КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНЫМ АГРЕГАТОМ Российский патент 2024 года по МПК F24F11/30 F25B49/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области управления холодильными агрегатами, в частности к электронным системам управления холодильными промышленными кондиционерами. Контроллер для управления холодильным агрегатом имеет возможность работать в автономном режиме как одно устройство в соответствии с заданными параметрами, так и как несколько устройств соединенных между собой по сети передачи данных.

Уровень техники

Известен контроллер для системы кондиционирования оборудования (см. патент РФ № 2305858 по кл. МПК G05B 19/04, опубл. 19.09.2007), содержащий устройство для подключения к сети передачи данных; память, содержащую список устройств, входящих во множество охлаждаемых устройств, имеющих встроенный датчик температуры критически важных частей и устройство для передачи по упомянутой сети передачи данных информации о температуре, при этом упомянутый список содержит по крайней мере значение или показатель критической температуры и адрес в сети передачи данных по каждому устройству; устройство для занесения в упомянутую память контроллера соответствующих показателей или значений критической температуры и адреса в сети передачи данных по каждому устройству из упомянутого списка; устройство для получения информации о температурах упомянутого множества охлаждаемых устройств снятой с упомянутого датчика температуры по упомянутой сети передачи данных, используя упомянутый адрес в сети передачи данных и упомянутое устройство для передачи информации о температуре; устройство для подключения к устройству управления кондиционером, который предназначен для уменьшения температуры упомянутого множества охлаждаемых устройств, подключаемых к той же сети передачи данных, что и контроллер. Контроллер сравнивает полученную информацию о температурах упомянутого множества охлаждаемых устройств и упомянутые показатели или значения критической температуры охлаждаемых устройств и на основании результата сравнения управляет кондиционером. Контроллер считывает информацию о температуре с упомянутого множества охлаждаемых устройств с помощью протокола SNMP (Simple Network Management Protocol). Контроллер имеет встроенный графический интерфейс для внесения информации об упомянутом множестве охлаждаемых устройств с помощью Интернет-браузера.

Однако контроллер осуществляет управление только температурой и не позволяет осуществлять контроль параметров холодильного агрегата, а именно давления фреона по высокому и низкому уровню, аварийной ситуации, а также не позволяет осуществлять возможности управления компрессором и вентилятором испарителя холодильного агрегата.

Известна система автоматического управления и регулирования холодильной установки (см. патент РФ № 2027960 по кл. МПК F25B 49/00, опубл. 27.01.1995), содержащая соленоидные вентили на линиях охлаждающей воды и фреона, датчик-реле температуры холодоносителя, датчики-реле защиты агрегатов установки, магнитные пускатели и электродвигатели насоса и компрессора, элементы сигнализации. С целью повышения надежности система снабжена бесконтактным логическим устройством, включающим управляющий триггер, блок автоматики безопасности, блок автоматического управления и микроэлектронный регулятор температуры, и постом управления, причем блок автоматического управления на входе подключен к блоку автоматики безопасности и микроэлектронному регулятору температуры, а на выходе - к магнитным пускателям электродвигателей и соленоидным вентилям, управляющий триггер на входе соединен с постом управления, а на выходе - с блоком автоматического управления. С целью снижения пусковых токов при запуске холодильной установки, бесконтактное логическое устройство снабжено таймером, вход которого подключен к посту управления, а выход - к блоку автоматического управления.

Однако контроллер осуществляет управление ограниченным спектром параметров холодильного агрегата.

Известен блок электронного управления режимами работы компрессора, вентилятора конденсатора и вентилятора испарителя холодильного агрегата (см. патент на полезную модель № 169552 по кл. МПК F25D 19/00, опубл. 22.03.2017). Он выполнен на основе электронного микропроцессора с двумя управляемыми датчиками температуры и дисплеем с кнопками быстрого программирования. Датчик испарителя позволяет программировать управление вентиляторами испарителя и циклом оттайки испарителя.

Однако, блок электронного управления не позволяет осуществлять контроль давления фреона по высокому и низкому уровню, а также аварийной ситуации. Контроллер осуществляет управление ограниченным спектром параметров холодильного агрегата.

