کنترل یک هواساز در بیمارستان با Danfoss MCX توسط مشهد دانفوس

در یک بیمارستان، بخش ICU نیاز به تهویه مطبوع بسیار دقیق دما و رطوبت دارد. یک Air Handling Unit (AHU) با اجزای زیر نصب شد:

• فن تأمین هوا (Supply Fan)

• کویل سرمایش (Chilled Water Coil)

• کویل گرمایش (Hot Water Coil)

• رطوبت‌زن (Humidifier)

• فیلتر و دمپر هوای تازه

برای کنترل هوشمند، از کنترلر MCX Danfoss استفاده شد که قابلیت مدیریت ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ و همچنین ارتباط Modbus را دارد.

 نحوه عملکرد کنترلر در پروژه

کنترلر MCX وظیفه داشت:

1. کنترل سرعت فن با اینورتر (VFD) از طریق سیگنال آنالوگ 0–10V

2. کنترل دمای هوای خروجی از طریق فرمان به شیر برقی کویل سرمایش/گرمایش

3. کنترل رطوبت با روشن/خاموش کردن رطوبت‌زن

4. مانیتورینگ فشار فیلترها و اعلام آلارم در صورت گرفتگی

5. مدیریت زمان‌بندی کاری (Schedule) برای بهینه‌سازی مصرف انرژی

 پارامترهای کلیدی تنظیم‌شده در MCX

 دما (Cooling/Heating Setpoint)

• مقدار ست‌پوینت دما: 22°C برای هوای تأمین‌شده به اتاق

• هیسترزیس: ±1°C

• نوع کنترل: PI Control برای فرمان به شیر سه‌راهه (0–10V)

 رطوبت (Humidity Control)

• Setpoint رطوبت: 50% RH

• Deadband: ±5%

• خروجی دیجیتال به رطوبت‌زن برقی

 کنترل فن (Fan Control)

• حالت: Variable Speed

• حداقل سرعت: 30%

• حداکثر سرعت: 90%

• ورودی سنسور فشار کانال برای VAV Control

 آلارم‌ها و حفاظت‌ها

• فشار بالای فیلتر → آلارم هشدار

• قطع اضطراری فن → ورودی دیجیتال ایمنی

• Freeze Protection (دمای زیر 7°C در کویل) → قطع سیستم سرمایش

 زمان‌بندی (Scheduler)

• حالت Comfort: 06:00 – 22:00

• حالت Economy: 22:00 – 06:00 (ست پوینت تغییر به 24°C برای صرفه‌جویی انرژی)

گام‌به‌گام: پارامترهای کلیدی و روش تنظیم

1) دمای تامین — Setpoint + تنظیم PID برای کنترل شیر کویل

هدف: رسیدن به دمای تامین ثابت (مثلاً 22°C) بدون نوسان زیاد و با خطای ایستایی کم.

مراحل:

1. در منوی کنترلر → پارامترها → PID (یا Parameters → Control → PID) وارد شوید.

2. Setpoint را روی مقدار مورد نظر بگذارید (مثال: 22.0 °C).

3. ابتدا I (انتگرال) و D (دیفرانسیل) را به صفر ببرید — تا فقط P کار کند.

4. مقدار P را آرام‌آرام افزایش دهید تا پاسخ سیستم نسبت به یک step (مثلاً تغییر setpoint از 20 → 22) سریع شود ولی نوسان پایدار شدید ایجاد نکند.

   • اگر به نوسان پایدار رسیدید، P را کمی کم کنید تا نوسان قطع شود.

5. حالا I را کم‌کم اضافه کنید تا خطای ایستایی (steady-state error) ناپدید شود در بازه زمانی قابل قبول (مثلاً واکنش کامل در 1–5 دقیقه برای AHU).

6. در صورت وجود Overshoot بزرگ، مقدار D را خیلی کم اضافه کنید تا کاهش یابد.

7. هر تغییر را با یک step setpoint یا تست بار واقعی چک کنید و لاگ بگیرید.

نکات:

• اگر می‌خواهید روش دقیق‌تر: می‌توانید از روش «تنظیم دستی» (که بالا توضیح شد) استفاده کنید؛ یا اگر دسترسی به ابزار دارید از روش Ziegler–Nichols یا autotune (اگر MCX این گزینه را دارد) بهره ببرید.

• همیشه محدودیت‌های خروجی (مثلاً محدودیت درصد خروجی شیر) را تنظیم کنید تا شیر یا VFD در حالت ایمن بماند.

2) کنترل فن — مقیاس‌گذاری آنالوگ 0–10V یا 4–20mA و حداقل/حداکثر سرعت

هدف: تنظیم Min/Max و نگاشت سیگنال فرمان به رفتار واقعی فن.

مراحل:

1. در منوی I/O → Analog Outputs یا Fan Control وارد شوید.

