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臺達現場總線產品在中央空調系統的應用

賣場內設立空調新風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瞭大量的能源。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，室內空調計算溫度與耗能量有直接的相互關系，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。另一方麵CO2是衡量空氣質量的重要指標，為瞭在節能的同時提供適宜空氣環境，需對CO2進行監測與調節。

1 中央空調系統的特點

本案例中，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，造成人流密度分佈不均，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。

另一方麵，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。

2 中央空調的控制

2.1總體結構設計

根據空調機組分佈特點，對於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。整體架構如圖1。



圖1 中央空調整體架構

2.2 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，並通過人機界麵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。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 對於CO2的濃度和人流量的處理

在賣場中，根據空間區域佈置CO2傳感器位置，主要在人員集中密集處采集CO2濃度值。CO2傳感器就近接線於現場控制箱的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，然後由各臺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。

2.6 火警連鎖

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麵，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。本系統提供一個乾接點與安防系統連動。

2.7 DeviceNet網絡配置

2.7.1 模塊設置

按照表1分別對網絡上的節點進行設置。

表1 網絡節點配置

2.7.2使用DeviceNet網絡配置工具配置網絡

DeviceNet從站的配置：
1）打開DeviceNetBuilder軟件，軟件界麵如圖2所示。

圖2 DeviceNetBuilder軟件界麵圖

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 通訊設置界麵

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”。設置正確後，點擊“確定”按鈕，返回主界麵。

4）選擇“網絡（N）”菜單點“在線”指令。彈出圖4所示窗口。

圖4 通訊通道選擇界麵

5）按“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”返回主畫麵。

6）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。掃描結束後，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麵上，如圖5所示。在此例中DVPDNET的節點地址為01。

圖5 掃描後軟件界麵顯示

7）用鼠標雙擊VFD-F Drives節點，彈出下圖所示窗口。

圖6 節點配置界麵

8）在此對VFD-F變頻器的識別參數以及IO信息進行確認。確認配置無誤後，點擊“確定”按鈕。返回主界麵。

9）其它從站（如PLC等）的配置與節點1操作步驟類似，這裡不再贅述。
DVPDNET掃描模塊（主站）的配置：
1）雙擊DNETScanner（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裡有當前可用節點VFD-FDrives 230V 50HP，DVP-SS/SA/EH PLC，VFD-FDrives 230V 20HP，DVP-SS/SA/EH PLC，VFD-MDrives 230V 5HP，DVP-SS/SA/EH PLC… …。右邊有一個空的”掃描列表”。

圖7 模塊掃描配置界麵
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，然後點擊“>”，如圖8所示。按照此步驟，即可將DeviceNet 從站節點依次移入到掃描模塊的掃描列表內。

圖8 從站設備移入掃描模塊
3）確認無誤後，點擊“確定”按鈕。
4）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主機處於運行模式，會彈出”警告”對話框。
5）點擊“是”按鈕，將配置下載至掃描模塊，確認PLC處於RUN模式。

2.7.3 DVPDNET-SL掃描模塊和從站的IO數據映射

表2 DVPDNET-SL掃描模塊→DeviceNet從站

2.7.4 保存配置數據

選擇“文件（F）”菜單中“保存(S)”命令，將當前的網絡配置保存。

2.8 DeviceNet網絡監視

2.8.1實現原理

掃描模塊對掃描列表中的節點進行實時監控，並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。

表4 PLC裝置與網絡節點的對應關系

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；當掃描模塊處於初始化時，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 。
表5 D6036監控信息

2.8.2 PLC元件說明

表6 PLC元件

PLC程序（DeviceNet網絡監控部分）：

圖9 PLC程序

人機畫麵（DeviceNet網絡監控部分）：
DeviceNet網絡節點的狀態監控畫麵和DVPDNET掃描模塊的監控畫麵如圖10所示。

圖10 前四個是網絡節點的狀態監控畫麵，後一個是掃描模塊的監控畫麵

3 DeviceNet現場總線控制系統特點

與傳統的控制系統相比，基於現場總線產品的空調系統具有以下特點：佈線簡單，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，相對於傳統的點對點控制系統，節省大量的電纜，縮短的安裝時間，降低瞭安裝費用；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，便於快速排除故障；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。

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