Sistema di controllo e misura per la verifica prestazionale e la certificazione di scambiatori di calore acqua-aria

Author(s):
P. Zanon - IRS

Industry:
Energy/Power

Products:
LabVIEW, FieldPoint Real-Time Controllers

The Challenge:
Realizzazione di un sistema per il monitoraggio e il controllo di un impianto di prova per verificare le caratteristiche funzionali e prestazionali di scambiatori di calore di tipo acqua-aria. Garantire l’acquisizione di misure termotecniche ed elettriche e l’attuazione di comandi verso l’impianto in modo manuale dall’operatore (attraverso il PC di supervisione) o automatico dal software (attraverso un controllore real-time). Gestire la visualizzazione dei segnali acquisiti e l’archiviazione dei dati misurati e calcolati al fine di permettere la generazione di rapporti di funzionamento e prestazionali dello scambiatore in prova.

The Solution:
E’ stato sviluppato un sistema basato su software e hardware National Instruments (NI LabVIEW e NI FieldPoint Real-Time) che garantisce sia la parte di controllo dell’impianto di prova che la parte di misura sullo scambiatore di calore in prova. Le procedure per eseguire le prove prestazionali su scambiatori acqua-aria, consistono nel mettere l’unità da provare in un tunnel all’interno del quale l’aria deve essere controllata in tutti i parametri termotecnici e far circolare l’acqua nello cambiatore mantendedo sotto controllo le misure dei due fluidi. Un sistema basato su LabVIEW e Fieldpoint Real-Time ha consentito di sviluppare su un unico hardware e con un unico ambiente di sviluppo, sia la parte di controllo dell’impianto che la parte di misura, con un notevole vantaggio in termini di tempo, semplicità di manutenzione e costi. La valutazione del funzionamento e di conseguenza la certificazione di uno scambiatore acqua-aria, viene eseguita mediante una serie di prove consistenti nel portare il tunnel di prova in condizioni di temperatura, umidità e portata d’aria e lo scambiatore in prova, in determinate condizioni di funzionamento definite dalla normativa, con l’obiettivo di definrie le prestazioni dello scambiatore sotto test. Per le batterie scambiatori acqua-aria le normative prevedono che vengano controllati e rispettati i seguenti parametri: •Temperatura acqua ingresso scambiatore •Temperatura aria ingresso scambiatore •Portata acqua •Portata aria che investe lo scambiatore •Umidità relativa dell’aria in ingresso allo scambiatore

L’inizio del ciclo di prove avviene caricando l’impianto con acqua di rete regolando la portata dell’acqua e dell’aria nell’impianto ad un opportuno valore che deve restare fisso durante l’esecuzione della sequenza di test. Successivamente il tunnel di prova e lo scambiatore sotto test, vengano portati a regime e mantenuti in queste condizioni per un tempo definito nel set-up della prova stessa. Al termine di ogni singola prova della sequenza, il sistema deve provvedere al raggiungimento delle condizioni di regime della prova successiva. Terminata la sequenza di prove il sistema provvede, su comando dell’operatore, allo scarico del circuito di prova e al ripristino delle condizioni iniziali..

Software
Il software di controllo e monitoraggio dell’impianto per test scambiatori è stato sviluppato in due parti:

1. Software sul PC di acquisizione e controllo (client): le funzioni previste per questo software sono la configurazione della sequenza di prova, il monitoraggio della prova e la possibilità di controllo manuale dell’impianto da parte dell’utente.
2. Software sul controllore FP- 2000 RT (server): le funzioni prevsite sono il controllo automatico dell’impianto tramite regolazione PID su grandezze analogiche (valvole proporzionali, pompe a giri variabili, resistenze elettriche con variac motorizzati) e su grandezze digitali (on-off di compressori, resistenze elettriche e pompe a giri fissi).

L’applicazione è stata realizzata in ambiente LabVIEW e consiste in moduli dedicati allo svolgimento delle seguenti funzioni:
• inserimento dati e parametri per l’impostazione del ciclo di prova;
• comando degli attuatori;
• visualizzazione in forma tabellare e grafica delle grandezze acquisite;
• calibrazione delle sonde;
• archiviazione dei parametri di prova, delle condizioni di test e delle grandezze misurate e calcolate.

Per lo sviluppo del software relativo al controllo su FP -2000 RT è stato inoltre utilizzato l’ambiente LabVIEW Real-Time.

Hardware
Il controllo e il monitoraggio sull’impianto viene effettuato mediante l’uso di un modulo Field Point 2000 Real-Time.
Questo ha permesso l’installazione della parte di programma di gestione di delicate situazione di controllo dei cicli di regolazione PID , direttamente sulla CPU interna del modulo NI FP -2000 RT, svincolandone il controllo stesso dal PC.
Sullo stesso bus di Field Point sono inoltre presenti ulteriori moduli I/O che assicurano la totale gestione dell’impianto:

• 2 moduli NI FP-RTD-124 per l’acquisizione di PT100 a 4 fili
• 1 modulo NI FP-DI-330 per l’acquisizione di segnali digitali di ingresso
• 2 moduli NI FP-DO-401 per la gestione dei digitali di uscita per comando attuatori
• 1 modulo NI FP-AO-200 per la gestione di segnali di uscita analogici (4-20mA) per il comando di attuatori regolabili.
• 2 moduli FP-AI-110 per la gestione di segnali di ingresso analogici provenienti dai sensori presenti sull’impianto.

Browse All Case Studies »