文：中達電通股份有限公司杜立興

 

【摘要】本文主要介紹了臺達現場工業自動化產品在HVAC的應用。

【Abstract】This 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

 

    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。

 

本系統擁有多項優勢，具體如圖1所示。

    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。

 

硬件配置具體參數如表1所示。

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

                          

    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。

 

    系統結構如圖3所示。

 

    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。

 

 

    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。

 

    冷卻水循環系統控制如下圖所示。

    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。

 

 

    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。

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 。

 

系統正式上線后，PC端監控畫面如6所示。

 

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。

 

    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。

 

 

    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。

 

    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。