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台达现场总线产品在中央空调系统的应用

中达电通股份有限公司
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    摘要:本文介绍了台达DeviceNet现场总线产品在中央空调系统的应用,台达DeviceNet现场总线产品便于安装和调试,极大地提高了控制系统的可靠性和实时性。

    关键词:DVPNET扫描模块   DNA02模块 变频器 人机界面 PLC
 
1引言 

    商场等大型建筑采用中央空调系统主要是为人群提供舒适的环境,但在追求舒适的同时往往也会消耗了大量的能源。如何有效地解决这个问题,就需将环境对人的影响进行分析。资料显示,室内空调温度与耗能量有直接的关系,因此,通过合理的设定室内空调的运行参数,既可以满足人体对环境舒适性要求的同时,又可以达到节能的目的,降低空调系统运行时间,节约费用。 

    随着变频技术的日益成熟,利用变频器、PLC、人机界面、温度传感器等自动化产品构建的自动控制系统,自动调节水泵的输出流量,既满足了人体对环境舒适性的要求,有达到了节能的目的。采用台达自动化产品及DeviceNet现场总线产品组建中央空调控制系统,不仅满足了上述的要求,并且便于安装调试,并由于减少了现场接线,极大地提高了控制系统的可靠性和实时性。

2中央空调系统的特点 

    在本项目中,中央空调系统主要负责卖场一至三层的冷暖供给,其中一层主要为商铺和车库,二、三层为卖场区域。因卖场商品分区摆放,各区域功能不同,造成人流密度分布不均,导致各区域温度、CO2 浓度差异,同时考虑到超市空调为悬挂式安装、冷(暖)风分区供给、就地回风,所以本系统采用通过DeviceNet现场总线网络进行区域控制、局部微调、集中管理的控制策略。
另一方面,不同时间、不同时段人流量差异较大,温度、CO2 浓度也伴随人流量的变化而变化,如人流量在周末、节假日增多,平时相对较少,温度、CO2 浓度也在周末及节假日相对较高。本套自动控制系统会根据现场环境对温度、CO2 浓度自动调节。

3中央空调系统控制系统设计
3.1总体结构设计
 

    根据空调机组分布特点,对于CO2浓度和室内温度采用区域控制;冷(热)水和风机采用VWV、VAV混合控制模式,由此达到舒适和节能目的。 

    整个大楼共分为三层,一层3台AHU,二层3台AHU,三层2台AHU、1台PAH,每层都由不同的功能区域组成。所有AHU和PAH由1台总控制器来负责整体控制。每台AHU、PAH都有1台各自独立的控制箱。 

    控制系统整体架构如图1所示。 
   

 图1 控制系统总体架构图


3.2 总控制器结构 

    总控制器主要由触摸屏、PLC以及DVPDNET扫描模块构成。总控制器通过台达的DeviceNet总线与现场控制器通讯,进行数据交换。 

    触摸屏通过RS485总线以MODBUS协议与总控制器通讯,监视各台AHU的运行状态。现场控制器的温度、CO2浓度可以通过总控制器的触摸屏来设定,设定好的数据通过DeviceNet通讯分发给各现场控制器。 

    通过DVPDNET扫描模块对整个网络进行管理,并通过人机界面显示各网络节点的状态。当网络上的节点发生异常时,相应的指示灯点亮。实时显示扫描模块的状态,当扫描模块发生错误时,显示扫描模块的错误代码。

3.3 现场控制器 

    现场控制器主要由DNA02模块、PLC、变频器、接触器等部件构成。现场控制器接受总控制器的温度、CO2浓度设定指令。现场控制器之间还可以通过总控制器实现数据共享,将采集到的温度、CO2浓度等信号传送给与该区域相关的其他现场控制器。现场控制器控制AHU、PAH空调机的风机转速、冷(热)水阀门开度和新风阀开度来调节室内温度和CO2浓度。

3.4 AHU的控制流程 

    AHU操作箱可以选择自动控制或手动控制。自动控制时,现场温度及CO2浓度由台达PLC智能控制在允许的设定范围内;当操作箱出现故障时(如传感器损坏、出现通讯故障等),可以选择将变频器以固定频率运行或者工频运行,以便检修。

