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臺達現場工業自動化產品在HVAC的應用

中達電通股份有限公司
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文:中達電通股份有限公司杜立興
 
AbstractThis article introduces mainly about the application of Delta's industry automation end-products in HVAC.
關鍵詞】DeviceNet;空調系統
Keywords】DeviceNet;HVAC
 
1、項目背景
    進入90年代以來,隨著經濟發展和生活水平提高,空調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。許多城市空調用電量已占城市總用電量的30%~40%。在幾乎所有的工業化國家中,空調和制冷設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,每萬美元國民生產總值能耗方面則為世界各國之首,為印度的二點二倍,為發達國家的四至六倍;使用能源的設備效率偏低,又造成能源的浪費,能源利用效率不高。冬夏兩季,空調建筑的空調耗能占整個建筑耗能的50%以上。采取必要的建筑節能措施,可使空調建筑降低空調的設備運轉能耗的25%以上,因此積極采取合適的節能措施,意義重大。
 
    本文主要論述臺達DeviceNet現場總線產品在空調系統的應用原理。系統中,子PLC用于控制變頻器狀態、采集現場的溫度以及濕度信號并作運算處理,主負責管理DeviceNet控制網絡,并將信息通過EtherNet傳送給上位機作數據分析和處理,整個網絡充分展示了臺達DeviceNet現場總線產品的系統集成優勢。
 
2、系統特色
本系統擁有多項優勢,具體如圖1所示。

 圖1 系統優勢示意圖
3、系統簡介
    在本應用中,中央空調系統主要負責工廠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域對溫濕度的要求不盡相同,所以本系統采用區域控制、局部微調、集中管理的控制策略。
 
    Master主要由PLC以及DVPDNET掃描模塊構成。總控制器通過臺達的DeviceNet總線與現場控制器通訊,進行數據交換。工業電腦通過EtherNet以MODBUS TCP協議與7個Master進行通訊,進行監視各AHU的運行狀態。現場的目標溫度、風門開度、冰水閥開度可以通過PC界面來設定,設定好的數據通過DeviceNet通訊分發給各現場控制器。
 
    通過DVPDNET掃描模塊對整個網絡進行管理,并通過人機界面顯示各網絡節點的狀態。當網絡上的節點發生異常時,相應的指示燈點亮。實時顯示掃描模塊的狀態,當掃描模塊發生錯誤時,顯示掃描模塊的錯誤代碼。現場控制器主要由PLC、變頻器、溫濕度傳感器、接觸器等部件構成。
 
4、項目方案
4.1 硬件配置
硬件配置具體參數如表1所示。
表1  硬件具體參數示意表
序號
產品型號
數量(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PLC主機
8
DVP16SP11R
38
16點數字量擴展
9
DVP04AD-S
38
4AI模擬量擴展
10
DVP04DA-S
36
4AO模擬量擴展
11
DVPDNET-SL
23
主站模塊
12
TAP-CN02
23
DeviceNet網絡分接盒
13
TAP-CP01
7
DeviceNet電源分接盒
14
TAP-CB01
600m
DeviceNet通訊電纜
15
DVPEN01-SL
7
以太網通訊模塊
                          
4.2 設備空間布局
    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域組成。設備空間分布圖如圖2所示。

圖2 設備空間分布示意圖
 
4.3 系統結構
    系統結構如圖3所示。

    圖3  系統結構示意圖
 
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,現場溫度及冰水閥開度由臺達PLC智能控制在允許的設定范圍內;當操作箱出現故障時(如傳感器損壞、出現通訊故障等),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溫度控制。設立空調新風系統主要是為建筑物內的使用人群提供舒適的環境,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量,對空調主機的節能效果也相當顯著。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節。
 
4.6 冷卻水循環系統控制
    冷卻水循環系統控制如下圖所示。

圖5 冷卻水循環系統控制
4.7 預冷、預熱控制
    每天開啟空調時,將新風閥門設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,空調機組進行全循環運行,可以減少處理新風能量消耗。
 
5、網絡診斷原理
 
    掃描模塊對掃描列表中的節點進行實時監控,并將掃描列表中的每個節點的狀態映射到一個位,使用者可以通過監控D6032~D6035的內容獲取各網絡節點的狀態信息。PLC裝置與網絡節點的對應關系如表2所示。
表2  PLC裝置與網絡節點的對應關系
PLC元件
對應網絡節點
b15
b14
b13
… …
b2
b1
b0
D6032
節點15
節點14
節點13
… …
節點2
節點1
節點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
(0:正常,1:初始化,2:錯誤)
掃描模塊錯誤代碼
 
 
    
    當掃描列表中的節點正常時,相應的位為OFF狀態,當掃描列表中的節點發生異常時,相應的位為ON狀態。用戶通過監控D6036的內容實時獲取掃描模塊的狀態信息。當掃描模塊正常工作時,D6036的內容為0;當掃描模塊處于初始化時,D6036高字節內容為1,低字節內容為0;當掃描模塊發生錯誤時,D6036高字節內容為2,錯誤的詳細信息參考D6036低字節的錯誤代碼 。
 
6、上位機監控畫面
系統正式上線后,PC端監控畫面如6所示。

圖6  PC端監控畫面示意圖
 
7、項目總結
與傳統的控制系統相比,基于現場總線產品的空調系統具有下述特點。
 
7.1 布線簡單,節省安裝費用
    DeviceNet通過一根通訊線實現整個網絡各節點之間的通訊,相對于傳統的點對點控制系統,節省大量的電纜,縮短的安裝時間,降低了安裝費用。圖7為傳統控制系統和DeviceNet控制系統對比示意圖。
 

                 圖7 傳統控制系統和DeviceNet控制系統對比示意圖      
 
7.2 可靠性高
    DeviceNet通過一根通訊線控制整個網絡。主站模塊對整個網絡實時監控,通過監控主站模塊,能夠迅速的獲知發生故障的節點設備,便于快速排除故障;當網絡上的某一節點發生故障,不會影響其它節點的正常工作。
 
7.3 提高行業競爭力和知名度
    使臺達在HVAC行業擁有完整解決方案,由傳統的元器件供應商向系統方案提供商轉型,提高臺達IA產品在HVAC行業的影響力和知名度。圖8為臺達在HVAC行業的產品示意圖。

圖8 臺達在HVAC行業的產品示意圖
 

 
 
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