4.4.3. Система управления FOCUS

Интерфейс FOCUS

Система управления FOCUS пришла в 2009 году на смену системе управления RATIO, и стандартно используется для управления винтовыми компрессорами серии S, а также, в специальной модификации, для управления поршневыми компрессорами серии SC. FOCUS также предлагается в качестве опционального, доступного за дополнительную плату компонента для винтовых компрессоров серии C и поршневых компрессор серии K, вместо стандартно устанавливаемой на C и K системы управления BASIC.

FOCUS является современной, многофункциональной системой управления для воздушных компрессоров, выполняющей все задачи, стоящие перед компрессорными блоками управления, то есть: 1) управление компрессором, 2) предотвращение и защиту от аварийных ситуаций, 3) мониторинг работы установки. FOCUS имеет и дополнительные возможности для внешней коммуникации, о которых мы кратко расскажем ниже.

FOCUS обеспечивает работу компрессора в повторно-кратковременном или непрерывном режиме работы, в том числе и в режиме работы с отложенным выключением. Это означает, что в память FOCUS пользователем закладываются два основных значения сетевого давления включения p_min и выключения p_max, на которые FOCUS ориентируется при управлении: компрессор начинает производить сжатый воздух при падении сетевого (то есть после обратного клапана) давления до уровня p_min. При росте давления до уровня p_max, происходит закрытие клапана всасывания с одновременным стравливанием содержащегося во внутреннем объеме компрессора сжатого воздуха в атмосферу (разгрузка), и затем или остановка приводного электродвигателя (повторно-кратковременный режим), или его безостановочная работа до тех пор, пока давление опять не упадет до уровня p_min (непрерывный режим), или, как обычно мы и рекомендуем настраивать FOCUS, и как он и настроен на новом, только вышедшем з заводе BOGE компрессоре, работа электродвигателя на холостом ходу в течение запрограммированного времени с последующей его остановкой (то есть, режим с отсроченным выключением).

Настройка pmin и Pmax

На практике, воплощение описанного выше основного управляющего алгоритма выглядит следующим образом: предположим, что пользователь установил в параметре P012 значение p_max для 1ого профиля давления (о профилях мы расскажем ниже) как 10,0 бар, в параметре P013 значение p_min как 9,0 бар, и в параметре P031 значение времени холостого пробега как 180 секунд (кстати отметим, что для параметра P031 разрешен диапазон 0...600 секунд). При этом, значение параметра P034, определяющего выбор непрерывного или повторно-кратковременного режима работы, установлено как 0, то есть непрерывный режим запрещен. Что же произойдет в этом случае? Компрессор включится (предположим, что он стоял в режиме ожидания) при падении сетевого давления, то есть давления в пневмосети, до уровня 9 бар. Он будет работать с открытым клапаном всасывания до тех пор, пока давление не вырастет до уровня 10 бар. После этого, клапан всасывания закроется, одновременно начнется стравливание воздуха изнутри компрессора в атмосферу через соленоидный клапан, и компрессор перейдет на холостой ход. Он будет работать на холостом ходу в течение не более 180 секунд: если за это время давление опять упадет до уровня 9 бар, он опять начнет сжимать сжатый воздух; если давление за все отведенные на холостой пробег 180 секунд так и не упадет до 9 бар, то электродвигатель компрессора обесточится, и компрессор перейдет в режим ожидания - до тех пор, пока давление все-таки не упадет до 9 бар, когда компрессор опять включится.

Вышеописанный режим с отложенным выключением является общепринятым для современных винтовых компрессоров, и позволяет сбалансированно оптимизировать как энергопотребление (т.к. когда потребления сжатого воздуха нет, и давление не падает, то компрессор стоит и не потребляет никакой значительной мощности), так и минимизировать количество переходов из режима простоя на ходовой режим, то есть количество включений/выключений электродвигателя - ведь всегда можно определить типичное для своей пневмосети время, за которое давление падает до желаемого уровня p_min, и проставить в параметре P031 значение, несколько превышающее это расчетное время.

