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台達現場總線產品在中央空調係統的應用

中達電通股份有限公司
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    摘要:本文介紹了台達DeviceNet現場總線產品在中央空調係統的應用,台達DeviceNet現場總線產品便於安裝和調試,極大地提高了控製係統的可靠性和實時性。

    關鍵詞:DVPNET掃描模塊   DNA02模塊 變頻器 人機界麵 PLC
 
1引言 

    商(shang)場(chang)等(deng)大(da)型(xing)建(jian)築(zhu)采(cai)用(yong)中(zhong)央(yang)空(kong)調(tiao)係(xi)統(tong)主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)人(ren)群(qun)提(ti)供(gong)舒(shu)適(shi)的(de)環(huan)境(jing),但(dan)在(zai)追(zhui)求(qiu)舒(shu)適(shi)的(de)同(tong)時(shi)往(wang)往(wang)也(ye)會(hui)消(xiao)耗(hao)了(le)大(da)量(liang)的(de)能(neng)源(yuan)。如(ru)何(he)有(you)效(xiao)地(di)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti),就(jiu)需(xu)將(jiang)環(huan)境(jing)對(dui)人(ren)的(de)影(ying)響(xiang)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)。資(zi)料(liao)顯(xian)示(shi),室(shi)內(nei)空(kong)調(tiao)溫(wen)度(du)與(yu)耗(hao)能(neng)量(liang)有(you)直(zhi)接(jie)的(de)關(guan)係(xi),因(yin)此(ci),通(tong)過(guo)合(he)理(li)的(de)設(she)定(ding)室(shi)內(nei)空(kong)調(tiao)的(de)運(yun)行(xing)參(can)數(shu),既(ji)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)人(ren)體(ti)對(dui)環(huan)境(jing)舒(shu)適(shi)性(xing)要(yao)求(qiu)的(de)同(tong)時(shi),又(you)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)節(jie)能(neng)的(de)目(mu)的(de),降(jiang)低(di)空(kong)調(tiao)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian),節(jie)約(yue)費(fei)用(yong)。 

    隨著變頻技術的日益成熟,利用變頻器、PLC、人機界麵、溫wen度du傳chuan感gan器qi等deng自zi動dong化hua產chan品pin構gou建jian的de自zi動dong控kong製zhi係xi統tong,自zi動dong調tiao節jie水shui泵beng的de輸shu出chu流liu量liang,既ji滿man足zu了le人ren體ti對dui環huan境jing舒shu適shi性xing的de要yao求qiu,有you達da到dao了le節jie能neng的de目mu的de。采cai用yong台tai達da自zi動dong化hua產chan品pin及jiDeviceNet現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)產(chan)品(pin)組(zu)建(jian)中(zhong)央(yang)空(kong)調(tiao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong),不(bu)僅(jin)滿(man)足(zu)了(le)上(shang)述(shu)的(de)要(yao)求(qiu),並(bing)且(qie)便(bian)於(yu)安(an)裝(zhuang)調(tiao)試(shi),並(bing)由(you)於(yu)減(jian)少(shao)了(le)現(xian)場(chang)接(jie)線(xian),極(ji)大(da)地(di)提(ti)高(gao)了(le)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)實(shi)時(shi)性(xing)。

2中央空調係統的特點 

    在本項目中,中央空調係統主要負責賣場一至三層的冷暖供給,其中一層主要為商鋪和車庫,二、三層為賣場區域。因賣場商品分區擺放,各區域功能不同,造成人流密度分布不均,導致各區域溫度、CO2 濃度差異,同時考慮到超市空調為懸掛式安裝、冷(暖)風分區供給、就地回風,所以本係統采用通過DeviceNet現場總線網絡進行區域控製、局部微調、集中管理的控製策略。
另一方麵,不同時間、不同時段人流量差異較大,溫度、CO2 濃度也伴隨人流量的變化而變化,如人流量在周末、節假日增多,平時相對較少,溫度、CO2 濃度也在周末及節假日相對較高。本套自動控製係統會根據現場環境對溫度、CO2 濃度自動調節。

3中央空調係統控製係統設計
3.1總體結構設計
 

    根據空調機組分布特點,對於CO2濃度和室內溫度采用區域控製;冷(熱)水和風機采用VWV、VAV混合控製模式,由此達到舒適和節能目的。 

    整個大樓共分為三層,一層3台AHU,二層3台AHU,三層2台AHU、1台PAH,每層都由不同的功能區域組成。所有AHU和PAH由1台總控製器來負責整體控製。每台AHU、PAH都有1台各自獨立的控製箱。 

    控製係統整體架構如圖1所示。 
   

 圖1 控製係統總體架構圖


3.2 總控製器結構 

    總控製器主要由觸摸屏、PLC以及DVPDNET掃描模塊構成。總控製器通過台達的DeviceNet總線與現場控製器通訊,進行數據交換。 

    觸摸屏通過RS485總線以MODBUS協議與總控製器通訊,監視各台AHU的運行狀態。現場控製器的溫度、CO2濃度可以通過總控製器的觸摸屏來設定,設定好的數據通過DeviceNet通訊分發給各現場控製器。 

