PLC per controllo impianto di riscaldamento solare

[Sergio Bertana]

Ricevo la richiesta da parte di un istituto tecnico per la realizzazione del controllo di un impianto a riscaldamento solare. Il controllo è realizzato a scopo didattico, quindi sono installati una serie di sensori aggiuntivi per poter ciontrollare il funzionamento dell’intero ciclo di produzione energia termica. Di seguito la richiesta ricevuta.

C’è un bollitore solare a svuotamento a doppia serpentina, una viene usata per riscaldare l’acqua sanitaria, mentre il secondo più in alto per integrare il riscaldamento. L’idea è di mettere due sonde di temperatura per ogni serpentina a monte ed a valle delle stesse, ed un contalitri ad impulso a monte di ognuna, in modo da misurare la potenza scambiata dalle serpentine.

Vanno aggiunte poi altre sonde di temperatura, una che legge la T di mandata dalla caldaia ed un altra la T ambiente esterna. Se riuscissi nell’impresa di trovare un piranometro con uscita 4-20 mA a buon prezzo aggiungerei anche quello.

Gli strumenti devono tutti avere un errore relativo inferiore al 3%, per le PT1000 non c’è problema, per il contalitri ad impulso, nemmeno a patto di lavorare nell’intervallo corretto.

Vorrei collegare al PLC anche i dati provenienti dalla centralina del bollitore solare (temperature e portata dell’acqua dei pannelli), essa  mette a disposizione i dati in formato ascii via seriale 232, è possibile ?

In futuro,ma per quello c’è tempo, al PLC collegherei anche i consumi di gas del contatore gas, quelli dell’acqua, e quelli di energia elettrica del contatore (sia di entrata che di uscita del fotovoltaico) insomma un PLC flessibile che fa visionare tutti i consumi del laboratorio.

[Sergio Bertana]

Per il controllo dell’impianto propongo la nostra famiglia di prodotti SlimLine. I prodotti sono programmabili secondo lo standard IEC61131 ed è possibile disporre di una vasta biblioteca di funzioni e blocchi funzioni che semplificano notevolmente lo sviluppo del programma.Utilizzando il modulo espansione I/O analogico è possibile acquisire direttamente le temperature da sensori Pt1000, il software del modulo provvede alla linearizzazione del segnale ritornando il valore direttamente in gradi.Per il conteggio delle portate, consiglio dei contalitri lancia impulsi, che generano un impulso ad ogni quantità fissa di acqua. L’impulso generato può essere facilmente acquisito tramite un ingresso digitale di un modulo di espansione I/O.Utilizzando il linguaggio ST, sarà possibile realizzare una funzione per il calcolo della potenza scambiata dalle serpentine basandosi sulla differenza di temperatura e sulla portata di acqua.Tramite la sonda di lettura temperatura esterna sarà possibile la regolazione della temperatura media dell’acqua di riscaldamento secondo le curve caratteristiche dei sistemi radianti.Per la lettura del piranometro è possibile utilizzare uno degli ingressi del modulo analogico configurato per lettura 4-20 mA. Per quanto riguarda il collegamento con la centralina del bollitore solare, ricordo che da linguaggio ST è possibile gestire comunicazioni in seriale con qualsiasi dispositivo, basterà conoscere il protocollo di comunicazione, si trovano numerosi esempi nel forum.Nessun problema per le estensioni future, basterà utilizzare contatori del gas, acqua, energia elettrica, ecc. con uscita a lancio di impulsi, collegando questi contatori ad altri ingressi digitali del modulo di espansione I/O.

[Sergio Bertana]

Aggiungo ulteriori note sulla interfacciabilità del sistema. Il modulo CPU SlimLine dispone di una interfaccia Ethernet, quindi può essere connesso in rete (Anche Wireless utilizzando ad esempio un prodotto Wireless Lan). Questo permette una facile programmabilità del sistema anche da remoto via Internet, la disponibilità del protocollo Modbus over IP permette di connettere programmi SCADA e/o terminali operatore. L’utilizzo di SCADA e/o terminali operatore permette di realizzare pannelli sinottici con l’indicazione dei vari componenti dell’impianto, indicando con cambiamenti di colore, accensione di lampade virtuali, bar graph, ecc. il reale funzionamento dell’impianto. E altresì possibile salvare su file e poi esportare in formato CSV, e/o salvare direttamente in un database tutti i valori rilevati dall’impianto permettendo un facile esame dei dati per ricavare tutte le informazioni sul rendimento dello stesso.

[Anonimo]

Grazie per i consigli, l’impianto potrebbe così essere composto:

– Modello CPU ARM7 Slim (versione full)
– Espansione I/O analogico 5IN
– Espansione I/O uscite relé 16IN 8OUT

Leggo che il PLC ha già due ingressi digitali per cui se ho solo due flussimetri che inviano impulsi potrei evitare il modulo di espansione digitale (anche se in futuro volendo collegare anche i contatori del FV, del gas e dell’acqua servirebbero altre entrate).

Riguardo i contatori d’impulsi, uno è a 10 khz e l’altro ?
Per quanto riguardo le sonde di Temperatura, l’espansione analogica legge le NTC ?

