【摘要】本文主要論述臺達(dá)DeviceNet現(xiàn)場總線產(chǎn)品在中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用原理，展示臺達(dá)DeviceNet現(xiàn)場總線產(chǎn)品的系統(tǒng)集成優(yōu)勢。

【Abstract】This paper mainly discusses application principles for Delta fieldbus products DeviceNet and shows system integration advantages of Delta fieldbus products DeviceNet.

【關(guān)鍵字】現(xiàn)場總線；中央空調(diào)系統(tǒng)

【Keywords】fieldbus;central air conditioning system

賣場內(nèi)設(shè)立空調(diào)新風(fēng)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(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相互關(guān)系，因此通過合理的設(shè)定室內(nèi)空調(diào)的運(yùn)行參數(shù)，既可以滿足人體對環(huán)境舒適性要求的同時，又可以達(dá)到節(jié)能的目的，降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時間，節(jié)約費(fèi)用。另一方面CO2是衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，為了在節(jié)能的同時提供適宜空氣環(huán)境，需對CO2進(jìn)行監(jiān)測與調(diào)節(jié)。

1  中央空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

本案例中，中央空調(diào)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)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(jìn)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)。

2  中央空調(diào)的控制

2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)空調(diào)機(jī)組分布特點(diǎn)，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(jī)采用VWV、VAV混合控制模式，由此達(dá)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(fù)責(zé)整體控制。每臺AHU、PAH都有1臺各自獨(dú)立的控制箱。整體架構(gòu)如圖1。

圖1 中央空調(diào)整體架構(gòu)

2.2 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?？偪刂破魍ㄟ^臺達(dá)的DeviceNet總線與現(xiàn)場控制器通訊，進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)?，F(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(jìn)行管理，并通過人機(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，相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮。實(shí)時顯示掃描模塊的狀態(tài)，當(dāng)掃描模塊發(fā)生錯誤時，顯示掃描模塊的錯誤代碼。

2.3 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?，F(xiàn)場控制器接受總控制器的溫度、CO2濃度設(shè)定指令?，F(xiàn)場控制器之間還可以通過總控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，將采集到的溫度、CO2濃度等信號傳送給與該區(qū)域相關(guān)的其他現(xiàn)場控制器?，F(xiàn)場控制器控制AHU、PAH空調(diào)機(jī)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷（熱）水閥門開度和新風(fēng)閥開度來調(diào)節(jié)室內(nèi)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(xiàn)場溫度及CO2濃度由臺達(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(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 對于CO2的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(jī)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(jìn)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(biāo)值依據(jù)其權(quán)重的大小來進(jìn)行PID控制的。

2.6 火警連鎖

系統(tǒng)與安防系統(tǒng)連動，當(dāng)發(fā)生火警時，總控制器上人機(jī)出現(xiàn)報警畫面，同時空調(diào)機(jī)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(diǎn)與安防系統(tǒng)連動。

2.7 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置

2.7.1 模塊設(shè)置

按照表1分別對網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。

表1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置

2.7.2使用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置工具配置網(wǎng)絡(luò)

圖2 DeviceNetBuilder軟件界面圖

DeviceNet從站的配置：

1）打開DeviceNetBuilder軟件，軟件界面如圖2所示。

圖2 DeviceNetBuilder軟件界面圖

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。如圖3所示。

圖3 通訊設(shè)置界面

3）在此對計(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。彈出圖4所示窗口。

圖4 通訊通道選擇界面

5）按“確定”對DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描，正常情況下彈出掃描進(jìn)度條，按“取消”返回主畫面。

6）如果上述對話框的進(jìn)度條一直沒有動作，則說明PC 和SV PLC通訊連接不正?；騊C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(diǎn)的圖標(biāo)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(diǎn)地址為01。

圖5 掃描后軟件界面顯示

7）用鼠標(biāo)雙擊VFD-F Drives節(jié)點(diǎn)，彈出下圖所示窗口。

圖6 節(jié)點(diǎn)配置界面

8）在此對VFD-F變頻器的識別參數(shù)以及IO信息進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)配置無誤后，點(diǎn)擊“確定”按鈕。返回主界面。

9）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。

DVPDNET掃描模塊（主站）的配置：

1）雙擊DNETScanner（節(jié)點(diǎn)0）的圖標(biāo)，彈出“掃描模塊配置…”對話框，可以看到左邊的列表里有當(dāng)前可用節(jié)點(diǎn)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 模塊掃描配置界面

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(diǎn)，然后點(diǎn)擊“>”，如圖8所示。按照此步驟，即可將DeviceNet 從站節(jié)點(diǎn)依次移入到掃描模塊的掃描列表內(nèi)。

圖8 從站設(shè)備移入掃描模塊

3）確認(rèn)無誤后，點(diǎn)擊“確定”按鈕。

4）選擇“網(wǎng)絡(luò)（N）”菜單點(diǎn)“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(jī)處于運(yùn)行模式，會彈出”警告”對話框。

5）點(diǎn)擊“是”按鈕，將配置下載至掃描模塊，確認(rèn)PLC處于RUN模式。

2.7.3 DVPDNET-SL掃描模塊和從站的IO數(shù)據(jù)映射

表2 DVPDNET-SL掃描模塊→DeviceNet從站

表3 DeviceNet從站→DVPDNET-SL掃描模塊

2.7.4 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。

2.8 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視

2.8.1實(shí)現(xiàn)原理

掃描模塊對掃描列表中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并將掃描列表中的每個節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的狀態(tài)信息。

表4 PLC裝置與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系

當(dāng)掃描列表中的節(jié)點(diǎn)正常時，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，相應(yīng)的位為ON狀態(tài)。

用戶通過監(jiān)控D6036的內(nèi)容實(shí)時獲取掃描模塊的狀態(tài)信息。當(dāng)掃描模塊正常工作時，D6036的內(nèi)容為0；當(dāng)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(dāng)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(xì)信息參考D6036低字節(jié)的錯誤代碼 。

表5 D6036監(jiān)控信息

2.8.2 PLC元件說明

表6 PLC元件

PLC程序（DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部分）：

圖9 PLC程序

人機(jī)畫面（DeviceNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部分）：

DeviceNet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)控畫面和DVPDNET掃描模塊的監(jiān)控畫面如圖10所示。

圖10 前四個是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)控畫面，后一個是掃描模塊的監(jiān)控畫面

3  DeviceNet現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，基于現(xiàn)場總線產(chǎn)品的空調(diào)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：布線簡單，節(jié)省安裝費(fèi)用。DeviceNet通過一根通訊線實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的通訊，相對于傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)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(fèi)用；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(shí)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(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，不會影響其它節(jié)點(diǎn)的正常工作。

4  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(shí)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?，F(xiàn)場總線的顯著優(yōu)點(diǎn)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。