    通過DVPDNETsaomiaomokuaiduizhenggewangluojinxingguanli,bingtongguorenjijiemianxianshigewangluojiediandezhuangtai。dangwangluoshangdejiedianfashengyichangshi,xiangyingdezhishidengdianliang。shishixianshisaomiaomokuaidezhuangtai,dangsaomiaomokuaifashengcuowushi,xianshisaomiaomokuaidecuowudaima。

3.3 現場控製器 

    現場控製器主要由DNA02模塊、PLC、變頻器、接觸器等部件構成。現場控製器接受總控製器的溫度、CO2濃度設定指令。現場控製器之間還可以通過總控製器實現數據共享,將采集到的溫度、CO2濃度等信號傳送給與該區域相關的其他現場控製器。現場控製器控製AHU、PAH空調機的風機轉速、冷(熱)水閥門開度和新風閥開度來調節室內溫度和CO2濃度。

3.4 AHU的控製流程 

    AHU操作箱可以選擇自動控製或手動控製。自動控製時,現場溫度及CO2濃度由台達PLC智能控製在允許的設定範圍內;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。

3.5對於CO2濃度和人流量的處理 

    在賣場中,根據空間區域布置CO2傳感器位置,主要在人員集中密集處采集CO2濃度值。CO2傳感器就近接線於現場控製箱的PLC,此信號經過集中控製器發送給本區域相關的空氣處理機組的控製器,然後由各台AHU通過調整新風閥門開度來引進新風量,調節室內CO2濃度。新風閥門的開度的大小是通過CO2濃度、室外溫度的目標值依據其權重的大小來進行PID控製的。

3.6火警連鎖 

    本係統與安防係統連動,當發生火警時,總控製器上人機出現報警畫麵,同時空調機停止工作,水閥、風閥關閉,排煙係統啟動,排出煙霧。本係統提供一個幹接點與安防係統連動。

3.7 DeviceNet網絡配置
3.7.1模塊設置 

    按照表1分別對網絡上的節點進行設置。 
    表1 網絡節點設置參數表

模塊名稱

節點地址

通訊速率

DVPDNET-SL掃描模塊

00

500K bps

DNA02

01

500K bps

DNA02

02

500K bps

… …

… …

… …

DNA02

09

500K bps


3.7.2 DeviceNet從站的配置 

    (1)打開DeviceNetBuilder軟件,軟件界麵如圖2所示。
   

 
    圖2 DeviceNetBuilder軟件界麵 

    (2)選擇“設置(S)”功能點“通訊設置”,選擇“係統通道”指令,如圖3所示。
   

 
    圖3 係統通道設置 

    (3)在此對計算機與 SV 主機的通訊參數進行設置。如“通訊端口”、“通訊地址”、“通訊速率”、“通訊格式”。設置正確後,點擊“確定”按鈕,返回主界麵。 

    (4)選擇“網絡(N)”菜單點“在線”指令,彈出選擇通訊通道窗口,如圖4所示。
   

 
    圖4 選擇通訊通道 

    (5)按圖4中的“確定”對DeviceNet網絡進行掃描,正常情況下彈出掃描進度條;按“取消”返回主畫麵。如果上述對話框的進度條一直沒有動作,則說明PC和SV PLC通訊連接不正常或PC上有其他程序使用串口。掃描結束後,會提示“掃描網絡已完成”。此時,網絡中被掃描到的所有節點的圖標和設備名稱都會顯示在軟件界麵上,如圖5所示。在此例中DVPDNET的節點地址為01。
   

 
    圖5 網絡掃描結果 

    (6)用鼠標雙擊VFD-F Drives節點,彈出節點配置窗口,如圖6所示。在此對VFD-F變頻器的識別參數以及IO信息進行確認。確認配置無誤後,點擊“確定“按鈕,返回主界麵。
   

 
    圖6 節點配置 

    (7)其它從站(如PLC等)的配置與節點1操作步驟類似,這裏不再贅述。

3.7.3 DVPDNET掃描模塊(主站)的配置 

    (1)雙擊DNET Scanner(節點0)的圖標,彈出“掃描模塊配置…”對話框,可以看到左邊的列表裏有當前可用節點VFD-F Drives 230V 50HP,DVP-SS/SA/EH PLC,VFD-F Drives 230V 20HP,DVP-SS/SA/EH PLC,VFD-M Drives 230V 5HP,DVP-SS/SA/EH PLC… …。右邊有一個空的“掃描列表”,如圖7所示。
   

 
    圖7 掃描模塊配置 

    (2)將圖7中左邊列表中的 DeviceNet 從站設備移入掃描模塊的掃描列表中。具體步驟為:選中 DeviceNet 從站節點,然後點擊“ ”,可將DeviceNet從站節點依次移入到掃描模塊的掃描列表內。確認無誤後,點擊“確定”按鈕。 

