臺達(dá)機電自動化和DeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

商場營業(yè)廳等大型公眾室內(nèi)建筑空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)為人群提供舒適健康購物環(huán)境，但同時也會消耗著大量的能源。如何有效地解決這個問題，就需將環(huán)境對人的影響進(jìn)行分析。資料顯示，室內(nèi)空調(diào)計算溫度與耗能量有直接的關(guān)系，因此通過合理的設(shè)定室內(nèi)空調(diào)的運行參數(shù)，既可以滿足人體對環(huán)境健康性要求的同時，又可以達(dá)到節(jié)能的目的，降低空調(diào)系統(tǒng)運行時間，節(jié)約費用。其中二氧化碳CO2是衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，為了在節(jié)能的同時提供適宜空氣環(huán)境，需對CO2進(jìn)行監(jiān)測與調(diào)節(jié)。本文以某3層商場中央空調(diào)系統(tǒng)作為設(shè)計案例。

商場中央空調(diào)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)賣場樓層的冷暖供給，其中下層主要為商鋪和車庫，其它樓層為賣場區(qū)域。因賣場商品分區(qū)擺放，各區(qū)域功能不同，造成人流密度分布不均，導(dǎo)致各區(qū)域溫度與CO2濃度差異，同時考慮到超市空調(diào)為懸掛式安裝，冷（暖）風(fēng)分區(qū)供給、就地回風(fēng)，所以本系統(tǒng)采用通過DeviceNet現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域控制、局部微調(diào)、集中管理的控制策略。商場的特點是不同時間、不同時段人流量差異較大，溫度以及CO2濃度也伴隨人流量的變化而變化，如人流量在周末、節(jié)假日增多，溫度、CO2濃度也相對較高，平時相對較少。項目設(shè)計要求控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境對溫度、CO2濃度自動調(diào)節(jié)。

2 商場中央空調(diào)自動化系統(tǒng)

2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

項目選用臺達(dá)機電自動化技術(shù)平臺集成實現(xiàn)。根據(jù)空調(diào)機組分布特點，對于CO2濃度和室內(nèi)溫度采用區(qū)域控制。冷（熱）水和風(fēng)機采用VWV（變水量空調(diào)系統(tǒng)）、VAV（變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)）混合控制模式，由此達(dá)到舒適和節(jié)能目的。整個大樓共分為三層，一層3臺AHU（空調(diào)機組），二層3臺AHU，三層2臺AHU、1臺PAH，每層都由不同的功能區(qū)域組成。所有AHU和PAH（柜式空氣處理機組）由1臺總控制器來負(fù)責(zé)整體控制。每臺AHU、PAH都有1臺各自獨立的控制箱。整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 空調(diào)自動化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2.2總控制器結(jié)構(gòu)

總控制器主要由臺達(dá)觸摸屏、PLC以及DVPDNET主站模塊構(gòu)成?？偪刂破魍ㄟ^臺達(dá)的DeviceNet總線與現(xiàn)場控制器通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。觸摸屏通過RS485總線以MODBUS協(xié)議與總控制器通訊，監(jiān)視各臺AHU的運行狀態(tài)?，F(xiàn)場控制器的溫度與CO2濃度可以通過總控制器的觸摸屏來設(shè)定，設(shè)定好的數(shù)據(jù)通過DeviceNet通訊分發(fā)給各現(xiàn)場控制器。通過臺達(dá)DVPDNET主站模塊對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，并通過人機界面顯示各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點發(fā)生異常時，相應(yīng)的指示燈點亮。實時顯示主站模塊的狀態(tài)，當(dāng)主站模塊發(fā)生錯誤時，顯示主站模塊的錯誤代碼。

2.3現(xiàn)場控制器

現(xiàn)場控制器主要由臺達(dá)MODBUS/DeviceNet轉(zhuǎn)換模塊DNA02、PLC、變頻器、接觸器等部件構(gòu)成?，F(xiàn)場控制器接受總控制器的溫度、CO2濃度設(shè)定指令?，F(xiàn)場控制器之間還可以通過總控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，將采集到的溫度、CO2濃度等信號傳送給與該區(qū)域相關(guān)的其他現(xiàn)場控制器?，F(xiàn)場控制器控制AHU、PAH空調(diào)機的風(fēng)機轉(zhuǎn)速、冷（熱）水閥門開度和新風(fēng)閥開度來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和CO2濃度。

2.4AHU的控制流程

空調(diào)機組AHU操作箱可以選擇自動控制或手動控制。自動控制時，現(xiàn)場溫度及CO2濃度由臺達(dá)PLC智能控制在允許的設(shè)定范圍內(nèi)；當(dāng)操作箱出現(xiàn)故障時（如傳感器損壞、出現(xiàn)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。

2.5對于CO2的濃度和人流量的處理

在賣場中，根據(jù)空間區(qū)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傳感器就近接線于現(xiàn)場控制箱的PLC，此信號經(jīng)過集中控制器發(fā)送給本區(qū)域相關(guān)的空氣處理機組的控制器，然后由各臺AHU通過調(diào)整新風(fēng)閥門開度來引進(jìn)新風(fēng)量，調(diào)節(jié)室內(nèi)CO2濃度。新風(fēng)閥門的開度的大小是通過CO2濃度、室外溫度的目標(biāo)值依據(jù)其權(quán)重的大小來進(jìn)行PID控制的。

2.6火警連鎖

系統(tǒng)與安防系統(tǒng)連動，當(dāng)發(fā)生火警時，總控制器上人機出現(xiàn)報警畫面，同時空調(diào)機停止工作，水閥、風(fēng)閥關(guān)閉，排煙系統(tǒng)啟動，排出煙霧。本系統(tǒng)提供一個干接點與安防系統(tǒng)連動。

