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文：中達電通股份有限公司杜立興
【Abstract】This article introduces mainly about the application of Delta's industry automation end-products in HVAC.
【關(guān)鍵詞】DeviceNet;空調(diào)系統(tǒng)
【Keywords】DeviceNet;HVAC
1、項目背景
進入90年代以來，隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平提高，空調(diào)開始進入許多城市的商場、辦公室、會議室、旅館、飯店、車站、影劇院等公共建筑以及居民住宅。許多城市空調(diào)用電量已占城市總用電量的30%～40%。在幾乎所有的工業(yè)化國家中，空調(diào)和制冷設(shè)備的年耗電量都是第一大戶。
我國是一個人口眾多、資源相對不足的國家。目前，我國人均資源占有量不到世界平均水平的一半，人均能源消費量為世界平均水平的55％。中國人均用電量只有1000千瓦時，只相當于世界平均用電水平的一半，遠遠低于發(fā)達國家人均用電2萬千瓦時的水平。但在另一方面，每萬美元國民生產(chǎn)總值能耗方面則為世界各國之首，為印度的二點二倍，為發(fā)達國家的四至六倍；使用能源的設(shè)備效率偏低，又造成能源的浪費，能源利用效率不高。冬夏兩季，空調(diào)建筑的空調(diào)耗能占整個建筑耗能的50%以上。采取必要的建筑節(jié)能措施，可使空調(diào)建筑降低空調(diào)的設(shè)備運轉(zhuǎn)能耗的25%以上，因此積極采取合適的節(jié)能措施，意義重大。
本文主要論述臺達DeviceNet現(xiàn)場總線產(chǎn)品在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用原理。系統(tǒng)中，子PLC用于控制變頻器狀態(tài)、采集現(xiàn)場的溫度以及濕度信號并作運算處理，主負責管理DeviceNet控制網(wǎng)絡(luò)，并將信息通過EtherNet傳送給上位機作數(shù)據(jù)分析和處理，整個網(wǎng)絡(luò)充分展示了臺達DeviceNet現(xiàn)場總線產(chǎn)品的系統(tǒng)集成優(yōu)勢。
2、系統(tǒng)特色
本系統(tǒng)擁有多項優(yōu)勢，具體如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)優(yōu)勢示意圖
3、系統(tǒng)簡介
在本應(yīng)用中，中央空調(diào)系統(tǒng)主要負責工廠1～3層的冷氣供給，每層分布5個風柜房，其中A、B、C、D風柜房有兩臺風機，E風柜房有一臺風機。由于每個風柜房負責的區(qū)域?qū)貪穸鹊囊蟛槐M相同，所以本系統(tǒng)采用區(qū)域控制、局部微調(diào)、集中管理的控制策略。
Master主要由PLC以及DVPDNET掃描模塊構(gòu)成�？偪刂破魍ㄟ^臺達的DeviceNet總線與現(xiàn)場控制器通訊，進行數(shù)據(jù)交換。工業(yè)電腦通過EtherNet以MODBUS TCP協(xié)議與7個Master進行通訊，進行監(jiān)視各AHU的運行狀態(tài)�，F(xiàn)場的目標溫度、風門開度、冰水閥開度可以通過PC界面來設(shè)定，設(shè)定好的數(shù)據(jù)通過DeviceNet通訊分發(fā)給各現(xiàn)場控制器。
通過DVPDNET掃描模塊對整個網(wǎng)絡(luò)進行管理，并通過人機界面顯示各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)。當網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點發(fā)生異常時，相應(yīng)的指示燈點亮。實時顯示掃描模塊的狀態(tài)，當掃描模塊發(fā)生錯誤時，顯示掃描模塊的錯誤代碼。現(xiàn)場控制器主要由PLC、變頻器、溫濕度傳感器、接觸器等部件構(gòu)成。
4、項目方案
硬件配置具體參數(shù)如表1所示。
表1 硬件具體參數(shù)示意表
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序號 |
產(chǎn)品型號 |
數(shù)量（臺） |
說明 |
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1 |
VFD370F43A |
8 |
37KW變頻器 |
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2 |
VFD185F43A |
2 |
18.5KW變頻器 |
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3 |
VFD150F43A |
9 |
15KW變頻器 |
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4 |
VFD110F43A |
6 |
11KW變頻器 |
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5 |
VFD075F43A |
12 |
7.5KW變頻器 |
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6 |
VFD055F43A |
5 |
5.5KW變頻器 |
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7 |
DVP28SV11R |
23 |
28點PLC主機 |
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8 |
DVP16SP11R |
38 |
16點數(shù)字量擴展 |
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9 |
DVP04AD-S |
38 |
4AI模擬量擴展 |
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10 |
DVP04DA-S |
36 |
4AO模擬量擴展 |
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11 |
DVPDNET-SL |
23 |
主站模塊 |
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12 |
TAP-CN02 |
23 |
DeviceNet網(wǎng)絡(luò)分接盒 |
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13 |
TAP-CP01 |
7 |
DeviceNet電源分接盒 |
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14 |
TAP-CB01 |
