Industrial chillers are commonly used to circulate a constant temperature fluid in a closed loop with liquid cooled instruments and tools in order to increase process repeatability and reproducibility.
재순환 칠러가 일정한 온도를 유지하는 방법
The basic components of a chiller consist of a pump to circulate the fluid, a reservoir to hold a volume of cold fluid in the chiller, a refrigeration system to cool the fluid, and a temperature control module. (See Figure 1.)
A standard, off-the-shelf temperature controller can be used as a temperature control module. Controllers are available from any number of manufacturers with a variety of options. All include a temperature display, are panel mounted, and accept temperature inputs from Resistance Temperature Detectors (RTDs) or thermocouples. Various communications options are also available. A helpful feature of many controllers is a Proportional–Integral–Derivative (PID) auto-tune function. This allows the user to let the controller calculate the optimum response to system disturbances. Disturbances come in the form of varying process loads, set point changes, and noise. After auto-tuning is completed, the user may need to make some additional adjustments to the tuning parameters to ensure that the temperature of the process fluid is within the process control limits. This does not necessarily complete the work of tuning the chiller with the tool. The user must be aware that the auto-tune feature will attempt to tune the temperature controller at the one operating point being evaluated.
Process dynamics are often affected by conditions that only exist at certain times or under specific circumstances. If these special conditions can be sensed or predicted in some way, a method of adaptive (feed forward) control is needed to supplement the reactive (feedback) control used in a typical control scheme. Chillers serving applications with these advanced needs are often better suited by the use of Programmable Logic Controllers (PLCs) and Operator Interface Terminals (OITs). (See Figure 2.)
The use of a PLC provides flexibility to satisfy the needs of a more demanding control environment. It allows for the seamless integration of non-process temperature related process measurements such as pressures, flow rates, ambient temperature, etc. or critical events like pump overload, safety shut down, etc. in an adaptive control scheme. PLCs also provide a means of data collection and communication. They are easily connected to host systems via a myriad of communications options.
Various field bus connections are available (Profibus, DeviceNet, Lonworks, etc.) as well as non-proprietary serial and Ethernet links. This allows the user to better integrate the chiller with the tool. While temperature control is a critical function for many industrial processes, temperature stability is critical for some processes as well. Increased stability generally correlates to increased cost.
Many applications require a temperature that is stable to ±0.5°C of a given set point temperature at a specified heat load. This level of stability can be accomplished by measuring the temperature in the reservoir and cycling an on-off valve in the refrigeration system. (See Figure 3.) A basic PID algorithm in the temperature control module cycles the on-off valve as needed. The reservoir provides a volume of constant temperature fluid to help reduce the impact of any small temperature changes due to heat load changes from the tool.
While the reservoir helps maintain a constant temperature for the fluid being supplied to the tool, it also masks large temperature spikes in the fluid returning from the tool. These changes result from varying heat loads. For example, a laser in operation may add a constant 300 W of heat load to the fluid for 5 minutes. The laser power may then run at 500 W for 5 minutes, and then be brought back down to 300 W for another 5 minutes. This cycle may repeat over and over. Increasing the heat load by 67% will suddenly change the fluid temperature returning to the chiller. Since the fluid temperature in the reservoir changes more slowly, the temperature control module is slower to respond to these changes.
Temperature stability can be increased for dynamic processes by measuring the temperature of the fluid at the exit of the refrigeration system and prior to the reservoir. (See Figure 4.) The temperature control module sees the spikes in fluid temperature and can respond accordingly. The temperature stability of the fluid being supplied to the tool can be doubled by simply changing the measurement point. (See Figure 5.)
중요한 점은, 칠러가 개폐 밸브(예: 냉동 솔레노이드 밸브)를 사용하여 ±0.5°C 안정성을 위해 설계된 경우, 안정성을 더 높이면 사이클이 더 자주 발생하여 밸브 수명이 단축된다는 것입니다. 이 문제는 기성품 온도 컨트롤러에서 자동 튜닝 기능을 사용할 때 발생할 수 있습니다. 따라서 칠러는 공정을 제어하는 데 필요한 안정성만 제공해야 합니다.