3 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置設(shè)計

按照表1分別對網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點進(jìn)行設(shè)置。使用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置工具配置網(wǎng)絡(luò)。

3.1DeviceNet從站配置

（1）打開DeviceNetBuilder軟件，軟件界面如下所示。

（3）在此對計算機與SV主機的通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如”通訊端口”、”通訊地址”、”通訊速率”、”通訊格式”。設(shè)置正確后，點擊『確定』按鈕，返回主界面。

（4）選擇『網(wǎng)絡(luò)（N）』菜單點『在線』指令。

（5）彈出下所示窗口：

（6）按『確定』對DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描，正常情況下彈出掃描進(jìn)度條，如下圖所示。按『取消』返回主畫面：

（7）如果上述對話框的進(jìn)度條一直沒有動作，則說明PC和SVPLC通訊連接不正?；騊C上有其他程序使用串口。掃描結(jié)束后，會提示”掃描網(wǎng)絡(luò)已完成”。此時，網(wǎng)絡(luò)中被掃描到的所有節(jié)點的圖標(biāo)和設(shè)備名稱都會顯示在軟件界面上，在此例中DVPDNET的節(jié)點地址為01，如下所示：

（8）用鼠標(biāo)雙擊VFD-FDrives節(jié)點，彈出下圖所示窗口：

（9）在此對VFD-F變頻器的識別參數(shù)以及IO信息進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)配置無誤后，點擊『確定』按鈕。返回主界面。

其它從站（如PLC等）的配置與節(jié)點1操作步驟類似，這里不再贅述。

3.2DVPDNET主站模塊（主站）的配置

（1）雙擊DNETScanner（節(jié)點0）的圖標(biāo)，彈出”主站模塊配置…”對話框，可以看到左邊的列表里有當(dāng)前可用節(jié)點VFD-FDrives230V50HP，DVP-SS/SA/EHPLC，VFD-FDrives230V20HP，DVP-SS/SA/EHPLC，VFD-MDrives230V5HP，DVP-SS/SA/EHPLC……。右邊有一個空的”掃描列表”：

（2）將上圖中左邊列表中的DeviceNet從站設(shè)備移入主站模塊的掃描列表中。具體步驟為：選中DeviceNet從站節(jié)點，然后點擊“”，如下圖所示。按照此步驟，即可將DeviceNet從站節(jié)點依次移入到主站模塊的掃描列表內(nèi)：

（3）確認(rèn)無誤后，點擊『確定』按鈕。

（4）選擇『網(wǎng)絡(luò)（N）』菜單點『下載』指令，將配置下載到DVPDNET-SL主站模塊內(nèi)。下載時，如果SV主機處于運行模式，會彈出”警告”對話框：

（5）點擊『是』按鈕，將配置下載至主站模塊，確認(rèn)PLC處于RUN模式。

3.3DVPDNET-SL主站模塊和從站的IO數(shù)據(jù)映射

DVPDNET-SL主站模塊→DeviceNet從站

DeviceNet從站→DVPDNET-SL主站模塊

3.4保存配置數(shù)據(jù)

選擇『文件（F）』菜單中『保存（S）』命令，將當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)配置保存。

4 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視

4.1實現(xiàn)原理

主站模塊對掃描列表中的節(jié)點進(jìn)行實時監(jiān)控，并將掃描列表中的每個節(jié)點的狀態(tài)映射到一個位，使用者可以通過監(jiān)控D6032~D6035的內(nèi)容獲取各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)信息。PLC裝置與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

當(dāng)掃描列表中的節(jié)點正常時，相應(yīng)的位為OFF狀態(tài)，當(dāng)掃描列表中的節(jié)點發(fā)生異常時，相應(yīng)的位為ON狀態(tài)。用戶通過監(jiān)控D6036的內(nèi)容實時獲取主站模塊的狀態(tài)信息。當(dāng)主站模塊正常工作時，D6036的內(nèi)容為0；當(dāng)主站模塊處于初始化時，D6036高字節(jié)內(nèi)容為1，低字節(jié)內(nèi)容為0；當(dāng)主站模塊發(fā)生錯誤時，D6036高字節(jié)內(nèi)容為2，錯誤的詳細(xì)信息參考D6036低字節(jié)的錯誤代碼：

4.2PLC元件說明

4.3PLC程序（DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部分）設(shè)計

4.4DeviceNet現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)特點

與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，基于現(xiàn)場總線產(chǎn)品的空調(diào)系統(tǒng)具有以下特點：

（1）布線簡單，節(jié)省安裝費用。DeviceNet通過一根通訊線實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的通訊，相對于傳統(tǒng)的點對點控制系統(tǒng)，節(jié)省大量的電纜，縮短的安裝時間，降低了安裝費用。

（2）可靠性高。DeviceNet通過一根通訊線控制整個網(wǎng)絡(luò)。主站模塊對整個網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控，通過監(jiān)控主站模塊，能夠迅速的獲知發(fā)生故障的節(jié)點設(shè)備，便于快速排除故障；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的某一節(jié)點發(fā)生故障，不會影響其它節(jié)點的正常工作。

5 結(jié)束語

中央空調(diào)系統(tǒng)采用DeviceNet現(xiàn)場總線控制技術(shù)，便于安裝和調(diào)試，極大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和實時性。DeviceNet現(xiàn)場總線適用于電器設(shè)備和控制設(shè)備的設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)控制?，F(xiàn)場總線的顯著優(yōu)點決定著其廣泛應(yīng)用將成為未來控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

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