Наиболее близким к заявляемому является контроллер с ИК-портом для управления кондиционером по сети передачи данных (см. патент РФ № 2296274 по кл. МПК F24F 11/00, опубл. 27.03.2007), имеющий устройство для подключения к сети передачи данных, память для хранения информации, устройство для занесения в упомянутую память контроллера значения температуры, по крайней мере, один датчик температуры. Контроллер имеет устройство, эмулирующее работу инфракрасного пульта дистанционного управления кондиционера на основе заданного через упомянутое устройство для подключения к сети передачи данных и записанного в упомянутой памяти контроллера значения температуры, а также показания упомянутого датчика температуры контроллера, упомянутый контроллер посредством упомянутого устройства, эмулирующего работу инфракрасного пульта дистанционного управления кондиционера, формирует инфракрасные сигналы управления кондиционером.

Однако, контроллер осуществляет управление ограниченным спектром параметров холодильного агрегата и не позволяет осуществлять контроль давления фреона по высокому и низкому уровню, аварийной ситуации, а также не позволяет осуществлять возможности управления компрессором, вентилятором испарителя холодильного агрегата.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой заявляемого изобретения является создание более совершенной конструкции контроллера управления холодильным агрегатом (промышленным кондиционером), позволяющей в автоматическом режиме осуществлять управление широким спектром параметров

Техническим результатом является расширение возможностей управления компрессором, вентилятором испарителя и ТЭНом обогрева картера и шкафа, на котором установлен холодильный агрегат, а также осуществление возможности контроля давления фреона по высокому и низкому уровню и контроля аварийных ситуаций.

Для достижения технического результата контроллер для управления холодильным агрегатом, содержащий устройство для подключения к сети передачи данных, память для хранения информации, устройство для занесения в память контроллера значений температуры, датчики температуры, согласно изобретению, дополнительно содержит датчики давления фреона по высокому и низкому уровню, реле управления ТЭНом обогрева картера, ТЭНом обогрева шкафа, реле управления компрессором, реле управления вентилятором испарителя, датчик открытия двери, транзисторную сборку, соединенную с одной стороны с устройством для занесения в память, выполненным на базе микроконтроллера, а с другой - с датчиками давления фреона высокого и низкого уровня, реле управления ТЭНом обогрева картера, ТЭНом обогрева шкафа, реле управления компрессором, реле управления вентилятором, датчиком двери, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью занесения в память и сравнения с заданными параметрами давления фреона по высокому и низкому уровням, проверки сигналов с аварийных датчиков, осуществления управления компрессором, вентилятором испарителя, ТЭНом обогрева картера, ТЭНом обогрева шкафа, датчиком двери, причем один из датчиков температуры представляет собой датчик температуры внутреннего контура холодильного агрегата, а другой - датчик температуры внешнего контура холодильного агрегата.

Описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 представлена блок-схема контроллера,

- на фиг. 2 - схема подключения контроллера к серверу.

На чертежах позициями обозначено:

1 - микроконтроллер,

2 - датчик температуры внутреннего контура холодильного агрегата,

3 - датчик температуры внешнего контура холодильного агрегата,

4 - транзисторная сборка,

5 - датчик давления фреона низкого уровня,

6 - датчик открытия двери,

7 - панель управления,

8 - реле управления компрессором,

9 - реле управления ТЭНом обогрева картера компрессора,

10 - реле управления ТЭНом обогрева шкафа,

11 - реле аварии,

12 - реле управления вентилятором испарителя,

13 - датчик давления фреона высокого уровня,

14 - основная плата контроллера,

15 - контроллер в сборе (основная плата и панель управления),

16 - холодильный агрегат,

17 - сервер,

18 - персональный компьютер.

Контроллер содержит (см. фиг. 1) расположенные на плате 14 микроконтроллер 1, датчик температуры внутреннего контура 2 холодильного агрегата, датчик температуры внешнего контура 3 холодильного агрегата, транзисторную сборку 4, датчик давления фреона низкого уровня 5, датчик давления фреона высокого уровня 13, датчик открытия двери 6, панель управления 7, реле управления компрессора 8, реле управления ТЭНом обогрева картера компрессора 9, реле управления ТЭНом обогрева шкафа 10, реле аварии 11, реле управления вентилятором испарителя 12. Микроконтроллер 1 соединен с датчиками температуры 2 и 3, транзисторной сборкой 4 и панелью управления 7. Транзисторная сборка 4 подключена к датчику давления фреона низкого уровня 5, датчику давления фреона высокого уровня 13, реле управления компрессора 8, реле управления ТЭНом обогрева картера 9, реле управления ТЭНом обогрева шкафа 10, реле аварии 11, реле управления вентилятором испарителя 12.

