台达现场工业自动化产品在HVAC的应用

发布日期：2022/9/1来源：网络

文：中达电通股份有限公司杜立兴 【摘要】本文主要介绍了台达现场工业自动化产品在HVAC的应用。【Abstract】This 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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