摘要：本文介紹了臺達DeviceNet現(xiàn)場總線產(chǎn)品在中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，臺達DeviceNet現(xiàn)場總線產(chǎn)品便于安裝和調(diào)試，極大地提高了控制系統(tǒng)的可靠性和實時性。
關(guān)鍵詞：DVPNET掃描模塊 DNA02模塊 變頻器 人機界面 PLC
1引言
商場等大型建筑采用中央空調(diào)系統(tǒng)主要是為人群提供舒適的環(huán)境，但在追求舒適的同時往往也會消耗了大量的能源。如何有效地解決這個問題，就需將環(huán)境對人的影響進行分析。資料顯示，室內(nèi)空調(diào)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)境舒適性要求的同時，又可以達到節(jié)能的目的，降低空調(diào)系統(tǒng)運行時間，節(jié)約費用。
隨著變頻技術(shù)的日益成熟，利用變頻器、PLC、人機界面、溫度傳感器等自動化產(chǎn)品構(gòu)建的自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，既滿足了人體對環(huán)境舒適性的要求，有達到了節(jié)能的目的。采用臺達自動化產(chǎn)品及DeviceNet現(xiàn)場總線產(chǎn)品組建中央空調(diào)控制系統(tǒng)，不僅滿足了上述的要求，并且便于安裝調(diào)試，并由于減少了現(xiàn)場接線，極大地提高了控制系統(tǒng)的可靠性和實時性。
2中央空調(diào)系統(tǒng)的特點
在本項目中，中央空調(diào)系統(tǒng)主要負責賣場一至三層的冷暖供給，其中一層主要為商鋪和車庫，二、三層為賣場區(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、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)進行區(qū)域控制、局部微調(diào)、集中管理的控制策略。
另一方面，不同時間、不同時段人流量差異較大，溫度、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，平時相對較少，溫度、CO2 濃度也在周末及節(jié)假日相對較高。本套自動控制系統(tǒng)會根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境對溫度、CO2 濃度自動調(diào)節(jié)。
3中央空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計
3.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
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、VAV混合控制模式，由此達到舒適和節(jié)能目的。
整個大樓共分為三層，一層3臺AHU，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由1臺總控制器來負責整體控制。每臺AHU、PAH都有1臺各自獨立的控制箱。
控制系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。
圖1 控制系統(tǒng)總體架構(gòu)圖
3.2 總控制器結(jié)構(gòu)
總控制器主要由觸摸屏、PLC以及DVPDNET掃描模塊構(gòu)成。總控制器通過臺達的DeviceNet總線與現(xiàn)場控制器通訊，進行數(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)。現(xiàn)場控制器的溫度、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DVPDNET掃描模塊對整個網(wǎng)絡(luò)進行管理，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。實時顯示掃描模塊的狀態(tài)，當掃描模塊發(fā)生錯誤時，顯示掃描模塊的錯誤代碼。
3.3 現(xiàn)場控制器
現(xiàn)場控制器主要由DNA02模塊、PLC、變頻器、接觸器等部件構(gòu)成。現(xiàn)場控制器接受總控制器的溫度、CO2濃度設(shè)定指令。現(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。現(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。
3.4 AHU的控制流程
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PLC智能控制在允許的設(shè)定范圍內(nèi)；當操作箱出現(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。
3.5對于CO2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、室外溫度的目標值依據(jù)其權(quán)重的大小來進行PID控制的。
3.6火警連鎖
本系統(tǒng)與安防系統(tǒng)連動，當發(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。
