Sentera спеціалізується на рішеннях для керування системами ОВіК. Такі системи можуть бути як дуже простими, так і більш складними. У цій статті ми пояснимо різницю між двома найпоширенішими системами керування у вентиляційній галузі.
Найпростіша система керування типу ON-OFF (увімкнено-вимкнено) — вона знайома кожному, адже працює так само, як звичайний вимикач світла: система має лише два стани — повністю увімкнена або повністю вимкнена. У вентиляції це означає, що або подається одразу багато свіжого повітря, або не подається зовсім. Через це часто виникають коливання: спочатку в приміщенні стає трохи душно, а потім система раптово починає працювати на повну потужність.
Більш сучасним рішенням є пропорційне керування. Воно працює подібно до димера для освітлення або педалі газу в автомобілі: потужність роботи може змінюватися відповідно до потреби.
На відміну від системи ON-OFF, пропорійне керування плавно регулює роботу обладнання. У вентиляційній системі це виглядає так: якщо повітря лише трохи забруднене, вентиляція працює на низькій швидкості. Якщо в приміщення заходить більше людей і якість повітря погіршується, система автоматично збільшує інтенсивність вентиляції. Завдяки цьому мікроклімат у приміщенні залишається стабільним і комфортним без різких змін.
Коротко кажучи: керування ON-OFF працює за принципом «або все, або нічого», тоді як пропорійне керування забезпечує саме той рівень роботи, який потрібен у конкретний момент.
Керування типу ON-OFF
Головною перевагою системи керування ON-OFF є її простота та надійність. Вона працює за зрозумілим принципом: щойно певне граничне значення досягається або перевищується, система вмикається, а коли показник повертається нижче цього рівня — вимикається. Завдяки цьому ризик помилок мінімальний, а принцип роботи легко зрозуміти як користувачам, так і монтажникам. У вентиляційних системах «увімкнено» зазвичай означає роботу на високій швидкості, а «вимкнено» — роботу на низькій або мінімальній швидкості. Повністю вентиляцію часто не вимикають.
Ще однією перевагою є нижча вартість придбання та встановлення. Для роботи такої системи не потрібні складні контролери, частотні перетворювачі чи дорогі датчики. Тому вона є доступним рішенням для невеликих об'єктів або проєктів з обмеженим бюджетом.
Системи ON-OFF також відзначаються простотою обслуговування та низькою ймовірністю несправностей. Завдяки меншій кількості компонентів і простішій електроніці ризик поломок значно нижчий, а ремонт зазвичай виконується швидше та простіше. Якщо несправність все ж виникає, її зазвичай легко виявити завдяки простій логіці роботи системи.
У багатьох випадках система ON-OFF є цілком достатнім рішенням. Наприклад, у приміщеннях, де потреба у вентиляції виникає лише час від часу — туалетах, гаражах або рідко використовуваних кімнатах. У таких ситуаціях достатньо, щоб вентиляція просто вмикалася за потреби та вимикалася після її зникнення. Тут простота часто важливіша за переваги складніших систем керування.
Крім того, система ON-OFF відзначається високою стійкістю до зовнішніх впливів. Вона не потребує складного налаштування чи точного регулювання і зазвичай стабільно працює без додаткових коригувань. Саме тому такі системи добре підходять для об'єктів, де на перший план виходять надійність та простота використання.
Типовим прикладом застосування є контроль рівня чадного газу (CO) в паркінгах та підземних гаражах. Якщо концентрація CO перевищує безпечний рівень, вентиляція негайно вмикається на максимальну потужність, щоб якомога швидше подати велику кількість свіжого повітря та усунути небезпечну ситуацію. Коли рівень CO знову стає безпечним, система повертається до мінімальної швидкості роботи.
Інший приклад — захист фільтраційних систем відкритих басейнів від замерзання. Якщо температура опускається нижче 5 °C, автоматично вмикається циркуляційний насос, який запобігає пошкодженню обладнання морозом. Насос працює доти, доки існує ризик замерзання. Коли температура піднімається вище встановленого порогу (5 °C), насос автоматично вимикається.
Керування ON-OFF для двигунів
Електродвигуни споживають багато енергії. Чим потужніший двигун, тим більше енергії він потребує і тим більший об’єм повітря може забезпечити. У випадку з AC-двигунами електричний струм подається через контролер швидкості вентилятора або частотний перетворювач. В EC-двигунах контролер швидкістю вже вбудований.