Датчики температуры внутреннего контура 2 и внешнего контура 3 передают данные по однопроводной шине с помощью протокола One-Wire Protocol. Он имеет большой перечень параметров для гибкой настройки контроллера под требования пользователя.

Контроллер устанавливается внутри холодильного агрегата и может быть подключен к серверу (см. фиг. 2) с помощью интерфейса Ethernet/RS-485, он может работать автономно в соответствии с параметрами, заданными с панели управления.

Панель управления 7 расположена на лицевой панели холодильного агрегата и состоит из дисплея индикаторов состояния и кнопок управления.

С помощью панели управления 7 в микроконтроллер 1 вводят следующие параметры:

1. Наличие датчиков высокого/ низкого давления фреона

2. Тип контактов датчиков давления фреона NC/NO,

3. Задается требуемая температура внутреннего контура,

4. Дифференциал требуемой температуры внутреннего контура,

5. Наличие ТЭНа обогрева картера,

6. Наличие внешнего обогревателя шкафа,

7. Наличие датчика двери,

8. Тип датчика двери NC/NO,

9. Адрес устройства в сети,

10. Температура включения ТЭНа обогрева картера компрессора, обогрева шкафа.

Контроллер имеет 3 варианта исполнения, серии L, M, F.

Контроллер имеет следующую структуру обозначения:

- 1 - NSAE - контроллер управления, 2 блока,

- 2 - серия: L, M, F.

Серия L базовая и в ней реализован функционал управления компрессором, вентилятором испарителя, контроль давления фреона по высокому и низкому уровню, управление ТЭНом обогрева картера, а также возможности контроля аварийных ситуаций.

Серия M имеет возможность питания как от однофазной сети общего пользования 220-240 В, 50 Гц, так и от трехфазной сети 380-410 В, 50 Гц. Управление компрессором осуществляется с помощью симисторов вместо силового реле. Отслеживается пропадание фаз при трехфазном питании, добавлена возможность подключением и управлением внешнего обогревателя для оборудования, размещенного в шкафу.

Серия F имеет возможность подключения нескольких холодильных агрегатов 16 к одной сети (Фиг. 2), с последующим управлением и мониторингом на ПК диспетчера 18. Для подключения может быть использован интерфейс RS-485 или Ethernet. При соединении в одну сеть требуется установка сервера 17 для сбора информации и передачи его на ПК диспетчера. Также возможно изменение параметров дистанционно с ПК диспетчера.

Осуществление изобретения

Контроллер работает следующим образом.

Микроконтроллер 1 отслеживает температуру внутреннего контура путем считывания данных с датчика температуры внутреннего контура 2 и при достижении температуры внутреннего контура, равной значению суммы дифференциала внутреннего контура и заданной температуры производит запуск компрессора путем подачи положительного сигнала на транзисторную сборку 4, а та в свою очередь активирует силовое реле управления компрессора 8. Отключение компрессора 8 производится, когда температура внутреннего контура становится равной заданной температуре внутреннего контура.

Микроконтроллер 1 отслеживает температуру внешнего контура путем считывания данных с датчика температуры внешнего контура 3 и при достижении значении температуры ниже заданной температуры включает ТЭН обогрева картера компрессора путем подачи положительного сигнала на транзисторную сборку 4, а та в свою очередь активирует силовое реле управления ТЭНом обогрева картера 9 и ТЭНом обогрева шкафа 10. При достижении температуры внешнего контура больше заданного параметра происходит выключение.

