文:中達(dá)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(xiàng)目背景
進(jìn)入90年代以來,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平提高,空調(diào)開始進(jìn)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(gè)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(fèi)量為世界平均水平的55%。中國人均用電量只有1000千瓦時(shí),只相當(dāng)于世界平均用電水平的一半,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家人均用電2萬千瓦時(shí)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(diǎn)二倍,為發(fā)達(dá)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(fèi),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(gè)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(yùn)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(dá)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(yùn)算處理,主負(fù)責(zé)管理DeviceNet控制網(wǎng)絡(luò),并將信息通過EtherNet傳送給上位機(jī)作數(shù)據(jù)分析和處理,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)充分展示了臺達(dá)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(xiàng)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(fù)責(zé)工廠1~3層的冷氣供給,每層分布5個(gè)風(fēng)柜房,其中A、B、C、D風(fēng)柜房有兩臺風(fēng)機(jī),E風(fēng)柜房有一臺風(fēng)機(jī)。由于每個(gè)風(fēng)柜房負(fù)責(zé)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。總控制器通過臺達(dá)的DeviceNet總線與現(xiàn)場控制器通訊,進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。工業(yè)電腦通過EtherNet以MODBUS TCP協(xié)議與7個(gè)Master進(jìn)行通訊,進(jìn)行監(jiān)視各AHU的運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)場的目標(biāo)溫度、風(fēng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理,并通過人機(jī)界面顯示各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)發(fā)生異常時(shí),相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮。實(shí)時(shí)顯示掃描模塊的狀態(tài),當(dāng)掃描模塊發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),顯示掃描模塊的錯(cuò)誤代碼,F(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(xiàng)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
序號 |
產(chǎn)品型號 |
數(shù)量(臺) |
說明 |
1 |
VFD370F43A |
8 |
37KW變頻器 |
2 |
VFD185F43A |
2 |
18.5KW變頻器 |
3 |
VFD150F43A |
9 |
15KW變頻器 |
4 |
VFD110F43A |
6 |
11KW變頻器 |
5 |
VFD075F43A |
12 |
7.5KW變頻器 |
6 |
VFD055F43A |
5 |
5.5KW變頻器 |
7 |
DVP28SV11R |
23 |
28點(diǎn)PLC主機(jī) |
8 |
DVP16SP11R |
38 |
16點(diǎn)數(shù)字量擴(kuò)展 |
9 |
DVP04AD-S |
38 |
4AI模擬量擴(kuò)展 |
10 |
DVP04DA-S |
36 |
4AO模擬量擴(kuò)展 |
11 |
DVPDNET-SL |
23 |
主站模塊 |
12 |
TAP-CN02 |
23 |
DeviceNet網(wǎng)絡(luò)分接盒 |
13 |
TAP-CP01 |
7 |
DeviceNet電源分接盒 |
14 |
TAP-CB01 |
600m |
DeviceNet通訊電纜 |
15 |
DVPEN01-SL |
7 |
以太網(wǎng)通訊模塊 |
4.2 設(shè)備空間布局
整個(gè)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(fēng)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(shí),現(xiàn)場溫度及冰水閥開度由臺達(dá)PLC智能控制在允許的設(shè)定范圍內(nèi);當(dāng)操作箱出現(xiàn)故障時(shí)(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(yùn)行或者工頻運(yùn)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(fēng)控制
新風(fēng)控制類似于過渡季節(jié)溫度控制。設(shè)立空調(diào)新風(fēng)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(shí)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(jìn)新風(fēng)不僅可以改善空氣質(zhì)量,對空調(diào)主機(jī)的節(jié)能效果也相當(dāng)顯著。但在室外溫度高于18℃或者濕度高于50%時(shí)不建議引進(jìn)新風(fēng)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(yù)冷、預(yù)熱控制
每天開啟空調(diào)時(shí),將新風(fēng)閥門設(shè)定為最小新風(fēng)量運(yùn)行(10%),回風(fēng)閥門開啟100%,冰水閥開至最大開度,空調(diào)機(jī)組進(jìn)行全循環(huán)運(yùn)行,可以減少處理新風(fēng)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(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并將掃描列表中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)映射到一個(gè)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(diǎn)的狀態(tài)信息。PLC裝置與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系
PLC元件 |
對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) |
b15 |
b14 |
b13 |
… … |
b2 |
b1 |
b0 |
D6032 |
節(jié)點(diǎn)15 |
節(jié)點(diǎn)14 |
節(jié)點(diǎn)13 |
… … |
節(jié)點(diǎn)2 |
節(jié)點(diǎn)1 |
節(jié)點(diǎn)0 |
PLC元件 |
說明 |
b15 |
b14 |
b13 |
b12 |
b11 |
b10 |
b9 |
b8 |
b7 |
b6 |
b5 |
b4 |
b3 |
b2 |
b1 |
b0 |
D6036 |
掃描模塊狀態(tài)
(0:正常,1:初始化,2:錯(cuò)誤) |
掃描模塊錯(cuò)誤代碼
|
當(dāng)掃描列表中的節(jié)點(diǎn)正常時(shí),相應(yīng)的位為OFF狀態(tài),當(dāng)掃描列表中的節(jié)點(diǎn)發(fā)生異常時(shí),相應(yīng)的位為ON狀態(tài)。用戶通過監(jiān)控D6036的內(nèi)容實(shí)時(shí)獲取掃描模塊的狀態(tài)信息。當(dāng)掃描模塊正常工作時(shí),D6036的內(nèi)容為0;當(dāng)掃描模塊處于初始化時(shí),D6036高字節(jié)內(nèi)容為1,低字節(jié)內(nèi)容為0;當(dāng)掃描模塊發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),D6036高字節(jié)內(nèi)容為2,錯(cuò)誤的詳細(xì)信息參考D6036低字節(jié)的錯(cuò)誤代碼 。
6、上位機(jī)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(xiàng)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(diǎn)。
7.1 布線簡單,節(jié)省安裝費(fèi)用
DeviceNet通過一根通訊線實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的通訊,相對于傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)控制系統(tǒng),節(jié)省大量的電纜,縮短的安裝時(shí)間,降低了安裝費(fèi)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(gè)網(wǎng)絡(luò)。主站模塊對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)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(diǎn)設(shè)備,便于快速排除故障;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障,不會影響其它節(jié)點(diǎn)的正常工作。
7.3 提高行業(yè)競爭力和知名度
使臺達(dá)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(dá)IA產(chǎn)品在HVAC行業(yè)的影響力和知名度。圖8為臺達(dá)在HVAC行業(yè)的產(chǎn)品示意圖。
圖8 臺達(dá)在HVAC行業(yè)的產(chǎn)品示意圖
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