摘 要：本文通過(guò)案例詳盡論述臺(tái)達(dá)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品在中央空調(diào)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)技術(shù)，展示出臺(tái)達(dá)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的系統(tǒng)集成優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：DVPNET主站模塊 DNA02模塊 變頻器 人機(jī)界面 PLC
1 引言
商場(chǎng)營(yíng)業(yè)廳等大型公眾室內(nèi)建筑空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)為人群提供舒適健康購(gòu)物環(huán)境，但同時(shí)也會(huì)消耗著大量的能源。如何有效地解決這個(gè)問(wèn)題，就需將環(huán)境對(duì)人的影響進(jìn)行分析。資料顯示，室內(nèi)空調(diào)計(jì)算溫度與耗能量有直接的關(guān)系，因此通過(guò)合理的設(shè)定室內(nèi)空調(diào)的運(yùn)行參數(shù)，既可以滿足人體對(duì)環(huán)境健康性要求的同時(shí)，又可以達(dá)到節(jié)能的目的，降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，節(jié)約費(fèi)用。其中二氧化碳CO2是衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，為了在節(jié)能的同時(shí)提供適宜空氣環(huán)境，需對(duì)CO2進(jìn)行監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)。本文以某3層商場(chǎng)中央空調(diào)系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)案例。
商場(chǎng)中央空調(diào)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)賣場(chǎng)樓層的冷暖供給，其中下層主要為商鋪和車庫(kù)，其它樓層為賣場(chǎng)區(qū)域。因賣場(chǎng)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)域溫度與CO2 濃度差異，同時(shí)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(guò)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域控制、局部微調(diào)、集中管理的控制策略。商場(chǎng)的特點(diǎn)是不同時(shí)間、不同時(shí)段人流量差異較大，溫度以及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，溫度、CO2 濃度也相對(duì)較高，平時(shí)相對(duì)較少。項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)溫度、CO2 濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)。
2 商場(chǎng)中央空調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)
2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
項(xiàng)目選用臺(tái)達(dá)機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)平臺(tái)集成實(shí)現(xiàn)。根據(jù)空調(diào)機(jī)組分布特點(diǎn)，對(duì)于CO2濃度和室內(nèi)溫度采用區(qū)域控制。冷（熱）水和風(fēng)機(jī)采用VWV（變水量空調(diào)系統(tǒng)）、VAV（變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)）混合控制模式，由此達(dá)到舒適和節(jié)能目的。整個(gè)大樓共分為三層，一層3臺(tái)AHU（空調(diào)機(jī)組），二層3臺(tái)AHU，三層2臺(tái)AHU、1臺(tái)PAH，每層都由不同的功能區(qū)域組成。所有AHU和PAH（柜式空氣處理機(jī)組）由1臺(tái)總控制器來(lái)負(fù)責(zé)整體控制。每臺(tái)AHU、PAH都有1臺(tái)各自獨(dú)立的控制箱。整體架構(gòu)如圖1所示。
圖1 空調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
2. 2 總控制器結(jié)構(gòu)
總控制器主要由臺(tái)達(dá)觸摸屏、PLC以及DVPDNET主站模塊構(gòu)成。總控制器通過(guò)臺(tái)達(dá)的DeviceNet總線與現(xiàn)場(chǎng)控制器通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。觸摸屏通過(guò)RS485總線以MODBUS協(xié)議與總控制器通訊，監(jiān)視各臺(tái)AHU的運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)控制器的溫度與CO2濃度可以通過(guò)總控制器的觸摸屏來(lái)設(shè)定，設(shè)定好的數(shù)據(jù)通過(guò)DeviceNet通訊分發(fā)給各現(xiàn)場(chǎng)控制器。通過(guò)臺(tái)達(dá)DVPDNET主站模塊對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，并通過(guò)人機(jī)界面顯示各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)發(fā)生異常時(shí)，相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮。實(shí)時(shí)顯示主站模塊的狀態(tài)，當(dāng)主站模塊發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，顯示主站模塊的錯(cuò)誤代碼。
2.3 現(xiàn)場(chǎng)控制器
現(xiàn)場(chǎng)控制器主要由臺(tái)達(dá)MODBUS/DeviceNet轉(zhuǎn)換模塊DNA02、PLC、變頻器、接觸器等部件構(gòu)成。現(xiàn)場(chǎng)控制器接受總控制器的溫度、CO2濃度設(shè)定指令。現(xiàn)場(chǎng)控制器之間還可以通過(guò)總控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，將采集到的溫度、CO2濃度等信號(hào)傳送給與該區(qū)域相關(guān)的其他現(xiàn)場(chǎng)控制器。現(xiàn)場(chǎng)控制器控制AHU、PAH空調(diào)機(jī)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷（熱）水閥門(mén)開(kāi)度和新風(fēng)閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和CO2濃度。
