ES2965020T3 - Sistema de gestión mejorado para la gestión de un conjunto de dispositivos eléctricos - Google Patents

Sistema de gestión mejorado para la gestión de un conjunto de dispositivos eléctricos Download PDF

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Abstract

La presente divulgación se refiere a un sistema (1) para gestionar un conjunto de dispositivos eléctricos/electrónicos, por ejemplo motores EC para accionar ventiladores de un intercambiador de calor de una planta de refrigeración, que comprende al menos una unidad de control básica (2) adaptada para actuar como interfaz entre una unidad de control remoto/unidad maestra (5) y una pluralidad de dispositivos eléctricos/electrónicos (6) a controlar, comprendiendo dicha unidad de control básica (2) al menos una entrada de datos (7) para recibir entradas (DataIn) de la unidad de control remoto/unidad maestra (5) y una pluralidad de salidas de datos (8) conectables con respectivos dispositivos eléctricos/electrónicos de la pluralidad de dispositivos eléctricos/electrónicos (6). Convenientemente, la unidad de control básica (2) comprende una unidad de memoria (MEM) que incluye instrucciones de programa aptas para transformar las entradas (DataIn) de la unidad de control remoto/unidad maestra (5) en señales de gestión (S) a emitir a través de los datos. salidas (8) para la pluralidad de dispositivos eléctricos/electrónicos (6). Mediante las señales de gestión (S), la unidad de control básica (2) se configura para direccionar automáticamente los dispositivos eléctricos/electrónicos (6), para programar automáticamente los parámetros de funcionamiento de los dispositivos eléctricos/electrónicos (6), y para directamente gestionar el funcionamiento, y posiblemente también el suministro de energía, de los dispositivos eléctricos/electrónicos (6), donde las señales de gestión (S) comprenden comandos de direccionamiento, programación y gestión previamente programados en la unidad de memoria (MEM) en base a aplicaciones específicas y protocolos de comunicación. La unidad de control básica (2) está configurada para hacer que las instrucciones del programa sean activables tras la conexión con la unidad de control remoto/unidad maestra (5) para las operaciones de direccionamiento, programación y gestión anteriores. Además, la unidad de control básica (2) está configurada para gestionar cada una de las salidas de datos (8) de forma independiente del resto de salidas de datos, de modo que gestione los dispositivos eléctricos/electrónicos (6) de forma independiente. Se utiliza un protocolo operativo Modbus para comunicarse con los dispositivos eléctricos/electrónicos (6). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de gestión mejorado para la gestión de un conjunto de dispositivos eléctricos
Campo de aplicación
La presente invención se refiere a un sistema de gestión de un conjunto de dispositivos eléctricos/electrónicos utilizados para la gestión de un sistema en diversas aplicaciones de instalación, posicionamiento y/o regulación. Un ejemplo de estos dispositivos son los motores, en particular los motores de conmutación electrónica (EC) aplicados a ventiladores de diversos tipos y tamaños. Por ejemplo, la presente invención se aplica a motores EC para el control de ventiladores de intercambiadores de calor ventilados. La siguiente descripción se realiza con referencia a este campo de aplicación con el único fin de simplificar su exposición.
Estado de la técnica
Como es bien sabido, para obtener un correcto y óptimo funcionamiento de un equipo de refrigeración, es necesario dotar a la instalación de instrumentos adecuados para gestionar y disipar el calor generado, como, por ejemplo, intercambiadores de calor ventilados. Generalmente, los intercambiadores de calor ventilados se fabrican basándose en un proyecto técnico-industrial especial, orientado tanto a maximizar la eficiencia constructiva de la máquina de ventilación como a garantizar el ahorro energético.
En el diseño de los intercambiadores de calor ventilados, como, por ejemplo, el sistema representado en la figura 1, se utilizan motores eléctricos (por ejemplo, motores AC) para accionar los ventiladores. También existen motores de conmutación electrónica (los llamados motores EC), que, en la actualidad, se utilizan en el diseño de los intercambiadores de calor ventilados. Gracias a los motores EC, es posible aprovechar todo el potencial y la capacidad de ahorro energético para los que fue diseñado el intercambiador.
Los motores eléctricos se aplican a diferentes tipos de ventiladores (como, por ejemplo, ventiladores axialesradiales-centrífugos) y están diseñados para ser gestionados por una señal de control, esto es, por una instrucción de regulación específica, que generalmente puede ser una instrucción de hardware, tal como, por ejemplo, una instrucción de tensión de tipo 0-10 Vdc, o pueden ser gestionados adecuadamente por una instrucción de software, tal como, por ejemplo, el protocolo Modbus.
En el caso específico de los motores EC, la instrucción 0-10 V permite una regulación sencilla, por ejemplo, ajustando la velocidad del ventilador según las necesidades del sistema. La regulación 0-10 V simplifica los problemas de instalación, conexión y puesta en marcha del sistema de ventilación, pero el uso de esta regulación no hace sino reducir el potencial funcional de los motores EC. Con la sola regulación 0-10 V no es posible acceder a las funciones especiales de funcionamiento que ofrecen estos motores EC, ni mucho menos recibir información relativa a su funcionamiento. Por este motivo, los motores EC individuales deben ser direccionados y/o programados previamente.
Para que la interacción entre el sistema de gestión (que puede ser local o remoto) y el intercambiador de calor ventilado sea eficiente y eficaz, se utiliza una conexión Modbus. Solo a través de la conexión Modbus es posible, en primer lugar, direccionar el motor EC y, a continuación, programar los parámetros operativos para gestionar todas las funciones que ofrece el motor EC.
Generalmente, el motor EC es gestionado por un dispositivo maestro, local o remoto, que controla sus funciones y permite a los motores ejecutar con precisión todas las operaciones previstas.
El mencionado protocolo Modbus sigue siendo uno de los protocolos de comunicación más utilizados hoy en día en el sector de la automatización industrial, ya que se trata de un protocolo sencillo, directo y exento de derechos de autor. La estructura simple y esencial de los datos transmitidos permite una comunicación eficaz con una excelente relación entre la carga útil y el número total de bytes transmitidos. El protocolo Modbus resulta adecuado para el intercambio de información entre dispositivos físicamente distintos que pueden estar situados incluso a distancias considerables entre sí, permitiendo también el uso de dispositivos comerciales de diferentes fabricantes y fácilmente sustituibles.
Generalmente, los diferentes componentes y los dispositivos individuales controlados se conectan entre sí en el denominado modo "Daisy-Chain", es decir, en serie uno tras otro, mediante cables especializados y con pocos polos conductores, para formar una red distribuida incluso a grandes distancias. De este modo, la conexión de la línea diferencial a los distintos dispositivos que deben ser controlados se realiza siguiendo un único recorrido lineal sin ramificaciones, tal como se ilustra en la figura 2.
Por lo general, se requiere que los conductores no se mezclen con cables de alimentación y que, para las conexiones, se utilicen cables certificados adecuados para la correcta transmisión de la información. En efecto, la calidad de las conexiones eléctricas determina la calidad y la estabilidad de las señales de control, programación y gestión de los dispositivos conectados a la red Modbus y es un requisito previo fundamental para obtener el máximo rendimiento del sistema.
En particular, en el esquema de la red Modbus, es importante adoptar medidas específicas para garantizar que no se añade ruido a las señales transportadas y que estas señales no se distorsionan ni se reflejan. Por ejemplo, es posible utilizar cables con el par de conductores estrechamente entrelazados, así como utilizar resistencias de terminación adecuadas, en particular en los extremos de la línea, para obtener una terminación correcta tanto del valor de impedancia eléctrica como de la línea diferencial.
Por todo lo anterior, a efectos de garantizar un funcionamiento óptimo del sistema, es muy importante prestar atención a las conexiones eléctricas, de modo que la instalación por parte del operario suele ser larga y difícil, siendo necesario recurrir a operarios especializados para esta operación.
Otro problema común se refiere a la seguridad de los operarios. En particular, una vez finalizada la construcción mecánica de un intercambiador ventilado e instalados los componentes eléctricos necesarios para su funcionamiento, es preciso abordar los procedimientos de programación y prueba de los motores, respetando al mismo tiempo todas las normas de seguridad.
En concreto, como se ha indicado anteriormente, una vez completadas las conexiones eléctricas de las fuentes de alimentación de los motores EC, para gestionar la unidad de ventilación según los principios de la Industria 4.0 es necesario direccionar y programar todos los motores de la unidad de ventilación. Según las soluciones conocidas, cada motor se programa individualmente, según un procedimiento que se lleva a cabo y debe validarse con el motor alimentado a la tensión de red, que puede ser tanto monofásica como trifásica. Para proceder a la programación de los motores es necesario, por lo tanto, realizar algunas operaciones, entre las que figuran la apertura de la caja de cableado eléctrico del motor, la conexión entre una unidad de programación y los motores y la utilización de dicha unidad cuando el motor se alimenta con tensión de red. Por lo tanto, este procedimiento presenta muchos problemas críticos y de seguridad, además de los largos tiempos técnicos para completar los procedimientos de programación de los motores EC individuales.
Por otro lado, hay casos en los que el motor no está equipado con un interruptor ON-OFF, por lo que, durante la programación, todos los motores conectados deben alimentarse simultáneamente. Además, es sabido que un motor EC dispone de un inversor interno, que, incluso cuando está apagado, mantiene una tensión parásita en los bornes de los conductores de alimentación de la caja de cableado eléctrico, a la que es necesario prestar mucha atención, esperando el tiempo necesario antes de proceder a la desconexión del motor programado y pasar a programar el siguiente.
Además de la seguridad eléctrica, también debe atenderse a la seguridad mecánica del operario encargado de la programación de los motores EC. Por ejemplo, en el caso de un motor EC conectado y alimentado con tensión de red, si se producen perturbaciones transitorias que son captadas por la línea eléctrica, es posible que las tensiones parásitas generen una orden que haga girar el impulsor, incluso a la velocidad máxima, lo que también puede ocurrir cuando el operario está trabajando en el motor del ventilador, con riesgos considerables para su seguridad. Por lo tanto, es deseable que las operaciones de programación y prueba sean realizadas por el operario en una zona segura.
Según las soluciones conocidas, es importante poder encender y apagar los motores individualmente (lo que, en cualquier caso, no garantiza la total seguridad del operario, como se ha visto anteriormente), al igual que es importante y necesario que exista colaboración entre al menos dos operarios, y siguen siendo necesarias soluciones técnicas que simplifiquen los procedimientos, permitan identificar fácilmente los problemas de conexión y programación de los motores EC, posibiliten una retroalimentación documentada con la detección de los parámetros programados, generen informes de los datos técnicos de los motores EC de la máquina de ventilación, y garanticen de forma eficaz la seguridad durante todas las operaciones efectuadas en una máquina o instalación.
También cabe observar que, en caso de avería de uno o más motores, los componentes defectuosos pueden ocasionar un fallo de todo el sistema de ventilación, bloqueando su funcionamiento. Además, las soluciones conocidas no permiten una fácil sustitución y reprogramación automática del motor y, en general, no permiten una fácil instalación y puesta en marcha del sistema.