Разумеется, как мы уже и отметили выше, блок управления позволяет, помимо вышеописанного режима с отсроченным выключением приводного электродвигателя, и запрограммировать простой повторно-кратковременный режим (путем выставления в параметре P031 значения 0 секунд). В этом случае, сразу же после достижения p_max компрессор перейдет в режим ожидания, отключив свой электродвигатель - только, сразу же следует в этом случае понимать условно, т.к. алгоритм остановки электродвигателя предусматривает некоторую задержку, необходимую для сброса давления из внутреннего объема компрессорной установки.

Также, можно и запрограммировать противовположный режим непрерывной работы (путем проставления в параметре P034 значения 1). Тогда, даже если давление не будет падать до уровня p_min в течение часа, суток, недели, месяца и так далее, компрессор все равно будет продолжать работать на холостом ходу. Конечно, отметим, что мы очень редко рекомендуем нашим пользователям активировать непрерывный режим работы - повторимся, что для подавляющей части пневмосетей оптимальным является режим с отсроченным выключением.

C помощью датчика сетевого давления, по которому компрессор ориентируется при поддержании давления, также определяются и некоторые ошибки в работе, например полукритическая 9 (отсутствие выдачи сжатого воздуха) и некритическая 15 (неисправность клапана всасывания).

Блок управления FOCUS устанавливается как на «обычные» компрессоры, работающие «от и до» давлений соответственно p_min и p_max, так и накомпрессоры, оснащенные частотным преобразователем, называемым также иногда инвертором. Если схема основного алгоритма работы компрессора без инвертора довольно проста и описана в разделе выше, то при использовании частотного преобразователя алгоритм поддержания давления полностью меняется.

Частотный преобразователь - это устройство, позволяющее динамически изменять частоту тока. Инверторы используются для подачи тока на самые разные устройства: например, инверторы VACON широко распространены в промышленности и часто встречаются в приводе электродвигателей крупных промышленных насосов, центробежных компрессоров. Справедливо будет отметить, что в большинстве случаев, преобразователи частоты используются именно в приводной системе - то есть, они устанавливаются в приводе электродвигателей. В компрессорах BOGE обычно используются частотные преобразователи производства VACON (Финляндия) или KEB Karl Brinkmann (Германия) - хотя по требованию покупателя или в соответствии с особыми ситуационными требованиями, мы можем укомплектовать компрессор и другим ПЧ.

Изменяя частоту подаваемого на обмотки электродвигателя тока, инвертор изменяет и скорость вращения его ротора. В случае с воздушными компрессорами, уменьшение скорости вращения ротора приводного электродвигателя и, соответственно, винтового блока сжатия приводит к уменьшению производительности. Путем изменения производительности компрессора, динамически приводя ее в соответствие с имеющимся фактически потреблением сжатого воздуха, можно достичь: 1) экономии электроэнергии, и 2) уменьшения количества пусков/остановок приводного электродвигателя или его переходов из режима холостого хода на рабочий и обратно (что также нежелательно и вредит компрессору, хотя и в гораздо меньшей степени, чем пуск/остановка электродвигателя).

При использовании частотных преобразователей, в алгоритме поддержания сетевого давления появляется третье значения давления, условно называемого нами «целевым давлением» p_target. В блоке управления FOCUS, p_target косвенно выставляется в параметре P016 - причем, важно отметить, что в параметре P016 выставляется разница между p_max (параметр P012) и p_target - то есть, в P016 всегда должно содержаться отрицательное число. Например, значение P016=-0,5 при P012=10 будет означать, что p_target равно 9,5 бар.

