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臺達現場總線產品在中央空調系統的應用

中達電通股份有限公司

    摘要：本文介紹了臺達DeviceNet現場總線產品在中央空調系統的應用，臺達DeviceNet現場總線產品便于安裝和調試，極大地提高了控制系統的可靠性和實時性。

    關鍵詞：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系統主要是為人群提供舒適的環境，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，就需將環境對人的影響進行分析。資料顯示，室內空調溫度與耗能量有直接的關系，因此，通過合理的設定室內空調的運行參數，既可以滿足人體對環境舒適性要求的同時，又可以達到節能的目的，降低空調系統運行時間，節約費用。

    隨著變頻技術的日益成熟，利用變頻器、PLC、人機界面、溫度傳感器等自動化產品構建的自動控制系統，自動調節水泵的輸出流量，既滿足了人體對環境舒適性的要求，有達到了節能的目的。采用臺達自動化產品及DeviceNet現場總線產品組建中央空調控制系統，不僅滿足了上述的要求，并且便于安裝調試，并由于減少了現場接線，極大地提高了控制系統的可靠性和實時性。

2中央空調系統的特點

    在本項目中，中央空調系統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、三層為賣場區域。因賣場商品分區擺放，各區域功能不同，造成人流密度分布不均，導致各區域溫度、CO2 濃度差異，同時考慮到超市空調為懸掛式安裝、冷（暖）風分區供給、就地回風，所以本系統采用通過DeviceNet現場總線網絡進行區域控制、局部微調、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、節假日增多，平時相對較少，溫度、CO2 濃度也在周末及節假日相對較高。本套自動控制系統會根據現場環境對溫度、CO2 濃度自動調節。

3中央空調系統控制系統設計
3.1總體結構設計

    根據空調機組分布特點，對于CO2濃度和室內溫度采用區域控制；冷（熱）水和風機采用VWV、VAV混合控制模式，由此達到舒適和節能目的。

    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。

    控制系統整體架構如圖1所示。

圖1 控制系統總體架構圖

3.2 總控制器結構

    總控制器主要由觸摸屏、PLC以及DVPDNET掃描模塊構成。總控制器通過臺達的DeviceNet總線與現場控制器通訊，進行數據交換。

    觸摸屏通過RS485總線以MODBUS協議與總控制器通訊，監視各臺AHU的運行狀態。現場控制器的溫度、CO2濃度可以通過總控制器的觸摸屏來設定，設定好的數據通過DeviceNet通訊分發給各現場控制器。

    通過DVPDNET掃描模塊對整個網絡進行管理，并通過人機界面顯示各網絡節點的狀態。當網絡上的節點發生異常時，相應的指示燈點亮。實時顯示掃描模塊的狀態，當掃描模塊發生錯誤時，顯示掃描模塊的錯誤代碼。

3.3 現場控制器

    現場控制器主要由DNA02模塊、PLC、變頻器、接觸器等部件構成。現場控制器接受總控制器的溫度、CO2濃度設定指令。現場控制器之間還可以通過總控制器實現數據共享，將采集到的溫度、CO2濃度等信號傳送給與該區域相關的其他現場控制器。現場控制器控制AHU、PAH空調機的風機轉速、冷（熱）水閥門開度和新風閥開度來調節室內溫度和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，現場溫度及CO2濃度由臺達PLC智能控制在允許的設定范圍內；當操作箱出現故障時(如傳感器損壞、出現通訊故障等)，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，根據空間區域布置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場控制箱的PLC，此信號經過集中控制器發送給本區域相關的空氣處理機組的控制器，然后由各臺AHU通過調整新風閥門開度來引進新風量，調節室內CO2濃度。新風閥門的開度的大小是通過CO2濃度、室外溫度的目標值依據其權重的大小來進行PID控制的。

3.6火警連鎖

    本系統與安防系統連動，當發生火警時，總控制器上人機出現報警畫面，同時空調機停止工作，水閥、風閥關閉，排煙系統啟動，排出煙霧。本系統提供一個干接點與安防系統連動。

3.7 DeviceNet網絡配置
3.7.1模塊設置

    按照表1分別對網絡上的節點進行設置。
    表1 網絡節點設置參數表

模塊名稱	節點地址	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“設置（S）”功能點“通訊設置”，選擇“系統通道”指令，如圖3所示。

    圖3 系統通道設置

    （3）在此對計算機與 SV 主機的通訊參數進行設置。如“通訊端口”、“通訊地址”、“通訊速率”、“通訊格式”。設置正確后，點擊“確定”按鈕，返回主界面。

    （4）選擇“網絡（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網絡進行掃描，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。掃描結束后，會提示“掃描網絡已完成”。此時，網絡中被掃描到的所有節點的圖標和設備名稱都會顯示在軟件界面上，如圖5所示。在此例中DVPDNET的節點地址為01。

    圖5 網絡掃描結果

    （6）用鼠標雙擊VFD-F Drives節點，彈出節點配置窗口，如圖6所示。在此對VFD-F變頻器的識別參數以及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 節點配置

    （7）其它從站（如PLC等）的配置與節點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 從站設備移入掃描模塊的掃描列表中。具體步驟為：選中 DeviceNet 從站節點，然后點擊“ ”，可將DeviceNet從站節點依次移入到掃描模塊的掃描列表內。確認無誤后，點擊“確定”按鈕。