En resumen, hoy en día las conexiones eléctricas de un intercambiador de calor ventilado se realizan en función de las necesidades técnico-funcionales específicas del sistema de regulación presente en la instalación. Durante las operaciones de prueba de los motores EC, el operario debe proceder a la programación de los motores, que se realiza y completa con la alimentación VAC suministrada en el motor. Generalmente, los motores se programan individualmente y la unidad del motor EC se direcciona únicamente a través de un cableado dedicado. Al final de la prueba, el operario redacta un informe que resume los datos y los parámetros operativos programados en los motores, pero no se realiza ninguna otra prueba y/o comparación en los motores presentes en la máquina de ventilación para verificar la homogeneidad y la exactitud de los códigos de los motores y de los parámetros programados, así como tampoco se genera ningún informe automático que resuma la actividad realizada, pudiendo omitirse por error alguna información importante. Durante las operaciones de servicio, las intervenciones de mantenimiento y/o sustitución deben efectuarse generalmente sin provocar la parada del sistema, lo que dificulta la programación de los motores sustituidos, mientras que, durante las operaciones de reacondicionamiento y actualización de la unidad de ventilación de un intercambiador de calor, los problemas pueden ser varios, puesto que las actividades de instalación implican tanto un cableado dedicado como la programación de los motores EC y, según la solución conocida, deben ser efectuadas únicamente por técnicos especializados y equipos específicos.
Por lo tanto, es evidente que las soluciones conocidas adolecen de numerosos problemas e inconvenientes que dificultan la aplicación efectiva de nuevas tecnologías que permitirían una gran eficiencia y ahorro energético. El documento EP 2 168903 A1 divulga un sistema de control remoto y mantenimiento remoto para una pluralidad de motores, estando cada uno de la pluralidad de motores dirigido por una unidad de control electrónica respectiva, comprendiendo el sistema un módulo de control conectado a través de al menos un puerto de comunicación a las unidades electrónicas de control de los motores mediante un protocolo Modbus RTU.
El problema técnico de la presente invención consiste en proporcionar un sistema único de gestión de un conjunto de dispositivos eléctricos/electrónicos, tales como motores EC, que presente características estructurales y funcionales tales que permitan superar las limitaciones e inconvenientes del estado de la técnica, en particular que permita una gestión simplificada, más funcional y más eficaz de un conjunto de dispositivos eléctricos/electrónicos, garantizando al mismo tiempo una mayor seguridad para los operarios.
Sumario de la invención
La idea de la solución que subyace a la presente invención, tal como se define en la reivindicación 1, es proporcionar una unidad de control básica modular que sirva de interfaz entre una unidad de control remoto/unidad maestra y un conjunto de dispositivos eléctricos/electrónicos, tales como motores eléctricos, en particular motores EC, que deban ser controlados y gestionados, actuando dicha unidad modular como una unidad de direccionamiento y programación de dichos motores EC. De este modo, el sistema divulgado hace única, eficiente y segura la puesta en marcha y gestión de un sistema avanzado, tal como un intercambiador de calor equipado con una pluralidad de motores, por ejemplo, diseñado para la Industria 4.0, ya que la unidad de control modular básica, con función de interfaz, es capaz de comunicarse fácilmente con el sistema de control y con los motores y está convenientemente configurada con protocolos de gestión integrados que permiten una instalación inmediata de la misma y un direccionamiento y una gestión eficaces de los motores. La comunicación mejorada con los motores que posibilita la unidad de control modular básica, permite también organizar los datos y la información sobre los motores y su funcionamiento y generar, a través de dicha unidad de control básica, un informe sobre el estado del sistema. En el caso de que haya que controlar un gran número de motores, la presente invención prevé la simple conexión de múltiples unidades modulares en serie, siendo todas las conexiones estandarizadas y extremadamente sencillas de realizar. Las unidades modulares son de tipo plug 8v play, de modo que sus funciones operativas se activan fácilmente sin complicados procedimientos de instalación.
Por lo tanto, se proporciona un sistema modular, hardware y software, que gestiona fácilmente la programación automática de los motores EC de ventiladores monofásicos y trifásicos, simplifica la gestión Modbus del dispositivo maestro, que puede ser local o remoto, (por ejemplo, convirtiendo el protocolo Modbus estándar en el protocolo Modbus operativo definido por el fabricante) gracias a la presencia de protocolos Modbus integrados, como, por ejemplo, los protocolos ebm-papst y/o ziehl-abegg integrados en la unidad de control básica, en particular convenientemente programados y almacenados en dicha unidad de control básica. De este modo, también un dispositivo maestro con Modbus estándar es capaz de gestionar un sistema con todas las ventajas de los protocolos Modbus operativos como ebm-papst y ziehl-abegg.
El sistema también garantiza tiempos extremadamente breves en las fases de instalación, programación y puesta en marcha, así como la total seguridad del operario tanto en las fases de prueba como en las de asistencia, manteniendo operativo el sistema de ventilación incluso en caso de anomalías de hardware y/o software en los motores individuales (como, por ejemplo, una anomalía en la red Modbus), solucionando así todos los problemas de conexión y programación de los sistemas con motores EC.
Obviamente, lo anterior también puede aplicarse a muchos otros dispositivos eléctricos/electrónicos, incluidos también actuadores eléctricos/electrónicos, que deban ser controlados. Por tanto, es evidente que la presente divulgación no se limita a una aplicación concreta.
Basándose en esta idea de solución, el problema técnico anterior se resuelve mediante un sistema de gestión de un conjunto de dispositivos eléctricos y/o electrónicos, por ejemplo motores para accionar ventiladores de una instalación de refrigeración, que comprende al menos una unidad de control básica adaptada para actuar como interfaz (y también como elemento convertidor) entre una unidad de control remoto/unidad maestra y una pluralidad de dispositivos eléctricos que deben ser controlados, comprendiendo dicha unidad de control básica al menos una entrada de datos para recibir instrucciones de entrada procedentes de la unidad de control remoto/unidad maestra y una pluralidad de salidas de datos conectables con respectivos dispositivos eléctricos/electrónicos de la pluralidad de dispositivos eléctricos/electrónicos, en el que la unidad de control básica comprende una unidad de memoria que incluye instrucciones de programa para transformar las instrucciones de entrada procedentes de la unidad de control remoto/unidad maestra en señales de gestión que se emitirán a través de las salidas de datos para la pluralidad de sistemas eléctricos/electrónicos. A través de dichas señales de gestión, la unidad de control básica está configurada para direccionar automáticamente los dispositivos eléctricos/electrónicos, programar automáticamente los parámetros operativos de dichos dispositivos eléctricos/electrónicos y gestionar directamente el funcionamiento de dichos dispositivos eléctricos/electrónicos, comprendiendo las señales de gestión instrucciones de direccionamiento, programación y gestión previamente programadas en la unidad de memoria sobre la base de aplicaciones y protocolos de comunicación específicos de los dispositivos eléctricos/electrónicos. La unidad de control básica está configurada para hacer que las instrucciones de programa puedan activarse tras la conexión con la unidad de control remoto/unidad maestra para las anteriores operaciones de direccionamiento, programación y gestión de dispositivos eléctricos/electrónicos. Además, la unidad de control básica está configurada para gestionar cada una de las salidas de datos independientemente de las demás salidas de datos, a fin de gestionar de forma independiente los dispositivos eléctricos/electrónicos. A través de dichas instrucciones de programa, la unidad de control básica se configura para transformar las entradas de modo que las señales de gestión emitidas por las salidas de datos se basen en uno (o más) protocolos Modbus operativos para la comunicación con los dispositivos eléctricos/electrónicos, estando dichos protocolos Modbus operativos definidos y almacenados en la unidad de memoria basándose en el protocolo de comunicación previsto (por ejemplo, definido por el fabricante) del dispositivo eléctrico/electrónico que debe ser controlado.
El sistema de la presente invención es capaz de controlar múltiples dispositivos que tengan respectivos protocolos Modbus operativos diferentes (por ejemplo, un dispositivo puede ser gestionado sobre la base de un protocolo Modbus operativo específico y otro dispositivo diferente puede ser gestionado sobre la base de otro protocolo Modbus operativo almacenado), estando dichos protocolos Modbus operativos contenidos en la unidad de memoria de la unidad de control básica. También es posible un caso en el que se utilice un único protocolo Modbus para todos los dispositivos que van a controlarse, dependiendo de las circunstancias y aplicaciones específicas.
Como se verá más adelante, la unidad de control básica también está configurada para recoger y transmitir información sobre el sistema gestionado, así como, de manera opcional, para gestionar directamente la alimentación eléctrica de los dispositivos eléctricos/electrónicos.
Esto se aplica tanto a motores y actuadores eléctricos como a muchos otros dispositivos eléctricos/electrónicos, según se describirá más adelante.
De manera adecuada, como se ha visto anteriormente, la unidad de control básica está configurada para ser plug & play, siendo las instrucciones de programa activables, o estando disponibles, tras la conexión con la unidad de control remoto/unidad maestra, en la que los dispositivos se programan automáticamente con la activación del sistema.
Más concretamente, la invención comprende las siguientes características adicionales y opcionales, tomadas individualmente o en combinación si es necesario.
En una realización, la unidad de control básica está configurada para enviar simultáneamente dichas señales de gestión a dos o más dispositivos para la ejecución simultánea de dichas operaciones de direccionamiento, programación y gestión.
De manera ventajosa, ya no es necesario realizar operaciones de programación únicas y específicas para cada motor que deba ser gestionado, gracias también a la modularidad del cableado, tal como se explicará a continuación. Con la presente invención, un único sistema es capaz de direccionar, programar y gestionar una pluralidad de dispositivos (tales como motores), utilizando, en su versión general, una única unidad de control básica y cables de conexión, y posiblemente múltiplos de los mismos. Por tanto, una única unidad de control básica es capaz de gestionar de forma autónoma una pluralidad de motores, incluso diferentes entre sí, sin estar limitada por una aplicación concreta. La modularidad del sistema permite hacer que esta gestión sea única.
Según un aspecto ventajoso de la presente invención, la unidad de control básica puede ser un elemento modular interconectable con otras unidades de control básicas, estando cada unidad de control básica adaptada para controlar una pluralidad respectiva de dispositivos eléctricos/electrónicos, comprendiendo el sistema un pluralidad de unidades de control básicas que forman un conjunto de módulos conectados entre sí, comprendiendo cada una de dichas unidades de control básicas una salida específica y una entrada para la conexión con los demás módulos.
Según un aspecto preferido de la presente invención, los dispositivos eléctricos/electrónicos son motores eléctricos, más preferiblemente motores EC.
Según un aspecto de la presente invención, las señales de gestión emitidas por las salidas de datos pueden comprender una instrucción de tensión analógica de ajuste del tipo de 0 a 10 V dc, estando dicha instrucción al menos adaptada para ajustar la velocidad de rotación de los motores eléctricos.
Tal como se ha mencionado, las señales de gestión emitidas por las salidas de datos comprenden instrucciones de control para los dispositivos eléctricos/electrónicos basadas en el protocolo Modbus, en particular el protocolo Modbus operativo definido por el fabricante de los dispositivos.
En un ejemplo, la unidad de control básica está configurada para leer instrucciones Modbus estándar procedentes de la unidad de control remoto/unidad maestra y para emitir las señales de gestión basándose en el Modbus operativo, sin intervención del operario. De este modo, las instrucciones de control se basan en protocolos Modbus operativos específicos definidos por fabricantes específicos de los dispositivos eléctricos/electrónicos, estando dichos protocolos previamente almacenados y contenidos en la unidad de memoria de la unidad de control básica. Aún más particularmente, en el caso de motores eléctricos (y preferiblemente motores EC), dichos protocolos Modbus operativos pueden comprender al menos el protocolo ebm-papst y/o el protocolo ziehl-abegg, estando dichos protocolos contenidos en la unidad de memoria de la unidad de control básica (tal como se ha indicado anteriormente, pueden utilizarse, obviamente, los protocolos de otros fabricantes, y la presente invención no está limitada a un protocolo Modbus específico).