У будь-якому випадку потрібно розрізняти електричну потужність та електронні сигнали керування.
Електрична потужність — це енергія, яка потрібна двигуну для обертання. Двигун перетворює електричну енергію на механічну.
Електронні сигнали керування — це невеликі струми, які використовуються для управління двигуном. Вони вказують, коли двигун повинен увімкнутися або вимкнутися, з якою швидкістю обертатися тощо.
Електронні сигнали керування — це невеликі струми, які використовуються для управління двигуном. Вони вказують, коли двигун повинен увімкнутися або вимкнутися, з якою швидкістю обертатися тощо.
Двигун містить котушку з обмотками, яка є індуктивним навантаженням. Один із базових законів фізики говорить, що електричний струм в обмотці прагне підтримувати себе. Тому переривати струм у індуктивному навантаженні не так просто. Особливо це стосується великих двигунів, де струми значні. Для цього потрібне спеціальне комутаційне обладнання, яке вмикає та вимикає великий струм, необхідний для роботи двигуна. Керують цим обладнанням за допомогою малих електронних сигналів.
Отже, для увімкнення або вимкнення двигуна потрібен цифровий сигнал керування, який може бути високим (10 В — увімкнено) або низьким (0 В — вимкнено). Часто це реалізується через безпотенційний контакт або цифровий вхід контролера швидкості:
- Контакт замкнений → контролер отримує команду «старт» і вентилятор починає обертатися.
- Контакт розімкнений → двигун переходить у режим «стоп» або «очікування».
Деякі контролери дозволяють за допомогою цифрового входу перемикатися між високою та низькою швидкістю вентилятора.
- Контакт розімкнений → двигун переходить у режим «стоп» або «очікування».
Деякі контролери дозволяють за допомогою цифрового входу перемикатися між високою та низькою швидкістю вентилятора.
Наступні контролери швидкості вентилятора мають цифровий вхід:
- Трансформаторні контролери швидкості вентилятора для 5-ступеневого регулювання. Наступні контролери швидкості вентилятора мають цифровий вхід, що дозволяє віддалено увімкнути або вимкнути двигун (ON-OFF):
- Серія STRA — універсальні контролери швидкості вентилятора! Серія STRA1 призначена для керування однофазними двигунами, а серія STRA4 — трифазними. Ці контролери швидкості оснащені цифровим входом, виходом сигналізації та нерегульованим виходом. Коли цифровий вхід активний, двигун починає працювати. Нерегульований вихід активується під час роботи двигуна. У разі виявлення перегріву двигуна спрацьовує вихід сигналізації. Після відновлення електроживлення після його зникнення двигун автоматично запускається знову.
- Серія SFPR— ідеальний контролер швидкості вентилятора для промислових кухонних витяжок! Серія SFPR1 призначена для керування однофазними двигунами, а серія SFPR4 — трифазними. Ці контролери оснащені додатковим виходом для керування газовим клапаном. Вентилятор активується через вхід термостата: коли температура перевищує задане значення, вентилятор автоматично вмикається. Для контролю наявності повітряного потоку необхідно використовувати датчик потоку повітря (реле тиску). Вихід керування газовим клапаном активується одночасно з вентилятором. Якщо протягом 60 секунд після запуску двигуна потік повітря не буде виявлено, вихід газового клапана автоматично деактивується з міркувань безпеки. Після відновлення електроживлення двигун автоматично запускається знову.
- Серія STTA4 — контролери швидкості вентилятора з термомагнітним автоматом. Вони забезпечують захист від перевантаження та керують трифазними двигунами. Цифровий вхід можна використовувати для віддаленого ввімкнення та вимкнення двигуна. Після відновлення електроживлення двигун автоматично запускається знову.
- Трансформаторні контролери швидкості вентилятора для 5-ступеневого регулювання. Наступні контролери швидкості вентилятора оснащені цифровим входом, який дозволяє дистанційно перемикатися між низькою та високою швидкістю роботи вентилятора:
- Серія SC2-1 має цифровий вхід для перемикання між двома швидкостями двигуна. Обидві швидкості можна налаштувати за допомогою двох регуляторів на передній панелі. Серія SC2-1 призначена для керування однофазними двигунами.
