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摘要：根據毛細管網敷設空調控制系統的應用需求和電氣自動化控制技術的發展趨勢，本文構建了基于藍普鋒公司RPC2000系列PLC的毛細管網敷設空調控制系統。在系統方案設計的基礎上，描述了毛細管網敷設空調控制系統的主要功能，闡述了該系統在穩定性、先進性、經濟性等方面的優勢。
關鍵字：毛細管網敷設空調控制系統，RPC2000系列PLC，數字量
資料提供：本文涉及方案已在用戶現場實施，技術方案先進，運行穩定。歡迎聯系藍普鋒深入探討、交流。_________________________________________________________________________________
1 概述
毛細管網輻射空調系統是一組健康節能的新型空調、熱水、地暖、除塵等家裝電氣系統。更是高科技對于人類追求更健康、舒適的回報。從普通空調到變頻空調再到新風機。普通空調的二十四小時制冷，機組無時無刻不在運作，電費昂貴，噪音大這些問題一直圍繞著生活。變頻空調這是從節能的方面改進了空調的現狀。但是無論是普通空調還是變頻空調他們無不是在一個密閉的空間內不停地進行著壓縮制冷，空氣依舊是那污濁不堪的空氣。新風機顧名思義它與傳統空調的最大區別在于新風上，從室外引進新風經過過濾、殺菌輸送到室內，保持室內一整天新鮮空氣不斷。而毛細管網輻射空調系統則是用毛細管網系統鋪設在房間頂棚，墻壁和和地板內，由于毛細管網間隔非常小，則能夠使得房間頂棚或地板的溫度基本均勻一致。在這種情況下，傳熱形式為輻射60％對流40％的形式使得此種制冷或供暖形式等同于自然界物體間的動態熱平衡規律，因此這一靜態制冷及自然溫暖的環境使人體感到非常舒適，不會產生常規空調由于需要滿足制冷量或制熱量而采用高風速時帶來的不舒服的吹風感和相應的干燥感覺。相對低的空氣流速實現了完全的“安靜制冷”。相對于平均環境輻射溫度的室內空氣溫度相對偏高，這對于人體的呼吸器官的健康有利。因此減少了風濕病和呼吸道疾病患病的幾率。換熱面積最大＋可鋪裝絕對面積最大＋換熱均勻，這就是毛細管網不可替代的優勢。
目前，大部分毛細管網敷設空調控制采用單片機等專用控制器控制，但隨著項目施工現場的不同功能不斷增加，對控制器的性能、處理能力、穩定性、環境適應性、開放性和通訊能力等提出了更高要求。從發展趨勢看，傳統的單片機控制器在實現毛細管網敷設空調控制功能時其劣勢逐步顯現。首先，單片機控制器不提供用戶可編程的環境，所有控制程序需由單片機控制器廠商完成，既不利于提高工作效率，也不利于生產廠商的知識產權保護。其次，相比經受各類惡劣環境考驗的PLC而言，單片機控制器的穩定性及可靠性要差一些。單片機控制器的信號處理能力，特別是模擬量調節能力比PLC要差，最后一點，單片機控制器在開放接口和網絡的互聯互通上性能要差一些，不利于構建智能家居物聯網系統。潮濕季節空調房間結露現象嚴重，為了解決這些問題，本文設計了基于RPC2000系列可編程控制器的毛細管網敷設空調控制系統，并且取得了良好的效果。
2 毛細管網敷設空調控制系統的工作原理與方案設計
在設計毛細管網敷設空調控制系統時，首先要考慮系統的穩定性和可靠性，其次要考慮系統的開放性和先進性。本文旨在設計一種基于PLC和觸摸屏的毛細管網敷設空調控制系統。通過PLC和觸摸屏HMI，結合組態編程，構建良好的人機界面，同時實現監控、監測、報警、參數設定、故障查詢、數據記錄等功能，使得控制過程簡化，改善工作條件，最大程度上改善設備投入，降低生產成本。
毛細管網敷設空調控制系統中PLC負責數據采集和控制，觸摸屏HMI負責數據顯示、指令發送和參數設定。在本次設計的毛細管網敷設空調控制系統中，PLC主要實現夏夏季制冷、冬季采暖、通風、除濕和度假的5個模式，具有一鍵啟動/關閉系統功能，具有過濾網、交換芯提醒清洗更換功能，通風模式具有純通風、除濕和加濕的功能。