Según otro aspecto de la presente invención, la unidad de control básica puede configurarse, además, para convertir una instrucción de regulación de tensión analógica del tipo de 0 a 10 V dc emitida por la unidad de control remoto/unidad maestra en una instrucción Modbus (por ejemplo, el protocolo Modbus operativo) a los dispositivos eléctricos/electrónicos.
Tal como se ha mencionado anteriormente, los protocolos Modbus operativos se almacenan en la unidad de memoria de la unidad de control básica y son definidos por los fabricantes de los dispositivos eléctricos/electrónicos.
Según otro aspecto de la presente invención, la unidad de control básica puede configurarse, además, para leer, por medio de las salidas de datos, datos procedentes de uno o más de los dispositivos eléctricos/electrónicos, utilizar dichos datos para generar un paquete de información relativa al estado operativo de dichos dispositivos eléctricos/electrónicos, y poner dicha información a disposición de la unidad de control remoto/unidad maestra. De este modo, la unidad de control básica está adecuadamente configurada para recoger y transmitir dicha información. Según otro aspecto de la presente invención, la unidad de control básica puede configurarse para gestionar un sistema de alerta que incluya al menos uno de entre un LED de señalización, un relé de alarma y un código de señalización de alarma a través del protocolo Modbus.
Además, el sistema de la presente invención puede comprender una unidad auxiliar operativamente conectada a la unidad de control básica y configurada al menos para proporcionar alimentación a dicha unidad de control básica.
Según otro aspecto de la presente invención, la unidad de control básica puede comprender cuatro salidas de datos para la gestión automática e independiente de cuatro dispositivos. Además, o de manera alternativa, la unidad de control básica puede comprender una carcasa que encierra los componentes electrónicos del sistema, teniendo dicha carcasa un grado de protección IP de IP20 a IP55.
En una realización, la carcasa comprende conductos para alojar cables de conexión a los dispositivos eléctricos/electrónicos y/o a otras unidades de control básicas y/o a unidades auxiliares. En una realización particularmente ventajosa, los cables están estandarizados. Más concretamente, en una realización ventajosa, el sistema comprende cables para conectar la unidad de control básica a los dispositivos eléctricos/electrónicos y/o a otras unidades de control básicas y/o a unidades auxiliares, estando dichos cables estandarizados (es decir, siendo siempre los mismos para cada función específica) y configurados al menos el transporte de las entradas a la unidad de control básica y/o las señales de gestión a los dispositivos eléctricos/electrónicos.
En otras palabras, en general, el sistema puede prever cables estandarizados y/o modulares para conectar la unidad de control básica a los dispositivos eléctricos/electrónicos, estando dichos cables configurados al menos para transportar señales de gestión.
Además, la unidad de control básica puede configurarse para verificar la exactitud del cableado (es decir, la exactitud de la disposición y la conexión de los cables).
Según otro aspecto de la presente invención, la unidad de control básica puede configurarse, además, para recibir una señal de alimentación y suministrar dicha señal de alimentación a los dispositivos eléctricos/electrónicos para la alimentación de los mismos. En una realización, la alimentación puede ser suministrada por la unidad auxiliar que está operativamente conectada a la unidad de control básica.
La presente invención también se refiere a un sistema de ventilación que comprende un conjunto de ventiladores, una pluralidad de motores eléctricos, en particular preferiblemente motores de conmutación electrónica (EC), adaptados para accionar (controlar) dichos ventiladores, y un sistema de gestión de dichos motores eléctricos tal como se ha ilustrado anteriormente.
El sistema de ventilación puede ser gestionado por la unidad de control remoto/unidad maestra, que está interconectada con los motores a través de la unidad de control básica.
Las características y ventajas del sistema según la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción de una realización del mismo, proporcionada a modo de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos:
- la figura 1 muestra un conjunto de ventiladores de un intercambiador de calor ventilado;
- la figura 2 muestra esquemáticamente un sistema de gestión según el estado de la técnica;
- la figura 3 muestra esquemáticamente un sistema de gestión según la presente invención, en particular se muestran detalles de una unidad de control básica;
- la figura 4 es un diagrama de bloques del sistema de gestión según la presente invención, en su forma básica; - la figura 5 muestra la unidad de control básica de la presente invención y una unidad auxiliar conectable a la misma;
- la figura 6 muestra un ejemplo de unidad de control básica conectada a cuatro motores eléctricos para accionar respectivos ventiladores, junto con los datos transmitidos;
- la figura 7 muestra una pluralidad de unidades de control básicas que actúan como módulos conectados entre sí para accionar respectivas pluralidades de motores eléctricos;
- la figura 8 muestra el sistema de la presente invención interconectado a una unidad de control remoto/unidad maestra y a una pluralidad de motores eléctricos para accionar respectivos ventiladores, en el que hay, a modo de ejemplo, dos unidades de control básicas para accionar cuatro motores respectivos;
- las figuras 9A-9B muestran ejemplos de programación y gestión del sistema de la presente invención;
- la figura 10A muestra un ejemplo esquemático de conexiones del sistema de la presente invención, y la figura 10B muestra un ejemplo esquemático de conexiones del sistema según otra realización de la presente invención; - las figuras 11A-11C muestran diferentes configuraciones de conexión entre la unidad de control básica y los motores eléctricos;
- las figuras 12A-12D muestran esquemáticamente diferentes casos generales de arquitecturas de gestión mediante el sistema de la presente invención; y
- la figura 13 muestra esquemáticamente la aplicación del sistema de la presente invención para controlar diversos dispositivos eléctricos.
Descripción detallada
Con referencia a dichas figuras, el sistema de gestión de un conjunto de dispositivos eléctricos/electrónicos según la presente invención se identifica, de forma general y esquemática, con el número de referencia 1.
Cabe señalar que las figuras representan vistas esquemáticas y no están a escala, sino que están dibujadas para enfatizar las características importantes de la invención. Además, en las figuras se representan de manera esquemática los diferentes elementos, variando su forma en función de la aplicación deseada. También cabe observar que, en las figuras, los mismos números de referencia identifican elementos que son idénticos en forma o función. Por último, las características particulares descritas en relación con una realización ilustrada en una figura también son aplicables a otras realizaciones ilustradas en las demás figuras.
También cabe señalar que, cuando se ilustran secuencias de etapas del proceso, estas no siguen necesariamente el orden indicado, pudiendo estas etapas invertirse a menos que se indique expresamente lo contrario.
En general, el sistema de gestión 1 según la presente invención tiene aplicación en el campo de los intercambiadores de calor ventilados y, más en general, en el sector HVAC&R. La presente invención se ilustrará a continuación en relación con el ejemplo preferido, en el que el sistema 1 está adaptado para la gestión de motores eléctricos para accionar ventiladores, identificados en el presente documento con la referencia V, de un intercambiador de calor ventilado, aunque no pretende limitarse a esta aplicación específica, siendo posibles también muchas otras aplicaciones. Además, la presente invención se ilustrará en lo sucesivo basándose en un ejemplo preferido no limitativo en el que los motores eléctricos controlados son motores de conmutación electrónica (EC).
Evidentemente, son posibles muchas otras aplicaciones, en las que el sistema 1 está adaptado para la gestión de dispositivos eléctricos/electrónicos en general, tal como se describirá más adelante. En otras palabras, como resultará evidente a partir de la siguiente divulgación, la expresión "dispositivos eléctricos/electrónicos" se refiere a cualquier tipo de dispositivo que pueda ser controlado por el sistema de la presente divulgación, tal como motores eléctricos (por ejemplo, motores EC en la aplicación preferida), actuadores y muchos otros dispositivos en muchos campos de la tecnología, por lo que este término debe entenderse en su significado más amplio. En aras de la simplicidad, en la siguiente descripción, se utilizará la expresión más general "dispositivos eléctricos", sin limitar el alcance de la divulgación, expresión que claramente incluye también los dispositivos electrónicos.
Como se explicará en detalle en la siguiente descripción, el sistema 1 de la presente invención permite gestionar de forma sencilla, automática y extremadamente eficaz una pluralidad de dispositivos eléctricos, tales como motores eléctricos dispuestos para controlar los respectivos ventiladores V de una instalación de ventilación.
Con referencia a la figura 3, el sistema 1 comprende, en primer lugar, una unidad de control básica o módulo básico 2, dispuesta para gestionar y controlar automáticamente un conjunto de motores eléctricos.
La unidad de control básica 2 comprende una carcasa 3 que encierra los componentes de la misma. Obviamente, la presente invención no se limita a un tipo y/o forma específicos de carcasa 3 y cualquier tipo y/o forma de carcasa adaptada a las necesidades y circunstancias es posible y queda dentro del alcance de la presente invención.
En particular, la carcasa 3 encierra componentes electrónicos 4 del sistema 1, tales como, por ejemplo, una placa electrónica que incluye un procesador, electrónica de potencia y otros componentes conocidos en el campo, que no se detallarán en el presente documento. Los componentes electrónicos 4 también pueden comprender una pluralidad de interruptores DIP (por ejemplo, doce interruptores DIP) para la programación funcional de la unidad de control básica 2, así como una entrada analógica de 0-10 V, que actúa como entrada de instrucción de regulación y derivación de emergencia, por ejemplo, para gestionar la velocidad (que generalmente se mide en RPM) de los ventiladores.
En una realización, la carcasa 3 tiene un grado de protección IP, según lo definido por la norma internacional IEC 60529, que puede variar de IP20 a IP55 en función de las aplicaciones. Más concretamente, la carcasa 3 puede ser hermética con un grado de protección IP55, por ejemplo, para el montaje en exteriores, o puede estar adecuadamente protegida con un grado de protección IP20, por ejemplo, para la inserción en un cuadro eléctrico.
La carcasa 3 comprende conductos (por ejemplo, orificios pasantes) para el alojamiento de cables destinados a conectar los componentes electrónicos 4 con los motores eléctricos y/o con otras unidades, como se detallará más adelante.
La figura 4 representa esquemáticamente la unidad de control básica 2 del sistema 1 de la presente invención. De manera ventajosa, según la presente invención, la unidad de control básica 2 está adaptada para actuar como interfaz entre una unidad de control remoto (por ejemplo, BMS) y/o una unidad maestra, en el presente documento identificada con la referencia 5, y una pluralidad de dispositivos eléctricos 6 que deben ser controlados. Tal como se ha indicado anteriormente, en el ejemplo de aplicación preferido no limitativo, se controlan motores eléctricos, que siguen identificándose con el número de referencia 6.
En concreto, a través de la unidad de control remoto/unidad maestra 5, el operario puede introducir las entradas necesarias para la gestión de los motores eléctricos 6, permitiendo la unidad de control básica 2 una interfaz fácil y efectiva con dichos motores eléctricos 6, tanto en la fase de instalación/prueba como en la fase de reparación/reacondicionamiento de una instalación/sistema.
Para actuar como interfaz según lo descrito anteriormente, la unidad de control básica 2 comprende al menos una entrada de datos 7 para recibir entradas (identificadas en las figuras con la referencia "DataIn") procedentes de la unidad de control remoto/unidad maestra 5, así como también comprende una pluralidad de salidas de datos 8 conectables con los motores eléctricos 6.