- Серія SC2A має цифровий вхід для перемикання між двома швидкостями двигуна. Обидві швидкості можна налаштувати за допомогою двох регуляторів на передній панелі. Окрім цього, вони також мають вхід TK для контролю температури двигуна. У разі виявлення перегріву двигуна система зупиняється, і активується сигнал тривоги. Серія SC2A1 призначена для керування однофазними двигунами, а серія SC2A4 — для трифазних.
- Серія SER-1 оснащена аварійною кнопкою для увімкнення витяжки диму на повну швидкість. Вони керують однофазними двигунами. Витяжку диму також можна активувати через цифровий вхід.
- Електронні контролери швидкості вентилятора для регулювання змінної швидкості. Наступні контролери оснащені цифровим входом, який дозволяє віддалено увімкнути або вимкнути двигун (ON-OFF):
- Серія ITRS9 — регульовані контролери швидкості вентилятора для однофазних двигунів. Двигун прискорюється у режимі швидкий або плавний запуск. Увімкнути двигун можна через вбудований перемикач ON-OFF або через цифровий вхід. Функція контролю температури TK вимикає двигун у разі перегріву, а сигнал тривоги сповіщає про проблеми з двигуном.
- Серія ITRS9 — регульовані контролери швидкості вентилятора для однофазних двигунів. Двигун прискорюється у режимі швидкий або плавний запуск. Увімкнути двигун можна через вбудований перемикач ON-OFF або через цифровий вхід. Функція контролю температури TK вимикає двигун у разі перегріву, а сигнал тривоги сповіщає про проблеми з двигуном.
- Частотні перетворювачі для регулювання змінної швидкості.
- Вони мають кілька цифрових входів і багато варіантів керування. Просту команду старт/стоп можна подати через вхід 1. Доступні моделі для настінного монтажу та для монтажу на DIN-рейку. Серія FI-E11 призначена для керування однофазними двигунами, а серія FI-E44 — для трифазних двигунів.
Пропорційне керування
Головна перевага пропорційного керування полягає в тому, що система постійно адаптується до реальної потреби. Замість того, щоб просто увімкнутися або вимкнутися, вона регулює роботу плавно. Це означає, що завжди подається саме така кількість вентиляції, яка потрібна в даний момент. Як результат, якість повітря залишається стабільною, а різкі коливання, такі як раптове відчуття духоти або сильні потоки повітря, відсутні. Пропорційне керування забезпечує високий рівень комфорту. Оскільки система не вмикається і не вимикається різко, а працює плавно, користувачі менше відчувають шум або повітряні потоки. Вентиляція працює непомітно у фоні, а приміщення залишається приємним.
Додатковою перевагою є економія енергії. Система працює інтенсивніше лише тоді, коли це дійсно необхідно, тому споживання енергії менше, ніж у системі, яка регулярно працює на повну потужність. Це стосується як електроспоживання вентилятора, так і зменшення тепловтрат через надмірну вентиляцію. У довгостроковій перспективі це може призвести до суттєвої економії. Крім того, пропорційне керування сприяє довшому терміну служби установки, оскільки компоненти, такі як двигуни та вимикачі, піддаються меншому навантаженню через рідші різкі включення та вимкнення, що зменшує знос і ризик поломок.
Пропорційне керування особливо підходить для приміщень, де умови постійно змінюються, наприклад, офісів, класів або будинків із змінною кількістю людей. У таких випадках система автоматично адаптується до використання без участі людини, поєднуючи комфорт, ефективність та простоту експлуатації.
Типовим прикладом є контроль концентрації CO2 у приміщенні за допомогою датчика CO2 з аналоговим вихідним сигналом. Сигнал цього датчика дозволяє пропорційно регулювати роботу вентиляції. Чим більше людей перебуває у приміщенні, тим швидше зростає концентрація CO2, що підвищує аналоговий сигнал датчика. Вентиляція автоматично прискорюється, подаючи більше свіжого повітря, і концентрація CO2 знову знижується до комфортного рівня.
Схожим чином можна регулювати вентиляцію за допомогою датчика відносної вологості. Якщо датчик у приміщенні встановити неможливо, можна використати датчик у повітропроводі, найкраще — у витяжному каналі, щоб вимірювати якість повітря в приміщенні. При підвищенні відносної вологості аналоговий сигнал датчика зростає, швидкість вентилятора збільшується, і додаткова вентиляція знижує вологість до балансного рівня.