3毛細管網敷設空調控制系統的硬件選型與配置
PLC或基于PLC技術的專用控制器是毛細管網敷設空調控制系統的核心基礎部件，控制器的選擇決定了毛細管網敷設空調控制系統的性能和檔次。從產品性能、穩定性、開放性等方面考慮，本方案設計的毛細管網敷設空調控制系統的硬件平臺選擇RPC2000系列PLC。
RPC2000系列PLC是北京藍普鋒科技有限公司開發的新一代PLC產品，該產品融先進、實用的信號處理技術、通訊技術、計算機技術和自動控制技術于一身，在性能、質量、可靠性、穩定性、開放性和易用性等方面達到了國際先進水平[3]。
RPC2000系列PLC為模塊式結構，模塊種類豐富，包括CPU、DI、DO、AI、AO、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、交流信號采集等模塊，以及GPRS、Profibus等通訊模塊。RPC2000系列PLC具有如下優點：
（1）CPU性能優越，單指令處理時間為10-7s，CPU本體自帶RS232和RS485串口各一個，單CPU可擴展10個模塊。
（2）可直接采集交流信號，并實現電氣保護功能。
（3）編程語言符合IEC61131-3國際標準，具有ST、LD、IL、FBD和SFC五種語言。
（4）支持各類標準軟硬件接口，可與各類組態軟件和人機界面無縫集成。
（5）支持Modbus、GPRS、Profibus等通訊協議，可與各類設備互聯互通。
（6）接線端子可插拔，方便系統實施和售后維護。
（7）具有良好的環境適應性，電磁兼容性好，抗干擾能力強。
在控制邏輯的硬件配置部分，綜合了功能的實現及生產成本，采用的控制器為藍普鋒RPC2000系列PLC，CPU模塊選用具有14路開關量輸入和10路開關量輸出的RPC2107，擴展模塊選用4路熱電阻輸入的RPC2312，8路模擬量輸入的RPC2313，2路模擬量輸出的RPC2320，即可以實現毛細管網敷設空調控制系統的基本功能。
4毛細管網敷設空調控制系統的控制邏輯程序設計
毛細管網敷設空調控制系統的程序采用了模塊化設計，程序結構清楚，并且降低了程序的設計難度。控制系統要求用戶只需在觸摸屏上選擇“離家”或“回家”模式。系統根據選擇的模式自動控制地源熱泵、除濕新風熱泵、新風機風機、除濕用比例積分三通水閥、熱換中心水泵和比例積分三通水閥、除濕后新風回溫水泵和比例積分三通水閥等。
PLC控制5個模式：夏季制冷、冬季采暖、通風、除濕、度假。
l 夏季制冷：
控制目標：1、地源熱泵、除濕新風熱泵；2、新風機風機、除濕用比例積分三通水閥；3、換熱中心水泵、比例積分三通水閥；4、除濕后新風回溫水泵和比例積分三通水閥。
1、通過RS485通訊啟動熱泵1和熱泵2，并將模式設定為制冷，水溫根據設置中的設置參數運行；并啟動回溫用水泵。
2、啟動新風機風機，并采用除濕用比例積分三通水閥來控制新風機除濕后的風溫，控制比例積分三通水閥來控制除濕后風溫，風溫8-14℃可設置，默認為10℃；控制回溫用比例積分三通閥來控制送風風溫，風溫10-24℃可設置，默認為18℃。
3、當回風濕度低于70%后，如換熱中心1設置為啟用，方可啟動換熱中心1的水泵，同時采用比例積分三通水閥來控制送水水溫。
4、當回風濕度低于70%后，如換熱中心2設置為啟用，方可啟動換熱中心2的水泵，同時采用比例積分三通水閥來控制送水水溫。
5、啟動防結露控制。
防結露控制：
當某房間的濕度傳感器的濕度>露點設定值（默認為95%，從90-100%可設），打開補充送風風閥，同時通過RS485通知該房間的溫控器關閉電熱執行器。新風機打開混風風閥進入混和回風狀態加速除濕。
當該房間的濕度傳感器的濕度<露點設定值時，通過RS485通知該房間的溫控器打開電熱執行器，新風機關閉混風風閥。
