台达现场总线产品在中央空调系统的应用

台达现场总线产品在中央空调系统的应用摘要：本文主要论述台达DeviceNet现场总线产品在中央空调系统的应用原理，展示台达DeviceNet现场总线产品的系统集成优势。关键词：DVPNET扫描模块DNA02模块变频器人机界面PLC一、引言设立空调新风系统主要是为卖场内的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。据资料统计，空调能耗占卖场总能耗的50%~60%，是超市能耗的主要部分。另据美国国家标准局统计资料表明，如果在夏季将设定值温度下调1℃，将增加9%的能耗，如果在冬季将设定值温度上调1℃，将增加12%的能耗，这说明了室内空调计算温度与耗能量有直接的相互关系。卖场空调总能耗与许多因素有关，通过改善相关因素可以有效降低空调总能耗，实现节能。其中室内温度的设定是重要因素之一，室内设定温度与室外温度的温差越大，系统所需能耗就越大，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。《GB50189-2005公共建筑节能设计标准》中规定：空气调节室内计算参数，一般房间温度为25度，相对湿度为40%~65%，为了提倡节能，国家发改委要求公共建筑夏季温度设计为27℃。根据《采暖通风与空气调节设计规范》要求，冬季民用建筑的主要房间宜采用16~20℃，夏季采用24~27℃。另一方面CO2是衡量空气质量的重要指标，为了在节能的同时提供适宜空气环境，需对CO2进行监测与调节。人类生活的大气中的O2含量为21%，CO2含量为0.03%(300ppm)。当空气中CO2含量大于1000ppm时，人们就会感觉疲倦、注意力低下；当室内CO2含量在1000~1500ppm时，人们就会胸闷不适。为给顾客提供一个温度适宜、空气清新的环境，就要求中央空调对室内温度、CO2含量进行准确、合理控制。综上所述，我们建议冬、夏季参考室外温度差来优化室内温度设定值，最终实现冬季室内温度为16~20℃，夏季为24~27℃，CO2含量的实时监控，过度季节新风的大量引进，实现室内适宜、高质的空气环境与节能。二、中央空调系统的特点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。三、中央空调的控制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。整体架构如图1。DeviceNetAHU1-1温度检测AHU1-2温度检测AHU1-3温度检测AHU2-1温度检测AHU2-2温度检测AHU2-3温度检测AHU3-1温度检测AHU3-2PAU3-1温度检测CO2检测CO2检测温度检测CO2检测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。3.4AHU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。具体操作流程如下图。开机设置工作参数设置室内设定温度、浓度、压差CO2自动选择季节PLC根据设置在分水器管道上的温度传感器自动判断季节季节判断夏季冬季选择控制模式选择控制模式在控制箱上选择。检修时选择手动，其它时间设置为自动AHU自动手动自动手动初启动时间到达初启动时间到达变频是是否是手动启动变频器，手动控制风机速度手动启动风机风机工频运行()手动控制新风阀门开度新风阀门开度在触摸屏上设定结束结束结束UT=T1-T2UT=T1-T2V=PID(T)PUV=PID(T)PU否实际压差设定压差?实际压差设定压差?否开新风阀引新风开新风阀引新风是是UM=M2-M1UM=M2-M1V=PID(M)CUV=PID(M)CU否UT=T2-T1UT=T2-T1F=PID(T)PUF=PID(T)PU否UM:CO2M2CO2M1CO2浓度差:室内实际浓度:室内浓度设定:新风阀开度VC通过运算设定风机速度PID3.5中央空调系统末端温度控制智能PID温度整定为达到更有效的节能目的，本系统采用两种温度控制模式。一、温度跟踪模式，根据室外温度智能调节室内温度的目标值；二、温度固定模式，依据用户设定的温度作为控制目标来进行室内温度控制。室外温度跟踪就是系统根据测得的室外温度和室内设定温度为参考，自动确定室内温度目标值。采用温度跟踪模式时，室外温度—室内控制目标温度对应关系举例如下：表格1：动态温度调节举例设定温度室外温度控制目标值24℃24℃28℃26℃32℃27℃24℃=36℃28℃采用温度固定模式时，室内控制目标温度和室外温度没有任何相关性，对应关系如下：表格2：固定温度调节举例设定温度室外温度控制目标值24℃28℃32℃24℃=36℃24℃采用温度跟踪控制模式时，室内温度控制目标值随室外温度变化动态调整，采用这种控制模式，不但顾客感觉舒适，还可以节能。