    (3)選擇“網絡(N)”菜單點“下載”指令,將配置下載到DVPDNET-SL掃描模塊內。下載時,如果 SV主機處於運行模式,會彈出“警告”對話框,如圖8所示。
   

 
    圖8 警告對話框 

    (4)點擊“是”按鈕,將配置下載至掃描模塊,確認PLC處於RUN模式。 

3.7.4 DVPDNET-SL掃描模塊和從站的IO數據映射 

    DVPDNET-SL掃描模塊到DeviceNet從站的IO數據映射如表2所示,DeviceNet從站到DVPDNET-SL掃描模塊如表3所示。選擇“文件(F)”菜單中“保存(S)”命令,將當前的網絡配置保存。 
    表2 DVPDNET-SL掃描模塊到DeviceNet從站的IO數據映射

DVPDNET-SL掃描模塊寄存器

 

從站設備元件裝置

D6287

VFD-F Drives 230V 50HP變頻器

VFD-F變頻器命令字

D6288

VFD-F變頻器頻率字

D6289

PLC

D500(溫度設定信號)

D6290

VFD-F Drives 230V 20HP變頻器

VFD-F變頻器命令字

D6291

VFD-F變頻器頻率字

D6292

PLC

D500(溫度設定信號)

D6293

D501CO2濃度設定信號)

……

……

……

……

……

……

D6314

VFD-F Drives 230V 20HP 變頻器

VFD-F變頻器命令字

D6315

VFD-F變頻器頻率字

D6316

PLC

D500(溫度設定信號)

3 DeviceNet從站到DVPDNET-SL掃描模塊IO數據映射

DVPDNET-SL掃描模塊寄存器

 

從站設備元件裝置

D6037

VFD-FDrives 230V 50HP變頻器

VFD-F變頻器狀態字

D6038

VFD-F變頻器設置頻率

D6039<, /SPAN>

PLC

D408(現場溫度信號)

D6040

VFD-F Drives 230V 20HP變頻器

VFD-F變頻器狀態字

D6041

VFD-F變頻器設置頻率

D6042

PLC

D500(現場溫度信號)

D6043

D501(現場CO2濃度信號)

……

……

……

……

……

……

D6064

VFD-F Drives 230V 20HP 變頻器

VFD-F變頻器狀態字

D6065

VFD-F變頻器設置頻率

D6066

PLC

D408(現場溫度信號)


3.8 DeviceNet網絡監視
3.8.1實現原理
 

    掃描模塊對掃描列表中的節點進行實時監控,並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係如表4所示。 

    表4 PLC裝置與網絡節點對應關係表

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

D6033

節點31

節點30

節點29

… …

節點18

節點17

節點16

D6034

節點47

節點46

節點45

… …

節點34

節點33

節點32

D6035

節點63

節點62

節點61

… …

節點50

節點49

節點48


    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;當掃描模塊處於初始化時,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,如表5所示。 

    表5 D6303錯誤代碼說明 

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

 

 

 
3.8.2 PLC元件說明(見表6) 

    表6 PLC元件說明

PLC元件

元件說明

M0~M63

節點0~節點63狀態指示

C0~C63

節點0~節點63錯誤計數器

M100

M100=ON時,主站處於正常狀態

M101

M101=ON時,主站處於初始化狀態

M102

M102=ON時,主站處於錯誤狀態

D10

主站的錯誤次數

D11

主站的錯誤代碼


3.8.3 PLC程序(DeviceNet網絡監控部分,見圖9)
   


    圖9 DeviceNet網絡監控部分PLC程序

4 DeviceNet現場總線控製係統優點 

    與傳統的控製係統相比,基於現場總線產品的空調係統具有以下優點: 

    (1)布線簡單,節省安裝費用 

    DeviceNettongguoyigentongxunxianshixianzhenggewangluogejiedianzhijiandetongxun,xiangduiyuchuantongdedianduidiankongzhixitong,jieshengdaliangdedianlan,suoduandeanzhuangshijian,jiangdileanzhuangfeiyong。 

    (2)可靠性高 

    DeviceNet通tong過guo一yi根gen通tong訊xun線xian控kong製zhi整zheng個ge網wang絡luo。主zhu站zhan模mo塊kuai對dui整zheng個ge網wang絡luo實shi時shi監jian控kong,通tong過guo監jian控kong主zhu站zhan模mo塊kuai,能neng夠gou迅xun速su的de獲huo知zhi發fa生sheng故gu障zhang的de節jie點dian設she備bei,便bian於yu快kuai速su排pai除chu故gu障zhang;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。

5結束語 

    中央空調係統采用DeviceNet現場總線控製技術,便於安裝和調試,極大提高了控製係統的可靠性和實時性。DeviceNet現場總線適用於電器設備和控製設備的設備級網絡控製。現場總線的顯著優點決定著其廣泛應用將成為未來控製領域的發展趨勢。 
  
作者簡介 
    杜立興 男,高級技術工程師,項目經理,任職於中達電子(江蘇)有限公司,在PLC、觸摸屏、現場總線產品等領域具有豐富的應用經驗,多次在全國範圍內擔任技術培訓講師。
 
 
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