    （3）選擇“網絡（N）”菜單點“下載”指令，將配置下載到DVPDNET-SL掃描模塊內。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數據映射

    DVPDNET-SL掃描模塊到DeviceNet從站的IO數據映射如表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，將當前的網絡配置保存。
    表2 DVPDNET-SL掃描模塊到DeviceNet從站的IO數據映射

DVPDNET-SL掃描模塊寄存器	從站設備元件裝置
D6287	VFD-F Drives 230V 50HP變頻器	VFD-F變頻器命令字
D6288	VFD-F Drives 230V 50HP變頻器	VFD-F變頻器頻率字
D6289	PLC	D500（溫度設定信號）
D6290	VFD-F Drives 230V 20HP變頻器	VFD-F變頻器命令字
D6291	VFD-F Drives 230V 20HP變頻器	VFD-F變頻器頻率字
D6292	PLC	D500（溫度設定信號）
D6293	PLC	D501（CO₂濃度設定信號）
……	……	……
……	……	……
D6314	VFD-F Drives 230V 20HP 變頻器	VFD-F變頻器命令字
D6315	VFD-F Drives 230V 20HP 變頻器	VFD-F變頻器頻率字
D6316	PLC	D500（溫度設定信號）

表3 DeviceNet從站到DVPDNET-SL掃描模塊IO數據映射

DVPDNET-SL掃描模塊寄存器	從站設備元件裝置
D6037	VFD-FDrives 230V 50HP變頻器	VFD-F變頻器狀態字
D6038	VFD-FDrives 230V 50HP變頻器	VFD-F變頻器設置頻率
D6039<, /SPAN>	PLC	D408（現場溫度信號）
D6040	VFD-F Drives 230V 20HP變頻器	VFD-F變頻器狀態字
D6041	VFD-F Drives 230V 20HP變頻器	VFD-F變頻器設置頻率
D6042	PLC	D500（現場溫度信號）
D6043	PLC	D501（現場CO₂濃度信號）
……	……	……
……	……	……
D6064	VFD-F Drives 230V 20HP 變頻器	VFD-F變頻器狀態字
D6065	VFD-F Drives 230V 20HP 變頻器	VFD-F變頻器設置頻率
D6066	PLC	D408（現場溫度信號）

3.8 DeviceNet網絡監視
3.8.1實現原理

掃描模塊對掃描列表中的節點進行實時監控，并將掃描列表中的每個節點的狀態映射到一個位，使用者可以通過監控D6032~D6035的內容獲取各網絡節點的狀態信息。PLC裝置與網絡節點的對應關系如表4所示。

表4 PLC裝置與網絡節點對應關系表

PLC元件	對應網絡節點
PLC元件	b15	b14	b13	… …	b2	b1	b0
D6032	節點15	節點14	節點13	… …	節點2	節點1	節點0
D6033	節點31	節點30	節點29	… …	節點18	節點17	節點16
D6034	節點47	節點46	節點45	… …	節點34	節點33	節點32
D6035	節點63	節點62	節點61	… …	節點50	節點49	節點48

    當掃描列表中的節點正常時，相應的位為OFF狀態，當掃描列表中的節點發生異常時，相應的位為ON狀態。

    用戶通過監控D6036的內容實時獲取掃描模塊的狀態信息。當掃描模塊正常工作時，D6036的內容為0；當掃描模塊處于初始化時，D6036高字節內容為1，低字節內容為0；當掃描模塊發生錯誤時，D6036高字節內容為2，錯誤的詳細信息參考D6036低字節的錯誤代碼，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

D6036

掃描模塊狀態

（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	節點0~節點63狀態指示
C0~C63	節點0~節點63錯誤計數器
M100	當M100=ON時，主站處于正常狀態
M101	當M101=ON時，主站處于初始化狀態
M102	當M102=ON時，主站處于錯誤狀態
D10	主站的錯誤次數
D11	主站的錯誤代碼

3.8.3 PLC程序（DeviceNet網絡監控部分，見圖9）

    圖9 DeviceNet網絡監控部分PLC程序

4 DeviceNet現場總線控制系統優點

    與傳統的控制系統相比，基于現場總線產品的空調系統具有以下優點：

    （1）布線簡單，節省安裝費用

    DeviceNet通過一根通訊線實現整個網絡各節點之間的通訊，相對于傳統的點對點控制系統，節省大量的電纜，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絡。主站模塊對整個網絡實時監控，通過監控主站模塊，能夠迅速的獲知發生故障的節點設備，便于快速排除故障；當網絡上的某一節點發生故障，不會影響其它節點的正常工作。

5結束語

    中央空調系統采用DeviceNet現場總線控制技術，便于安裝和調試，極大提高了控制系統的可靠性和實時性。DeviceNet現場總線適用于電器設備和控制設備的設備級網絡控制。現場總線的顯著優點決定著其廣泛應用將成為未來控制領域的發展趨勢。

作者簡介
    杜立興男，高級技術工程師，項目經理，任職于中達電子(江蘇)有限公司，在PLC、觸摸屏、現場總線產品等領域具有豐富的應用經驗，多次在全國范圍內擔任技術培訓講師。

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