而且根据实际情况，可以对跟踪模式温度设定对应关系表中的“控制目标值”进行修改，根据实际运行情况，选择最佳的运行参数，以达到最佳效果。冬季室温的控制与此相似。固定室内温度模式就是控制目标值与设定温度值相同，而不随室外温度改变而改变。两种模式可以人工切换，以适应不同的要求。¾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。但在室外温度低于5℃和高于32℃时不建议引进新风调节。（此时新风控制权完全交给CO2控制）。¾分区域温度控制卖场具有大面积、大空间、分区复杂的特点，空调负荷各不相同，在功能区上，可分为：日用品区、陈列柜区、熟食区、生鲜区、疏果区、家电区和收银区。每个空间区域的人流量、温度、需求新风量各有差异，决不能一概而论，本次设计充分考虑了现场的环境特征，并分别建立了与之对应的不同空间模型（如对冷冻柜的冷补偿效应等），以便使温度控制更加精确。¾预冷、预热控制夏季在夜间凌晨2点开启空调机组半个小时，将室外低温新鲜空气与卖场内污浊空气进行置换。早晨开启空调时，将新风阀门设定为最小新风量运行（10％），回风阀门开启100％，排风阀门完全关闭，空调机组进行全循环运行，可以减少处理新风和处理CO2的能量消耗。¾时段控制由于不同时间，不同时段人流量有所不同，但总体上遵循一定的时间规律，因此针对不同的人流量高峰期和低谷期可以选择不同的控制方案（高峰控制、低谷控制、节假日控制），以便提高节能率。3.6对于CO2的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。对于人流量统计，在初期首先对统计的准确性进行验证和修正。在条件成熟后，采用校正后人流量统计值来对CO2浓度进行模糊控制。模糊控制的方式是CO2浓度+人流量统计值来对新风阀进行控制，更准确控制CO2浓度，以达到新风节能目的。3.7过渡季的控制过渡季节室外温度比较适宜，通过直接引进室外新风达到节能的目的。系统室内、外都有环境温度侦测，可以通过引进新风使室内达到目标值。3.8火警连锁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。3.9DeviceNet网络配置¾模块设置按照下表分别对网络上的节点进行设置。模块名称节点地址通讯速率DVPDNET-SL扫描模块00500KbpsDNA0201500KbpsDNA0202500Kbps………………DNA0209500Kbps¾使用DeviceNet网络配置工具配置网络‹DeviceNet从站的配置1.打开DeviceNetBuilder软件，软件界面如下图所示。2．选择『设置（S）』功能点『通讯设置』，选择『系统通道』指令。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”。项目说明默认值通讯端口选择用来与DVPPLC通讯的计算机串口COM1通讯地址DVPPLC的通讯地址01通讯速率设置计算机与DVPPLC的通讯速率9600bps数据位7奇偶校验偶校验停止位设置计算机与DVPPLC的通讯协议1模式设置计算机与DVPPLC的通讯模式ASCIIMode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。5．弹出下图所示窗口。6．按『确定』对DeviceNet网络进行扫描，正常情况下弹出扫描进度条，如下图所示。按『取消』返回主画面。7．如果上述对话框的进度条一直没有动作，则说明PC和SVPLC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，如下图所示。在此例中DVPDNET的节点地址为01。8．用鼠标双击VFD-FDrives节点，弹出下图所示窗口。下面分别对节点配置窗口的各项目说明：z节点地址：节点在DeviceNet网络上的地址；z名称：节点的设备名称；z厂商代码：台达电子的厂商代码固定为799；z设备类型：节点的设备类型代码，12表示该产品为通讯适配器；z主要版本：节点DeviceNet功能的主要版本；z次要版本：节点DeviceNet功能的次要版本；z轮询（Polled）：DeviceNet标准的IO传送方式之一；输入长度：从站节点→DeviceNet主站的数据长度。输出长度：DeviceNet主站→从站节点的数据长度。z位选通（Bit-Strobed）：DeviceN