A través de la unidad de control remoto/unidad maestra 5, el usuario puede enviar entradas DataIn adecuadas para los motores eléctricos 6, siendo dichas entradas DataIn recibidas y procesadas adecuadamente por la unidad de control básica 2, tal como se detalla a continuación.
Según la presente invención, la unidad de control básica 2 comprende una unidad de memoria MEM que incluye instrucciones de programa, por ejemplo, instrucciones de programa de un software integrado. La unidad de memoria MEM puede ser una memoria integrada en un microprocesador principal de la unidad de control básica 2, así como una unidad de memoria separada operativamente conectada a dicho procesador, en la que la arquitectura de hardware particular adoptada no limita el alcance de la presente invención. Además, la unidad de memoria MEM no se limita a un tipo específico y pueden utilizarse varios tipos de memorias conocidos en la técnica.
De manera adecuada, las instrucciones de programa son ejecutadas por la unidad de control básica 2 (por ejemplo, por el microprocesador de control de la misma) para transformar/convertir las entradas de la unidad de control remoto/unidad maestra 5 en señales de gestión S para la pluralidad de motores eléctricos 6. Estas instrucciones son ejecutadas automáticamente por la unidad de control básica 2 basándose en las entradas de la unidad de control remoto/unidad maestra 5. En otras palabras, la unidad de control básica 2 es capaz de comunicarse con la unidad de control remoto/unidad maestra 5 y con los motores eléctricos 6 (en particular, es capaz de realizar una comunicación bidireccional) y está convenientemente programada para permitir un control automático de estos últimos gracias a los protocolos de comunicación almacenados en la misma y ejecutados automáticamente basándose en las instrucciones del software integrado, permitiendo dichos protocolos de comunicación integrados gestionar las órdenes en el modo de comunicación más adecuado con los motores eléctricos 6.
Las señales de gestión S son emitidas por la unidad de control básica 2 a través de las salidas de datos 8 y son enviadas a los motores eléctricos 6 a través de estas salidas de datos 8.
Más concretamente, mediante las mencionadas señales de gestión S, la unidad de control básica 2 se configura, en primer lugar, para direccionar automáticamente todos los motores eléctricos 6 conectados a ella, sin tener que direccionar manualmente los motores individuales. A continuación, la unidad de control básica 2 se configura para programar automáticamente los parámetros operativos de los motores eléctricos 6 y gestionar el funcionamiento de los mismos. De este modo, las señales de gestión S comprenden instrucciones de direccionamiento, programación y gestión, estando dichas instrucciones previamente programadas en la unidad de control básica 2, en particular en la unidad de memoria MEM, por ejemplo, sobre la base de aplicaciones específicas y según protocolos de comunicación apropiados (por ejemplo, según lo definido por los fabricantes de motores).
La unidad de control básica 2 está configurada, además, para gestionar cada una de las salidas de datos 8 independientemente de las demás salidas de datos, de modo los motores eléctricos 6 conectados a la misma puedan gestionarse independiente, con considerables ventajas de gestión y permitiendo también la fácil sustitución de motores individuales defectuosos.
De manera ventajosa, la unidad de control básica 2 está provista de componentes de hardware y software dispuestos y configurados de tal modo que, en una realización preferida, el sistema 1 es plug 8v play, es decir, de tal manera que sus funciones ventajosas se activan tras la conexión del sistema, sin necesidad de una complicada instalación.
En una realización preferida, pero no limitativa de la presente invención, la unidad de control básica 2 comprende cuatro salidas de datos 8 para la gestión automática e independiente de cuatro respectivos motores eléctricos 6. De este modo, una única unidad puede gestionar un gran número de motores de forma sencilla. Evidentemente, la presente invención no se limita a un número particular de motores controlados, y este número puede variar según las necesidades y/o circunstancias.
Por lo tanto, es evidente que el sistema 1 de la presente invención hace única, eficiente y segura la gestión de un sistema (tal como un intercambiador de calor avanzado programado para la Industria 4.0 y que comprende una pluralidad de motores eléctricos, como por ejemplo motores EC). La unidad de control básica 2 está diseñada para todas las aplicaciones más comunes de intercambiadores de calor (comprendiendo todas las opciones de funcionamiento), y dispone de un número reducido de códigos de componentes para cubrir todas las operaciones de instalación, programación y gestión de los motores, en particular motores EC monofásicos y trifásicos. Se obtiene una gran simplificación de la programación de los motores del grupo de ventiladores, siendo estos motores direccionados, programados y gestionados automáticamente por la unidad de control básica 2, con grandes ventajas especialmente en caso de sustitución por mantenimiento. De este modo, se simplifica enormemente la fase de instalación de un equipo como puede ser un intercambiador de calor ventilado. En efecto, el sistema 1 de la presente invención es la solución totalmente segura para todos los problemas que surgen en la delicada fase de cableado y programación del intercambiador de calor.
En la configuración más sencilla, las señales de gestión S emitidas por las salidas de datos 8 comprenden una instrucción de regulación de tensión analógica de tipo 0-10 Vdc (corriente continua). La instrucción 0-10 V es la orden básica y permite regulaciones básicas como el ajuste de la velocidad de rotación de los motores eléctricos 6. En esta configuración sencilla, la unidad de control básica 2 está configurada para enviar la instrucción 0-10 V (según emitida por la unidad de control remoto/unidad maestra 5) a los motores eléctricos 6. Sin embargo, según la invención, la unidad de control básica 2 está configurada para transformar las entradas, de modo que las señales de gestión emitidas por la salida de datos se basen en uno o más protocolos Modbus operativos para la comunicación con dichos motores eléctricos 6.
De manera ventajosa, las señales de gestión S emitidas por las salidas de datos 8 comprenden también instrucciones de control de los motores eléctricos 6 basadas en el protocolo Modbus, con el fin de aprovechar todo el potencial que ofrecen estos motores eléctricos. Por lo tanto, la arquitectura de hardware y software de la unidad de control básica 2 está convenientemente configurada para permitir la ejecución del protocolo de comunicación Modbus entre la unidad de control remoto/unidad maestra 5 y los motores eléctricos 6.
Aún más concretamente, en una realización ventajosa de la presente invención, las instrucciones de control a/procedentes de los motores eléctricos 6 se basan en protocolos Modbus operativos, en donde la expresión "protocolo Modbus operativo" significa el protocolo Modbus definido por el fabricante del motor y previsto para hacer funcionar correctamente el motor (por ejemplo, un protocolo propietario). Por ejemplo, las instrucciones de control pueden estar basadas en el protocolo ebm-papst y/o en el protocolo ziehl-abegg (según el tipo de motor que va a ser controlado, y sin limitarse a estos), permitiendo el control y la gestión de todos los motores más modernos, en particular de todos los motores EC más modernos y pudiendo aprovechar todas sus funciones.
Gracias a los protocolos integrados (por ejemplo contenidos en las instrucciones de programa anterior que se almacenan en la unidad de memoria MEM), el sistema 1 de la presente invención es capaz de gestionar el Modbus operativo (tal como el basado en el protocolo ebm-papst y/o en el protocolo ziehl-abegg, pero sin limitarse a estos), y es capaz de comunicarse con la unidad de control remoto/unidad maestra 5 a través de Modbus estándar y adaptarlo a dicho Modbus operativo, con selección del protocolo apropiado, para el adecuado control de los motores eléctricos 6.
Los protocolos anteriores están integrados en el sistema, por ejemplo, están contenidos en la unidad de memoria MEM de la unidad de control básica 2.
Obviamente también es posible una combinación de las soluciones anteriores.
En general, el sistema 1 de la presente invención es, por tanto, un sistema único, capaz de ejecutar instrucciones de hardware (por ejemplo, la instrucción de regulación 0-10 Vdc) y de software (como la ejecución del protocolo Modbus) gracias a la configuración adecuada de la unidad de control básica 2, y adaptar cualquier programa de entrada hardware/software al Modbus operativo con el protocolo de funcionamiento adecuado, todo ello de forma automática y sin intervención del operario.
Preferiblemente, el protocolo Modbus se realiza mediante conexión en serie que utiliza el estándar RS485, aunque son posibles otras soluciones. En particular, en una realización, la comunicación de la unidad de control remoto/unidad maestra 5 se realiza a través de una línea en serie RS485, preferiblemente aislada, con protocolo Modbus RTU.
Por lo tanto, en el sistema 1 de la presente invención, la unidad de control remoto/unidad maestra 5 accede directamente a todas las opciones de funcionamiento y regulación disponibles en los motores EC; por ejemplo, es posible realizar tanto la gestión con instrucciones basadas en el protocolo RTU Modbus a través del estándar RS485 (con transformación del Modbus RTU estándar al Modbus operativo con protocolo propietario, como se ha visto anteriormente), como la gestión básica con la instrucción 0-10 V y, como se describirá en detalle más adelante, también con la lectura de los datos funcionales de los motores eléctricos 6, permitiendo ajustar la mejor solución de regulación a las necesidades del sistema, gracias a la interconexión con la unidad de control básica 2.
En una realización ventajosa, la unidad de control básica 2 actúa, así, como puerta de enlace con comunicación Modbus RS485, interconectando la unidad de control remoto/unidad maestra 5 con una pluralidad (por ejemplo, pero sin limitarse a, cuatro) de motores EC que pueden estar basados, por ejemplo, en ebm-papst o ziehl-abegg, accionando dichos motores una pluralidad respectiva de ventiladores V. La unidad de control básica 2 comprende así canales RS485 dedicados a la comunicación de datos.
Como se ha indicado anteriormente, en una realización, los motores eléctricos 6 pueden tener una interfaz RS485 con protocolo Modbus RTU, de modo que el control a través de la unidad de control básica 2 por parte de la unidad 5 (que puede ser, por ejemplo, un sistema BMS remoto o un sistema a bordo de la máquina) tiene lugar a través de una línea de serie RS485 aislada con protocolo Modbus RTU, pudiendo transformarse el Modbus RTU estándar en el Modbus operativo de los motores, es decir, partiendo del Modbus estándar, es posible comunicarse con los motores a través de los protocolos Modbus operativos específicos que están integrados en la unidad de control básica 2.
La unidad de control básica 2 se comporta, así, como dispositivo maestro frente a los ventiladores V (y por tanto frente a los motores eléctricos 6) y como esclavo frente a la unidad de control remoto/unidad maestra 5.
De este modo, el sistema 1, a través de la unidad de control básica 2, permite gestionar el protocolo de los registros Modbus (ebm-papst y/o ziehl-abegg) para cada motor eléctrico 6 conectado al mismo, así como preparar el paquete de información en respuesta a las consultas de la unidad de control remoto/unidad maestra 5, tal como se detallará más adelante. En una realización, cada unidad de control básica 2 define el protocolo que se utilizará para los motores conectados a ella (por ejemplo, ebm-papst o ziehl-abegg).
En otras palabras, en una realización, el sistema 1 de la presente invención actúa como puerta de enlace para los dispositivos eléctricos 6 (como, por ejemplo, motores EC) con interfaz RS485 Modbus. En general, los dispositivos eléctricos disponen de una interfaz RS485 con protocolo Modbus RTU, de modo que la operación de control por parte de la unidad de control remoto/unidad maestra 5 (sistema BMS remoto o maestro a bordo de la máquina) se realiza a través de una línea de serie RS485 aislada, con protocolo Modbus RTU.
