Maîtrise du contrôle de température de votre ventilateur

Dans les bureaux en espace ouvert, même avec l'air conditionné, vous savez que cela ne sera jamais parfait pour tout le monde. Dans le meilleur des cas, l'homogénéité de votre contrôle de température sera jugée acceptable en moyenne. Mais nous savons tous que la moyenne fait rarement l'unanimité, que ce soit en termes de taille, de forme, de température ou d'humidité. Par ailleurs, les jours de grande chaleur, la température est amenée à augmenter, car la température extérieure dépasse la moyenne maximale pour laquelle le système de climatisation est conçu.

Après avoir observé le contrôleur de ventilateur TMS et en cherchant à comprendre ses fonctionnalités, il nous a semblé utile de l'étudier pour trouver une solution locale simple afin d'améliorer l'environnement de travail et les autres applications de contrôle de température.     

Dans notre bureau où sont regroupés trois postes de travail, nous avons des exigences très différentes :

Simon (Monsieur super frais) aime bien se faire rôtir pendant ses vacances, mais il préfère qu'un filet d'air constant lui rafraichisse les doigts quand il est au bureau (surtout quand la température grimpe dès qu'il s'agite sur son clavier !).

Donna préfère une température bien régulière, et que le ventilateur fasse circuler un peu d'air par temps chaud.

Quant à moi, je privilégie une température encore plus homogène. Je supporte un peu mieux la chaleur estivale (ce qui pour moi équivaut à la sensation agréable des rayons du soleil !) mais je ne veux pas brûler les jours de canicule.

Nous avons tous des préférences personnelles concernant notre environnement de travail, et ce projet devrait nous donner la flexibilité de contrôler les ventilateurs individuels pour améliorer notre environnement de travail.

Nous avons choisi le kit de développement TMS  (769-2732)  pour ce projet car il contient la plupart des câbles de connexion, ainsi que le contrôleur TMS, et il simplifie le processus d'assemblage. Les composants individuels sont disponibles séparément et détaillés à la fin de cet article. Cela semble représenter une solution de contrôle très flexible pour un maximum de 4 ventilateurs différents.

Passons à la technique...

Connexion 

Les ventilateurs utilisés sont connectés au contrôleur TMS à l'aide des câbles de ventilateur fournis dans le kit. Les ventilateurs disposaient de connexions pour fils qui pouvaient se relier facilement aux câbles des ventilateurs ; nous avons utilisé les terminaux à sertir bout à bout de RS Pro (053-4288) .

Codage couleur des câbles de ventilateur

Bleu –, Rouge +, Tachy blanc, Jaune ou PWM violet 
(Remarque : les câbles de ventilateur étaient violets, et ceux du contrôleur étaient blancs sur nos modèles.)

Les fiches mâles des ventilateurs ont ensuite été reliées sur les connecteurs des ventilateurs 1 à 3 sur le contrôleur, puisque nous utilisons 3 ventilateurs différents pour notre projet, permettant ainsi 3 différentes options de ventilation.

Les 2 câbles de thermistance dans le kit ont été reliés aux connexions NTC 1 et NTC 2 sur le contrôleur.

Notre PC a été connecté, à l'aide du cordon USB fourni, entre le connecteur COM sur le dessus du contrôleur TMS et le port USB du PC.   

Interface graphique utilisateur TMS

L'interface graphique utilisateur était le choix naturel, car cela nous permettait de voir et de modifier facilement les profils de nos ventilateurs dans cette application de refroidissement. Vous pouvez également choisir d'installer un programme d'émulation de terminal.

Il faut commencer par installer l'interface graphique utilisateur sur votre PC. Le fichier est disponible en téléchargement au format ZIP à l'adresse suivante : http://www.ebmpapst.co.uk/en/TMSGUI.html

Les instructions sont incluses dans le fichier. N'ayant pas pu faire fonctionner l'installation automatique sur Windows 10, nous avons ajouté tous les composants avec le pilote USB et lancé l'interface graphique utilisateur à l'aide de l'icône du bureau.

Remarque : après le redémarrage de l'interface graphique utilisateur, vous devez d'abord sélectionner sur l'écran de communication le numéro de port de communication assigné à l'origine (s'il n'apparaît pas dans la liste, actualisez les paramètres du port une fois que le contrôleur est connecté et allumé, puis connectez-vous à partir de cet écran).

Le câble d'alimentation a été connecté au connecteur PWR sur le contrôleur et notre alimentation d'établi avec le câble rouge + et bleu -. La tension d'alimentation a été définie sur 24 V, comme celle de nos ventilateurs. La tension d'alimentation du contrôleur TMS peut aller de 11V à 57 V c.c. maximum. Elle peut donc supporter des ventilateurs de 12 V, 24 V et 48 V. Nous avons défini l'alimentation sur la même tension que les ventilateurs utilisés, soit 24 V.