600m |
DeviceNet通訊電纜 |
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15 |
DVPEN01-SL |
7 |
以太網(wǎng)通訊模塊 |
4.2 設(shè)備空間布局
整個大樓共分為三層，一層8臺AHU、5臺冰水泵、5臺冷卻水泵；二層9臺AHU，三層9臺AHU，樓頂兩臺冷卻風扇，每層都由不同的功能區(qū)域組成。設(shè)備空間分布圖如圖2所示。 
圖2 設(shè)備空間分布示意圖
4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
4.4 AHU控制流程
AHU操作箱可以選擇自動控制或手動控制。自動控制時，現(xiàn)場溫度及冰水閥開度由臺達PLC智能控制在允許的設(shè)定范圍內(nèi)；當操作箱出現(xiàn)故障時(如傳感器損壞、出現(xiàn)通訊故障等)，可以選擇將變頻器以固定頻率運行或者工頻運行，以便檢修。具體操作流程如圖4所示。
圖4 操作流程示意圖
4.5 新風控制
新風控制類似于過渡季節(jié)溫度控制。設(shè)立空調(diào)新風系統(tǒng)主要是為建筑物內(nèi)的使用人群提供舒適的環(huán)境，但在追求舒適的同時也消耗了大量的能源。夏季，人們感到最舒適的氣溫是19~24℃，冬季是17~22℃。人體感覺舒適的濕度，一般在20%~60%RH。因此在室外溫濕度良好的情況下，大量引進新風不僅可以改善空氣質(zhì)量，對空調(diào)主機的節(jié)能效果也相當顯著。但在室外溫度高于18℃或者濕度高于50%時不建議引進新風調(diào)節(jié)。
4.6 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)控制
冷卻水循環(huán)系統(tǒng)控制如下圖所示。
圖5 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)控制
4.7 預冷、預熱控制
每天開啟空調(diào)時，將新風閥門設(shè)定為最小新風量運行（10％），回風閥門開啟100％，冰水閥開至最大開度，空調(diào)機組進行全循環(huán)運行，可以減少處理新風能量消耗。
5、網(wǎng)絡(luò)診斷原理
掃描模塊對掃描列表中的節(jié)點進行實時監(jiān)控，并將掃描列表中的每個節(jié)點的狀態(tài)映射到一個位，使用者可以通過監(jiān)控D6032～D6035的內(nèi)容獲取各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)信息。PLC裝置與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。
表2 PLC裝置與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的對應(yīng)關(guān)系
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PLC元件 |
對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 |
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b15 |
b14 |
b13 |
… … |
b2 |
b1 |
b0 |
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D6032 |
節(jié)點15 |
節(jié)點14 |
節(jié)點13 |
… … |
節(jié)點2 |
節(jié)點1 |
節(jié)點0 |
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PLC元件 |
說明 |
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b15 |
b14 |
b13 |
b12 |
b11 |
b10 |
b9 |
b8 |
b7 |
b6 |
b5 |
b4 |
b3 |
b2 |
b1 |
b0 |
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D6036 |
掃描模塊狀態(tài)
（0：正常，1：初始化，2：錯誤） |
掃描模塊錯誤代碼
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當掃描列表中的節(jié)點正常時，相應(yīng)的位為OFF狀態(tài)，當掃描列表中的節(jié)點發(fā)生異常時，相應(yīng)的位為ON狀態(tài)。用戶通過監(jiān)控D6036的內(nèi)容實時獲取掃描模塊的狀態(tài)信息。當掃描模塊正常工作時，D6036的內(nèi)容為0；當掃描模塊處于初始化時，D6036高字節(jié)內(nèi)容為1，低字節(jié)內(nèi)容為0；當掃描模塊發(fā)生錯誤時，D6036高字節(jié)內(nèi)容為2，錯誤的詳細信息參考D6036低字節(jié)的錯誤代碼 。
6、上位機監(jiān)控畫面
系統(tǒng)正式上線后，PC端監(jiān)控畫面如6所示。
圖6 PC端監(jiān)控畫面示意圖
7、項目總結(jié)
與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，基于現(xiàn)場總線產(chǎn)品的空調(diào)系統(tǒng)具有下述特點。
7.1 布線簡單，節(jié)省安裝費用
DeviceNet通過一根通訊線實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的通訊，相對于傳統(tǒng)的點對點控制系統(tǒng)，節(jié)省大量的電纜，縮短的安裝時間，降低了安裝費用。圖7為傳統(tǒng)控制系統(tǒng)和DeviceNet控制系統(tǒng)對比示意圖。
圖7 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)和DeviceNet控制系統(tǒng)對比示意圖
7.2 可靠性高
DeviceNet通過一根通訊線控制整個網(wǎng)絡(luò)。主站模塊對整個網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控，通過監(jiān)控主站模塊，能夠迅速的獲知發(fā)生故障的節(jié)點設(shè)備，便于快速排除故障；當網(wǎng)絡(luò)上的某一節(jié)點發(fā)生故障，不會影響其它節(jié)點的正常工作。
7.3 提高行業(yè)競爭力和知名度
使臺達在HVAC行業(yè)擁有完整解決方案，由傳統(tǒng)的元器件供應(yīng)商向系統(tǒng)方案提供商轉(zhuǎn)型，提高臺達IA產(chǎn)品在HVAC行業(yè)的影響力和知名度。圖8為臺達在HVAC行業(yè)的產(chǎn)品示意圖。
圖8 臺達在HVAC行業(yè)的產(chǎn)品示意圖
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