3.7 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置
3.7.1模塊設(shè)置
按照表1分別對網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點進行設(shè)置。
表1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)置參數(shù)表
|
模塊名稱 |
節(jié)點地址 |
通訊速率 |
|
DVPDNET-SL掃描模塊 |
00 |
500K bps |
|
DNA02 |
01 |
500K bps |
|
DNA02 |
02 |
500K bps |
|
… … |
… … |
… … |
|
DNA02 |
09 |
500K bps |
3.7.2 DeviceNet從站的配置
（1）打開DeviceNetBuilder軟件，軟件界面如圖2所示。
圖2 DeviceNetBuilder軟件界面
（2）選擇“設(shè)置（S）”功能點“通訊設(shè)置”，選擇“系統(tǒng)通道”指令，如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)通道設(shè)置
（3）在此對計算機與 SV 主機的通訊參數(shù)進行設(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，彈出選擇通訊通道窗口，如圖4所示。
圖4 選擇通訊通道
（5）按圖4中的“確定”對DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進行掃描，正常情況下彈出掃描進度條；按“取消”返回主畫面。如果上述對話框的進度條一直沒有動作，則說明PC和SV PLC通訊連接不正常或PC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)點的圖標和設(shè)備名稱都會顯示在軟件界面上，如圖5所示。在此例中DVPDNET的節(jié)點地址為01。
圖5 網(wǎng)絡(luò)掃描結(jié)果
（6）用鼠標雙擊VFD-F Drives節(jié)點，彈出節(jié)點配置窗口，如圖6所示。在此對VFD-F變頻器的識別參數(shù)以及IO信息進行確認。確認配置無誤后，點擊“確定“按鈕，返回主界面。
圖6 節(jié)點配置
（7）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。
3.7.3 DVPDNET掃描模塊（主站）的配置
（1）雙擊DNET Scanner（節(jié)點0）的圖標，彈出“掃描模塊配置…”對話框，可以看到左邊的列表里有當前可用節(jié)點VFD-F Drives 230V 50HP，DVP-SS/SA/EH PLC，VFD-F Drives 230V 20HP，DVP-SS/SA/EH PLC，VFD-M Drives 230V 5HP，DVP-SS/SA/EH PLC… …。右邊有一個空的“掃描列表”，如圖7所示。
圖7 掃描模塊配置
（2）將圖7中左邊列表中的 DeviceNet 從站設(shè)備移入掃描模塊的掃描列表中。具體步驟為：選中 DeviceNet 從站節(jié)點，然后點擊“ ”，可將DeviceNet從站節(jié)點依次移入到掃描模塊的掃描列表內(nèi)。確認無誤后，點擊“確定”按鈕。
（3）選擇“網(wǎng)絡(luò)（N）”菜單點“下載”指令，將配置下載到DVPDNET-SL掃描模塊內(nèi)。下載時，如果 SV主機處于運行模式，會彈出“警告”對話框，如圖8所示。
圖8 警告對話框
（4）點擊“是”按鈕，將配置下載至掃描模塊，確認PLC處于RUN模式。
3.7.4 DVPDNET-SL掃描模塊和從站的IO數(shù)據(jù)映射
DVPDNET-SL掃描模塊到DeviceNet從站的IO數(shù)據(jù)映射如表2所示，DeviceNet從站到DVPDNET-SL掃描模塊如表3所示。選擇“文件（F）”菜單中“保存(S)”命令，將當前的網(wǎng)絡(luò)配置保存。
表2 DVPDNET-SL掃描模塊到DeviceNet從站的IO數(shù)據(jù)映射
|
DVPDNET-SL掃描模塊寄存器 |
|
從站設(shè)備元件裝置 |
|
D6287 |
|
VFD-F Drives 230V 50HP變頻器 |
VFD-F變頻器命令字 |
|
D6288 |
VFD-F變頻器頻率字 |
|
D6289 |
PLC |
D500（溫度設(shè)定信號） |
|
D6290 |
VFD-F Drives 230V 20HP變頻器 |
VFD-F變頻器命令字 |
|
D6291 |
VFD-F變頻器頻率字 |
|
D6292 |
PLC |
D500（溫度設(shè)定信號） |
|
D6293 |
D501（CO2濃度設(shè)定信號） |
|
…… |
…… |
…… |
|
…… |
…… |
…… |
|
D6314 |
VFD-F Drives 230V 20HP 變頻器 |
VFD-F變頻器命令字 |
|
D6315 |
VFD-F變頻器頻率字 |
|
D6316 |
PLC |
D500（溫度設(shè)定信號） |
表3 DeviceNet從站到DVPDNET-SL掃描模塊IO數(shù)據(jù)映射
|
DVPDNET-SL掃描模塊寄存器 |
|
從站設(shè)備元件裝置 |
|
D6037 |
|
VFD-FDrives 230V 50HP變頻器 |
