Kernfunktionen von elektrischen Steuerkästen für Kühlhäuser
Die Rolle des elektrischen Schaltkastens in einem Kühlhaussystem
Vergleicht man das gesamte Kühlhaussystem mit dem menschlichen Körper, so entspricht der Kompressor eher dem „Herzen“, während die elektrische Steuereinheit eher dem „Gehirn“ gleicht. Denn ein Kühlhaussystem ist nicht dafür ausgelegt, nach dem Einschalten einfach durchzulaufen. Vielmehr muss es kontinuierlich automatische Regelungen durchführen, die auf Temperatur- und Druckänderungen, Abtaubedingungen und den Betriebszustand der Geräte reagieren. Nahezu die gesamte Regelungslogik ist letztendlich in der elektrischen Steuereinheit zentralisiert.
Im Wesentlichen ist der elektrische Steuerkasten die Schaltzentrale des gesamten Kühlsystems. Er steuert den Start und Stopp des Kompressors, den Betrieb des Verdampferlüfters, den Beginn und das Ende des Abtauvorgangs und regelt verschiedene Schutzfunktionen. Steigt die Lagertemperatur, empfängt der Steuerkasten ein Signal vom Temperaturregler und aktiviert den Kompressor. Sobald die Temperatur den eingestellten Bereich erreicht hat, schaltet er sich automatisch ab. Anders ausgedrückt: Die Funktionsweise des Kühlsystems wird nicht vom Kompressor selbst, sondern vom elektrischen Steuerungssystem bestimmt.
Das Innere eines elektrischen Schaltschranks enthält üblicherweise zahlreiche wichtige Komponenten, darunter Leistungsschalter, Schütze, thermische Überlastrelais, Zwischenrelais, Zeitrelais, Phasenfolgeschutzschalter und Mikrocomputer-Temperaturregler. Der Leistungsschalter ist für die Stromversorgung und den Kurzschlussschutz des gesamten Systems zuständig; Schütze steuern das Ein- und Ausschalten von Kompressoren und Lüftern; thermische Überlastrelais bieten Überlastschutz; die eigentliche Kernkomponente für die Temperaturregelung ist jedoch der Mikrocomputer-Temperaturregler. Heutzutage werden in vielen Kühlhäusern intelligente Steuerungen eingesetzt, die sogar die Fernüberwachung der Temperatur, die Auswertung von Alarmhistorien und die Steuerung über Mobilfunknetze ermöglichen. Das grundlegende Prinzip bleibt jedoch dasselbe: die Steuerung des Kühlsystems anhand von Temperaturänderungen.
Innerhalb der elektrischen Steuerungsanlage eines Kühlhauses arbeiten diese Komponenten nicht unabhängig voneinander. Vielmehr bilden sie ein vollständiges Steuerungssystem mit ineinandergreifenden und koordinierten Funktionen. Die Gesamtlogik lässt sich im Wesentlichen wie folgt beschreiben: „Der Temperaturregler trifft Entscheidungen, Relais übertragen Signale, Schütze führen Aktionen aus und Schutzeinrichtungen verhindern Unfälle.“ Ob der Kompressor anlaufen darf, hängt nicht von einer einzelnen Komponente ab. Erst wenn alle Steuerungsbedingungen erfüllt sind, gibt das System den Anlauf frei.
Der Leistungsschalter bildet üblicherweise den ersten Schritt im elektrischen Steuerungssystem. Er dient als Hauptstromanschluss des gesamten Kühlhauses, und alle elektrischen Steuerungskomponenten müssen zuerst über ihn mit Strom versorgt werden. Er ist für die Stromversorgung des Systems verantwortlich und bietet gleichzeitig Schutz vor Kurzschluss und Überstrom. Tritt ein Kurzschluss auf oder wird der Strom zu hoch, löst der Leistungsschalter sofort aus und unterbricht die Stromzufuhr zum gesamten Steuerkasten. Daher fungiert der Leistungsschalter als grundlegendste Sicherheitsvorrichtung des gesamten Systems.
Sobald das System normal mit Strom versorgt wird, bestimmt der Mikrocomputer-Temperaturregler die Betriebslogik des Kühlsystems. Der Regler überwacht kontinuierlich die Lagertemperatur und vergleicht die aktuelle Temperatur mit dem Sollwert. Steigt die Temperatur beispielsweise in einem auf -18 °C eingestellten Kühlraum wieder auf -15 °C an, erkennt der Regler, dass Kühlung erforderlich ist, und sendet ein Steuersignal. Der Temperaturregler selbst steuert den Kompressor jedoch nicht direkt an, da dieser einen hohen Stromverbrauch und einen sehr hohen Anlaufstrom aufweist, während der Temperaturregler nur eine kleine elektronische Steuerschaltung enthält und den Kompressorstrom nicht direkt aushalten kann. Daher steuert der Temperaturregler tatsächlich den Schütz.
Ein Schütz ist im Wesentlichen ein elektromagnetischer Hochleistungsschalter. Wenn der Temperaturregler ein Steuersignal ausgibt, wird die Schützspule erregt und schließt die Hauptkontakte, wodurch Drehstrom an den Kompressor, den Verdampferlüfter oder die Abtauheizung geliefert werden kann.
Bevor der Schütz tatsächlich anspricht, werden im System gleichzeitig zahlreiche Schutzzustände geprüft. Beispielsweise überwacht das thermische Überlastrelais kontinuierlich den Betriebsstrom des Kompressors. Bei einem Kompressorstillstand, Phasenausfall, Überstrom oder Motorüberhitzung löst das thermische Relais aus und trennt den Steuerstromkreis des Schützes zwangsweise. In diesem Fall läuft der Kompressor nicht weiter, selbst wenn der Temperaturregler weiterhin Kühlung anfordert, da das Schutzsystem Vorrang vor der Temperaturregelung hat.