L'alimentation du contrôleur TNS est mise en tension avant de faire fonctionner l'interface graphique utilisateur. Toutes les LED s'allument initialement, puis seule la LED verte clignote doucement pour indiquer que l'alimentation est connectée.  

En utilisant l'interface graphique utilisateur, les onglets suivants sont disponibles :

Onglet Comms

Onglet de démarrage

Nous sommes passés directement à l'onglet Mode.

Onglet Mode

Nous avons sélectionné la sortie PWM définie par la température (boucle ouverte).

Onglet de réglage du ventilateur

 Les paramètres spécifiques au ventilateur sont définis dans cet onglet pour chaque ventilateur en cours d'utilisation sur les connexions des ventilateurs 1 à 4.

Nous disposons de 3 ventilateurs et nous saisissons les données respectives pour les ventilateurs 1 à 3.

Nous avons saisi le nombre d'impulsions par tour pour les sorties de tachymètre.

Le type de contrôle par défaut était "collecteur ouvert".

Nous avons laissé la vitesse d'accélération et de décélération sur la valeur par défaut de 10. Cela correspond à la vitesse de passage du ventilateur de la vitesse 1 (la plus lente) à la vitesse 100 (la plus rapide). Dans notre application, nous avons préféré un changement plus progressif pour le refroidissement du bureau.

Nous avons utilisé la vitesse maximum des ventilateurs d'après les fiches techniques des ventilateurs individuels, à savoir 9 700 pour les ventilateurs 1 et 2, et 3 000 pour le troisième ventilateur. 

Le paramètre de téléchargement du fichier de configuration sur le contrôleur permet d'enregistrer ces données sur le contrôleur. 

Les autres paramètres n'étaient pas nécessaires dans notre système, mais ils sont disponibles en cas de besoin.  

Modbus

Le protocole Modbus peut être configuré ici. Nous l'avons ignoré pour notre application de bureau, mais il peut s'avérer utile pour d'autres projets plus importants. 

Multipoint/Vitesse

Vous réglez ici le profil de température de la vitesse de ventilateur pour chaque ventilateur connecté.

Il est possible de sélectionner un fonctionnement simple à 2 points ou bien multipoint à 7 points de consigne de vitesse. Nous avons choisi les 7 points de consigne de vitesse, car cela permettait des changements progressifs au début de la hausse de température, réduisant ainsi la vitesse et le bruit des ventilateurs.

Le capteur de thermistance requis est également sélectionné pour chaque ventilateur. L'utilisation du capteur 1 ou 2 permet de surveiller des zones différentes, ou 1 et 2 où la température la plus élevée captée par les deux capteurs est utilisée pour le contrôle.

Comme le montre l'image, sept points de contrôle sont définis avec la température requise et le pourcentage de vitesse contrôlé par PWN. Cela est effectué pour chaque ventilateur, c'est-à-dire, 3 dans notre projet. Lorsque tous les points sont définis, les "profils de nettoyage/stockage" doivent être utilisés pour enregistrer les changements. Le graphique montre alors les nouveaux profils, et ceux-ci peuvent alors être téléchargés sur le contrôleur en cliquant sur le paramètre de téléchargement du fichier de configuration sur le contrôleur. Une fois le transfert terminé, les ventilateurs commencent à suivre les profils définis.   

Nous avons réitéré ce processus jusqu'à l'obtention de la vitesse de ventilateur de température de contrôle pour nos 3 ventilateurs utilisés. Le fichier de configuration a ensuite été sauvegardé sur PC en cliquant sur "sauvegarder le fichier de configuration". Une fois le contrôleur configuré, ce profil sera utilisé jusqu'à sa prochaine mise à jour. Le port USB du PC peut être déconnecté et le contrôleur peut fonctionner à distance selon le même profil, même après l'extinction.

Dans notre projet, cela nous a permis de paramétrer les 3 ventilateurs pour répondre précisément aux exigences de Donna, Simon et Jeff, et de contrôler la vitesse de ventilateur selon leurs besoins. Nous utilisons les deux capteurs de température, mais comme la zone est petite, un seul aurait suffit. Dans un espace plus grand, les 2 capteurs seraient utiles, et les ventilateurs les plus proches de ces derniers leur seraient assignés.  

Le paramètre de téléchargement du fichier de configuration sur le contrôleur permet d'enregistrer ces données sur le contrôleur.

Configuration d'alarmes

Cet écran permet de définir une plage complète de conditions d'alarme, de la défaillance de ventilateur à la défaillance de capteur NTC en passant par les limites de température inférieure et supérieure, etc. Dans notre projet de ventilation de bureau, nous n'avons pas défini de conditions d'alarme, car nous étions constamment présents, mais il s'agit d'un très bon système d'alarmes qui permet de surveiller les défaillances lorsque leur importance est critique. 

Données opérationnelles

Ces données opérationnelles sur les paramètres et mesures de fonctionnement des ventilateurs sont disponibles lors de la connexion au contrôleur TMS. Le bouton "Voir les données opérationnelles/commencer l'enregistrement" permet d'activer cette fonction.

