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台达现场工业自动化产品在HVAC的应用

中达电通股份有限公司
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文:中达电通股份有限公司杜立兴
 
AbstractThis article introduces mainly about the application of Delta's industry automation end-products in HVAC.
关键词】DeviceNet;空调系统
Keywords】DeviceNet;HVAC
 
1、项目背景
    进入90年代以来,随着经济发展和生活水平提高,空调开始进入许多城市的商场、办公室、会议室、旅馆、饭店、车站、影剧院等公共建筑以及居民住宅。许多城市空调用电量已占城市总用电量的30%~40%。在几乎所有的工业化国家中,空调和制冷设备的年耗电量都是第一大户。
 
    我国是一个人口众多、资源相对不足的国家。目前,我国人均资源占有量不到世界平均水平的一半,人均能源消费量为世界平均水平的55%。中国人均用电量只有1000千瓦时,只相当于世界平均用电水平的一半,远远低于发达国家人均用电2万千瓦时的水平。但在另一方面,每万美元国民生产总值能耗方面则为世界各国之首,为印度的二点二倍,为发达国家的四至六倍;使用能源的设备效率偏低,又造成能源的浪费,能源利用效率不高。冬夏两季,空调建筑的空调耗能占整个建筑耗能的50%以上。采取必要的建筑节能措施,可使空调建筑降低空调的设备运转能耗的25%以上,因此积极采取合适的节能措施,意义重大。
 
    本文主要论述台达DeviceNet现场总线产品在空调系统的应用原理。系统中,子PLC用于控制变频器状态、采集现场的温度以及湿度信号并作运算处理,主负责管理DeviceNet控制网络,并将信息通过EtherNet传送给上位机作数据分析和处理,整个网络充分展示了台达DeviceNet现场总线产品的系统集成优势。
 
2、系统特色
本系统拥有多项优势,具体如图1所示。

 图1 系统优势示意图
3、系统简介
    在本应用中,中央空调系统主要负责工厂1~3层的冷气供给,每层分布5个风柜房,其中A、B、C、D风柜房有两台风机,E风柜房有一台风机。由于每个风柜房负责的区域对温湿度的要求不尽相同,所以本系统采用区域控制、局部微调、集中管理的控制策略。
 
    Master主要由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。工业电脑通过EtherNet以MODBUS TCP协议与7个Master进行通讯,进行监视各AHU的运行状态。现场的目标温度、风门开度、冰水阀开度可以通过PC界面来设定,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。现场控制器主要由PLC、变频器、温湿度传感器、接触器等部件构成。
 
4、项目方案
4.1 硬件配置
硬件配置具体参数如表1所示。
表1  硬件具体参数示意表
序号
产品型号
数量(台)
说明
1
VFD370F43A
8
37KW变频器
2
VFD185F43A
2
18.5KW变频器
3
VFD150F43A
9
15KW变频器
4
VFD110F43A
6
11KW变频器
5
VFD075F43A
12
7.5KW变频器
6
VFD055F43A
5
5.5KW变频器
7
DVP28SV11R
23
28点PLC主机
8
DVP16SP11R
38
16点数字量扩展
9
DVP04AD-S
38
4AI模拟量扩展
10
DVP04DA-S
36
4AO模拟量扩展
11
DVPDNET-SL
23
主站模块
12
TAP-CN02
23
DeviceNet网络分接盒
13
TAP-CP01
7
DeviceNet电源分接盒
14
TAP-CB01
600m
DeviceNet通讯电缆
15
DVPEN01-SL
7
以太网通讯模块
                          
4.2 设备空间布局
    整个大楼共分为三层,一层8台AHU、5台冰水泵、5台冷却水泵;二层9台AHU,三层9台AHU,楼顶两台冷却风扇,每层都由不同的功能区域组成。设备空间分布图如图2所示。

图2 设备空间分布示意图
 
4.3 系统结构
    系统结构如图3所示。

    图3  系统结构示意图
 
4.4 AHU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,现场温度及冰水阀开度由台达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。具体操作流程如图4所示。
 

图4 操作流程示意图
 
4.5 新风控制
    新风控制类似于过渡季节温度控制。设立空调新风系统主要是为建筑物内的使用人群提供舒适的环境,但在追求舒适的同时也消耗了大量的能源。夏季,人们感到最舒适的气温是19~24℃,冬季是17~22℃。人体感觉舒适的湿度,一般在20%~60%RH。因此在室外温湿度良好的情况下,大量引进新风不仅可以改善空气质量,对空调主机的节能效果也相当显著。但在室外温度高于18℃或者湿度高于50%时不建议引进新风调节。
 
4.6 冷却水循环系统控制
    冷却水循环系统控制如下图所示。

图5 冷却水循环系统控制
4.7 预冷、预热控制
    每天开启空调时,将新风阀门设定为最小新风量运行(10%),回风阀门开启100%,冰水阀开至最大开度,空调机组进行全循环运行,可以减少处理新风能量消耗。
 
5、网络诊断原理
 
    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2所示。
表2  PLC装置与网络节点的对应关系
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
  
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
 
 
    
    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 。
 
6、上位机监控画面
系统正式上线后,PC端监控画面如6所示。

图6  PC端监控画面示意图
 
7、项目总结
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下述特点。
 
7.1 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。图7为传统控制系统和DeviceNet控制系统对比示意图。
 

                 图7 传统控制系统和DeviceNet控制系统对比示意图      
 
7.2 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。
 
7.3 提高行业竞争力和知名度
    使台达在HVAC行业拥有完整解决方案,由传统的元器件供应商向系统方案提供商转型,提高台达IA产品在HVAC行业的影响力和知名度。图8为台达在HVAC行业的产品示意图。

图8 台达在HVAC行业的产品示意图
 

 
 
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