Ebenso überwacht der Phasenfolgeschutz kontinuierlich den Zustand der Dreiphasenstromversorgung. Bei Phasenausfall, falscher Phasenfolge oder anormaler Spannung verhindert der Phasenfolgeschutz ebenfalls das Einschalten des Schützes. Denn ein Dreiphasenkompressor, der unter Phasenausfallbedingungen betrieben wird, kann innerhalb weniger Minuten durchbrennen.
Gängige Parameter von Mikrocomputer-Temperaturreglern
In der Praxis fühlen sich viele Menschen beim ersten Öffnen des Parametermenüs eines Temperaturreglers überfordert, da sie auf zahlreiche englische Abkürzungen und Parametercodes stoßen.
In der Realität sind die am häufigsten angepassten Parameter in Kühlhausanwendungen jedoch nicht besonders zahlreich. Die Kerneinstellungen betreffen hauptsächlich die Temperaturregelung und die Abtauautomatik.
Der grundlegendste und wichtigste Parameter ist die Solltemperatur. Dieser Parameter legt die Zieltemperatur fest, die der Kühlraum halten soll. Beispielsweise kann ein Frischwarenlager auf 2 °C, ein Gefrierraum auf -18 °C und ein Schockfroster auf noch niedrigere Temperaturen eingestellt werden. Während des Betriebs regelt die Steuerung das System kontinuierlich um diese Zieltemperatur.
Der zweite sehr wichtige Parameter ist die „Temperaturdifferenz“. Sie bestimmt den zulässigen Temperaturschwankungsbereich zwischen dem Abschalten und dem Wiederanfahren des Kompressors. Beträgt die Solltemperatur beispielsweise -18 °C und die Differenz 3 °C, kann das System bei -18 °C abschalten und wieder anlaufen, sobald die Temperatur auf -15 °C ansteigt. Dieser Parameter ist extrem wichtig, da er die Betriebsfrequenz des Kompressors direkt beeinflusst. Ist die Differenz zu gering, schaltet sich der Kompressor häufig ein und aus. Ist sie zu groß, werden die Temperaturschwankungen im Speicher zu groß.
Die dritte Hauptkategorie umfasst Abtauparameter wie Abtauintervall, Abtaudauer und Abtauendtemperatur. Das Abtauintervall bestimmt, wie oft abgetaut wird, die Abtaudauer, wie lange die Heizung weiterläuft, und die Abtauendtemperatur, bei welcher Verdampfertemperatur der Abtauvorgang beendet wird. Ist die Abtaudauer zu kurz, wird der Frost möglicherweise nicht vollständig entfernt. Ist sie zu lang, kann die Lagertemperatur zu schnell ansteigen.
Es gibt auch Parameter für die Lüfteranlaufverzögerung. Nach dem Abtauen verbleibt üblicherweise Feuchtigkeit auf der Verdampferoberfläche. Läuft der Lüfter sofort an, kann warme Luft direkt in den Kühlraum geblasen werden. Daher verfügen viele Systeme über eine Funktion mit verzögertem Lüfterstart, die es dem Verdampfer ermöglicht, sich wieder abzukühlen, bevor der Luftstrom wieder aufgenommen wird.
Beispieldiagramm für einen Bildschirm
Einige große Kühlhaussysteme verfügen über Alarmfunktionen für zu hohe und zu niedrige Temperaturen. Sobald die Lagertemperatur den zulässigen Bereich überschreitet, löst das System automatisch einen Alarm aus, um die Bediener zur Überprüfung zu benachrichtigen. Für die Lagerung von Arzneimitteln, Impfstoffen und hochwertigen Lebensmitteln sind diese Alarmfunktionen besonders wichtig, da anormale Temperaturen zum Verlust einer gesamten Warencharge führen können.
Die Beziehung zwischen elektrischen Steuerungssystemen und einem stabilen Kühlhausbetrieb
Viele Techniker entdecken nach und nach ein wichtiges Muster, nachdem sie Erfahrung in der Wartung von Kühlhäusern gesammelt haben: Viele Probleme mit Kälteanlagen sind letztendlich nicht nur „mechanische Probleme“, sondern „Probleme der Steuerungslogik“.
Beispielsweise können falsche Einstellungen des Temperaturreglers häufiges Ein- und Ausschalten des Kompressors verursachen; falsche Abtauparameter können zu dauerhafter Vereisung des Verdampfers führen; falsche Lüfterverzögerungseinstellungen können Temperaturschwankungen im Lager verursachen; und eine falsche Sensorinstallation kann sogar dazu führen, dass das gesamte System die Temperaturbedingungen falsch einschätzt. Daher gibt es in der Kühlhausbranche die gängige Redewendung: „30 Prozent Ausrüstung, 70 Prozent Inbetriebnahme.“ Das bedeutet, dass selbst die beste Kälteanlage nicht stabil arbeiten kann, wenn die Steuerungslogik fehlerhaft ist.
Obwohl der elektrische Steuerkasten im Vergleich zum Kompressor kleiner und unauffälliger erscheint, entscheidet er maßgeblich über den stabilen, sicheren und effizienten Betrieb des gesamten Kühlsystems. Innerhalb dieses Systems bildet der Mikrocomputer-Temperaturregler das eigentliche Herzstück.
