介紹PLC和觸摸屏在國家體育場鳥巢中應(yīng)用設(shè)計

一、概述

國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部，為2008年第29屆奧林匹克運動會的主體育場。工程總占地面積21公頃，建筑面積258，000㎡。場內(nèi)觀眾坐席約為91000個，其中臨時坐席約11000個。舉行奧運會、殘奧會開閉幕式、田徑比賽及足球比賽決賽。奧運會后將成為北京市民廣泛參與體育活動及享受體育娛樂的大型專業(yè)場所，并成為具有地標(biāo)性的體育建筑和奧運遺產(chǎn)。

國家體育場工程為特級體育建筑，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限100年，耐火等級為一級，抗震設(shè)防烈度8度，地下工程防水等級1級。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長333米、東西寬294米的，高69米。主體鋼結(jié)構(gòu)形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺分為上、中、下三層，看臺混凝土結(jié)構(gòu)為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土看臺上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎(chǔ)則坐在一個相連的基礎(chǔ)底板上。

二、地源熱泵空調(diào)簡介

地源熱泵機(jī)組是一種利用再生能源的高效節(jié)能、無污染的既可供暖又可制冷的新型水冷式空調(diào)機(jī)組，由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置和其它制冷附件組成，是一種可以全天候運轉(zhuǎn)的空氣調(diào)節(jié)設(shè)備。地水源熱泵利用地能或淺水層一年四季溫度穩(wěn)定的特性，冬季把地能作為熱泵供暖的熱源，把高于環(huán)境溫度的地能中的熱能取出來供給室內(nèi)采暖；夏季把地能作為空調(diào)的冷源，通過能量轉(zhuǎn)換地下熱源轉(zhuǎn)換成冷源。其原理是通過極少量的電能，實現(xiàn)能量的搬運轉(zhuǎn)移。

由于于地下的溫度在恒定在10—25度的，地源熱泵機(jī)組的工況優(yōu)于傳統(tǒng)的空調(diào)的工況所以它能夠更輕松的達(dá)到室內(nèi)的溫度要求和效果，所以地源熱泵機(jī)組的能效比更高。因此，地源熱泵空調(diào)更節(jié)能。

三、系統(tǒng)描述

國家體育場為2008年第29屆奧林匹克運動會的主體育場，地下3層，地上7層， 國家體育場地源熱泵大型中央空調(diào)項目總體設(shè)計冷負(fù)荷為14533kw，采用地源熱泵和冰蓄冷結(jié)合的形式。鳥巢地源熱泵中央空調(diào)采用采用煙臺冰輪和頓漢布什的制冷設(shè)備及系統(tǒng)，其電氣控制主要采用施耐德的Micro 和Twido PLC，以及XBTGT觸摸屏。

“鳥巢”地源熱泵大型中央空調(diào)系統(tǒng)包含地源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)和兩臺全封螺桿地源熱泵機(jī)組。

四、電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與構(gòu)成

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如上圖所示，為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

地源熱泵機(jī)組選用Twido系列 PLC TWDLCAA40DRF及擴(kuò)展模塊，它本身所帶的一個通訊口和XBTGT觸摸屏相連。通過人機(jī)界面可以設(shè)定壓縮機(jī)的工作方式和運行參數(shù)，檢查壓縮機(jī)的運行狀況，查看機(jī)組故障情況等。每一個PLC擴(kuò)展一個通訊口，做MODBUS從站，連在MODBUS總線上，實現(xiàn)和源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)PLC的通訊。

源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)PLC選用MICRO系列PLC TSX3721001。MICRO系列PLC的通訊功能非常強(qiáng)大，支持MODBUS，UN-TELWAY，以太網(wǎng)TCP/IP等多種通訊協(xié)議?？刂葡到y(tǒng)完成制冷系統(tǒng)及相應(yīng)循環(huán)水系統(tǒng)的控制，如制冷/制熱模式切換，對冷媒水供水和回水的溫度及壓力，冷卻水供水和回水的溫度及壓力，冷卻水泵，冷媒水泵等的監(jiān)控，系統(tǒng)PLC擴(kuò)展一個TSXSCP114通信卡，做MODBUS主站，通過MODBUS網(wǎng)絡(luò)和Twido PLC通訊，自動控兩臺制地源熱泵機(jī)組開停，使空調(diào)系統(tǒng)按程序高效節(jié)能運轉(zhuǎn)。

MICRO PLC TSX3721本身帶兩個通訊口，其中一個通信口和觸摸屏連接，另外一個通信口和施耐德工業(yè)以太網(wǎng)模塊TSXETZ410相連。TSXETZ410模塊在此起到一個網(wǎng)橋作用，一端通過系統(tǒng)PLC交換數(shù)據(jù)，另一端通過TCP/IP以太網(wǎng)聯(lián)接到鳥巢建筑智能系統(tǒng)上，從鳥巢建筑智能系統(tǒng)可以監(jiān)控整個地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的運行狀況。

地源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)控制柜的PLC為Micro系列， 配置為： CPU:TSX3721101+2塊TSXAEZ801+2塊TSXDMZ28DR+TSXDEZ32D2+TSXSCP114通訊卡+以太網(wǎng)模塊TSXETZ410

地源熱泵機(jī)組制冷工況冷水設(shè)計溫度為5/13度，制熱工況熱水設(shè)計供回水溫度為55/50度。地下熱源部分，冬季的設(shè)計供回水溫度為5-2度，夏季為27/32度。每臺壓縮機(jī)制冷機(jī)組包含2臺壓縮機(jī)，共有一個制冷回路，由Twido PLC 核心進(jìn)行控制的，通過數(shù)字量模塊和模擬量模塊采集傳感器信號，可以實現(xiàn)根據(jù)負(fù)荷狀況實現(xiàn)自動能量調(diào)節(jié)。配置為：TWDLCAA40DRF+TWDDRA8RT+6塊TWDAMI2HT+TWDNAC485D+觸摸屏XBTGT2110

五、結(jié)束語

地源熱泵等環(huán)保節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，在奧運場館中的成功應(yīng)用，緊扣“綠色奧運”、“科技奧運”的主題，會促進(jìn)在各個領(lǐng)域中充分推廣利用。在國家體育場地源熱泵大型中央空調(diào)系統(tǒng)中，使用了施耐德Micro 和Twido 序列PLC和XBTGT觸摸屏，除了實現(xiàn)各工藝控制功能，網(wǎng)絡(luò)通訊靈活且實現(xiàn)方便，具有開放的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)等是一大亮點，提高整個系統(tǒng)的性能，降低了操作維護(hù)成本。