2. تعیین کنید که خروجی فرمان فن از نوع 0–10 V یا 4–20 mA است.

3. تنظیم حداقل سرعت (Min Speed) مثلاً 30% و حداکثر سرعت (Max Speed) مثلاً 90%.

4. Map ولتاژ/جریان به درصد سرعت:

   • اگر 0–10V → 0–100%: درصد = (V / 10) × 100
     مثال: برای V = 2V:

     • 2 ÷ 10 = 0.2

     • 0.2 × 100 = 20 → یعنی 20% سرعت.

   • اگر 4–20mA → 0–100%: درصد = (I − 4) ÷ 16 × 100
     مثال: برای I = 12 mA:

     • 12 − 4 = 8

     • 8 ÷ 16 = 0.5

     • 0.5 × 100 = 50 → یعنی 50% سرعت.

5. اگر لازم است، مِپ کنید درصد 0–100% را به بازه Min–Max که تعریف کردید (مثلاً 30–90%). معمول‌ترین روش: خروجی نهایی = Min + (MeasuredPercent × (Max − Min)).

نکته عملی:

• قبل از اجرا با مولتی‌متر یا شبیه‌ساز ورودی، ولتاژ/جریان را شبیه‌سازی کنید و درصد محاسبه‌شده را در کنترلر ببینید.

3) رطوبت — Setpoint، Deadband و خروجی دیجیتال رطوبت‌زن

هدف: نگه داشتن رطوبت در محدوده مطلوب (مثلاً 50% ±5).

مراحل:

1. منوی Humidity → Setpoint را روی مقدار انتخابی (مثلاً 50 %RH) قرار دهید.

2. Deadband (محدوده غیر فعال) را تعیین کنید (مثلاً ±5 %RH) تا از روشن/خاموش مکرر پرهیز شود.

3. خروجی مربوط به رطوبت‌زن را به یک خروجی دیجیتال (On/Off relay) نگاشت کنید. مقدار رطوبت کمتر از setpoint − deadband → رطوبت‌زن ON.

4. برای هومیدیتی کنترل دقیق‌تر می‌توانید از PID روی سیگنال بخار نیز استفاده کنید (در صورت امکان) — ولی برای اکثر AHUها کنترل ON/OFF با Deadband کفایت می‌کند.

تست:

• با یک مرطوب‌ساز قابل کنترل یا شبیه‌ساز RH، مقدار رطوبت را تغییر دهید و واکنش خروجی را بررسی کنید.

4) فشار تفاضلی فیلتر — آستانه آلارم و مقیاس‌گذاری سنسور

هدف: اعلام هشدار هنگام گرفتگی فیلتر.

مراحل:

1. مشخصات سنسور DP را بخوانید (مثلاً سنسور می‌گوید 0–10V ↔ 0–500 Pa).

2. در منوی I/O → Analog Inputs سنسور را پیکربندی کنید (0–10V یا 4–20mA و محدوده فشاری متناظر).

3. تعیین آستانه آلارم (مثلاً آلارم هشدار در 200 Pa و آلارم بحرانی در 300 Pa) — مقدار دقیق را بر اساس نوع فیلتر و دستورالعمل سازنده تعیین کنید.

4. مثال تبدیل (اگر سنسور 0–10V → 0–500 Pa):

   • فرض: ولتاژ خوانده‌شده = 4 V.

   • 4 ÷ 10 = 0.4

   • 0.4 × 500 = 200 Pa → این مقدار فشار تفاضلی متناظر است.

5. آلارم را به خروجی هشدار (HMI/سیستم BMS/رله) وصل کنید تا اپراتور متوجه شود.

نکته:

• همیشه آستانه‌ها را کمی محافظه‌کارانه انتخاب کنید و بعد از چند هفته بهره‌برداری بازبینی کنید.

5) مقیاس‌گذاری ورودی‌های آنالوگ (ترموکوپل، RTD، 4–20mA، 0–10V)

هدف: خواندن صحیح مقادیر سنسور در واحدهای فیزیکی.

مراحل:

1. در منوی I/O → Analog Inputs سنسور را انتخاب کنید (مثلاً PT100, PT1000, thermistor, 4–20mA, 0–10V).

2. اگر سنسور RTD/NTC است، نوع را دقیق انتخاب کنید (PT100 vs PT1000) و ضریب‌های مربوطه را وارد کنید.

3. انجام آزمون: با دماسنج مرجع یک نقطه دما (مثلاً 22.0 °C) خوانده‌ها را تطبیق دهید.

4. اگر مقدار اشتباه است، از صفحه کالیبراسیون یا scaling استفاده کنید: مقدار حقیقی = a × raw + b. مقدار a و b را با دو نقطه مرجع بدست آورید.

نکته ایمنی:

• دسترسی به کابل‌ها را قطع نکنید و قبل از تغییر پارامترها از backup تنظیمات بگیرید.