Пропорційне керування двигунами
Як і у випадку керування ON-OFF, увімкнення та вимкнення двигуна відбувається за допомогою сигналу ON-OFF, підключеного до цифрового входу контролера швидкості вентилятора. Коли контакт замкнений, контролер отримує команду «старт» і вентилятор починає обертатися. Коли контакт розімкнений, двигун переходить у режим «стоп» або очікування. Це і є старт/стоп керування, описане в попередньому розділі.
Тепер підходимо до наступного рівня. Коли вентилятор працює, він може обертатися повільно або швидко. Крім того, швидкість можна регулювати. Для цього, окрім команди старт/стоп, потрібен додатковий сигнал керування — пропорційний або аналоговий сигнал. Цей сигнал повідомляє контролеру швидкості (або EC-двигуну), з якою швидкістю обертати двигун. Аналоговий сигнал — це безперервний електричний сигнал, який може приймати будь-яке значення між мінімумом і максимумом. Аналогові сигнали використовуються для передачі значень від одного пристрою до іншого, фактично виступаючи мовою комунікації між пристроями.
Існує багато типів аналогових сигналів: наприклад, 0–10 В, 0–20 мА, ШІМ (PWM) або протоколи зв’язку, такі як Modbus RTU. Усі вони мають свої переваги та обмеження. Приклад сигналу 0–10 В: якщо сигнал дорівнює 0 В, двигун працює на мінімальній швидкості; якщо сигнал 10 В — на максимальній. Мінімальну та максимальну швидкість зазвичай можна встановити у контролері швидкості. Аналоговий сигнал вказує контролеру, з якою швидкістю обертати двигун.
Окрім аналогового сигналу, старт/стоп зазвичай подається окремим цифровим сигналом. Таким чином, двигун можна увімкнути, регулювати його швидкість та вимкнути.
Важливо розрізняти живлення та сигнали керування. Напруга живлення (потужність) постійно підключена до контролера швидкості або EC-двигуна. Цифровий сигнал керування визначає, чи надходить ця потужність до двигуна. Аналоговий сигнал визначає, скільки потужності буде подано і з якою швидкістю обертатиметься двигун.
Наступні контролери швидкості вентилятора потребують аналогового сигналу керування:
- Трансформаторні контролери швидкості вентилятора для 5-ступеневого регулювання швидкості:
- Серія STVS — 5-ступеневі контролери швидкості вентилятора з аналоговим входом. Аналоговий сигнал 0–10 В активує один із п’яти ступенів. Якщо сигнал менший за 2 В, двигун зупиняється. Серія STVS1 призначена для керування однофазними двигунами, а серія STVS4 — для трифазних.
- Серія STVS — 5-ступеневі контролери швидкості вентилятора з аналоговим входом. Аналоговий сигнал 0–10 В активує один із п’яти ступенів. Якщо сигнал менший за 2 В, двигун зупиняється. Серія STVS1 призначена для керування однофазними двигунами, а серія STVS4 — для трифазних.
- Електронні контролери швидкості вентилятора для регулювання змінної швидкості:
- Серія EVS-1 — регульовані контролери швидкості для однофазних двигунів. Вони мають цифровий вхід для віддаленого увімкнення та вимкнення двигуна, а через аналоговий вхід можна регулювати швидкість вентилятора. Корпус розрахований для настінного монтажу.
- Серія EVSS1 — регульовані контролери швидкості для однофазних двигунів. Як і серія EVS1, вони мають цифровий вхід для віддаленого увімкнення та вимкнення двигуна, а через аналоговий вхід можна регулювати швидкість вентилятора. Окрім цього, вони оснащені входом TK для контролю температури двигуна. У разі виявлення перегріву система зупиняється, і активується сигнал тривоги. Корпус призначений для настінного монтажу.
- Серія MVS-1 — регульовані контролери швидкості для однофазних двигунів. Вони мають цифровий вхід для віддаленого увімкнення та вимкнення двигуна, а через аналоговий вхід можна регулювати швидкість вентилятора. Корпус призначений для монтажу на DIN-рейку в електричній шафі.
- Серія MVSS1 — регульовані контролери швидкості для однофазних двигунів. Як і серія EVS1, вони мають цифровий вхід для віддаленого увімкнення та вимкнення двигуна, а через аналоговий вхід можна регулювати швидкість вентилятора. Окрім цього, вони оснащені входом TK для контролю температури двигуна. У разі перегріву система зупиняється, і спрацьовує сигнал тривоги. Корпус призначений для монтажу на DIN-рейку в електричній шафі.