VFD-F變頻器狀態(tài)字 |
|
D6038 |
VFD-F變頻器設(shè)置頻率 |
|
D6039<, /SPAN> |
PLC |
D408（現(xiàn)場溫度信號） |
|
D6040 |
VFD-F Drives 230V 20HP變頻器 |
VFD-F變頻器狀態(tài)字 |
|
D6041 |
VFD-F變頻器設(shè)置頻率 |
|
D6042 |
PLC |
D500（現(xiàn)場溫度信號） |
|
D6043 |
D501（現(xiàn)場CO2濃度信號） |
|
…… |
…… |
…… |
|
…… |
…… |
…… |
|
D6064 |
VFD-F Drives 230V 20HP 變頻器 |
VFD-F變頻器狀態(tài)字 |
|
D6065 |
VFD-F變頻器設(shè)置頻率 |
|
D6066 |
PLC |
D408（現(xiàn)場溫度信號） |
3.8 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視
3.8.1實現(xiàn)原理
掃描模塊對掃描列表中的節(jié)點進行實時監(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4所示。
表4 PLC裝置與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對應(yīng)關(guān)系表
|
PLC元件 |
對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 |
|
b15 |
b14 |
b13 |
… … |
b2 |
b1 |
b0 |
|
D6032 |
節(jié)點15 |
節(jié)點14 |
節(jié)點13 |
… … |
節(jié)點2 |
節(jié)點1 |
節(jié)點0 |
|
D6033 |
節(jié)點31 |
節(jié)點30 |
節(jié)點29 |
… … |
節(jié)點18 |
節(jié)點17 |
節(jié)點16 |
|
D6034 |
節(jié)點47 |
節(jié)點46 |
節(jié)點45 |
… … |
節(jié)點34 |
節(jié)點33 |
節(jié)點32 |
|
D6035 |
節(jié)點63 |
節(jié)點62 |
節(jié)點61 |
… … |
節(jié)點50 |
節(jié)點49 |
節(jié)點48 |
當掃描列表中的節(jié)點正常時，相應(yīng)的位為OFF狀態(tài)，當掃描列表中的節(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)容實時獲取掃描模塊的狀態(tài)信息。當掃描模塊正常工作時，D6036的內(nèi)容為0；當掃描模塊處于初始化時，D6036高字節(jié)內(nèi)容為1，低字節(jié)內(nèi)容為0；當掃描模塊發(fā)生錯誤時，D6036高字節(jié)內(nèi)容為2，錯誤的詳細信息參考D6036低字節(jié)的錯誤代碼，如表5所示。
表5 D6303錯誤代碼說明
|
PLC元件 |
說明 |
|
b15 |
b14 |
b13 |
b12 |
b11 |
b10 |
b9 |
b8 |
b7 |
b6 |
b5 |
b4 |
b3 |
b2 |
b1 |
b0 |
|
D6036 |
掃描模塊狀態(tài)
（0：正常，1：初始化，2：錯誤） |
掃描模塊錯誤代碼
|
3.8.2 PLC元件說明（見表6）
表6 PLC元件說明
|
PLC元件 |
元件說明 |
|
M0~M63 |
節(jié)點0~節(jié)點63狀態(tài)指示 |
|
C0~C63 |
節(jié)點0~節(jié)點63錯誤計數(shù)器 |
|
M100 |
當M100=ON時，主站處于正常狀態(tài) |
|
M101 |
當M101=ON時，主站處于初始化狀態(tài) |
|
M102 |
當M102=ON時，主站處于錯誤狀態(tài) |
|
D10 |
主站的錯誤次數(shù) |
|
D11 |
主站的錯誤代碼 |
3.8.3 PLC程序（DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部分，見圖9）
圖9 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部分PLC程序
4 DeviceNet現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)優(yōu)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)具有以下優(yōu)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。現(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。
作者簡介
杜立興 男，高級技術(shù)工程師，項目經(jīng)理，任職于中達電子(江蘇)有限公司，在PLC、觸摸屏、現(xiàn)場總線產(chǎn)品等領(lǐng)域具有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗，多次在全國范圍內(nèi)擔任技術(shù)培訓(xùn)講師。
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