[Sergio Bertana]

Si il modulo CPU dispone di 2 ingressi e 2 uscite digitali, uno degli ingressi è collegato ad un counter da 10 Khz. Per la lettura dei flussimetri non c’è alcun problema, la frequenza di uscita è bassissima, ed io non userei la funzione counter, ma realizzarei un programma che acquisisce lo stato degli ingressi è ne controlla la variazione di stato e su variazione esegue l’incremento di una variabile (In questo post una idea di counter su ingresso digitale).

Se questo programma viene eseguito in una task Fast (1 mS) si possono acquisire frequenze fino a 400 Hz su tutti gli ingressi digitali.

Il modulo analogico ha l’algoritmo di lettura e linearizzazione per le Ni1000, per la lettura di altri tipi di NTC, consiglio di realizzare un partitore di tensione e di leggere in volts la tensione ai capi della NTC. Poi realizzare un semplice programma di conversione in gradi.

[Anonimo]

Per quanto riguarda il collegamento con la centralina del bollitore solare, mi ricordavi che da linguaggio ST è possibile gestire comunicazioni in seriale con qualsiasi dispositivo, dopo aver conosciuto il protocollo, quali sono i link sul forum dove si parla di questo ?

Il protocollo va chiesto alla casa madre o può essere rilevato ?

[Sergio Bertana]

Per la gestone della comunicazione su porta seriale da linguaggio ST ti consiglio di dare una occhiata al programma FBRdWrRegisters che gestisce i comandi modbus RTU di lettura/scrittura registri.

Il programma in codice sorgente è nel dimostrativo Ptp116 fornito con l’installazione di LogicLab, troverai il codice sorgente anche negli esempi in fondo al manuale di programmazione SlimLine.

In questo post si parla di un programma che esegue un echo su seriale. Il protocollo di comunicazione della centralina deve essere chiesto alla casa madre, è possibile in alternativa, se si dispone di un programma che dialoga con la centralina, “spiare” i comandi seriali. Occorre mettersi in parallelo ai segnali Rx e Tx della centralina e catturare i pacchetti seriali ricevuti ed inviati.

[Anonimo]

Ho avuto modo di parlare con un tecnico della casa madre, per avere i dati della centralina, basta collegare un cavo (che possono fornirti) che trasforma da jack a seriale (porta COM).

Il protocollo usato è RS232, poi con una cavo seriale-USB si può collegare la centralina ad un pc, impostare la sequenza dei cicli ed usare Hyper-trade per leggere i dati oppure penso si possa collegare con la presa USB al PLC ?

Ti ho mandato per Email il manuale della centralina elettronica Solaris R 2, della ROTEX Solaris, così puoi dare una occhiata.

Vorrei chiede se è consigliabile a questo punto fare come loro propongono ovvero di prendere il cavo jack-seriale, seriale-usb e collegarsi al pc o plc, oppure addirittura collegare le sonde direttamente al modulo di espansione analogica in parallelo (con cavi in più), queste sonde sarebbero collegate sia alla centralina solare di serie che al nostro PLC.

[Sergio Bertana]

Il manuale è abbastanza dettagliato a pagina 15 puoi trovare tutte le informazioni che servono, la centralina è in grado di trasmettere i dati misurati tramite una interfaccia seriale RS232 (19200, n, 8, 1). Chiaramente loro consigliano di connetterla ad un PC in seriale e visualizzare i dati con un programma di emulazione terminale (Esempio il ns Toolly). Se il PC non dispone di interfaccia RS232, è possibile utilizzare un convertitore USB/seriale o Ethernet/Seriale. La centralina invia ogni tempo impostabile, una stringa ascii del tipo:HA stato della regolazione 0:Automatico, 1:ManualeBK stato del contatto di blocco bruciatore 0:Spento, 1:AccesoP1/P2 stato della pompa principale P1 0:Spento=0, o percentuale di potenza impostata TK/°C temperatura collettori in °CTR/°C temperatura di ritorno in °CTS/°C temperatura accumulatore in °CTV/°C temperatura di mandata in °CV/l/min portata in l/min. Nel nostro impianto dovremo connettere la centralina direttamente ad una porta RS232 del modulo CPU SlimLine (Utilizzando i nostri adattatori seriali) e poi con un programma in ST andremo a “parsare” la stringa dati ricevuta per acquisire i valori.Quindi come si evince dalla tabella tutte le temperature sono disponibili in uscita dalla interfaccia seriale della centralina e non c’è bisogno di mettere altri trasduttori.

[Anonimo]

Per quanto riguarda le sonde di temperatura, per misurare la temperatura dell’acqua in un condotto a pozzetto, cosa mi consiglia per rapporto Qualità/Prezzo ?

Per i flussimetri ad impulsi avrei trovato questi di cui allego data sheet.

[Sergio Bertana]

Come sonda di temperatura io consiglio le Pt1000, possono essere acquisite direttamente dal nostro modulo di espansione analogico che le linearizza ed avendo 1000 Ohm di resistenza sono meno influenzate dalla lunghezza dei cavi di connessione.In merito al flussimetro non so per le portate, ma in riferimento al collegamento elettrico va bene, unico neo è che ha una uscita NPN, quindi per usarlo su ingressi PNP bisogna usare una resistenza di pull-up. Ricordo però che i nostri moduli di ingressi logici accettano anche ingressi NPN, bisogna utilizzare un banco da 4 ingressi tutti in modalità NPN.

[Autore]

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