При поступлении положительного/отрицательного сигнала (в зависимости от типа контактов датчика NC/NO) с датчика высокого 13 или низкого давления фреона 5 приходит положительный/ отрицательный сигнал на транзисторную сборку 4, с которой, в свою очередь, приходит сигнал на вход микроконтроллера 1, сигнализирующий об аварийном давлении (у каждого датчика свой отдельный вход в микроконтроллер). Контроллер зажигает сигнализатор аварии и издает 5 звуковых сигналов с интервалом 0,5 с. Выключает компрессор, снимает управляющий сигнал через транзисторную сборку 4 на управляющие контакты реле аварии 11 и заносит код ошибки в память.

При поступлении положительного/отрицательного с сигнала (в зависимости от типа контактов датчика NC/NO) с датчика двери 6 происходит снятие управляющего сигнала с силового реле управления компрессора 8, моргает индикатор аварии, снимается управляющий сигнал с реле управления вентилятора 12 внутреннего контура. Контроллер переходит в режим ожидания.

При подключении к сети по интерфейсу Ethernet/RS-485 используются специальные модули, подключаемые к основной плате котроллера для передачи/приема данных контроллером.

Контроллер передает данные (температур внутреннего/внешнего контура, аварии и т.п.) на сервер 17. Диспетчер на персональном компьютере (ПК) 18 подключается к серверу 17 и осуществляет просмотр полученных данных в специальном программном обеспечении, установленном на ПК.

Через сеть также возможно изменение параметров, введенных в контроллер с панели управления.

Пример конкретного выполнения

Контроллер управления холодильным агрегатом (промышленным кондиционером) осуществляет работу в автоматическом режиме в соответствии с заданными пользователем параметрами (Таблица 1). В процессе работы контролирует температурный режим путем считывания с датчиков температуры данных и сверяет их с установленными параметрами, проверяет сигналы с аварийных датчиков давления фреона по высокому и низкому уровню, осуществляет управление компрессором, вентилятором испарителя, нагревательным ТЭНом картера компрессора. Выводит в режиме реального времени текущую температуру на дисплей. При возникновении аварийного сигнала выводит сообщение об аварии, код ошибки (Таблица 2), переключает реле аварии (сухой контакт).

Таблица 1

Уровень Параметр Описание Примечание Уровень 0 T1 Отображение температуры в шкафу T2 Отображение температуры на улице TST Тест индикатора, системы Отображаются все сегменты индикатора, запуск компрессора, ТЭНа ALR Просмотр текущих ошибок Отобразятся текущие ошибки при отсутствии ошибок выводится надпись "not VER Вывод текущей версии SET Переход на уровень 1 в меню установок пользователя HSE Отображение установленного верхнего аварийного предела LSE Отображение установленного нижнего аварийного предела ST Отображение установленной уставки DIF Отображение установленного дифференциала C0 Отображение установленной задержки включения компрессора после подачи питания C1 Отображение установленной задержки повторного включения компрессора C2 Отображение установленной задержки включения компрессора после закрытия двери Уровень меню Параметр Описание Примечание Уровень 1 OC Тэн обогрева картера компрессора ON- есть OFF-нет PST Ввод пароля для перехода в меню инсталлятора (уровень 2) 0-99 D0 Датчик двери ON- есть OFF-нет / тип контакта датчика NC- нормально замкнутый NO- нормально разомкнутый H1 Тип контактов реле аварии в состоянии без аварии NC- нормально замкнутый NO- нормально разомкнуты RES Сброс в заводские настройки LD Загрузка последних сохраненных параметров ST Значение температуры уставки для включения компрессора 0-99 DIF Дифференциал для выключения компрессора 1-20 SU Сохранение параметров в памяти контроллера Измененные параметры вступают в силу после сохранения в памяти Уровень 2 Параметр Описание Примечание SCON HSE максимальное верхнее значение установки, С 0-99 LSE максимальное нижнее значение установки, С 0-99 C0 время задержки пуска компрессора после подачи питания (мин) 0-60 C1 минимальное время паузы между пусками компрессора (мин) 0-60 C2 задержка пуска компрессора после открытия двери (мин) 0-60 STOC TCN температура включения тэна обогрева картера компрессора, С -50+20 TCF температура выключения тэна обогрева картера компрессора,С -50+20 SOP SPS установка пароля уровня инсталлятора 0-99 P1 аварийный датчик давления по высокому уровню ON- есть OFF-нет / тип контакта датчика NC- нормально замкнутый NO- нормально разомкнутый P3 аварийный датчик давления по низкому уровню ON- есть OFF-нет / тип контакта датчика NC- нормально замкнутый NO- нормально разомкнутый SAL HAL верхний аварийный предел температуры в шкафу -20+99 LAL нижний аварийный предел температуры в шкафу -50+20 HL верхний предел температуры наружного воздуха 0-99 LL нижний аварийный предел наружного воздуха -50-0