3.5对于CO2浓度和人流量的处理 

    在卖场中,根据空间区域布置CO2传感器位置,主要在人员集中密集处采集CO2浓度值。CO2传感器就近接线于现场控制箱的PLC,此信号经过集中控制器发送给本区域相关的空气处理机组的控制器,然后由各台AHU通过调整新风阀门开度来引进新风量,调节室内CO2浓度。新风阀门的开度的大小是通过CO2浓度、室外温度的目标值依据其权重的大小来进行PID控制的。

3.6火警连锁 

    本系统与安防系统连动,当发生火警时,总控制器上人机出现报警画面,同时空调机停止工作,水阀、风阀关闭,排烟系统启动,排出烟雾。本系统提供一个干接点与安防系统连动。

3.7 DeviceNet网络配置
3.7.1模块设置 

    按照表1分别对网络上的节点进行设置。 
    表1 网络节点设置参数表

模块名称

节点地址

通讯速率

DVPDNET-SL扫描模块

00

500K bps

DNA02

01

500K bps

DNA02

02

500K bps

… …

… …

… …

DNA02

09

500K bps


3.7.2 DeviceNet从站的配置 

    (1)打开DeviceNetBuilder软件,软件界面如图2所示。
   

 
    图2 DeviceNetBuilder软件界面 

    (2)选择“设置(S)”功能点“通讯设置”,选择“系统通道”指令,如图3所示。
   

 
    图3 系统通道设置 

    (3)在此对计算机与 SV 主机的通讯参数进行设置。如“通讯端口”、“通讯地址”、“通讯速率”、“通讯格式”。设置正确后,点击“确定”按钮,返回主界面。 

    (4)选择“网络(N)”菜单点“在线”指令,弹出选择通讯通道窗口,如图4所示。
   

 
    图4 选择通讯通道 

    (5)按图4中的“确定”对DeviceNet网络进行扫描,正常情况下弹出扫描进度条;按“取消”返回主画面。如果上述对话框的进度条一直没有动作,则说明PC和SV PLC通讯连接不正常或PC上有其他程序使用串口。扫描结束后,会提示“扫描网络已完成”。此时,网络中被扫描到的所有节点的图标和设备名称都会显示在软件界面上,如图5所示。在此例中DVPDNET的节点地址为01。
   

 
    图5 网络扫描结果 

    (6)用鼠标双击VFD-F Drives节点,弹出节点配置窗口,如图6所示。在此对VFD-F变频器的识别参数以及IO信息进行确认。确认配置无误后,点击“确定“按钮,返回主界面。
   

 
    图6 节点配置 

    (7)其它从站(如PLC等)的配置与节点1操作步骤类似,这里不再赘述。

3.7.3 DVPDNET扫描模块(主站)的配置 

    (1)双击DNET Scanner(节点0)的图标,弹出“扫描模块配置…”对话框,可以看到左边的列表里有当前可用节点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… …。右边有一个空的“扫描列表”,如图7所示。
   

 
    图7 扫描模块配置 

    (2)将图7中左边列表中的 DeviceNet 从站设备移入扫描模块的扫描列表中。具体步骤为:选中 DeviceNet 从站节点,然后点击“ ”,可将DeviceNet从站节点依次移入到扫描模块的扫描列表内。确认无误后,点击“确定”按钮。 

    (3)选择“网络(N)”菜单点“下载”指令,将配置下载到DVPDNET-SL扫描模块内。下载时,如果 SV主机处于运行模式,会弹出“警告”对话框,如图8所示。
   

 
    图8 警告对话框 

    (4)点击“是”按钮,将配置下载至扫描模块,确认PLC处于RUN模式。 

3.7.4 DVPDNET-SL扫描模块和从站的IO数据映射 

    DVPDNET-SL扫描模块到DeviceNet从站的IO数据映射如表2所示,DeviceNet从站到DVPDNET-SL扫描模块如表3所示。选择“文件(F)”菜单中“保存(S)”命令,将当前的网络配置保存。 
    表2 DVPDNET-SL扫描模块到DeviceNet从站的IO数据映射

DVPDNET-SL扫描模块寄存器

 

从站设备元件装置

D6287

VFD-F Drives 230V 50HP变频器

VFD-F变频器命令字

D6288

VFD-F变频器频率字

D6289

PLC

D500(温度设定信号)

D6290

VFD-F Drives 230V 20HP变频器

VFD-F变频器命令字

D6291

VFD-F变频器频率字

D6292

PLC

D500(温度设定信号)