6) Scheduler / زمان‌بندی کاری

هدف: تعریف حالت‌های Comfort / Economy براساس ساعت.

مراحل:

1. منوی Scheduler یا Timetable را باز کنید.

2. تعریف کنید:

   • Comfort: 06:00 – 22:00 → setpoint دما 22°C

   • Economy: 22:00 – 06:00 → setpoint دما 24°C (یا کاهش فن و افزایش setpoint)

3. تعیین روزهای کاری و تعطیلات (در صورت نیاز) و اعمال حالت‌های دستی override برای روزهایی که نیاز به تداوم کار باشد.

7) ارتباط Modbus / BMS — تنظیمات پایه

هدف: اتصال و مانیتورینگ پارامترها در BMS.

مراحل:

1. منوی Comm → Modbus (یا Communication) را باز کنید.

2. تنظیمات پایه متداول (مثلاً) را قرار دهید:

   • Baud Rate: 19200 (یا مطابق BMS)

   • Data bits: 8

   • Parity: None

   • Stop bits: 1

   • Slave ID: مطابق شبکه (مثلاً 1 یا شماره‌ای که BMS می‌خواهد)

3. از صفحه Register Map یا دیتاشیت MCX، لیست رجیسترهای مورد نیاز (Setpoints، Measurements، Alarms، Control Outputs) را استخراج کنید و با BMS هماهنگ کنید.

4. پس از تنظیم، یک تست خواندن/نوشتن ساده از BMS انجام دهید (مثلاً خواندن دمای تامین).

نکته:

• اگر BMS شما از Baud یا تنظیمات دیگری استفاده می‌کند، حتما با آن هماهنگ کنید. همیشه یک Device ID منحصر به فرد بدهید.

8) ذخیره‌سازی، بکاپ و راه‌اندازی نهایی

مراحل:

1. بعد از اتمام تنظیمات، Save Configuration را انجام دهید (Export/Save). نام فایل و تاریخ را وارد کنید.

2. عکس از صفحه پارامترها بگیرید (یا اسکرین‌شات ذخیره کنید).

3. اجرای یک Commissioning Checklist:

   • خواندن و ثبت Setpoint‌ها

   • شبیه‌سازی سنسورها و بررسی واکنش (Temp, RH, DP)

   • بررسی آلارم‌ها و تریپ‌ها

   • تست‌های اتصال Modbus (خواندن رجیسترها)

   • یک اجرای 24–72 ساعته پایش و Fine-tune پارامترها بر اساس داده‌های واقعی

9) چک‌لیست تست عملی (پیشنهادی)

• Setpoint دما و RH در HMI صحیح نمایش داده شود.

• PID روی شیر کویل واکنش مناسب داشته باشد (بدون نوسان زیاد).

• حداقل/حداکثر سرعت فن رعایت شود در آزمون‌های ولتاژ/جریان.

• آلارم فشار فیلتر در مقادیر تعیین‌شده فعال شود.

• Modbus: خواندن حداقل 5 رجیستر مهم (Temp, RH, Fan % , Alarm status).

• بکاپ پیکربندی گرفته و در سرور ذخیره شده باشد.

نکات کاربردی و عیب‌یابی سریع

• اگر PID ناپایدار شد → I را کاهش دهید و P را کمی کاهش دهید.

• اگر خطای ثابت دارید → I را افزایش دهید (با احتیاط).

• اگر فن به حداقل سرعت نمیرسد → چک کنید Min Speed در MCX و مپ 0–10V هر دو به‌درستی تنظیم شده‌اند.

• همیشه مقادیر سنسور را با یک مرجع (ترمومتر/مانومتر دستی) مقایسه کنید قبل از تغییر پارامترها.

• برای تغییرات مهم، اول به‌صورت تدریجی (step کوچک) تست کنید و لاگ بگیرید.

 نتیجه اجرای پروژه

•  دمای بخش ICU در محدوده ±0.5°C کنترل شد
•  مصرف انرژی فن حدود ۲۵٪ کاهش یافت به دلیل استفاده از VFD
•  آلارم‌های پیشگیرانه برای فیلتر، جلوی خرابی‌های ناگهانی رو گرفت
•  امکان مانیتورینگ از راه دور از طریق BMS با پروتکل Modbus فراهم شد

 جمع‌بندی

این پروژه نشون داد که کنترلر MCX Danfoss برای هواسازها یک انتخاب ایده‌آل هست چون:

• هم ورودی/خروجی متنوع داره

• هم الگوریتم‌های کنترلی آماده (PI, Scheduler, Alarm)

• و هم به راحتی به سیستم‌های بالادستی متصل میشه

مشهد دانفوس تامین کننده تجهیزات دانفوس و مجری پروژه های اتوماسیون تاسیسات ساختمانی و بیمارستانی .