Como se ha mencionado, el sistema de la presente invención se comporta como maestro frente a los dispositivos que van a ser controlados y como esclavo frente al maestro/BMS, siendo así la síntesis entre un hub y una puerta de enlace.
En general, según la presente invención, es posible transformar/convertir cada instrucción de entrada (tanto de hardware como de software) en un sistema de comunicación avanzado, es decir, en una instrucción basada en el protocolo Modbus operativo adecuado, para una mejor gestión de los dispositivos eléctricos.
Por ejemplo, en una realización ventajosa de la presente invención, la unidad de control básica 2 está configurada para convertir una instrucción de regulación de voltaje analógica de tipo 0-10 Vdc emitida por la unidad de control remoto/unidad maestra 5 en una instrucción Modbus, en particular en una instrucción Modbus operativa (y, por lo tanto, adecuada para controlar motores basados en protocolos propietarios operativos específicos, tales como, pero sin limitarse a, ebm-papst y ziehl-abegg). En otras palabras, es posible convertir al protocolo Modbus ebm-papst y ziehl-abegg también la instrucción simple 0-10 Vdc.
Como se ha mencionado anteriormente, de manera más general, cada instrucción de entrada (tanto de hardware como de software) puede transformarse en un sistema de comunicación avanzado, es decir, en la instrucción Modbus operativa correcta definida, por ejemplo, por el fabricante del dispositivo debe ser controlado. El sistema de la presente invención actúa, por tanto, como un traductor simultáneo de comunicaciones que permite una interacción eficaz con los motores. Por lo tanto, ya no es necesaria la intervención de operarios expertos que utilicen equipos especializados.
De este modo, la instrucción 0-10 Vdc se remodela en modo Modbus (ebm-papst y/o ziehl-abegg), para aprovechar mejor todas las funciones de los motores eléctricos 6 simplemente gracias a la interfaz con la unidad de control básica 2. En esta realización, la simple regulación 0-10 Vdc de la unidad de control remoto/unidad maestra 5 se transforma así en una instrucción Modbus (con el protocolo adecuado para el motor que va a ser controlado), activando así todos las funciones específicas de esta regulación.
Como se ha mencionado anteriormente, y de manera ventajosa según la presente invención, la unidad de control básica 2 está configurada, además, para leer, a través de las salidas de datos 8, datos de funcionamiento (denominados en el presente documento "DataEC") de uno o más de los motores eléctricos. 6, y está configurada para utilizar dichos datos operativos DataEC para generar un paquete de información relativa al estado operativo de estos motores eléctricos 6. De este modo, la unidad de control básica 2 pone dicha información a disposición de la unidad de control remoto/unidad maestra 5, en un formato personalizable.
La unidad de control básica 2 está así configurada para generar un informe para el usuario, representando dicho informe esencialmente el documento de identidad con el que se certifica la correcta programación de los motores eléctricos 6 de los ventiladores V. De manera ventajosa, la unidad de control básica 2 también es capaz de verificar, siempre basándose en los parámetros y los datos operativos detectados a través de las salidas de datos 8, la calidad de las conexiones eléctricas, así como la correcta correspondencia de los códigos (por ejemplo, de los componentes utilizados), generando, ordenando y preparando el paquete de información en respuesta a las consultas de la unidad de control remoto/unidad maestra 5 e incluyendo toda esta información en el citado informe.
La comunicación entre la unidad de control básica 2 y los motores eléctricos 6 (así como la comunicación entre la unidad de control básica 2 y la unidad de control remoto/unidad maestra 5) es, por lo tanto, una comunicación bidireccional que tiene lugar a través de las salidas de datos 8 (y también a través de las entradas de datos), en la que, además de enviar instrucciones de programa y otros comandos a los motores eléctricos 6, es posible recibir datos operativos de dichos motores eléctricos 6 mediante la lectura y detección de los datos técnico-funcionales relevantes por parte de la unidad de control básica 2.
Por lo tanto, el sistema 1 de la presente invención es capaz de simplificar la gestión de una unidad de ventilación, ya que está diseñado para leer/escribir y poner a disposición (por ejemplo, tras la solicitud de la unidad de control remoto/unidad maestra 5), en un paquete de datos personalizable, toda la información relativa a los motores eléctricos 6 que accionan dichos ventiladores V, evitando además las posibles limitaciones impuestas al tráfico Modbus, como por ejemplo el número máximo de registros consecutivos que se pueden leer y/o escribir.
Por lo tanto, es posible la virtualización de las direcciones de los ventiladores, así como de los protocolos (la unidad 5 no necesita saber si los motores son, por ejemplo, ebm-papst o ziehl-abegg).
En una realización, el sistema 1 también comprende elementos de señalización 13 en la unidad de control básica 2, tales como, por ejemplo, un LED de estado y señalización para fuentes de alimentación (tensiones auxiliares), para canales de salida de control Modbus, para fallos técnicos de motores y conexiones de control y/o auxiliares, así como fallos de la unidad básica de control 2.
Además, la unidad de control básica 2 está configurada para gestionar un sistema de alerta que incluye al menos uno de entre un LED de señalización (que puede estar incluido, por ejemplo, en los elementos de señalización 13 antes mencionados), un relé de alarma 14 (por ejemplo, un relé de alarma con contactos de conmutación conectados o integrados en la placa electrónica 4), así como un código de señalización de alarma a través del protocolo Modbus, por ejemplo, directamente a la unidad 5.
En la forma más general del sistema 1, las conexiones para cada motor eléctrico 6 conectado comprenden, por lo tanto, las señales Modbus para la programación y gestión de los motores (D+, D-, REF, como se conoce por el estándar RS485), la señal analógica 0-10 Vdc, en particular como referencia para la velocidad de rotación de los motores, así como el relé de alarma para la lectura del estado (OK-KO) de estos motores.
Cada motor eléctrico 6 conectado es gestionado por la unidad de control básica 2, que está configurada para monitorizar también constantemente cualquier problema en los cables de conexión con dichos motores, así como para verificar la calidad de la conexión con los motores individuales, generando una señal de error y/o alarma si se detecta alguna anomalía.
Por tanto, es posible verificar el estado de los motores eléctricos 6, en particular el estado de los motores EC, leer y detectar sus datos técnico-funcionales, gestionar los códigos de alarma y advertencia transitorios, así como realizar muchas otras funciones ventajosas, siendo el sistema 1 de la presente invención, de hecho, un sistema muy versátil y fácil de usar, que permite un control total.
Haciendo referencia ahora a la figura 5, en una realización de la presente invención, el sistema 1 también comprende una unidad auxiliar 9 operativamente conectada a la unidad de control básica 2 y configurada al menos para proporcionar una fuente de alimentación a dicha unidad de control básica 2. En una realización, la alimentación proporcionada es de 24 Vac (corriente alterna).
La unidad auxiliar 9 está conectada, preferiblemente, a la unidad de control básica 2 mediante la entrada de datos 7, que, además del paso de datos, también permite la alimentación eléctrica del sistema 1. De este modo, la unidad auxiliar 9 está dispuesta entre la unidad de control básica 2 y la unidad de control remoto/unidad maestra 5, recibe como entrada de dicha unidad de control remoto/unidad maestra 5 los datos de entrada DataIn (tales como, por ejemplo, la señal Modbus estándar y la instrucción 0-10V), y transfiere dichas instrucciones, junto con la fuente de alimentación, a la unidad de control básica 2.
La figura 6 muestra el sistema 1 que comprende la unidad auxiliar 9, en el que la unidad de control básica 2 está programada para la gestión de cuatro motores eléctricos 6. En esta figura también se muestran las principales señales transmitidas, según la descripción anterior. En particular, según las diversas configuraciones, las señales Modbus estándar y/o la instrucción 0-10 Vdc son enviadas por la unidad de control remoto/unidad maestra 5. La unidad auxiliar 9 (que puede no estar presente) transmite estas señales, junto con la fuente de alimentación, a la unidad de control básica 2. Como se ha indicado anteriormente, la unidad de control básica 2 está configurada (tanto desde el punto de vista del hardware como del software) para enviar a los motores eléctricos 6 las señales S adecuadas para su gestión, tales como como las señales basadas en el Modbus operativo seleccionado, por ejemplo, de entre ebm-papst y/o ziehl-abegg. A través de las salidas de datos 8 y de cables adecuados se transmiten también los contactos para los relés de alarma, por ejemplo, para la gestión de anomalías. Las señales Modbus estándar y la instrucción 0-10 V de la unidad de control remoto/unidad maestra 5, así como la fuente de alimentación, pueden eventualmente ser transmitidas mediante la unidad de control básica 2 también a otras unidades de control básicas conectadas a la misma para el control de otras unidades de motor, como se describe en el siguiente párrafo.
Según la invención, la unidad de control básica 2 transforma las entradas de modo que las señales de gestión emitidas por las salidas de datos se basen únicamente en uno o más protocolos Modbus operativos.
De manera ventajosa, según la presente invención, con referencia a las figuras 7 y 8, la unidad de control básica 2 es un elemento modular interconectable con otras unidades de control básicas, estando cada unidad de control básica 2 adaptada para controlar una pluralidad respectiva de motores eléctricos 6. De este modo, el sistema 1 de la presente invención comprende una pluralidad de unidades de control básicas 2 que forman un conjunto de módulos conectados entre sí en serie, comprendiendo cada una de dichas unidades de control básicas 2 una salida específica 12 y una entrada para la conexión con los demás módulos.
Preferiblemente, en una realización, la entrada de datos del módulo anterior corresponde a la entrada de datos 7 descrita anteriormente, mientras que la salida 12 hacia el módulo siguiente es una salida independiente. Evidentemente, dichas entradas y salidas pueden invertirse en función de si se transmiten datos para el control de los motores o si se transmite información operativa sobre el estado de dichos motores.
La configuración modular descrita anteriormente es muy ventajosa cuando es necesario gestionar un gran número de motores eléctricos 6, ya que esta tarea se resuelve mediante un conjunto de unidades de control básicas 2 modulares (todas iguales) conectadas entre sí en serie, estando cada una de ellas dispuesta para la gestión de los respectivos (preferiblemente, pero sin limitarse a, cuatro) motores eléctricos 6.
De manera ventajosa, las conexiones con todos los motores eléctricos 6 están estandarizadas. Cada unidad de control básica 2 está provista de sus propios cables 10 para la conexión con los motores eléctricos 6 (siendo dichos cables idénticos, modulares y estandarizados para cada unidad y para cada motor y estando configurados al menos para transportar las señales de gestión S), así como de cables 11 (también idénticos, modulares y estandarizados para cada unidad y configurados al menos para transportar las entradas) para la conexión en secuencia con las otras unidades de control básicas modulares y/o con la unidad auxiliar 9 y con la unidad de control remoto/unidad maestra 5. Los cables 10 y 11 son adecuados para el transporte de señales como se ha descrito anteriormente (véase, por ejemplo, la explicación en relación con la figura 6). Por lo tanto, la expresión "cables estandarizados" se refiere a cables que son estructural y/o funcionalmente iguales, con conexiones idénticas adaptadas para interconectarse con la unidad de control básica 2, los motores y otras unidades, configurados para transportar un determinado tipo de señal, simplificando enormemente la instalación del sistema. En otras palabras, el experto en la materia entiende que cables "estandarizados" significa que estos cables (o cableado) son idénticos (es decir, del mismo tipo) para cada dispositivo controlado, en particular iguales para cada función y/o aplicación respectiva específica programada en la unidad de memoria MEM y que debe ejecutarse en los dispositivos; por lo tanto, en el caso de muchos dispositivos, siempre se utilizan módulos de cables iguales, simplificando enormemente el trabajo del operario. Por ejemplo, las conexiones a la unidad de control básica 2 pueden ser siempre iguales y las conexiones a un tipo de dispositivos eléctricos (por ejemplo, a motores EC) están dispuestas para ser siempre iguales, es decir, estandarizadas, previendo el sistema, de hecho, el transporte de un tipo predeterminado de señales de gestión para los dispositivos específicos que deben ser controlados.