칠러 온도 제어와 관련된 또 다른 일반적인 문제는 칠러와 공구 사이의 환경 온도 또는 주변 온도 손실입니다. 이는 일반적으로 공정 유체가 실내 온도보다 훨씬 뜨겁거나 차갑고, 칠러와 공구 사이의 거리 및 배관이 상당히 먼 경우 발생합니다. 때로는 칠러가 공구 자체와 다른 층에 있는 경우도 있습니다. 예를 들어, 15°C로 칠러를 빠져나가는 유체는 공구에 도달할 때까지 실내 공기가 유체 온도를 올려 유체 온도가 20°C로 높아질 수 있습니다. 해당 공정에서는 유체가 20°C가 아닌 15°C의 일정한 온도로 공구에 전달되어야 합니다. 이 문제의 경우, 온도 제어 모듈에 5°C의 오프셋을 입력할 수 있습니다. 칠러에는 설정 포인트 온도 15°C가 입력되지만, 칠러는 실제로 10°C로 제어합니다. 공정은 필요한 15°C 유체를 얻고, 칠러는 디스플레이에서 또는 통신을 통해 {15°C의 값을 전달합니다.
의료 기기, 특정 레이저, 반도체 장비에 사용되는 공정 등과 같이 온도에 더 민감한 공정들이 많이 있습니다. 재순환 칠러의 경우, 지정된 열부하에서 해당 설정 포인트 온도의 ±0.1°C 수준의 안정성을 유지하는 것은 드문 일이 아닙니다. 그러나 앞서 언급했듯이, 칠러 구성 요소 또는 개발 비용이 증가할 수 있으므로 해당 공정에 이 수준의 안정성이 실제로 필요한지 확인하는 것이 좋습니다. 온도 제어 모듈의 PID 알고리즘은 냉동 시스템의 개폐 밸브 또는 비례 제어 밸브를 제어합니다. 비례 제어 밸브는 일반적으로 스테퍼 밸브이며, 작동 포인트에서 더욱 미세하게 제어합니다. 또한, 개폐 밸브와 같이 밸브 수명 기간 동안 특정 사이클 수로 제한되지도 않습니다. 개폐 밸브와 비교하여 비례 제어 밸브는 완전히 열고 닫는 데 더 많은 시간이 걸립니다. 따라서 설정 포인트의 단계 변화에 따라 칠러가 온도를 새로운 값으로 높이는 데 시간이 더 오래 걸립니다.
여러 유체 루프를 제어하거나 매우 가변적인 열부하가 있는 큰 범위의 온도 범위에서 작동하는 경우 칠러의 온도 제어가 복잡할 수 있습니다. 이런 경우, 다수의 제어 장치를 제어하고 여러 PID 루프를 갖도록 프로그래밍할 수 있는 PLC와 OIT가 사용됩니다. 이들은 이 장치들을 위해서 생성된 프로그램으로만 제한되므로 최고의 유연성을 제공합니다.
요컨대, 시스템 작동 포인트 및 필요한 안정성을 신중하게 결정하는 것이 중요합니다. 이러한 요소를 잘못 지정하면 공구 온도가 제어되지 않거나 불필요한 비용이 추가될 수 있습니다. 경험이 풍부한 칠러 제조업체는 올바른 정보를 기반으로 적합한 맞춤형 또는 표준형 칠러 제품을 제공할 수 있습니다.
RS232 통신 활용
미래에는 완전히 새로운 수준의 고객 만족이 요구될 것입니다. 고객은 자사의 완벽한 일부가 될 수 있는 서비스를 필요로 합니다. 냉각 시스템 및 재순환 냉각기는 기본적으로 내부 센서 및 제어장치를 통해 전체 시스템 상태에 대한 필수 정보를 측정합니다. 그렇기 때문에 냉각 시스템과 냉각기는 RS232 인터페이스를 통해 시스템 문제를 효율적으로 전달하는 데 사용될 수 있습니다. 이 풍부한 정보는 시스템 전체에 걸친 장비를 유지보수하고 보존하는 데 도움이 됩니다.
가장 간단한 형태로, RS232는 기본 냉각기 기능을 제어하고 시스템의 장애를 확인하는 데 사용될 수 있습니다. 대부분의 사용자들은 RS232를 단순히 장치를 끄고 켜거나 설정점과 같은 기본 기능을 제어하는 데 사용합니다. 그러나 냉각기의 거의 모든 기능을 RS232 인터페이스를 통해 사용할 수 있으므로 그 보다 훨씬 더 많은 기능을 할 수 있습니다.
