная схема устройства

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012

Рис. 5. Внешний вид каскадной холодильной установки с системой автоматического мониторинга (вверху);

внешний вид устройства (внизу)

Управляющий

Ж

Рис. б. Блок-схема устройства

В схеме применяется программируемый 8-битный высокопроизводительный микроконтроллер PIC 18F252. В ней реализована возможность усиления сигнала, приходящего с термопары в 256 раз, что значительно повышает точность измерения. Подключение к компьютеру происходит через COM-порт (RS-232 интерфейс).

Принцип действия устройства упрощенно изображен в виде блок-схемы на рис. 6.

Для снятия показаний с датчиков и управления нагрузкой была написана компьютерная программа на языке программирования DELPHI. Упрощенный алгоритм программы выполнения измерения температуры представлена на рис. 7, интерфейс программы, представленный на рис. 8, позволяет производить замер температуры с минимальным интервалом 0,1 секунды, который отображается как в виде данных, так

Рис. 7. Упрощенный алгоритм

и в виде графика. Программа способна управлять задатчиком температуры, вентилятором, а также включать и выключать установку по команде или по заданным параметрам.

Полученные данные о давлении и температуре (рис. 1) на всасывании и нагнетании компрессоров

І4Р*БЧС ^ічкї СгіМІЛ н»~ч ІОИН

Рис. 8. Интерфейс программы выполнения измерения температуры

программа сравнивает с установленными предельными значениями. Компрессор выключается при достижении предельно низкого давления всасывания. При достижении предельно низкой температуры на всасывании и предельно высоких температуры и давления на нагнетании выключает компрессор и выдает сообщение об аварийной остановке соответствующего компрессора. Если давление в системе холодильной установки ниже давления насыщения хладагента, программа блокирует запуск установки и выдаст сообщение об утечке и необходимости ремонта и дозаправки системы. Для датчика температуры в камере

заморозки устанавливается температура воздуха и дифференциал этой температуры. При достижении указанной температуры в камере холодильная установка выключается. Включение происходит при повышении температуры на величину указанного дифференциала. Так же программируется время запуска и остановки холодильной машины; расписание поддержания необходимой температуры в камере по недельному или иному графику, что позволяет программировать лабораторные исследования.

В качестве датчика давления используется первичный тензопреобразователь давления. Система

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (110) 2012

мониторинга и управления позволяет контролировать давление всасывания и нагнетания на нижнем и верхнем каскаде установки.

Для ведения наблюдения на расстоянии обеспечивается радиодоступ с помощью приемопередатчиков, обеспечивающий устойчивый сигнал с компьютером на расстоянии до 150 метров. Для обеспечения доступа на более длинные расстояния может быть использована любая сеть, включая сети Wi-Fi, Wi-Max, в нашем случае используется передача данных по средствам Интернет, через удаленный доступ к компьютеру, на котором ведется мониторинг. Это обеспечивает наблюдение и управление установкой на больших расстояниях, что значительно повышает комфортабельность работы.

Схема устройства управления позволяет производить мониторинг с высокой точностью. Система автоматического мониторинга позволяет оптимизировать работу компрессоров и всей холодильной установки в целом, снижая расход энергоресурсов. Мониторинг и работа машины может происходить в полностью автономном режиме по заданным параметрам, не требуя ручного управления, контролировать изменение температуры в течение суток, дней, месяцев и т.д. Система удаленного доступа открывает новые возможности при проведении лабораторных работ, а также при обмене данными о работе установки с другими институтами.

Библиографический список

1. Быков, А. В. Холодильная техника. Холодильные компрессора : справочник / А. В. Быков. — М. : Легкая и пищевая промышленность, 1981 — 280 с.

2. Бекнева, Е. В. Низкотемпературные каскадные фреоновые холодильные машины / Е. В. Бекнева. — М. : Холодильная техника, 1962. — 400 с.

ФОТ Андрей Николаевич, старший преподаватель кафедры «Компрессорные и холодильные машины и установки» ОмГТУ.

ЕВДОКИМОВ Владимир Сергеевич, магистрант РТТ-610, ассистент кафедры «Компрессорные и холодильные машины и установки» ОмГТУ.

АИСТОВ Игорь Петрович, доктор технических наук, профессор кафедры «Промышленная экология и безопасность» ОмГТУ.

ГАЛДИН Владимир Дмитриевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Городское строительство и коммунальное хозяйство» Сибирской автомобильнодорожной академии, г. Омск.

КОСТЮКОВ Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор, генеральный директор НПЦ «Динамика».

Адрес для переписки: fr17z@list.ru

Статья поступила в редакцию 13.02.2012 г.

©А. Н. Фот, В. С. Евдокимов, И. П. Аистов, В. Д. Галдин, В. Н. Костюков

Информация

VII Летняя школа «Достижения и приложения современной информатики, математики и физики»

3—16 августа 2012 года, Украина, Киев, НТУУ «КПИ»

Организаторы:

— научное общество студентов и аспирантов НТУУ «КПИ» (http://ssa.org.ua);

— национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» (http://kpi.ua). Участники: образованная социально-активная молодежь, которая стремится к саморазвитию, интересуется наукой и планирует в будущем реализоваться в области научно-исследовательской работы.

Учебная программа AACIMP-2011 предусматривает лекции, семинары, практические занятия и дискуссии в рамках четырех направлений («стримов»):

— современное исследование операций (финансовая математика, анализ данных, моделирование и другие);

— разработка программного обеспечения для мобильных устройств (участники стрима, работая в командах, в течение двух недель будут разрабатывать кроссплатформенное игровое приложение для мобильных устройств, работающих как под Android, так и под iOS);

— нейронауки (биологически достоверное моделирование нейронов и нейронных сетей, элементы теории многонейронных систем, модели синаптической передачи, модели нейронных популяций и зрительной коры и другие);

— энергетика будущего (ядерная энергетика, солнечная энергетика, ветряная энергетика, биоэнергетика, водородная энергетика, влияние разных технологий и видов топлива на окружающую среду, экономические характеристики различных видов энергии).

Преподавателями Летней школы являются признанные ученые из известных университетов Бельгии, Германии, Литвы, Польши, России, США, Турции, Украины, Франции, Швеции, а также ведущие специалисты крупнейших мировых компаний.Такой преподавательский состав позволяет участникам не только углубить собственные научные знания, но и ознакомиться с традициями разных научных школ, приобщиться к дискуссии по решению важнейших проблем современных науки и технологий.

Кроме образовательной, участников Летней школы ожидает насыщенная культурная программа: дебаты, киноклуб, экскурсии по самым красивым и таинственным местам Киева, кинопоказы.

Для участия необходимо заполнить регистрационную форму на сайте AACIMP -2012. Решение о возможности Вашего участия в Летней школе принимает Программный комитет в течение месяца со дня регистрации. Срок регистрации — до 1 июня.

Все детали регистрации, правила участия и оплаты, информацию о курсах Вы можете найти на сайте Летней школы AACIMP-2012.

Источник: http://www.rsci.ru/conference/231838.php (дата обращения: 12.04.2012).