При оснащении частотным преобразователем, блок управления FOCUS после обычного запуска электродвигателя при падении уровня сетевого давления до значения p_min передает управления электродвигателем ПЧ. Перехватив управление, инвертер, в соответствии с собственным и довольно сложным алгоритмом управления, не имеющим отношения к FOCUS, рассчитывает требуемую для приближения давления к уровню p_target скорость вращения электродвигателя (соответственно частоте подаваемого на него тока). Например, в случае передачи управления инвертору при давлении 9 бар, и при выставленном в P016 давлении p_target=9,5 бар, инвертор, скорее всего, на некоторое время разгонит двигатель до максимальной скорости вращения (в компрессорах BOGE иногда используются 50-герцовые двигатели с номинальной n_max 1500 или 3000 мин^-1, а иногда 60-герцовые двигатели с n_max 1800 или 3600 об/мин). При приближении сетевого давления к p_target скорость вращения и параллельно с ней проивзодительность, будут снижаться. При превышении сетевым давлением уровня p_target, ЧП еще сильнее понизит скорость вращения - вплоть до снижения ее до минимального уровня, который обычно составляет ¼ от номинального.

Как мы видим, инвертор старается поддерживать скорость вращения приводного электродвигателя и, соответственно, производительность компрессора на уровне, необходимом и достаточном для поддержания давления на уровне p_target. Очевидно, что возможны два сценария отклонения ситуации:

Вариант 1: компрессор работает с максимальной производительностью, но не может достичь p_target. В этом случае, схема работы ничем не отличается от той, которая имеется у обычных, не оснащенных инвертором компрессоров: он просто будет работать с максимальной производительностью в течение неопределенного времени (пока не достигнет p_target).

Вариант 2: компрессор снизил производительность до минимума (т.е. примерно ¼ от максимальной), но давление все равно продолжает расти выше уровня p_target. В этом случае, при достижении сетевым давлением уровня p_max (параметр P012), управление будет обратно перехвачено блоко управления FOCUS, который, как в случае с «обычным» компрессором, закроет клапан всасывания и начнет разгрузку внутреннего объема от давления - то есть, переведет компрессор в режим холостого хода. И в дальнейшем, ситуация будет развиваться по обычному сценарию: электродвигатель будет находиться в режиме холостого хода столько, сколько ему положено в соответстии с настройками параметров P034 (непрерывный или повторно-кратковременный режим) и P031 (время пробега на холостом ходу). Если за время работы электродвигателя давление опять понизится до уровня p_min, управление будет опять перехвачено инвертором. Если не понизится, электродвигатель будет обесточен и компрессор перейдет в режим ожидания.

Таймер

FOCUS позволяет запрогграммировать, кроме основного, и второй профиль давления. Если настройки p_max и p_min первого профилья хранятся, соответственно, в параметрах P012 и P013, то второй профиль давления программируется в параметрах P014 и P016.

Второй профиль давления можно активировать по таймеру, программируемому по коду 00798. Это возможность мало востребована пользователями, и здесь мы не будем на ней подробнее останавливаться. Полная информация как по настройкам второго профиля давления, так и по программированию таймера содержится, разумеется, в инструкции на блок управления FOCUS.

Система управления FOCUS имеет в своей стандартной комплектации порт RS485, который можно задействовать для управления другими компрессорами с блоком управления FOCUS. Для этого, в алгоритмах FOCUS предусмотрена система BLS (англ. Base Load Switching, «переключение базовой нагрузки»).

C помощью алгоритма BLS, блок управления FOCUS может осуществлять согласованное управление компрессорами в количестве от 2 до 4 единиц. Разумеется, возможности FOCUS в этом отношении скромнее, чем, например, у специально предназначенной для этого системы управления AirTelligence, но, тем не менее, вполне достаточны для выполнения тех задач, которые ставит перед подобными системами большинство пользователей (вообще, для большинства наших клиентов возможности AirTelligence и подобных ей систем избыточны и не нужны; в тех случаях, когда BLS недостаточно, но AirTelligence «много», мы рекомендуем отдельную недорогую и несложную систему Trinity).

