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1 引言

　　商場營業(yè)廳等大型公眾室內建筑空調新風系統(tǒng)為人群提供舒適健康購物環(huán)境，但同時也會消耗著大量的能源。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，室內空調計算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(huán)境健康性要求的同時，又可以達到節(jié)能的目的，降低空調系統(tǒng)運行時間，節(jié)約費用。其中二氧化碳CO2是衡量空氣質量的重要指標，為了在節(jié)能的同時提供適宜空氣環(huán)境，需對CO2進行監(jiān)測與調節(jié)。本文以某3層商場中央空調系統(tǒng)作為設計案例。

　　商場中央空調系統(tǒng)主要負責賣場樓層的冷暖供給，其中下層主要為商鋪和車庫，其它樓層為賣場區(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，導致各區(qū)域溫度與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(qū)供給、就地回風，所以本系統(tǒng)采用通過DeviceNet現場總線網絡進行區(qū)域控制、局部微調、集中管理的控制策略。商場的特點是不同時間、不同時段人流量差異較大，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 濃度也相對較高，平時相對較少。項目設計要求控制系統(tǒng)根據現場環(huán)境對溫度、CO2 濃度自動調節(jié)。

2 商場中央空調自動化系統(tǒng)

2.1總體結構設計

　　項目選用臺達機電自動化技術平臺集成實現。根據空調機組分布特點，對于CO2濃度和室內溫度采用區(qū)域控制。冷（熱）水和風機采用VWV（變水量空調系統(tǒng)）、VAV（變風量空調系統(tǒng)）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（空調機組），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（柜式空氣處理機組）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所示。

圖1 空調自動化系統(tǒng)整體結構

2. 2 總控制器結構

　　總控制器主要由臺達觸摸屏、PLC以及DVPDNET主站模塊構成?？偪刂破魍ㄟ^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(jiān)視各臺AHU的運行狀態(tài)?，F場控制器的溫度與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(fā)給各現場控制器。通過臺達DVPDNET主站模塊對整個網絡進行管理，并通過人機界面顯示各網絡節(jié)點的狀態(tài)。當網絡上的節(jié)點發(fā)生異常時，相應的指示燈點亮。實時顯示主站模塊的狀態(tài)，當主站模塊發(fā)生錯誤時，顯示主站模塊的錯誤代碼。

2.3 現場控制器

　　現場控制器主要由臺達MODBUS/DeviceNet轉換模塊DNA02、PLC、變頻器、接觸器等部件構成?，F場控制器接受總控制器的溫度、CO2濃度設定指令?，F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(qū)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(jié)室內溫度和CO2濃度。

2. 4 AHU的控制流程

　　空調機組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 對于CO2的濃度和人流量的處理

　　在賣場中，根據空間區(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場控制箱的PLC，此信號經過集中控制器發(fā)送給本區(qū)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(jié)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(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報警畫面，同時空調機停止工作，水閥、風閥關閉，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 DeviceNet網絡配置設計

按照表1分別對網絡上的節(jié)點進行設置。使用DeviceNet網絡配置工具配置網絡。

表1 網絡節(jié)點設置

3.1 DeviceNet從站配置

（1）打開DeviceNetBuilder軟件，軟件界面如下所示。

（2）選擇『設置（S）』功能點『通訊設置』，選擇『系統(tǒng)通道』指令。

（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。

（5）彈出下所示窗口：

（6）按『確定』對DeviceNet網絡進行掃描，正常情況下彈出掃描進度條，如下圖所示。按『取消』返回主畫面：

（7）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?；騊C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(jié)點的圖標和設備名稱都會顯示在軟件界面上，在此例中DVPDNET的節(jié)點地址為01，如下所示：

（8）用鼠標雙擊VFD-F Drives節(jié)點，彈出下圖所示窗口：

（9）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。

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。

3.2 DVPDNET主站模塊（主站）的配置

（1）雙擊DNET Scanner（節(jié)點0）的圖標，彈出” 主站模塊配置…”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”：

（2）將上圖中左邊列表中的 DeviceNet 從站設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，然后點擊" "，如下圖所示。按照此步驟，即可將 DeviceNet 從站節(jié)點依次移入到主站模塊的掃描列表內：

（3）確認無誤后，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主站模塊內。下載時，如果 SV主機處于運行模式，會彈出”警告”對話框：

（5）點擊『是』按鈕，將配置下載至主站模塊，確認PLC處于RUN模式。

3.3 DVPDNET-SL主站模塊和從站的IO數據映射

DVPDNET-SL主站模塊→DeviceNet從站

DeviceNet從站→DVPDNET-SL主站模塊

3.4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。

4 DeviceNet網絡監(jiān)視

4.1 實現原理

　　主站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的內容獲取各網絡節(jié)點的狀態(tài)信息。PLC裝置與網絡節(jié)點的對應關系如表2所示。

表2 裝置與網絡節(jié)點的對應關系

　　當掃描列表中的節(jié)點正常時，相應的位為OFF狀態(tài)，當掃描列表中的節(jié)點發(fā)生異常時，相應的位為ON狀態(tài)。用戶通過監(jiān)控D6036的內容實時獲取主站模塊的狀態(tài)信息。當主站模塊正常工作時，D6036的內容為0；當主站模塊處于初始化時，D6036高字節(jié)內容為1，低字節(jié)內容為0；當主站模塊發(fā)生錯誤時，D6036高字節(jié)內容為2，錯誤的詳細信息參考D6036低字節(jié)的錯誤代碼 ：

4.2 PLC元件說明

4.3PLC程序（DeviceNet網絡監(jiān)控部分）設計

4.4 DeviceNet現場總線控制系統(tǒng)特點

與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，基于現場總線產品的空調系統(tǒng)具有以下特點：

（1）布線簡單，節(jié)省安裝費用。DeviceNet通過一根通訊線實現整個網絡各節(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絡。主站模塊對整個網絡實時監(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)點設備，便于快速排除故障；當網絡上的某一節(jié)點發(fā)生故障，不會影響其它節(jié)點的正常工作。

5 結束語

中央空調系統(tǒng)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(tǒng)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(yōu)點決定著其廣泛應用將成為未來控制領域的發(fā)展趨勢。