2. 4 AHU的控制流程
空調(diào)機(jī)組AHU操作箱可以選擇自動(dòng)控制或手動(dòng)控制。自動(dòng)控制時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)溫度及CO2濃度由臺(tái)達(dá)PLC智能控制在允許的設(shè)定范圍內(nèi)；當(dāng)操作箱出現(xiàn)故障時(shí)(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(yùn)行或者工頻運(yùn)行，以便檢修。
2. 5 對(duì)于CO2的濃度和人流量的處理
在賣場(chǎng)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(chǎng)控制箱的PLC，此信號(hào)經(jīng)過(guò)集中控制器發(fā)送給本區(qū)域相關(guān)的空氣處理機(jī)組的控制器，然后由各臺(tái)AHU通過(guò)調(diào)整新風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)引進(jìn)新風(fēng)量，調(diào)節(jié)室內(nèi)CO2濃度。新風(fēng)閥門(mén)的開(kāi)度的大小是通過(guò)CO2濃度、室外溫度的目標(biāo)值依據(jù)其權(quán)重的大小來(lái)進(jìn)行PID控制的。
2. 6 火警連鎖
系統(tǒng)與安防系統(tǒng)連動(dòng)，當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，總控制器上人機(jī)出現(xiàn)報(bào)警畫(huà)面，同時(shí)空調(diào)機(jī)停止工作，水閥、風(fēng)閥關(guān)閉，排煙系統(tǒng)啟動(dòng)，排出煙霧。本系統(tǒng)提供一個(gè)干接點(diǎn)與安防系統(tǒng)連動(dòng)。
3 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置設(shè)計(jì)
按照表1分別對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。使用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置工具配置網(wǎng)絡(luò)。
表1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)置
| 模塊名稱 | 節(jié)點(diǎn)地址 | 通訊速率 |
| DVPDNET-SL主站模塊 | 00 | 500K bps |
| DNA02 | 01 | 500K bps |
| DNA02 | 02 | 500K bps |
| … … | … … | … … |
| DNA02 | 09 | 500K bps |
3.1 DeviceNet從站配置
（1）打開(kāi)DeviceNetBuilder軟件，軟件界面如下所示。
（2）選擇『設(shè)置（S）』功能點(diǎn)『通訊設(shè)置』，選擇『系統(tǒng)通道』指令。
（3）在此對(duì)計(jì)算機(jī)與 SV 主機(jī)的通訊參數(shù)進(jìn)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(diǎn)擊『確定』按鈕，返回主界面。
（4）選擇『網(wǎng)絡(luò)（N）』菜單點(diǎn)『在線』指令。
（5）彈出下所示窗口：
（6）按『確定』對(duì)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描，正常情況下彈出掃描進(jìn)度條，如下圖所示。按『取消』返回主畫(huà)面：
（7）如果上述對(duì)話框的進(jìn)度條一直沒(méi)有動(dòng)作，則說(shuō)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(huì)提示”掃描網(wǎng)絡(luò)已完成”。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中被掃描到的所有節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)和設(shè)備名稱都會(huì)顯示在軟件界面上，在此例中DVPDNET的節(jié)點(diǎn)地址為01，如下所示：
（8）用鼠標(biāo)雙擊VFD-F Drives節(jié)點(diǎn)，彈出下圖所示窗口：
（9）在此對(duì) VFD-F變頻器的識(shí)別參數(shù)以及IO信息進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)配置無(wú)誤后，點(diǎn)擊『確定』按鈕。返回主界面。
其它從站（如PLC等）的配置與節(jié)點(diǎn)1操作步驟類似，這里不再贅述。
3.2 DVPDNET主站模塊（主站）的配置
（1）雙擊DNET Scanner（節(jié)點(diǎn)0）的圖標(biāo)，彈出” 主站模塊配置…”對(duì)話框，可以看到左邊的列表里有當(dāng)前可用節(jié)點(diǎn)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(gè)空的”掃描列表”：
（2）將上圖中左邊列表中的 DeviceNet 從站設(shè)備移入主站模塊的掃描列表中。具體步驟為：選中 DeviceNet 從站節(jié)點(diǎn)，然后點(diǎn)擊" >"，如下圖所示。按照此步驟，即可將 DeviceNet 從站節(jié)點(diǎn)依次移入到主站模塊的掃描列表內(nèi)：
（5）點(diǎn)擊『是』按鈕，將配置下載至主站模塊，確認(rèn)PLC處于RUN模式。
3.3 DVPDNET-SL主站模塊和從站的IO數(shù)據(jù)映射
DVPDNET-SL主站模塊→DeviceNet從站
| DVPDNET-SL主站模塊寄存器 | 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(hào)） | |
| 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(hào)） | |
| D6293 | D501（CO2濃度設(shè)定信號(hào)） | ||
| …… | …… | …… | |
| …… | …… | …… | |
| 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(hào)） | |
DeviceNet從站→DVPDNET-SL主站模塊
| DVPDNET-SL主站模塊寄存器 | 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 | PLC | D408（現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)） | |
| 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(chǎng)溫度信號(hào)） | |
| D6043 | D501（現(xiàn)場(chǎng)CO2濃度信號(hào)） | ||
| …… | …… | …… | |
| …… | …… | …… | |
| 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(chǎng)溫度信號(hào)） | |