Таблица 2

Код аварии Расшифровка Действие Е0 Ошибка датчика температуры в шкафу Работа компрессора остановлена. Сигнализатор аварии горит постоянно. Звуковой сигнал включен Е1 Ошибка датчика температуры наружного воздуха Сигнализатор аварии мигает. Работа тэна обогрева картера остановлена Е3 Превышение верхнего аварийного предела температуры в шкафу Работа компрессора остановлена. Сигнализатор аварии горит постоянно. Звуковой сигнал включен Е4 Превышение нижнего аварийного предела температуры в шкафу Работа компрессора остановлена. Сигнализатор аварии горит постоянно. Звуковой сигнал включен Е5 Высокое давление фреона в системе Работа компрессора остановлена. Сигнализатор аварии горит постоянно. Звуковой сигнал включен Е6 Превышение верхнего предела температуры наружного воздуха Сигнализатор аварии мигает. Работа тэна обогрева картера остановлена Е7 Превышение нижнего предела температуры наружного воздуха Сигнализатор аварии мигает. Работа тэна обогрева картера остановлена Е8 Ошибка записи в память Сигнализатор аварии мигает Е9 Низкое давление фреона в системе Работа компрессора остановлена. Сигнализатор аварии горит постоянно. Звуковой сигнал включен Е12 Датчик открытия двери Работа компрессора остановлена. Сигнализатор аварии мигает

В качестве датчиков и элементов микроэлектроники использовались следующие компоненты, приведенные в таблице 3.

Таблица 3

№ Тип корпус Количество Обозначение на схеме 1 Конденсатор керамический smd 0.1 мкФ Y5V 50В,+80-20%,
1206\Тайвань (419) SMD 1206 6 С1-С4,С14,С13 2 Конденсатор керамический smd 0.33мкФ X7R 50В 10%
1206, GRM319R71H334K\Murata (432) SMD 1206 1 C7 3 Конденсатор керамический дисковый 33 пФ × 50 В,+/-5% Выводной 2 C5,C6 4 ECAP (К50-35), 1000мкФ, 25В, 105°C, 20%, 10×21 мм P:5 мм,
Конденсатор электролитический алюминиевый Выводной 2 С8,C9 5 ECAP (К50-35), 10мкФ, 25В, 105°C, 20%, 10×21 мм P:5 мм,
Конденсатор электролитический алюминиевый Выводной 3 C10,C11,C12 6 Диод выпрямительный,M5, Диод 1А 600В [SMA] DO-214AC/SMA 4 D1-D3,D18 7 Сведодиод SMD Красный SMD 0805 1 D21 8 MB2S, Диодный мост 200В 0.8А [MBS] MBS 1 D15 9 SMD предохраниетль, 100мА SMD 0805 2 FU1,FU2 10 Предохранитель стеклянный быстродействующий, 179020.0,25, 250 В, 5×20 мм, F 5х20( вставляется в держатель) 1 - 11 FH-101, Держатель под предохранитель 5.2×20 мм (без крышки) Выводной 1 FU3 12 PLD2-22 (DS1025-05-2x11P8BV1-B), штыри на плату двухрядные с шагом 2.0 мм Выводной 4 J1-J4 13 DS1026-06-2X11S8BV, (PBD2-22), Гнездо на плату 2 мм 2х11 прямое монтаж в отверстие Выводной 4 X15,X16 14 Реле электромагнитное 1462038-2 (IM03CGR), Реле 2 переключ. 5VDC, 2A/250VAC DPDT SMD 3 K1,K2,K3 15 L-KLS3-PB-14*08-B (HPM14AX), пьезокерам активный 4000 Гц Uн=12VDC Выводной 1 LS1 16 ULN2003ADR, Матрица из семи транзисторов Дарлингтона, 500 мА SMD SOIC-16 2 Q1,Q2 17 0.25Вт 1206 300 Ом, 1%, Чип резистор (SMD) SMD 1206 10 R1-R7,R12,R14,R37 18 0.25 Вт 1206 600 Ом, 1%, Чип резистор (SMD) SMD 1206 1 R8 19 0.25 Вт 1206 10 кОм, 1%, Чип резистор (SMD) SMD 1206 4 R9,R15,R16,R17 20 0.25 Вт 1206 4,7 кОм, 1%, Чип резистор (SMD) SMD 1206 2 R10,R11 21 реле электромагнитное NRP15-A12D,12V, 30A,250V Выводной 1 REL1 22 Микроконтроллер PIC16F877A-I/PT, Микроконтроллер 8-Бит, PIC, 20 МГц, 14 КБ (8Кx14) Flash, 33 I/O, [TQFP-44] TQFP-44 1 U1 23 ТПК-2 (12 В, 0.21 А) (ТПГ-2), Трансформатор герметичный (залитый), 12 В, 0.21 А Выводной 1 TR1 24 78M05, Стабилизатор напряжения +5 В 0.5А [DPAK] DPAK 1 U5 25 11.0592 МГц HC-49SM, Кварцевый резонатор\Китай SMD 1 Y1 26 Цифровой датчик температуры. DS18B20, Цифровой термометр, 1-Wire, -55…125°C [TO-92] - 2 -

