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文：中達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.
【關鍵詞】DeviceNet;空調係統
【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、影劇院等公共建築以及居民住宅。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，空調和製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％。中國人均用電量隻有1000千瓦時，隻相當於世界平均用電水平的一半，遠遠低於發達國家人均用電2萬千瓦時的水平。但在另一方麵，每萬美元國民生產總值能耗方麵則為世界各國之首，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，空調建築的空調耗能占整個建築耗能的50%以上。采取必要的建築節能措施，可使空調建築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。
本文主要論述台達DeviceNet現場總線產品在空調係統的應用原理。係統中，子PLC用於控製變頻器狀態、采集現場的溫度以及濕度信號並作運算處理，主負責管理DeviceNet控製網絡，並將信息通過EtherNet傳送給上位機作數據分析和處理，整個網絡充分展示了台達DeviceNet現場總線產品的係統集成優勢。
2、係統特色
本係統擁有多項優勢，具體如圖1所示。
圖1 係統優勢示意圖
3、係統簡介
在本應用中，中央空調係統主要負責工廠1～3層的冷氣供給，每層分布5個風櫃房，其中A、B、C、D風櫃房有兩台風機，E風櫃房有一台風機。由於每個風櫃房負責的區域對溫濕度的要求不盡相同，所以本係統采用區域控製、局部微調、集中管理的控製策略。
Master主要由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。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界麵來設定，設定好的數據通過DeviceNet通訊分發給各現場控製器。
通過DVPDNET掃(sao)描(miao)模(mo)塊(kuai)對(dui)整(zheng)個(ge)網(wang)絡(luo)進(jin)行(xing)管(guan)理(li)，並(bing)通(tong)過(guo)人(ren)機(ji)界(jie)麵(mian)顯(xian)示(shi)各(ge)網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)的(de)狀(zhuang)態(tai)。當(dang)網(wang)絡(luo)上(shang)的(de)節(jie)點(dian)發(fa)生(sheng)異(yi)常(chang)時(shi)，相(xiang)應(ying)的(de)指(zhi)示(shi)燈(deng)點(dian)亮(liang)。實(shi)時(shi)顯(xian)示(shi)掃(sao)描(miao)模(mo)塊(kuai)的(de)狀(zhuang)態(tai)，當(dang)掃(sao)描(miao)模(mo)塊(kuai)發(fa)生(sheng)錯(cuo)誤(wu)時(shi)，顯(xian)示(shi)掃(sao)描(miao)模(mo)塊(kuai)的(de)錯(cuo)誤(wu)代(dai)碼(ma)。現(xian)場(chang)控(kong)製(zhi)器(qi)主(zhu)要(yao)由(you)PLC、變頻器、溫濕度傳感器、接觸器等部件構成。
4、項目方案
硬件配置具體參數如表1所示。
表1 硬件具體參數示意表
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序號 |
產品型號 |
數量（台） |
說明 |
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1 |
VFD370F43A |
8 |
37KW變頻器 |
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2 |
VFD185F43A |
2 |
18.5KW變頻器 |
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3 |
VFD150F43A |
9 |
15KW變頻器 |
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4 |
VFD110F43A |
6 |
11KW變頻器 |
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5 |
VFD075F43A |
12 |
7.5KW變頻器 |
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6 |
VFD055F43A |
5 |
5.5KW變頻器 |
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7 |
DVP28SV11R |
23 |
28點PLC主機 |
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8 |
DVP16SP11R |
38 |
16點數字量擴展 |
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9 |
DVP04AD-S |
38 |
4AI模擬量擴展 |
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10 |
DVP04DA-S |
36 |
4AO模擬量擴展 |
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11 |
DVPDNET-SL |
23 |
主站模塊 |
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12 |
TAP-CN02 |
23 |
DeviceNet網絡分接盒 |
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13 |
TAP-CP01 |
7 |
DeviceNet電源分接盒 |
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14 |
TAP-CB01 |
600m |
DeviceNet通訊電纜 |
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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台AHU、5台冰水泵、5台冷卻水泵；二層9台AHU，三層9台AHU，樓頂兩台冷卻風扇，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 係統結構
係統結構如圖3所示。
圖3 係統結構示意圖
4.4 AHU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，現場溫度及冰水閥開度由台達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。具體操作流程如圖4所示。
圖4 操作流程示意圖
4.5 新風控製
新(xin)風(feng)控(kong)製(zhi)類(lei)似(si)於(yu)過(guo)渡(du)季(ji)節(jie)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)。設(she)立(li)空(kong)調(tiao)新(xin)風(feng)係(xi)統(tong)主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)建(jian)築(zhu)物(wu)內(nei)的(de)使(shi)用(yong)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)也(ye)消(xiao)耗(hao)了(le)大(da)量(liang)的(de)能(neng)源(yuan)。夏(xia)季(ji)，人(ren)們(men)感(gan)到(dao)最(zui)舒(shu)適(shi)的(de)氣(qi)溫(wen)是(shi)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。但在室外溫度高於18℃或者濕度高於50%時不建議引進新風調節。
4.6 冷卻水循環係統控製
冷卻水循環係統控製如下圖所示。
圖5 冷卻水循環係統控製
4.7 預冷、預熱控製
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，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2所示。
表2 PLC裝置與網絡節點的對應關係
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PLC元件 |
對應網絡節點 |
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b15 |
b14 |
b13 |
… … |
b2 |
b1 |
b0 |
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D6032 |
節點15 |
節點14 |
節點13 |
… … |
節點2 |
節點1 |
節點0 |
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PLC元件 |
說明 |
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b15 |
b14 |
b13 |
b12 |
b11 |
b10 |
b9 |
b8 |
b7 |
b6 |
b5 |
b4 |
b3 |
b2 |
b1 |
b0 |
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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
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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 。
6、上位機監控畫麵
係統正式上線後，PC端監控畫麵如6所示。
圖6 PC端監控畫麵示意圖
7、項目總結
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下述特點。
7.1 布線簡單，節省安裝費用
DeviceNet通tong過guo一yi根gen通tong訊xun線xian實shi現xian整zheng個ge網wang絡luo各ge節jie點dian之zhi間jian的de通tong訊xun，相xiang對dui於yu傳chuan統tong的de點dian對dui點dian控kong製zhi係xi統tong，節jie省sheng大da量liang的de電dian纜lan，縮suo短duan的de安an裝zhuang時shi間jian，降jiang低di了le安an裝zhuang費fei用yong。圖tu7為傳統控製係統和DeviceNet控製係統對比示意圖。
圖7 傳統控製係統和DeviceNet控製係統對比示意圖
7.2 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。
7.3 提高行業競爭力和知名度
使台達在HVAC行業擁有完整解決方案，由傳統的元器件供應商向係統方案提供商轉型，提高台達IA產品在HVAC行業的影響力和知名度。圖8為台達在HVAC行業的產品示意圖。
圖8 台達在HVAC行業的產品示意圖
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