D6293

D501CO2浓度设定信号)

……

……

……

……

……

……

D6314

VFD-F Drives 230V 20HP 变频器

VFD-F变频器命令字

D6315

VFD-F变频器频率字

D6316

PLC

D500(温度设定信号)

3 DeviceNet从站到DVPDNET-SL扫描模块IO数据映射

DVPDNET-SL扫描模块寄存器

 

从站设备元件装置

D6037

VFD-FDrives 230V 50HP变频器

VFD-F变频器状态字

D6038

VFD-F变频器设置频率

D6039<, /SPAN>

PLC

D408(现场温度信号)

D6040

VFD-F Drives 230V 20HP变频器

VFD-F变频器状态字

D6041

VFD-F变频器设置频率

D6042

PLC

D500(现场温度信号)

D6043

D501(现场CO2浓度信号)

……

……

……

……

……

……

D6064

VFD-F Drives 230V 20HP 变频器

VFD-F变频器状态字

D6065

VFD-F变频器设置频率

D6066

PLC

D408(现场温度信号)


3.8 DeviceNet网络监视
3.8.1实现原理
 

    扫描模块对扫描列表中的节点进行实时监控,并将扫描列表中的每个节点的状态映射到一个位,使用者可以通过监控D6032~D6035的内容获取各网络节点的状态信息。PLC装置与网络节点的对应关系如表4所示。 

    表4 PLC装置与网络节点对应关系表

PLC元件

对应网络节点

b15

b14

b13

… …

b2

b1

b0

D6032

节点15

节点14

节点13

… …

节点2

节点1

节点0

D6033

节点31

节点30

节点29

… …

节点18

节点17

节点16

D6034

节点47

节点46

节点45

… …

节点34

节点33

节点32

D6035

节点63

节点62

节点61

… …

节点50

节点49

节点48


    当扫描列表中的节点正常时,相应的位为OFF状态,当扫描列表中的节点发生异常时,相应的位为ON状态。 

    用户通过监控D6036的内容实时获取扫描模块的状态信息。当扫描模块正常工作时,D6036的内容为0;当扫描模块处于初始化时,D6036高字节内容为1,低字节内容为0;当扫描模块发生错误时,D6036高字节内容为2,错误的详细信息参考D6036低字节的错误代码,如表5所示。 

    表5 D6303错误代码说明 

PLC元件

说明

b15

b14

b13

b12

b11

b10

b9

b8

b7

b6

b5

b4

b3

b2

b1

b0

D6036

扫描模块状态

0:正常,1:初始化,2:错误)

扫描模块错误代码

 

 

 
3.8.2 PLC元件说明(见表6) 

    表6 PLC元件说明

PLC元件

元件说明

M0~M63

节点0~节点63状态指示

C0~C63

节点0~节点63错误计数器

M100

M100=ON时,主站处于正常状态

M101

M101=ON时,主站处于初始化状态

M102

M102=ON时,主站处于错误状态

D10

主站的错误次数

D11

主站的错误代码


3.8.3 PLC程序(DeviceNet网络监控部分,见图9)
   


    图9 DeviceNet网络监控部分PLC程序

4 DeviceNet现场总线控制系统优点 

    与传统的控制系统相比,基于现场总线产品的空调系统具有以下优点: 

    (1)布线简单,节省安装费用 

    DeviceNet通过一根通讯线实现整个网络各节点之间的通讯,相对于传统的点对点控制系统,节省大量的电缆,缩短的安装时间,降低了安装费用。 

    (2)可靠性高 

    DeviceNet通过一根通讯线控制整个网络。主站模块对整个网络实时监控,通过监控主站模块,能够迅速的获知发生故障的节点设备,便于快速排除故障;当网络上的某一节点发生故障,不会影响其它节点的正常工作。

5结束语 

    中央空调系统采用DeviceNet现场总线控制技术,便于安装和调试,极大提高了控制系统的可靠性和实时性。DeviceNet现场总线适用于电器设备和控制设备的设备级网络控制。现场总线的显著优点决定着其广泛应用将成为未来控制领域的发展趋势。 
  
作者简介 
    杜立兴 男,高级技术工程师,项目经理,任职于中达电子(江苏)有限公司,在PLC、触摸屏、现场总线产品等领域具有丰富的应用经验,多次在全国范围内担任技术培训讲师。
 
 
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