Программирование BLS

Алгоритм BLS позволяет задать время изменения приоритетности задействования компрессоров с кол-ве от 2 до 4 единиц. Активируется и программируется BLS по коду 832, после чего последовательно программируются:

Количество компрессоров. Если введено значение 1, BLS остается неактивной. При вводе значений 2, 3 или 4 можно приступить к дальнейшему программированию BLS:

Интервал переключения основного приоритета. Компрессор, считающийся основным, при потребности в сжатом воздухе (падении давления до p_min) включается первым. Сами «базовые» приоритеты компрессоров можно выставить в разделе меню «Таймер» по коду 00798 - можно выставить как одинаковые приоритеты для всех дней недели и времени, так и различную последовательность включения их в зависимости от реального времени. Здесь же, то есть в меню алгоритма BLS, устанавливается только время, через которое эти приоритеты будут меняться местами (если это нужно). Время смены приоритетности задействования компрессоров можно выставить в диапазоне 0...250 часов. После ввода интервала смены приоритетов, программируются:

Общие для всех компрессоров настройки давления p_min и p_max для первого и, при необходимости, для второго профиля давления. Эти настройки должны соответствовать индивидуальным настройкам давления включения и выключения отдельных компрессоров, подключенных к «ведущему» компрессору. Индивидуальные настройки, напомним, устанавливаются в параметрах P012/P013 для первого и P014/P015 для второго профиля давления.

Просмотр приоритетов

Затем, при работе компрессора, актуальную ситуацию с переключением приоритетов можно мониторить через одно из меню мониторинга, как показано на изображении справа. Меню имеет номер Info #2. Отображается:
- активный профиль давления (на рисунке - первый),
- актуальное сетевое давление (на рисунке 9,02 бар - это давление отображается и на главном экране меню мониторинга),
- канал таймера (на рисунке - B; если таймер не активирован, то отоюражается значение "n/a"),
- приоритеты подключенных к BLS компрессоров и время до следующей смены приоритетов в часах и минутах

Система управления FOCUS имеет порт RS485, коммутируемый по протоколу Modbus RTU. Этот порт может использоваться как под BLS (см. выше), так и для коммуникации с неким Master-устройством, например с персональным компьютером. Отметим кстати, что если порт RS485 занят под коммутацию с Master, но требуется и взаимодействие с другими компрессорами по алгоритму BLS, то можно оснастить FOCUS дополнительным модулем со вторым портом RS485, который можно занять под BLS.

Итак, в своей стандартной комплектации FOCUS имеет полноценный вход/выход для пакетов Modbus RTU. От FOCUS к Master передается полная информация о работе компрессора - все, что отображается на его дисплее. От Master к FOCUS, при желании, можно передавать управляющие пакеты данных. Разумеется, для тех пользователей, желающих создать собственную программу мониторинга и, возможно, управления работой компрессора, у нас полная побитовая расшифровка как выходных, так и взодных пакеттов данных для FOCUS.

Сетевое и системное давление

Каждый компрессор, укомплектованный FOCUS, оснащен, помимо обязательно необходимого для работы любого компрессора датчика сетевого давления, также и вторым датчиком давления, врезанным до обратного клапана. Этот датчик определяет т.н. системное давление, то есть давление внутри компрессора.

Системное давление как отображается в меню мониторинга (на рисунке справа оно составляет 0,9 бар - очевидно, компрессор недавно перешел на холостой ход), так и участвует в защитных алгоритмах FOCUS:
- отсутствие падения системного давления при разгрузке вызывает критическую ошибку 5, свидетельствующую, скорее всего, о неисправности обратного клапана, неисправности клапана всасывания или утечках на стороне всасывания,
- некритическая ошибка 12 говорит о слишком медленном падении системного давления, что может быть следствием небольших утечек через обратный клапан или, наоборот, на стороне всасывания,
- критическая ошибка 17 свидетельствует о резком росте системного давления, что иногда происходит из-за того, например, что пользователь закрыл кран на выходе компрессора (могут, впрочем, быть и другие причины)
- с помощью датчика системного давления определяется о чрезмерное загрязнение сепаратора, что вызывает появление некритической ошибки 8