Por lo tanto, las principales ventajas del sistema 1 según la presente invención también están asociadas a la modularidad de los componentes, que aumentan con el número de motores eléctricos 6 y ventiladores V de la máquina de ventilación que debe ser controlada, manteniendo inalterada la estructura repetitiva de los componentes básicos, en particular de la unidad de control básica 2 para la gestión integral de una pluralidad de motores EC, por ejemplo, con protocolos Modbus integrados ebm-papst y ziehl-abegg. Más en concreto, dichos componentes modulares incluyen la anterior unidad de control básica 2, los cables 10 para la conexión con los motores eléctricos 6 (por ejemplo, cuatro cables idénticos 10 para cada unidad de control básica 2) y los cables 11 para la conexión con los módulos adyacentes, estando todos estos componentes convenientemente estandarizados.
Asimismo, todas las operaciones se llevan a cabo en el sistema de ventilación sin modificar el cuadro eléctrico.
Para realizar todas las funciones antes mencionadas, los componentes electrónicos 4 pueden comprender bloques de terminales de conexión (o clip) para las conexiones con los motores y con las otras unidades de control remoto, así como un microcontrolador con interfaz aislada para la línea en serie RS485 con protocolo Modbus RTU, interfaces de control y lectura del estado de los motores.
Además, en una realización de la presente invención, se disponen medios que permiten a la unidad de control básica 2 interactuar con otra unidad remota (no mostrada), que puede estar físicamente muy distante. Por ejemplo, haciendo referencia de nuevo a la figura 4, pueden estar presentes medios de recepción/transmisión TX, que pueden ser inalámbricos o por cable, al igual que dicha comunicación puede tener lugar a través de la unidad de control remoto/unidad maestra 5.
De la descripción anterior se desprende que el ámbito de protección de la presente invención también se refiere a un sistema de ventilación 100 que comprende un conjunto de ventiladores V, una pluralidad de motores eléctricos 6 adaptados para accionar dichos ventiladores 6 y un sistema 1 de gestión de dichos motores eléctricos 6 según la presente invención tal como se ha descrito anteriormente.
En particular, resumiendo brevemente lo anterior, el sistema 1 es capaz de ajustar la velocidad (RPM) de los ventiladores V, modificar los parámetros operativos de los motores y leer y/o escribir los registros Modbus de cada motor individual, así como de convertir la instrucción 0-10 Vdc en el modo Modbus (por ejemplo, ebm-papst y ziehlabegg).
En una realización, el sistema de la presente invención proporciona a los sistemas BMS directamente los registros de entrada y retención de los protocolos Modbus de última generación (por ejemplo, ebm-papst y ziehl-abegg).
En una realización, existen numerosos registros Modbus para activar las funciones de regulación y gestión de los dispositivos 6. Por ejemplo, para cada dispositivo se reservan nueve registros contiguos, que contienen una imagen del contenido de los registros del dispositivo correspondiente. Cada registro se compone de una única palabra de 16 bits.
El sistema permite el precableado de motores eléctricos individuales, en particular motores EC, y simplifica el cableado de dichos motores, verifica la conexión del motor EC individual y garantiza el funcionamiento en caso de fallo técnico-funcional. Evita interrupciones debidas a fallos de conexión y mantiene operativa la unidad de ventilación, activando el modo de emergencia en caso de fallo del motor o de la conexión Modbus. Los motores se gestionan de forma independiente entre sí y el sistema es capaz de realizar informes y aislar los motores con anomalías.
A este respecto, se hace referencia a las figuras 9A-9B, que representan ejemplos de programación y gestión del sistema de la presente invención. El sistema 1 es capaz de gestionar por completo los motores EC ebm-papst y ziehl-abegg gracias a los protocolos Modbus integrados. Tras haber direccionado y programado correctamente los motores presentes (figura 9A, en la que los distintos valores son programados automáticamente por el sistema), verifica el cableado y el estado de los motores, señalando cualquier anomalía (figura 9B, en la que, por ejemplo, se identifica un error y se señala adecuadamente). De este modo, el trabajo de mantenimiento se simplifica considerablemente, ya que el motor defectuoso se sustituye fácilmente (gracias al cableado modular y al sistema de conexión plug 8v play) y el nuevo motor se reprograma automáticamente con los mismos parámetros (en particular, el sistema verifica la compatibilidad del nuevo motor y lo reprograma con los parámetros operativos establecidos, por ejemplo, por la unidad de control remoto/unidad maestra 5), sin necesidad de reprogramación manual. En efecto, gracias a las instrucciones de programa integradas, la unidad de control básica 2 es capaz de detectar y señalar los problemas de los motores defectuosos (identificando los problemas encontrados) y, por lo tanto, de permitir la sustitución automática de los motores, reprogramando automáticamente el nuevo motor conectado. El sistema plugin resuelve así todos los problemas relacionados con la sustitución, siendo suficiente la conexión mediante cables con la unidad de control básica 2 para la ejecución de todas las operaciones deseadas.
El sistema 1 de la presente invención direcciona automáticamente cada motor conectado y programa automáticamente los parámetros operativos de estos motores conectados; protege el correcto funcionamiento de cada motor conectado y mantiene constante el nivel de las señales Modbus transmitidas. En particular, el sistema 1 de la presente invención monitoriza el nivel de las señales Modbus recibidas del motor y detecta y señala los fallos de funcionamiento de los motores, así como también mantiene la información operativa de los motores, que puede ser detectada y luego almacenada en la unidad de memoria MEM, así como transmitida a la unidad de control remoto/unidad maestra 5.
El sistema 1 de la presente invención activa y gestiona las funciones Modbus especiales de cada motor, como, por ejemplo, la velocidad de emergencia (es decir, las RPM de emergencia en caso de pérdida de la señal de control), la función de limpieza (es decir, la rotación inversa para limpieza de la batería), la función de límite de velocidad máxima (es decir, las RPM máximas del ventilador, para limitar el ruido del aire) y la función handshake (es decir, el desbloqueo progresivo del motor para el hielo), y similares.
Gracias a los protocolos integrados, el sistema también permite una velocidad mínima del 4 %, una velocidad homogénea para todos los motores conectados, una posible parada del motor individual para reducir la potencia del intercambiador, una parada del motor individual en caso de emergencia, así como la detección y lectura de datos de parámetros de alarma.
En conclusión, la presente invención proporciona una unidad de control básica modular como interfaz entre la unidad de control remoto/unidad maestra y el conjunto de motores eléctricos que deben ser controlados, en particular motores EC que deben ser controlados y gestionados, actuando dicha unidad modular como unidad de direccionamiento y programación de dichos motores eléctricos. De este modo, el sistema de gestión descrito hace única, eficiente y segura la gestión de un intercambiador de calor avanzado equipado con una pluralidad de motores eléctricos, por ejemplo diseñado para la Industria 4.0, ya que la unidad de control básica modular es capaz de comunicarse fácilmente con el sistema de control y con los motores y está convenientemente configurada con protocolos de gestión integrados que permiten su instalación inmediata y el direccionamiento, programación y gestión eficaz de los motores. La comunicación mejorada con los motores que permite la unidad de control básica modular permite, además, generar, a través de dicha unidad de control básica, un informe que muestra el estado del sistema. En el caso de un gran número de motores que deban ser controlados, la presente invención prevé simplemente la conexión de múltiples unidades modulares en serie, siendo todas las conexiones estandarizadas y extremadamente sencillas de realizar. Las unidades modulares son plug 8v play, de modo que sus funciones operativas se activan fácilmente sin complicados procedimientos de instalación. Se proporciona así un sistema modular, hardware y software, que gestiona fácilmente la programación automática de los motores EC de los ventiladores monofásicos y trifásicos y simplifica la gestión Modbus del dispositivo maestro gracias a la presencia de protocolos Modbus integrados, como, por ejemplo, los protocolos ebm-papst y/o ziehl-abegg integrados en la unidad de control básica. El sistema garantiza, además, la total seguridad del operario en las fases de prueba y servicio, y mantiene el sistema de ventilación en funcionamiento incluso en caso de anomalías (como, por ejemplo, una anomalía en la red Modbus), solucionando así todos los problemas de conexión y programación de los sistemas que tienen motores EC.
El sistema de la presente invención resuelve, por tanto, todos los problemas actuales relacionados con los componentes y con la seguridad del proceso de instalación/prueba/mantenimiento de un sistema de ventilación, en particular simplificando e industrializando las conexiones eléctricas para la gestión y monitorización de motores eléctricos, en particular motores EC, destinados al control de los ventiladores de un intercambiador de calor ventilado. El sistema de la presente invención elimina problemas críticos y resuelve todos los problemas técnicofuncionales con total seguridad, gracias a la unidad de control básica que es capaz de ejecutar instrucciones de programa de un software integrado dedicado, gracias al sistema modular dedicado, y gracias a la distribución modular de la conexión de los auxiliares de control, ofreciendo un sistema extremadamente versátil para todas las aplicaciones de regulación de motores EC, por ejemplo ebm-papst y ziehl-abegg, motores trifásicos y monofásicos. Por lo tanto, se proporciona un sistema modular para la gestión total de los motores.
El sistema de la presente invención permite el uso de una estructura eléctrica modular, simplemente utilizando múltiplos de los mismos códigos (es decir, múltiplos de los mismos componentes), gracias a la estructura modular de la unidad de control básica y de los cables, que también son modulares y están convenientemente configurados para transportar determinados tipos de señales para la gestión del motor. Como se ha ilustrado anteriormente, el cableado modular (o cables modulares) denota el uso de un mismo tipo de cables para los dispositivos que van a ser controlados, de modo que los componentes del sistema de la presente invención se adaptan al número de dispositivos sin aumentar los códigos utilizados, por ejemplo, con solo cuatro códigos (unidad básica, unidad auxiliar, cables entre unidades básicas y cables para dispositivos eléctricos), garantizando una total modularidad.
Esto confiere una extrema facilidad de gestión, permitiendo el uso de una única unidad de control básica (o múltiplos de ellas) acompañada de los cables apropiados, unidad que realiza de forma autónoma las operaciones de direccionamiento, programación y gestión, sin necesidad de instalaciones individuales de los motores.
La conexión modular de los elementos favorece tanto el precableado de montaje en banco como el control de calidad de las conexiones eléctricas individuales del(los) cable(s) y de los niveles de señal Modbus, poniendo de relieve posibles problemas de cableado.
De lo anterior se desprende que el sistema de la presente invención simplifica el cableado de la instalación, ya que los ventiladores pueden estar precableados antes del montaje o cableados directamente en la instalación mediante un enchufe.