3.4保存配置數(shù)據(jù)
選擇『文件（F）』菜單中『保存(S)』命令，將當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)配置保存。b
4 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視
4.1 實(shí)現(xiàn)原理
主站模塊對(duì)掃描列表中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將掃描列表中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)映射到一個(gè)位，使用者可以通過(guò)監(jiān)控D6032~D6035的內(nèi)容獲取各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息。PLC裝置與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。
表2 裝置與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系
|
PLC元件 |
對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) | ||||||
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b15 |
b14 |
b13 |
… … |
b2 |
b1 |
b0 | |
|
D6032 |
節(jié)點(diǎn)15 |
節(jié)點(diǎn)14 |
節(jié)點(diǎn)13 |
… … |
節(jié)點(diǎn)2 |
節(jié)點(diǎn)1 |
節(jié)點(diǎn)0 |
|
D6033 |
節(jié)點(diǎn)31 |
節(jié)點(diǎn)30 |
節(jié)點(diǎn)29 |
… … |
節(jié)點(diǎn)18 |
節(jié)點(diǎn)17 |
節(jié)點(diǎn)16 |
|
D6034 |
節(jié)點(diǎn)47 |
節(jié)點(diǎn)46 |
節(jié)點(diǎn)45 |
… … |
節(jié)點(diǎn)34 |
節(jié)點(diǎn)33 |
節(jié)點(diǎn)32 |
|
D6035 |
節(jié)點(diǎn)63 |
節(jié)點(diǎn)62 |
節(jié)點(diǎn)61 |
… … |
節(jié)點(diǎn)50 |
節(jié)點(diǎn)49 |
節(jié)點(diǎn)48 |
當(dāng)掃描列表中的節(jié)點(diǎn)正常時(shí)，相應(yīng)的位為OFF狀態(tài)，當(dāng)掃描列表中的節(jié)點(diǎn)發(fā)生異常時(shí)，相應(yīng)的位為ON狀態(tài)。用戶通過(guò)監(jiān)控D6036的內(nèi)容實(shí)時(shí)獲取主站模塊的狀態(tài)信息。當(dāng)主站模塊正常工作時(shí)，D6036的內(nèi)容為0；當(dāng)主站模塊處于初始化時(shí)，D6036高字節(jié)內(nèi)容為1，低字節(jié)內(nèi)容為0；當(dāng)主站模塊發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，D6036高字節(jié)內(nèi)容為2，錯(cuò)誤的詳細(xì)信息參考D6036低字節(jié)的錯(cuò)誤代碼 ：
|
PLC元件 |
說(shuō)明 | |||||||||||||||
|
b15 |
b14 |
b13 |
b12 |
b11 |
b10 |
b9 |
b8 |
b7 |
b6 |
b5 |
b4 |
b3 |
b2 |
b1 |
b0 | |
|
D6036 |
主站模塊狀態(tài) （0：正常，1：初始化，2：錯(cuò)誤） |
主站模塊錯(cuò)誤代碼
| ||||||||||||||
4.2 PLC元件說(shuō)明
|
PLC元件 |
元件說(shuō)明 |
|
M0~M63 |
節(jié)點(diǎn)0~節(jié)點(diǎn)63狀態(tài)指示 |
|
C0~C63 |
節(jié)點(diǎn)0~節(jié)點(diǎn)63錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器 |
|
M100 |
當(dāng)M100=ON時(shí)，主站處于正常狀態(tài) |
|
M101 |
當(dāng)M101=ON時(shí)，主站處于初始化狀態(tài) |
|
M102 |
當(dāng)M102=ON時(shí)，主站處于錯(cuò)誤狀態(tài) |
|
D10 |
主站的錯(cuò)誤次數(shù) |
|
D11 |
主站的錯(cuò)誤代碼 |
4.4 DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)特點(diǎn)
與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，基于現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的空調(diào)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
（1）布線簡(jiǎn)單，節(jié)省安裝費(fèi)用。DeviceNet通過(guò)一根通訊線實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的通訊，相對(duì)于傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制系統(tǒng)，節(jié)省大量的電纜，縮短的安裝時(shí)間，降低了安裝費(fèi)用。
（2）可靠性高。DeviceNet通過(guò)一根通訊線控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。主站模塊對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)監(jiān)控主站模塊，能夠迅速的獲知發(fā)生故障的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，便于快速排除故障；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，不會(huì)影響其它節(jié)點(diǎn)的正常工作。
5 結(jié)束語(yǔ)
中央空調(diào)系統(tǒng)采用DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)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(shí)時(shí)性。DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線適用于電器設(shè)備和控制設(shè)備的設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制。現(xiàn)場(chǎng)總線的顯著優(yōu)點(diǎn)決定著其廣泛應(yīng)用將成為未來(lái)控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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