Indicateur

Il s'agit de l'écran d'indicateur d'interface graphique utilisateur. Il affiche les tr/min et la vitesse définie pour chaque ventilateur connecté, montrant ainsi les données des ventilateurs 1, 2 et 3, et aucune donnée pour le ventilateur 4, car nous n'en utilisons que 3. La température actuelle des capteurs NTC 1 et NTC 2, ainsi que l'état de sortie d'alarme sont également affichés. Dans ce projet, nous nous sommes servis de cet écran pour comprendre le fonctionnement exact des ventilateurs lors du réglage de nos profils de vitesse multipoint pour différentes températures définies. Nous avons surveillé cet onglet et changé les valeurs de profil dans l'onglet multipoint/vitesse afin d'arriver au fonctionnement requis pour le refroidissement et la réduction du bruit.

Il existe un léger décalage au moment de la lecture des données par le contrôleur, puis l'écran de l'indicateur se met à jour.

Panneau indicateur d'image

Panneau indicateur d'image - température supérieure NTC1

Une fois le projet opérationnel, nous avons placé les ventilateurs sur nos 3 bureaux en espaçant les 2 capteurs de température de manière à couvrir les deux extrémités.

Des petits supports en impression 3D nous ont permis d'orienter les ventilateurs, que nous avons équipé de grilles pour plus de sécurité.

Support de ventilateur

Le contrôleur contenait de profils configurés pour chaque ventilateur et pour les exigences individuelles. Nous avons ajusté les profils multipoint pour optimiser leur fonctionnement. En mode de fonctionnement normal, le contrôleur était seulement utilisé de manière autonome et assurait un excellent niveau de contrôle pour fournir un débit d'air ventilé supplémentaire correspondant aux besoins de chacun.

Nous avons pris 2 différents types de ventilateurs. Le nouveau modèle de taille supérieure (119 x 119), aux performances élevées, proposait un bruit de fonctionnement réduit grâce à une nouvelle conception aéro-acoustique. Cela s'est certainement confirmé, puisqu'il générait un bruit très faible lors du fonctionnement à basse vitesse avec un débit d'air large et agréable, adapté au refroidissement d'arrière-plan dans un bureau. Les autres ventilateurs, plus compacts (60 x 60), fonctionnaient à des vitesses bien supérieures pouvant dépasser 9 000 tr/m. Ils étaient évidemment plus bruyants à l'extrémité supérieure, mais fonctionnaient correctement à basse vitesse en assurant un refroidissement directionnel sur les doigts de Simon et son clavier.

C'est en réalisant un de ces projets et en le voyant fonctionner que vous comprenez la flexibilité et la capacité à s'adapter à une vaste gamme d'applications. Sa conception prévue pour les ventilateurs c.c. compacts et centrifuges à quatre fils (avec réglage de vitesse PWM et sortie tachymètre en option), avec un courant maximum de 11 A lui confère une grande polyvalence. Il peut également fonctionner avec des ventilateurs 230 V EC, à condition d'ajouter une alimentation TMS. Les applications portent sur le contrôle pouvant aller d'un ventilateur individuel à quatre ventilateurs séparés disposant chacun d'un profil de contrôle de vitesse multipoint avec plusieurs options de capteurs de température. Cette fonctionnalité, associée à tout l'éventail des possibilités d'alarme, devrait convenir à de nombreuses applications, qui vont de notre projet de HVAC à des commandes complexes de processus industriels.

Une solution qui mérite d'être étudiée.

Produits utilisés

Kit de développement TMS  (769-2732)

Ce kit comprend le contrôleur de ventilateur TMS et tous les câbles nécessaires, plus 2 fils de thermistance pour le contrôle de la température.

Les composants peuvent être achetés séparément, si besoin, comme indiqué ci-dessous :

• Contrôleur de ventilateur TMS  (769-2722)
• Câble de configuration  (769-2726)
• Deux câbles de thermistance avec thermistances intégrales  (769-2735)
• Kit de câbles  (769-2738)

Câble d'alimentation, 4 câbles de ventilateur, câble d'alarme et câbles d'entrée de commutateur avec connecteurs d'accouplement adaptés au contrôleur TMS. Les autres extrémités sont libres pour la connexion selon les besoins.

Nous avons également utilisé :

• 2 ventilateurs axiaux c.c. 24 V 624/2H3P ebm-papst  (800-4303)
• 1 ventilateur axial c.c. 24 V 4314N/2HP ebm-papst  (136-0667)
• Grilles de ventilateur protège-doigts
• Grille protège-doigts 119 x 119  (101-8096)
• Grilles protège-doigts 60 x 60  (025-0892)
• Supports en impression 3D pour les ventilateurs

En cas de nécessité, les connecteurs de ventilateur séparés sont (679-5776)  et  (215-5887)  pour contacts à sertir femelles.