6、VOC空氣質量控制
當回風VOC<設定值時，打開混風風閥進入節能新風狀態；當回風>設定值+回差，且濕度<露點設定值時；關閉混風風閥進入全新風狀態。
l 冬季采暖
控制目標：
1、地源熱泵、除濕新風熱泵；2、新風機風機、除濕用比例積分三通水閥；3、換熱中心水泵、換熱中心比例積分三通水閥。
1、通過RS485通訊啟動熱泵1和熱泵2，并將模式設定為制熱，回水溫度設定為40℃；
2、啟動新風機風機，并采用除濕用比例積分三通水閥來控制新風機送風風溫，風溫16-25℃可設置，默認為20℃；
3、并通過控制加濕電磁閥來控制回風濕度。
當檢測到回風濕度≤加濕濕度設定，打開加濕電磁閥；
當檢測到回風濕度≥加濕濕度設定+加濕回差，關閉加濕電磁閥。
4、如果混水中心1被設定為啟用，采用比例積分三通水閥來控制混水中心1的送水水溫，水溫24-45℃可設置，默認為35℃。
5、如果混水中心2被設定為啟用，采用比例積分三通水閥來控制混水中心2的送水水溫，如果是設定為定水溫，水溫24-65℃可設置，默認為35℃。若被設定為氣候補償的話，則采用氣候補償采暖功能自動設置出水水溫：
l 通風
控制對象：風機，新風閥，混風閥，熱泵，比例積分三通閥，回溫水泵，加濕電磁閥
1、剛開啟初始狀態：風機保持低速運轉、新風閥打開，混風閥關閉，熱泵、三通閥、回溫水泵、加濕電磁閥均關閉。
2、關閉狀態：關機或切換模式
3、當如果回風濕度>除濕濕度（70-100%可設，默認為70%），進入以下除濕運行。
? 除濕運行
（1）通過RS485通訊啟動熱泵1和熱泵2，并將模式設定為制冷，水溫根據“高級設置”中的設置參數運行；并啟動回溫用水泵。
（2）并采用除濕用比例積分三通水閥來控制新風機除濕后的風溫，控制比例積分三通水閥來控制除濕后風溫，風溫10-18℃可設置，默認為14℃；控制回溫用比例積分三通閥來控制送風風溫，風溫10-24℃可設置，默認為20℃。
（3）退出除濕運行：當回風濕度<65%，退出除濕運行，回到剛開啟初始狀態。
（4）當如果回風濕度<加濕濕度設定（此值可設10-60%，默認為40%），進入以下加濕運行。
? 加濕運行
（1）開啟狀態：當檢測到回風濕度≤加濕濕度設定，打開加濕電磁閥；
（2）關閉狀態：當檢測到回風濕度>加濕濕度設定+加濕回差(默認為10%，1-20%可設)，關閉加濕電磁閥，回到剛開啟初始狀態。
? VOC空氣質量控制
當回風VOC<設定值時，打開混風風閥進入節能新風狀態，當回風VOC>設定值+回差時，關閉混風風閥進入全新風狀態。
l 度假模式
l 過濾網清洗提醒功能
l 過濾網更換提醒功能
l 熱交換芯清洗提醒功能
l 熱交換芯更換提醒功能
5 毛細管網敷設空調控制系統的觸摸屏程序設計
觸摸屏主要實現房間氣候數據查閱、報警指示、故障查詢、參數設置、數據記錄等功能。為了使用戶更方便地使用觸摸屏進行控制，在主控界面只設計一個按鈕，用戶選擇“回家”或是“離家”模式，方便簡潔。在參數設定界面上可以設定眾多參數，用戶可以根據自己的需求來進行設定。數據記錄和故障查詢畫面可以供用戶查詢歷史數據和故障信息。另外，觸摸屏中還設置了諸多提示功能，方便用戶操作。觸摸屏的主控畫面如圖1所示，參數畫面如圖2所示。
圖1 觸摸屏的主控畫面
圖2 觸摸屏的參數畫面
6 系統特點
本文設計的毛細管網敷設空調控制系統使用簡單，操作方便，和自動防結露的保護能夠很好地滿足控制需求，而且可靠性高，設備投入少，維護方便，成本低，能夠達到最初的設計目的。
參考文獻
[1]邵宗義.毛細管網供熱供冷特性分析與工程應用研討.供熱制冷
[2]任杰,蘭海,周井明.毛細管網平面輻射系統應用與推廣.供熱制冷
[3]北京藍普鋒科技有限公司網站www.runpower.cn，2014年
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