Durante la fase de prueba, gracias a la capacidad de la unidad de control básica para interactuar eficientemente con los motores, el sistema de la presente invención certifica la calidad de las conexiones, identifica y programa automáticamente los motores conectados, recopilando también los datos para el informe final, que resalta y describe los detalles técnicos y compara los parámetros de trabajo programados de todos los ventiladores, destacando diferencias y anomalías.
El sistema de la presente invención, por lo tanto, simplifica la puesta en marcha de una nueva instalación, tal como un intercambiador de calor con ventiladores, y en caso de fallo de uno o más motores, permite sustituirlos fácilmente e insertar en el sistema los nuevos motores que se conectarán a la unidad de control básica, direccionándolos y programándolos automáticamente al arrancar. Más en concreto, gracias a la posibilidad de una comunicación bidireccional con los motores y con la unidad de control remoto/unidad maestra (por ejemplo, siguiendo consultas del dispositivo maestro), el sistema según la presente invención pone de relieve dónde intervenir y qué elementos sustituir, haciendo más eficiente la intervención técnica con la reinserción automática de los componentes sustituidos, con la unidad de control básica siendo capaz de programar automáticamente los motores sobre la base de las instrucciones de programa en ella almacenadas, por ejemplo, instrucciones de programa que son específicas para determinados sistemas que deben ser controlados.
Por lo tanto, el sistema según la presente invención permite identificar inmediatamente la causa de los problemas y señalar el estado funcional a través del hardware y del software, por ejemplo, mediante los LED de señalización del dispositivo, el relé de alarma y los códigos de señalización de alarma a través del protocolo Modbus.
Una característica del sistema de la presente invención es su gran versatilidad, siendo este sistema configurable para todas las aplicaciones en intercambiadores de calor ventilados, enfriadores secos, condensadores remotos y enfriadores de gas, hasta las paredes de ventilación (EC fan-grid), proporcionando dicho sistema una gestión completa de los motores EC conectados.
La unidad de control básica puede programarse adecuadamente en función del tipo de motores que van a ser controlados; en general, comprende todas las instrucciones para la gestión del sistema y puede instalarse de forma extremadamente sencilla y con total seguridad para los operarios, que ya no tienen que programar el motor directamente con la caja de cableado abierta. Además, no es necesario recurrir a operarios especializados, sino que es suficiente con tener conocimientos básicos de electricidad.
De la figura 10A se desprende que, gracias al sistema de la presente invención, un operario puede trabajar con total seguridad, ya que la programación de los motores no implica una interacción directa con los mismos. La figura 10A también muestra que la conexión eléctrica de los motores se realiza preferiblemente antes de la programación y, preferiblemente, los cables de alimentación se mantienen separados. El operario puede verificar visualmente el resultado del trabajo realizado por el sistema según la presente invención, que adquiere datos y señala los problemas encontrados en la fase de programación de los motores conectados.
En una realización alternativa de la presente invención, la unidad de control básica 2 puede configurarse, además, para recibir una señal de alimentación P (por ejemplo, desde el cuadro eléctrico) y suministrar dicha señal de alimentación P a los motores eléctricos 6 para la alimentación de dichos motores eléctricos 6. A modo de ejemplo, la fuente de alimentación puede ser proporcionada por la unidad auxiliar 9 operativamente conectada a la unidad de control básica 2 y al cuadro eléctrico. De este modo, la estructura eléctrica de la unidad de control básica 2 es tal que también es capaz de suministrar la alimentación (monofásica/trifásica) al grupo de motores/actuadores eléctricos conectados, gestionando así también la parte de alimentación de dichos motores/actuadores. Obviamente, la parte de alimentación está debidamente blindada. Esta realización se ilustra esquemáticamente en la figura 10B, en la que las conexiones y señales indicadas son meramente ilustrativas y no limitativas.
En esta realización, el cuadro eléctrico tiene una estructura extremadamente simplificada y las protecciones individuales de las líneas de alimentación con el interruptor general y la unidad de regulación están dispuestas en el mismo. La unidad de control básica 2 comprende, en una realización a modo de ejemplo, un interruptor/relé de control remoto para cada ventilador conectado, bloques de terminales de conexión para cada motor/ventilador, por ejemplo, de alimentación (L1, L2, L3, PE), señales Modbus (D , D-, REF), señales 0-10 V, termistores/relés de alarma para lectura en serie, termistores/relés de alarma para lectura local con salida Modbus (como alternativa a la lectura en serie), bloques de terminales para conexión al cuadro principal para alimentación, señales Modbus, señales 0-10V paralelas, relés de alarma HW, así como bloques de terminarles para conexión a otras unidades de control básicas, y un microcontrolador con interfaz aislada para línea en serie RS485 con protocolo Modbus RTU, control remoto de los interruptores de alimentación de los ventiladores, lectura del estado de los ventiladores. La unidad de control básica precableada permite así llevar la alimentación trifásica con la térmica (TK) a los motores, además de todas las funciones descritas anteriormente. Los cables de alimentación de los módulos individuales están conectados al panel principal.
En este caso también son de aplicación las anteriores ventajas, entre las que se encuentran la simplificación en la gestión de los motores, que son direccionados y programados automáticamente incluso en caso de sustitución para mantenimiento y/o servicio, la simplificación de las conexiones eléctricas, con cableado estandarizado (es decir, cables ya hechos a medida y siempre iguales), la posibilidad de utilizar operarios con conocimientos básicos de electricidad, y la reducción significativa a un número reducido de códigos de componentes para cubrir todas las potencias (hasta 250 Amperios) y opciones de gestión, tanto en sistemas locales como en sistemas BMS. Al disponer de todas las opciones básicas, desaparecen decenas de códigos relacionados con las variantes propuestas y/o solicitadas por el cliente para los cuadros eléctricos.
En general, gracias a las enseñanzas de la presente invención, se proporciona así un dispositivo que simplifica y resuelve todos los problemas críticos relacionados con la conexión, programación y gestión de motores eléctricos en la red Modbus, proporcionándose este dispositivo, en una realización, con los protocolos ebm-papst y ziehl-abegg ya integrados, permitiendo un control óptimo de los motores EC más modernos. Por lo tanto, permite que un sistema Modbus estándar gestione directamente todas las funciones específicas de los protocolos Modbus ebm-papst y ziehl-abegg, para poder gestionar todos los ventiladores, incluidos aquellos con motores de última generación, como los motores EC.
Además, el sistema de la presente invención garantiza la continuidad de funcionamiento del intercambiador ventilado, limitando el problema funcional únicamente al motor en fallo técnico, sin interrumpir la cadena de regulación. Más concretamente, la modularidad del sistema y la configuración de las salidas de datos evitan interrupciones no deseadas en caso de fallos en la conexión de los motores EC, señalizando y aislando la parte defectuosa y manteniendo la unidad de ventilación operativa.
De manera ventajosa, la presente invención proporciona la estandarización del cableado de las instrucciones de los motores EC trifásicos y monofásicos, ya que proporciona la modularidad de las conexiones eléctricas, con cables ya hechos a medida y siempre iguales. La distribución de las conexiones de los auxiliares de control se hace así modular, siendo idéntica para todas las aplicaciones de motores EC trifásicos y monofásicos.
Como se ha mencionado anteriormente, gracias al sistema de la presente invención, también es posible realizar el cableado preventivo de los motores, antes de instalarlos en el intercambiador de calor.
El sistema descrito interactúa y se pone a disposición del dispositivo maestro, con el fin de realizar las funciones operativas para la gestión óptima de los motores EC del intercambiador de calor ventilado y de transmitir el paquete de datos operativos en el modo solicitado por el dispositivo maestro.
Aplicaciones
El sistema de la presente invención tiene varias aplicaciones ventajosas, de las cuales solo algunas se enumeran en el presente documento a modo de ejemplo no limitativo.
Las figuras 11A-11C muestran cómo el sistema de la presente invención permite implementar cualquier configuración y además está dispuesto para gestionar la conexión Modbus en estrella, simplificando todas las actividades necesarias para el correcto funcionamiento Modbus de un intercambiador o su actualización técnica, por ejemplo, con la sustitución de los motores AC por motores EC de unidades ya instaladas y operativas, permitiendo la conexión plug 8v play con un número deseado de ventiladores.
Resumiendo lo anterior, gracias al software especial de gestión y a los protocolos ebm-papst y ziehl-abegg integrados, el sistema de la presente invención coordina y gestiona automáticamente el direccionamiento y la programación de los motores EC y agrupa la información de los motores EC individuales, tanto para generar el informe de fin de prueba como para la unidad de control remoto/unidad maestra. Esto permite realizar eficazmente la función prueba en fábrica, radicando su fortaleza en su simplicidad funcional.
En general puede decirse, por tanto, que el sistema de la presente invención está diseñado e ideado para facilitar la gestión por parte del dispositivo maestro (que puede comunicarse con el protocolo Modbus RTU estándar) de motores EC con protocolos Modbus propietarios como los protocolos ebm-papst y ziehl-abegg. Esto simplifica los procedimientos, simplificando así la programación y gestión de los motores EC individuales, la modularidad de las conexiones eléctricas de los auxiliares de control, el ajuste automático de los motores EC, la lectura y adquisición de los datos de funcionamiento de los motores EC, incluyendo advertencias y alarmas, la recopilación y selección del paquete de datos que se pondrá a disposición del controlador maestro, así como la remodelación del comando 0-10 Vdc para gestionar directamente los motores EC ebm-papst y ziehl-abegg. .
En general, se describe a modo de ejemplo un sistema modular ventajoso para realizar el cableado y para una gestión Modbus plug 8v play de máquinas con motores EC.
Además, el sistema de la presente invención facilita las tareas de asistencia sobre el terreno, ya que, una vez identificada y señalada una anomalía, permite la sustitución inmediata de los motores sin necesidad de su programación previa, direccionando y programando directa y automáticamente los parámetros operativos de los dispositivos sustituidos, así como recopilando toda la información de los motores EC individuales en un paquete de datos para el informe final de campo.
La programación automática de todos los motores eléctricos conectados al sistema de la presente invención salvaguarda la seguridad del operario en los procedimientos de prueba, garantiza la eficiencia de las conexiones y la consecuente programación efectiva de todos los motores EC conectados.
El sistema de la presente invención también puede aplicarse fácilmente con la función de reacondicionamiento, ya que facilita la sustitución de ventiladores con motores AC de máquinas ya instaladas y, gracias a las conexiones modulares plug-in y a los protocolos Modbus ya integrados en la memoria (es decir, en un software dedicado), permite la gestión completa de los motores EC, transformando también la simple regulación 0-10Vdc en Modbus. Por lo tanto, el sistema plug 8v play descrito permite actualizar un sistema existente de una manera muy sencilla y automática.
Además, se resuelve el inconveniente de las soluciones conocidas por el cual la especificación Modbus requiere que los diversos dispositivos se conecten en secuencia. Esto ya no es un problema para el sistema de la presente invención. A falta de la conexión en secuencia (Daisy-Chain) como exige la especificación del estándar Modbus, el sistema de la presente invención permite resolver los problemas de raíz gracias al procedimiento de conexión específico (basta con conectar las unidades de control básicas a los motores) y gracias al software especializado para la gestión directa de motores EC ebm-papst y ziehl-abegg. El sistema de la presente invención permite mantener la misma conexión y transforma una cuestión crítica en una solución técnicamente funcional válida, siendo así la solución ideal para intercambiadores con motores EC, también conectados en estrella (véase, por ejemplo, la figura 11C).