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет осуществлять управление широким спектром параметров холодильного агрегата: контролирует температурный режим путем считывания с датчиков температуры данных и сверяет их с установленными параметрами, проверяет сигналы с аварийных датчиков давления фреона по высокому и низкому уровню, осуществляет управление компрессором, вентилятором испарителя, нагревательным ТЭНом картера компрессора. При возникновении аварийного сигнала выводит сообщение об аварии.

Изобретение относится к области управления холодильными агрегатами. Контроллер для управления холодильным агрегатом содержит устройство для подключения к сети передачи данных, память для хранения информации, устройство для занесения в память контроллера значений температуры, датчики температуры, датчики давления фреона по высокому и низкому уровню, реле управления ТЭНом обогрева картера, ТЭНом обогрева шкафа, реле управления компрессором, реле управления вентилятором испарителя, датчик открытия двери, транзисторную сборку, соединенную с одной стороны с устройством для занесения в память, выполненным на базе микроконтроллера, а с другой - с датчиками давления фреона высокого и низкого уровня, реле управления ТЭНом обогрева картера, ТЭНом обогрева шкафа, реле управления компрессором, реле управления вентилятором, датчик двери. Микроконтроллер выполнен с возможностью занесения в память и сравнения с заданными параметрами давления фреона по высокому и низкому уровням, проверки сигналов с аварийных датчиков, осуществления управления компрессором, вентилятором испарителя, ТЭНом обогрева картера, ТЭНом обогрева шкафа, датчиком двери. Техническим результатом является расширение возможностей управления. 2 ил., 3 табл.

Контроллер для управления холодильным агрегатом, содержащий устройство для подключения к сети передачи данных, память для хранения информации, устройство для занесения в память контроллера значений температуры, датчики температуры, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчики давления фреона по высокому и низкому уровню, реле управления ТЭНом обогрева картера, ТЭНом обогрева шкафа, реле управления компрессором, реле управления вентилятором, датчик открытия двери, транзисторную сборку, соединенную с одной стороны с устройством для занесения в память, выполненным на базе микроконтроллера, а с другой – с датчиками давления фреона высокого и низкого уровня, реле управления ТЭНом обогрева картера, ТЭНом обогрева шкафа, реле управления компрессором, реле управления вентилятором испарителя, датчик двери, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью занесения в память и сравнения с заданными параметрами давления фреона по высокому и низкому уровням, проверки сигналов с аварийных датчиков, осуществления управления компрессором, вентилятором испарителя, ТЭНом обогрева картера, ТЭНом обогрева шкафа, датчиком двери, причем один из датчиков температуры представляет собой датчик температуры внутреннего контура холодильного агрегата, а другой – датчик температуры внешнего контура холодильного агрегата.