Мониторинг системного давления, хотя и не является обязательным и отсутствует, например, у компрессоров с блоком управления BASIC, способствует безопасности эксплуатации компрессора и очень полезен для выявления неполадок в его работе. Покупателям, приобретающим компрессор с блоком управления BASIC, например серии C, мы всегда советуем рассмотреть возможность затратить небольшие дополнительные средства на то, чтобы укомплектовать его блоком управления FOCUS - даже если остальные возможности FOCUS покупателю не нужны, мониторинг системного давления, имеющийся у FOCUS, сам по себе, на наш взгляд, окупает трату нескольких сотен евро.

Температура конца сжатия

FOCUS осушествляет мониторинг температуры конца сжатия при помощи термопары, установленной на выходе винтового блока. Температура отображается на основном, «первом», экране меню мониторинга. Критичной, пороговой для наших компрессоров температурой конца сжатия является +110°C - при этой температуре компрессор остановится по критической ошибке 1.

Также, с помощью встроенного термистора, имеющегося у всех электродвигателей, устанавливаемых в компрессоры с блоком FOCUS, FOCUS осуществляет мониторинг температуры обмоток электродвигателя. При превышении критического значения, компрессор остановится по критической ошибке 2.

Дополнительно, можно включить в заводскую комплектацию и датчики мониторинга температуры подшипников приводного электродвигателя - тогда, при перегреве подшипников, что может свидетельствовать об их износе и чрезмерном трении, или о недостатке смазки, возможно, в совокупности с неадекватным охлаждением, компрессор остановится по критической ошибке 64.

По датчику температуры конца сжатия определяется также и слишком низкая температура: если температура на датчике составляет ниже +3°C, компрессор просто не запустится, выдав критическую ошибку 14. Чтобы этого не происходило, в алгоритмах FOCUS предусмотрена процедура автоматической защиты от замерзания, активируемая в параметре P032: в случае падения температуры на датчике конца сжатия ниже +5°C (разумеется, при простое компрессора), компрессор автоматически включается в режиме холостого хода и с выключенным вентилятором охлаждения, и работает так до тех пор, пока температура не поднимется до +20°C.

Если компрессор запрограммирован на работу в повторно-кратковременном режиме, или в режиме с отсроченным выключением, но с очень малым временем холостого пробега, и при этом объем ресивера + пневмосети мал, то может сложиться ситуация, при которой количество пусков/остановок его приводного электродвигателя превышает рекомендуемое для двигателей этой мощности число. В этом случае, блок управления FOCUS самостоятельно принимает необходимые меры для предотвращения чрезмерного износа двигателя: в соответствии со своим алгоритмом, он рассчитывает предполагаемую частоту последующих пусков/остановок, и исходя из нее рассчитывает и время холостого пробега, необходимое для снижения этой частоты до рекомендуемого уровня. Затем, блок управления FOCUS не дает электродвигателю остановиться, переводя компрессор вместо остановки в режим холостого хода. Таким образом, электродвигатель защищен от превышения им рекомендуемой частоты остановок/перезапусков.

Дополнительно к этому, FOCUS принимает и другие меры для пассивной защиты приводного электродвигателя. Одной из них является запрет на повторный запуск двигателей с меньшей чем 15 ч^-1 рекомендуемой частотой запусков в течение 20 секунд после отключения силовых контакторов этого электродвигателя. При последующем перезапуске, электродвигатель (любой, не только с частотой запусков до 15 ч^-1) работает сначала в режиме подачи напряжения «звезда» в течение времени, запрограммированного в параметре P033.