Siempre de acuerdo con las soluciones conocidas, se sabe que cada dispositivo maestro tiene, por ejemplo, una limitación de software para gestionar hasta 32 unidades esclavas mientras que, para la numeración Modbus (ID), las direcciones utilizables son de 1 a 247. Por otro lado, el sistema de la presente invención permite relajar estas restricciones y, además de proporcionar un direccionamiento automático gracias a las instrucciones en él integradas que le permiten comunicarse automáticamente con los motores, permite una mayor libertad en el diseño de la arquitectura de comunicación de datos.
Además, el sistema de la presente invención está diseñado para recopilar datos e información en relación con el conjunto de motores, de forma que actúe como repositorio y libere a la unidad de control remoto/unidad maestra (por ejemplo, Master-BMS) de la gestión directa de los motores EC, actuando, así, como puente. El sistema de la presente invención es, de hecho, capaz de detectar la información procedente de los motores y señalar averías en tiempo real, interactuando y preparando la información para la unidad de control remoto/unidad maestra, transmitiéndola en el modo requerido. De hecho, el sistema de la presente invención está en comunicación continua con los motores eléctricos y prepara la información para cualquier solicitud del dispositivo maestro. Por ejemplo, a través de la unidad de control remoto se detectan y señalan averías de los motores, comunicándolas directamente al sistema de control.
Por último, el sistema de la presente invención también es capaz de desempeñar una función de vigilancia, ya que se proporciona un dispositivo intrínsecamente seguro, que verifica la calidad del cableado y monitoriza automáticamente los niveles de las señales de control, destacando inmediatamente las anomalías y adquiriendo información sobre alarmas funcionales. Por lo tanto, el sistema de la presente invención protege el correcto funcionamiento de cada motor conectado, manteniendo constante el nivel de las señales Modbus transmitidas. Garantiza el correcto funcionamiento incluso en caso de fallos técnico-funcionales, aislando los ventiladores defectuosos y manteniendo la máquina en estado de funcionamiento. De este modo se evitan interrupciones, por ejemplo, en caso de fallos en la conexión de los motores, y la unidad de ventilación se mantiene operativa.
También cabe señalar que el sistema de la presente invención salvaguarda la seguridad del operario en los procedimientos de prueba. En particular, el sistema de la presente invención salvaguarda la total seguridad eléctrica de los operarios, ya que gracias a los protocolos integrados ebm-papst y ziehl-abegg (actualizados a la última versión) realiza automáticamente todos los procedimientos de identificación y programación de los motores EC.
Las figuras 12A-12D muestran varios casos generales de arquitecturas de gestión que utilizan el sistema de la presente invención, resumiendo algunas de las funciones descritas anteriormente. En concreto, el sistema de la presente invención se adapta a todo tipo de sistemas de gestión y regulación: interactúa con sistemas de gestión remotos (por ejemplo, BMS, identificado como 5'), así como con el dispositivo maestro a bordo de la máquina (es decir, local, identificado como 5", que puede solicitar por ejemplo la lectura de los datos del motor), o incluso con una combinación de ambos. De hecho, los ejemplos de estas figuras pueden combinarse fácilmente, obteniéndose así un sistema de gestión versátil y fácilmente adaptable a cualquier situación.
El sistema de la presente invención almacena y gestiona información sobre los motores EC del sistema de ventilación y simplifica la gestión y comunicación con el dispositivo maestro y/o con el BMS remoto.
El sistema de la presente invención también puede aplicarse a la gestión y control de motores AC monofásicos y trifásicos, proporcionando, por ejemplo, soporte para la regulación ON/OFF de un ventilador individual o de un grupo de ventiladores con motores AC, para la regulación proporcional por corte de fase (SCR), o regulación proporcional con Inverter, o con una unidad de paso de voltaje VAC, aunque la aplicación principal es para motores EC tal como se ha ilustrado anteriormente.
Por último, como se anticipó inicialmente, la versatilidad del sistema de la presente invención se presta a varias aplicaciones. De hecho, la posibilidad de disponer de una pluralidad de salidas independientes (por ejemplo, cuatro), equipadas con hardware independiente, así como la posibilidad de poder gestionar la comunicación vía software, por ejemplo, utilizando los protocolos Modbus, permite gestionar un gran número de aparatos y dispositivos eléctricos/electrónicos conectados a la unidad de control básica.
Por ejemplo, es posible aprovechar la funcionalidad del sistema de la presente invención y crear un sistema que transmita y reciba información a/procedente de dispositivos de diferentes clases y tipos, con un protocolo de comunicación dedicado a una o múltiples salidas/entradas en serie.
Aún más concretamente, a modo de ejemplos no limitativos, el sistema puede aplicarse a un frigorífico o a una máquina industrial, a una aplicación en domótica, donde coexisten productos de diferentes tipos y marcas (como, por ejemplo, actuadores eléctricos/electrónicos), que dependen de un sistema de gestión que recibe, adquiere, procesa y transmite la información necesaria para la gestión de un sistema de componentes y/o equipos, ya sean únicos y/o complejos.
En un refrigerador industrial, existen de hecho diversos dispositivos eléctricos tales como motores AC, motores EC, inversores, válvulas, contadores, sensores, controles electrónicos, todos los cuales pueden ser controlados por el sistema de la presente invención, así como como circuladores y bombas. La figura 13 muestra esquemáticamente cómo la unidad de control básica puede ser conectada y configurada para controlar varios dispositivos eléctricos que cooperan en un sistema (obviamente la figura representa esquemáticamente componentes ideales y las correspondientes conexiones se insertan solo a modo de ejemplo).

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Sistema (1) de gestión de un conjunto de dispositivos eléctricos/electrónicos, que comprende al menos una unidad de control básica (2) adaptada para actuar como interfaz entre una unidad de control remoto/unidad maestra (5) y una pluralidad de dispositivos eléctricos/electrónicos (6) que deben ser controlados, comprendiendo dicha unidad de control básica (2):
- al menos una entrada de datos (7) dispuesta para recibir entradas (DataIn) procedentes de la unidad de control remoto/unidad maestra (5) y una pluralidad de salidas de datos (8) conectables con respectivos dispositivos eléctricos/electrónicos de la pluralidad de dispositivos eléctricos/electrónicos (6); y
- una unidad de memoria (MEM) que incluye instrucciones de programa adaptadas para transformar las entradas (DataIn) procedentes de la unidad de control remoto/unidad maestra (5) en señales de gestión (S) que se emitirán a través de las salidas de datos (8) para la pluralidad de dispositivos eléctricos/ electrónicos (6),
en el que, a través de dichas señales de gestión (S), la unidad de control básica (2) está configurada para:
- direccionar automáticamente los dispositivos eléctricos/electrónicos (6);
- programar automáticamente los parámetros operativos de dichos dispositivos eléctricos/electrónicos (6); y - gestionar el funcionamiento de dichos dispositivos eléctricos/electrónicos (6),
comprendiendo las señales de gestión (S) instrucciones de direccionamiento, programación y gestión previamente programadas en la unidad de memoria (MEM) sobre la base de aplicaciones y protocolos de comunicación específicos, y
en el que la unidad de control básica (2) está configurada para hacer que dichas instrucciones de programa puedan activarse tras la conexión de dicho sistema (1) con la unidad de control remoto/unidad maestra (5) para dichas operaciones de direccionamiento, programación y gestión,
caracterizado porquedicha unidad de control básica (2) está configurada para gestionar cada una de las salidas de datos (8) independientemente de las demás salidas de datos, a fin de gestionar de forma automática e independiente las operaciones de direccionamiento, programación y gestión de cada uno de dichos dispositivos eléctricos/electrónicos (6),
yporque, a través de dichas instrucciones de programa, la unidad de control básica (2) se configura, además, para transformar las entradas (DataIn) de modo que las señales de gestión (S) emitidas por las salidas de datos (8) se basen en uno o más protocolos Modbus operativos para la comunicación con dichos dispositivos eléctricos/electrónicos (6), basándose dichos protocolos Modbus operativos en el protocolo de comunicación previsto de dichos dispositivos eléctricos/electrónicos (6), definidos y almacenados en la unidad de memoria (MEM).
2. Sistema (1) según la reivindicación 1, en el que la unidad de control básica (2) es un elemento modular que puede interconectable con otras unidades de control básicas, estando cada unidad de control básica (2) adaptada para controlar una pluralidad respectiva de dispositivos eléctricos/electrónicos (6), comprendiendo dicho sistema (1) una pluralidad de unidades de control básicas (2) que forman un conjunto de módulos conectados entre sí, comprendiendo cada una de dichas unidades de control básicas (2) una salida (12) y una entrada (7) para la conexión con los demás módulos.
3. Sistema (1) según la reivindicación 1 o 2, en el que dichos dispositivos eléctricos/electrónicos (6) son motores EC.
4. Sistema (1) según la reivindicación 3, en el que las señales de gestión (S) emitidas por las salidas de datos (8) comprenden una instrucción de tensión analógica de 0 a 10 Vdc, estando dicha instrucción al menos adaptada para ajustar la velocidad de rotación de los motores EC (6).
5. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos protocolos Modbus operativos comprenden al menos el protocolo ebm-papst y/o el protocolo ziehl-abegg.
6. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de control básica (2) está configurada, además, para convertir una instrucción de tensión analógica de 0 a 10 Vdc, emitida por la unidad de control remoto/unidad maestra (5), en una instrucción Modbus para los dispositivos eléctricos/electrónicos (6).
7. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de control básica (2) está configurada además para:
- leer, por medio de las salidas de datos (8), datos (DataEC) procedentes de uno o más de dichos dispositivos eléctricos/electrónicos (6);
- utilizar dichos datos (DataEC) para generar un paquete de información relativa al estado operativo de dichos dispositivos eléctricos/electrónicos (6); y
- poner dicha información a disposición de la unidad de control remoto/unidad maestra (5).
8. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de control básica (2) está configurada para gestionar un sistema de alerta que incluye al menos uno de entre un LED de señalización, un relé de alarma y un código de señalización de alarma a través del protocolo Modbus.
9. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una unidad auxiliar (9) operativamente conectada a la unidad de control básica (2) y configurada al menos para proporcionar alimentación a dicha unidad de control básica (2).
10. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha unidad de control básica (2) comprende una carcasa (3) que encierra los componentes electrónicos (4) de dicho sistema (1), teniendo dicha carcasa (3) un grado de protección IP de IP20 a IP55.
11. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha unidad de control básica (2) está configurada, además, para recibir una señal de alimentación (P) y suministrar dicha señal de alimentación (P) a los dispositivos eléctricos/electrónicos (6) para la alimentación de los mismos.
12. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho sistema (1) comprende, además, cables (10) para la conexión de la unidad de control básica (2) a los dispositivos eléctricos/electrónicos (6), estando dichos cables (10) estandarizados y configurados al menos para transportar dichas señales de gestión (S).
13. Sistema (1) según la reivindicación 12, en el que dicha unidad de control básica (2) está configurada, además, para verificar la exactitud de las conexiones y de la disposición de los cables.
14. Sistema (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos protocolos Modbus operativos se almacenan en la unidad de memoria (MEM) de la unidad de control básica (2) y son definidos por los fabricantes de los dispositivos eléctricos/electrónicos (6).
15. Sistema de ventilación (100) que comprende:
- un conjunto de ventiladores (V);
- una pluralidad de motores EC (6) adaptados para accionar dichos ventiladores (V); y
- un sistema (1) de gestión de dichos motores EC (6) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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