여러 유체 루프를 제어하거나 매우 가변적인 열부하가 있는 큰 범위의 온도 범위에서 작동하는 경우 칠러의 온도 제어가 복잡할 수 있습니다. 이런 경우, 다수의 제어 장치를 제어하고 여러 PID 루프를 갖도록 프로그래밍할 수 있는 PLC와 OIT가 사용됩니다. 이들은 이 장치들을 위해서 생성된 프로그램으로만 제한되므로 최고의 유연성을 제공합니다.
요컨대, 시스템 작동 포인트 및 필요한 안정성을 신중하게 결정하는 것이 중요합니다. 이러한 요소를 잘못 지정하면 공구 온도가 제어되지 않거나 불필요한 비용이 추가될 수 있습니다. 경험이 풍부한 칠러 제조업체는 올바른 정보를 기반으로 적합한 맞춤형 또는 표준형 칠러 제품을 제공할 수 있습니다.
예를 들어, Boyd의 재순환 냉각기는 압력 변화를 모니터링하고 해당 정보를 전달할 수 있습니다. 시스템을 설치하여 가동할 때 액체 측의 기존 압력 측정값을 캡처하여 액체 측 압력을 지속적으로 모니터링하기 위한 기준점으로 사용할 수 있습니다. 배관 문제, 부식 또는 필터 막힘 등으로 인해 하루 중 특정 시간 또는 특정 일에 장비의 갑작스런 압력 상승 또는 강하 추세가 확인되는 경우, 문제가 발생하기 전에 잠재적 문제에 대한 경보 알림을 받게 됩니다.
느리지만 지속적인 온도 변화도 앞으로 발생할 문제에 대한 징후가 될 수 있습니다. 정상 작동 중 시스템의 온도 유지 기능이 서서히 저하되는 경우는 냉각되고 있는 전자 부품이 과열되었거나 내부 장애로 인해 작동하지 않거나 냉각기 성능이 저하된 것을 의미할 수 있습니다. Boyd 칠러는 1/100도 수준의 미세한 온도 변화까지 측정하여 RS232 계면을 통해 전달할 수 있는 기능을 가지고 있습니다.
냉각기의 측정 및 제어 기능을 사용하여 시동 시스템 테스트 또는 주기적으로 실행될 수 있는 테스트를 개발하는 것은 문제가 생겨 시스템 중단이 발생하기 전에 문제를 식별할 수 있는 극도로 효과적인 방식입니다. 냉각기에 내장된 센서 및 RS232 인터페이스를 사용하여 온도, 압력 및 기타 매개 변수를 측정하면 추가 온도 및 압력 센서를 통합하는 데 드는 비용과 복잡성을 피할 수 있으며 시스템 장애 또는 시스템 문제를 조기에 진단하고 수리함으로써 비용과 서비스 중단 시간을 줄여줍니다.
RS232 통신 소프트웨어를 다운로드하여 하드 드라이브에 복사합니다. 단일 폴더(예: 바탕 화면)에 압축을 해제하되 KodiakPCHost.cab 파일은 추출하지 마세요. 방화벽 때문에 이름을 setup.exr로 지정해 둔 파일을 setup.exe로 변경해야 합니다. setup.exe 파일을 실행합니다. 시스템에 있는 파일이 설치 중인 파일보다 더 최신이라는 팝업 메시지가 표시되는 경우, 최신 파일을 유지하세요. 그런 다음 com 1 포트가 9600 보드, 8 데이터비트, 1 스톱비트, 패리티 없음으로 설정되어 있는지 확인합니다. 소프트웨어 흐름 제어도 없어야 합니다. WinZip을 사용하여 ZIP 파일을 추출할 때에는 버전이 9.0 이상이어야 합니다. 이 프로그램은 기본 화면과 컨트롤을 나타내는 간단한 인터페이스입니다. 다운로드를 허용하려면 팝업 차단기를 꺼야 합니다.
Learn more about Recirculating Chillers where can implement intelligent system controls like RS323 Communications.
