Система защиты и диагностики поршневых полугерметичных компрессоров

Сегодня поговорим об одном интересном устройстве, выпущенным компанией Emerson несколько лет назад. Речь пойдет о модуле диагностики поршневых полугерметичных компрессоров.

Защита и диагностика работы оборудования являются важными задачами при проектировании холодильных систем. Современный уровень развития техники диктует необходимость использования минимального числа приборов с максимальным числом выполняемых функций.

Разработанная инженерами Emerson Climate Technologies система защиты и диагностики CoreSense™, состоящая из трех основных компонентов: управляющего модуля (рис. 1), модуля датчиков (рис. 2) и датчика тока (рис. 3). Размещение компонентов системы на компрессоре показано на рис. 4.

Рис. 4

Управляющий модуль, который располагается непосредственно на компрессоре, осуществляет следующие функции:

• защиту электродвигателя от перегрева;

• защиту при недостаточном давлении масла;

• защиту от превышения допустимой температуры нагнетания;

• передачу данных по протоколу ModBus;

• обмен данными с модулем датчиков;

• вывод информации о работе компрессора (нормальная работа, предупреждение о возможной неисправности, отключение с автоматическим перезапуском, отключение с блокировкой);

• хранение данных;

• хранение журнала аварийных сообщений;

• перезапуск (на месте или удаленно);

• светодиодную индикацию.

Модуль датчиков, который располагается в клеммной коробке компрессора, предназначен для считывания показаний о напряжении питающей сети и потребляемом токе и передачи этих данных на управляющий модуль. Кроме того, данный модуль защищает компрессор при:

• заблокированном роторе;

• низком напряжении питающей сети;

• пропадании фазы;

• дисбалансе напряжения питающей сети по фазам.

С помощью этого модуля также осуществляется управление ТЭНом картера, контроль энергопотребления, измерение cos ϕ.

Функция третьего модуля – датчика тока, также устанавливаемого в клеммной коробке компрессора, состоит в измерении силы тока и передаче его значения на модуль датчиков.

Защита электродвигателя компрессора от перегрева осуществляется по сигналу от РТС датчиков, расположенных в обмотках (аналогично принципу действия модуля защиты INT69TM). Компрессор отключается при сопротивлении цепи датчиков свыше 4,5 кОм. Перезапуск происходит при сопротивлении ниже 2,5 кОм с пятиминутной задержкой.

Защита при превышении допустимой температуры нагнетания осуществляется по сигналу от датчика температуры типа NTC, расположенного в головке блока цилиндров. Компрессор отключается при температуре нагнетания выше 154 °С, автоматический перезапуск становится возможным при снижении температуры до 130 °С, но не ранее чем через 2 мин.

Защита при заблокированном роторе основывается на том факте, что пусковой ток (ток заблокированного ротора) снижается по истечении 4 с после запуска электродвигателя. Если этого не происходит, компрессор отключается.

Если произошел обрыв хотя бы одной из трех фаз после подачи напряжения на контактор компрессора, наступает «однофазный» режим работы. Максимальное время работы на таком режиме составляет 1,2 с. Для защиты компрессора в этом случае система CoreSense™ измеряет значения фазных напряжений. Если какое-либо из них в течение 1 с меньше 84 %, чем другие, то компрессор отключается. Повторный перезапуск возможен только через 5 мин. Блокировка компрессора осуществляется после 10 последовательных неудачных попыток запуска.

Понижение напряжения питающей сети негативно воздействует на электродвигатель компрессора, так как растет потребляемый ток, что приводит к перегреву электродвигателя. Отключение компрессора происходит в случае работы в течение 2 с при напряжении питающей сети, равном 75 % от номинального значения линейного напряжения.

Как и все проблемы, связанные с напряжением сети питания, дисбаланс по фазам также негативно сказывается на электродвигателе компрессора. Уставка дисбаланса, составляющая по умолчанию 5 % от среднего значения фазного напряжения, является настраиваемой величиной. Автоматический перезапуск возможен через 5 мин с момента отключения компрессора.

Защита при недостаточном давлении масла, реализованная в CoreSense™, позволяет отказаться от использования механических реле и предоставляет ряд дополнительных возможностей, таких, как передача информации о возникших авариях и хранение этих данных в памяти модуля. Если разность давлений держится ниже 0,48...0,62 бар более 4 с, CoreSense™ передает предупреждающий сигнал и отключает компрессор, если данная величина остается ниже допустимого предела в течение 120 с.

Кроме выполнения функций защиты CoreSense™ может управлять работой нагревателя картера, включая его, если компрессор не работает, и отключая при работе компрессора. Напряжение питания нагревателя картера должно составлять 115 или 220 В. Управление нагревателем картера, рассчитанным на напряжение питания 480 В, не поддерживается данным модулем.

Управляющий модуль оснащен памятью для хранения информации о модели компрессора и серийном номере, изменении в модели и серийном номере, версии программного обеспечения. Кроме того, в памяти хранятся данные о работе компрессора (количество отработанных часов, число пусков, число и тип перезапусков, время работы при недостаточном давлении масла, число циклов задержки) и рабочие параметры (напряжение питающей сети, потребляемый ток, cos ϕ, потребляемая мощность и температура нагнетания).  Эта информация хранится в памяти управляющего модуля в течение 8 дней.

Отдельно хочется отметить возможность передачи данных тремя различными способами:

• светодиодной индикацией;

• с помощью специального программного обеспечения на компьютер (рис. 5);

• и передачей данных по протоколу Modbus (рис. 6).

Рис. 5

Рис. 6

Светодиодная индикация расположена на передней панели управляющего модуля и выдает сообщение об авариях (мигает светодиод определенного цвета: зеленый для предупреждения о возможности возникновения аварийной ситуации; желтый, если компрессор отключился и будет перезапущен автоматически; красный, когда компрессор отключился и может быть перезапущен в ручном режиме). Светодиоды мигают определенное число раз, показывая тип аварии.

К сожалению, после ухода компании с российского рынка, данное устройство более недоступно для заказа. Однако, зная алгоритмы его работы и имея достаточно большой опыт эксплуатации, появляется возможность создания аналогичного прибора, позволяющего получить преимущества для всех участников рынка холодильного оборудования:

• производителям оборудования - снизить капитальные затраты на производство компрессорных агрегатов и станций;

• сервисным организациям - значительно упростить работу благодаря удаленному доступу и возможности проведения технического обслуживания, предупреждающего возникновение аварийных ситуаций;

• конечным пользователям - уменьшить потери продукции, снизить затраты на техническое обслуживание и увеличить время безотказной работы оборудования.