Идея эксперимента возникла из предположения о том, что в жарких странах тоже используются технические средства автоматизации: контроллеры, частотнорегулируемый электропривод. Как там, кондиционеры справляются с нагрузкой? Какие там нормативы? Как борются с пылью?
При детальном изучении вопроса оказалось, что в жарких странах использование кондиционеров для охлаждения шкафов с оборудованием автоматизации показало себя с плохой стороны, особенно в пыльных производствах. Это было ожидаемо. Поэтому от использования кондиционеров наши азиатские коллеги отказались. А вот это было совсем неожиданно. Понятно, не везде, некоторые производственные линии что были комплектно закуплены в Европе или точно скопированы имеют в своём составе шкафы управления охлаждаемые кондиционерами, но для собственных разработок это не характерно.
Тем не менее всё строго обоснованно. Некоторые производители обещают работоспособность PLC при 70 градусах Цельсия, но обычно предельная температура эксплуатации PLC указываемая производителем составляет 60 градусов Цельсия, частотно регулируемого электропривода 50 градусов Цельсия, контроллеров безопасности тоже 50 градусов Цельсия, так как они более тепловыделяющие, из-за требований предъявляемых к минимальному току DI. Некоторые производители отдельно указывают на необходимость установки температуры срабатывания климатической системы шкафа не более 45 градусов Цельсия, не сужая при этом указанный для оборудования допустимый диапазон температур эксплуатации сверху.
Максимальная зарегистрированная температура за период наблюдения в Шанхае составляет 41 градус Цельсия. Поэтому наши азиатские коллеги смекнули – проблема не в жарком климате и уж тем более не в кондиционерах. Очевидно, что проблема именно в шкафах в которых располагается оборудование автоматизации. То есть, если шкафов не было бы, то и не было бы проблемы!
Но есть нюанс – шкафы нужны для защиты от воздействия воды при сработке систем пожаротушения, для защиты от пыли которая может образовываться в процессе производства.
И наши азиатские коллеги нашли решение! Это решение если могло возникнуть в голове европейца, то моментально было бы выбито из этой головы эффективными менеджерами по продажам, так как ни один уважающий себя менеджер по продажам не допустит чтобы дешёвый, низкомаржинальный продукт каннибализировал продукт высокомаржинальный, ни в закупе, ни в сервисе, ни по сроку службы. Благодаря этому, находясь в более выигрышной позиции в этом вопросе чем европейцы, наши азиатские коллеги придумали конструкцию шкафа такую, чтобы он защищал и от пыли, и от влаги, и не аккумулировал тепло.
Что же из себя представляет южно-азиатский шкаф оборудования автоматизации?
Конструкция шкафа представлена на схеме. У шкафа есть ножки – опоры приподнимающие нижнюю грань шкафа над поверхностью пола на 350 мм, при этом вся нижняя грань шкафа это решётка с фильтрующим элементом. Сверху установлена труба диаметром 250 мм длиной от 3 до 6 м.
Такая конструкция шкафа исключает возможность расположения кабельных вводов снизу, но с другой стороны ничего не мешает удалению пыли с пола, что в сочетании с обустройством крышек кабельных лотков “домиком - ^” минимизирует накопление пыли. Это особенно важно если пыль взрывоопасная в смеси с воздухом. Очевидна способность саморегуляции такой конструкции – чем выше тепловыделение внутри шкафа, тем интенсивнее будет расход теплоносителя (воздуха).
Что если и нам последовать примеру наших азиатских коллег? Для этого был проведён эксперимент. Эксперимент был начат в конце февраля этого года, уже август – самый жаркий период года уже пройден. Можно подвести некоторые итоги.
Для эксперимента был выбран шкаф особенно требовательный к частоте замены фильтров. Несколько лет назад именно в нём поимели аварийный выход из строя оборудования по причине перегрева. Документально, записями в журнале и объяснительными, подтверждено что фильтры обслуживались не реже чем 1 раз в две недели и тем не менее случилось.
Точнее это группа шкафов объединённых в один снятием боковых стенок.
Тепловой расчёт этого шкафа вероятно был выполнен в программе "RITTAL Therm" которая не учитывает запылённость окружающей среды.
Готовых решений для установки в качестве трубы не нашёл, но у Провенто есть “Панель вентиляторная RV 38.38”
Эта панель «в базе» IP44, то есть её можно применять в помещениях оборудованных спринклерными и дренчерными системами пожаротушения. Кроме того, эта панель может быть доукомплектована вентилятором фильтрующим FA 20.230 F или просто фильтром FF 15. При такой дополнительной комплектации степень защиты оболочки будет уже IP54. Такое расположение вентилятора имеет преимущество в том, что тепло выделяемое самим вентилятором при работе не попадает в объём шкафа. Но для эксперимента никакая дополнительная комплектация не нужна.
Четыре вентилятора Rittal SK 3241.100 были демонтированы, а вместо них установлены шесть решёток с фильтром Провенто FF 20 C. Сверху установлены «шапки» RV 38.38 без ничего внутри. Шкаф приобрёл вид:
Наибольшая температура внутри шкафа наблюдалась дважды, в апреле, когда на улице внезапно потеплело больше 20 градусов Цельсия, а отопление ещё не отключили, и в июле, когда на улице было за 30. В обоих случая температура внутри шкафа не поднималась выше 43 градусов Цельсия. С момента начала эксперимента фильтры в решётках не заменялись.
Сначала рассмотрим фильтр решётки вентилятора на непеределанном шкафу, расположенном в том же цеху, на аналогичной производственной линии в паре десятков метров, который отработал всего неделю.
Следует отметить, что места установки фильтров у шкафных вентиляторов производства Rittal продуманны лучше, чем у шкафных вентиляторов Провенто. У Rittal когда грязеёмкость фильтра исчерпана, конструкция посадочного места фильтра позволяет фильтру изогнуться пропуская нефильтрованный воздух внутрь шкафа, тем самым защищая оборудование внутри шкафа от перегрева, а у Провенто такого нет. В одном случае вся пыль снаружи летит внутрь, в другом шкаф оказывается плотно закуперенным. Выбор непростой :)
Теперь рассмотрим фильтр который проработал более полугода на экспериментальном шкафу, переделанном на свободный конвективный теплообмен:
Закупоренных пылью пор не наблюдается. Фильтр хорошо продувается, грязеёмкость ещё не исчерпана. Таким образом очевидно, что срок службы фильтрующего элемента существенно дольше при свободном конвективном теплообмене, чем при вынужденном. Кроме того, имеется резерв улучшения (интенсификации) теплообмена установкой вентиляторов внутри шкафа для разрушения пристенных слоёв теплоносителя (воздуха), а также в том случае если шкаф спроектирован неудачно — наиболее тепловыделяющее оборудование располагается в верхней части шкафа.
Эксперимент по практическому применению способа охлаждения шкафа с оборудованием автоматизации наших азиатских коллег используя отечественные технические средства показал возможность существенной экономии трудозатрат на техническом обслуживании и экономию расходных материалов, но требует некоторого пересмотра регламента обслуживания фильтров, например, замена строго по времени – 1 раз в год. Или ...
Как обычно, дьявол кроется в деталях. Главный недостаток этого способа охлаждения шкафов в том что можно забыть дату когда менялся фильтр, ибо всё ли мы помним что было год назад? Поэтому видимо придётся дооборудовать шкафы управления датчиками температуры, вывести на Grafana и полностью уйти от периодической замены фильтров на замену фильтров по необходимости. Но об этом в отдельной публикации.