Кроме ряда основных описанных выше ошибок в работе, определяемых по датчикам сетевого и системного давления, температуры конца сжатия, температуры обмоток приводного электродвигателя и, опционально, по датчикам температуры его подшипников, блок управления FOCUS имеет следующие защитные функции:
- избыточный ток на вентиляторе охлаждения
- неправильное направление вращения (фазировка), опционально
- загрязнение фильтра всасывания, опционально
- загрязнение масляного фильтра, опционально
- примерно 2 десятка функций «самозащиты», определяющих неисправности самого блока управления, неполадки взаимодействия с инвертором и с датчиками (обрыв кабелей, некорректные показания и т.д.)

Мониторинг осушителя

Блок управления FOCUS поддерживает и взаимодействие с встроенным фреоновым осушителем сжатого воздуха, которым могут быть укомплектованы многие компрессоры с FOCUS. В меню мониторинга есть специальный экран, посвященный осушителю, на котором отображаются:
- температура окружающей среды
- соотношение времени работы под нагрузкой к общему времени работы
- количество часов:минут:секунд наработки осушителя
- количество часов до следующего планового ТО осушителя

Важнейший для пользователя параметр работы осушителя - температура точки росы - отображается отдельно на собственном дисплее осушителя.

Также, система FOCUS определяет и следующие ошибки в работе осушителя:
- 50: Генерализованная ошибка работы осушителя
- 51: Ошибка датчика давления осушителя
- 52: Ошибка датчика температуры охлаждения осушителя
- 53: Ошибка датчика температуры окружающей среды
- 54: Слишком высокое давление фреона
- 55: Слишком низкая температура точки росы
- 56: Слишком высокая температура точки росы

Осушитель не является необходимым для работы собственно компрессора, поэтому реакция FOCUS на ошибки в работе осушителя поддается программированию по каждой отдельной ошибке (по умолчанию они считаются некритическими и приводят только к появлению предупреждения на дисплее FOCUS; разумеется, собственный контроллер осушителя принимает свои меры, в соответствии со своим собственным алгоритмом).

Счетчики до ТО (вверху) и наработки (внизу)

FOCUS поддерживает ведение нескольких счетчиков часов наработки, как для статистических целей, так и для подсчета времени до ТО. На рисунке справа показаны экраны просмотра показаний счетчиков до следующего планового технического обслуживания (вверху) и счетчиков наработки (внизу). Ведутся следующие счетчики наработки до следующего ТО, обратного отсчета:
- часов до следующего обслуживания приводного электродвигателя (дозаправка смазки)
- часов до следующего ТО компрессора (фильтры, масло, клапаны и т.д.)
- циклов нагрузки до следующей инспекции масляного резервуара
- также показывается вольтаж встроенного аккумулятора блока управления

Как и показано на нижнем рисунке, ведутся следующие счетчики наработки:
- всего времени работы электродвигателя компрессора, часов:минут:секунд
- из них времени работы на холостом ходу, часов:минут:секунд
- доля работы по нагрузкой к общему времени работы с момента последнего перезапуска
- цисло циклов нагрузки с момента последнего перезапуска

Наверное, Вы заметили, что интерфейс системы управления FOCUS построен, в-основном, на пиктограммах и условных обозначениях, понятных пользователям компрессоров, говорящих на любых языках. Однако, кое-где, как в меню мониторинга, так и в меню программирования, на дисплее FOCUS можно увидеть слова. На всех рисунках выше эти слова написаны по-немецки, однако, FOCUS многоязычна, и все слова, присутствующие в оформлении интерфейса, можно увидеть на многих языках. FOCUS поддерживает следующие языки:
- немецкий
- английский
- итальянский
- русский
- финский
- датский
- литовский
- шведский
- польский
- испанский
- португальский
- голландский

Материалы, размещенные на данной странице, могут перепечатываться в сети Интернет, при обязательном условии размещения гипертекстовой ссылки на наш сайт. Код ссылки приведен ниже:

<a href="">Ваше описание</a>