- Серія TVSS5 — регульовані контролери швидкості для трифазних двигунів. Вони мають цифровий вхід для віддаленого увімкнення та вимкнення двигуна, а через аналоговий вхід можна регулювати швидкість вентилятора. Окрім цього, вони оснащені входом TK для контролю температури двигуна. У разі перегріву система зупиняється, і активується сигнал тривоги. Корпус призначений для монтажу на DIN-рейку в електричній шафі.
- Частотні перетворювачі
- Частотні перетворювачі — це регульовані контролери швидкості двигунів. Вони мають кілька цифрових входів та багато варіантів керування. Через аналоговий вхід можна регулювати швидкість двигуна. Доступні моделі для настінного монтажу та для монтажу на DIN-рейку. Серія FI-E11 призначена для керування однофазними двигунами, а серія FI-E44 — для трифазних.
Як створити керуючий сигнал?
Цифровий керуючий сигнал можна створити за допомогою простого вимикача або реле. Вимикач використовується для ручного вмикання або вимикання пристрою. Реле — це перемикач, який керується електричним сигналом, а не вручну. Коли на реле подається невеликий електричний сигнал, воно вмикає або вимикає інше електричне коло. Датчик з релейним виходом перемикає реле, коли досягається певне значення (наприклад, температура, рівень CO тощо). Таким чином датчик може, наприклад, запускати вентилятор при досягненні певного рівня CO. Вентилятор працює на максимальній швидкості, доки рівень CO не нормалізується. Коли концентрація CO падає нижче порогового значення, реле вимикається і вентилятор зупиняється.
Аналоговий керуючий сигнал використовується для регулювання швидкості вентилятора. Це більше, ніж просто «увімкнено» або «вимкнено». За допомогою аналогового сигналу можна задати конкретне значення або рівень. Зазвичай аналоговий сигнал надходить від датчика або потенціометра. Потенціометр дозволяє вручну регулювати швидкість вентилятора: обертаючи ручку, ви створюєте сигнал 0–10 В для керування швидкістю. Датчики зазвичай вимірюють температуру, відносну вологість, CO2 або якість повітря. Вони перетворюють виміряне значення в аналоговий сигнал — зазвичай це сигнал 0–10 В.
Поєднання датчика та контролера швидкості вентилятора дозволяє регулювати вентиляцію залежно від потреби. Керування вентиляцією за потребою означає, що кількість свіжого повітря подається відповідно до реальних умов, наприклад кількості людей у приміщенні або рівня забруднення повітря. Його головна перевага — енергоефективність, оскільки система збільшує вентиляцію лише тоді, коли це необхідно, а не працює постійно на повну потужність. Це знижує експлуатаційні витрати, оскільки вентилятори, системи опалення та охолодження працюють менше при низькому навантаженні. Водночас покращується якість повітря в приміщенні, оскільки подається більше свіжого повітря при підвищенні рівня забруднення або CO2. Також це подовжує термін служби обладнання, оскільки система зазнає менших постійних навантажень. Загалом керування вентиляцією за потребою створює більш ефективне, економічне та комфортне середовище, реагуючи на реальні умови, а не працюючи на постійному рівні.
Наступні датчики мають аналоговий вихід і можуть використовуватися для керування швидкістю вентилятора:
Як робити керування ON-OFF за допомогою сигналу 0–10 В?
Питання може виникнути, коли датчик має аналоговий вихід 0–10 В, а вентилятор потрібно керувати за принципом ON-OFF. У цьому випадку рішенням є серія ARM. Модуль ARM перетворює аналоговий сигнал на релейний вихід — звідси й назва: Analogue to Relay Module. Аналоговий сигнал від датчика підключається до ARM, а точка спрацювання реле може бути встановлена. Як тільки сигнал досягає цієї точки, релейний вихід модуля спрацьовує.
Приклад: мінімальна температура, що вимірюється, — 0 °C, максимальна — 50 °C. Аналоговий сигнал датчика змінюється від 0 до 10 В, де 0 В відповідає 0 °C, а 10 В — 50 °C. Якщо температура становить 25 °C, сигнал виходу датчика буде 5 В. Тобто аналоговий сигнал змінюється пропорційно до температури.
Типове застосування: увімкнення охолодження. У цьому прикладі охолодження потрібне тільки при температурі вище 25 °C. Якщо точку спрацювання модуля ARM встановити на 5 В (25 °C), релейний контакт спрацює при досягненні цієї температури. Через реле можна вмикати систему охолодження.