CC-Link現(xiàn)場總線技術(shù)對建筑空調(diào)控制系統(tǒng)節(jié)能改造

        完善了的RAS（可靠性、實(shí)用性、可維護(hù)性）功能 
        具備自動在線恢復(fù)功能，待機(jī)主控功能，切斷從站功能，確認(rèn)鏈接狀態(tài)功能及測試和診斷功能，因此可以構(gòu)成具有高度可靠性的網(wǎng)絡(luò)。
        完全支持和具有高度安全性的多廠商網(wǎng)絡(luò) 
        公開的技術(shù)，并與包括日本國內(nèi)和國外的許多設(shè)備廠商建立了合作關(guān)系，因此具有廣泛的兼容性。2005年6月，批準(zhǔn)成為中國國家標(biāo)準(zhǔn)，并被推薦為應(yīng)用于建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的控制總線之一。
        2.2 三菱可編程控制器簡介
        中央站PLC控制器: Q系列PLC是由CPU模塊、電源模塊和主基板單元組成，具有自動CC-Link啟動功能，本次采用的Q00JPLC具有：
        1、最多8192個(gè)軟元件
        2、最多4096個(gè)I/O
        3、多達(dá)14K步的程序容量
        4、可以加7個(gè)擴(kuò)展基板
        5、配合GPPW軟件可以進(jìn)行在線編程及監(jiān)控
        系統(tǒng)子站PLC控制器: 三菱FX3U系列可編程控制器具有體積小，內(nèi)置16K步的RAM和時(shí)鐘，是FX系列中性能最高的機(jī)型，可通過RS485通訊口通過專用指令控制多達(dá)32臺變頻器；FX1N是性價(jià)比較高的機(jī)型, 內(nèi)置8K步的RAM和時(shí)鐘。它們都擁有模擬量控制、系統(tǒng)通訊的各種特殊用途組件，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。該系列PLC具有較強(qiáng)的通訊功能,可通過FX2n-CCL通訊模塊直接掛在CC-Link網(wǎng)絡(luò)上，組成集散控制系統(tǒng)，通過CC-Link網(wǎng)絡(luò)可與主站交換數(shù)據(jù)，通過主站PC機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理監(jiān)視和控制。

三、系統(tǒng)軟件
        我們采用北京亞控自動化軟件有限公司開發(fā)的組態(tài)王（Kingview）。該軟件是最優(yōu)秀的國產(chǎn)組態(tài)軟件之一，目前的版本是6.52。
四、改造內(nèi)容
        4.1冷熱源部分
        建筑空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物和不可缺少的配套設(shè)施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負(fù)載并增加一定余量設(shè)計(jì)，而實(shí)際上在一年中，滿負(fù)載下運(yùn)行天數(shù)恨少，有的只有十多天，大部分時(shí)間都在70%負(fù)載以下運(yùn)行。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨季節(jié)氣溫變化自動調(diào)節(jié)負(fù)載，而與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調(diào)節(jié)負(fù)載，造成電能的大量浪費(fèi)。如果采用根據(jù)空調(diào)負(fù)荷自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方式來調(diào)節(jié)流量，就可以從根本上節(jié)約電能，同時(shí)也可保證空調(diào)的使用效果。
        該醫(yī)院門診大樓中央空調(diào)系統(tǒng)冷熱源部分改造前的主要設(shè)備和控制方式：主機(jī)800冷噸冷氣主機(jī)2臺，空調(diào)循環(huán)泵3臺，配用功率75KW；冷卻水泵3臺，配用功率75KW。熱水泵30KW3臺，配用功率30KW?？照{(diào)末端為空調(diào)箱、新風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管，為變流量系統(tǒng)，供回站設(shè)旁通調(diào)節(jié)閥平衡水流量。冬季通過閥門切換，空調(diào)循環(huán)泵水流通過板式蒸汽/水熱交換器為大樓末端提供熱水。原系統(tǒng)空調(diào)循環(huán)泵定頻運(yùn)行或手動調(diào)節(jié)變頻器，節(jié)能效果并不理想。
        水泵是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速 n 與流量 Q, 揚(yáng)程 H 及泵的軸功率 N 的關(guān)系如下式所示：
        Q1=Q2(n1/n2) H1=H2(n12/n22)  N1=N2(n13/n23)     (1-1)
        上式表明，泵的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，泵的揚(yáng)程與其轉(zhuǎn)速的平方成正比, 泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)電動機(jī)驅(qū)動泵時(shí)，電動機(jī)的軸功率P(kw) 可按下式計(jì)算:
        P=ρQH/ηcηF×10-2                 (1-2)
        式中： P：電動機(jī)的軸功率（KW）   Q：流量（m3/s）     ρ：液體的密度（Kg/m-2） 
        ηc:傳動裝置效率           ηF：泵的效率       H：全揚(yáng)程（m）

        調(diào)節(jié)流量的方法如圖二所示，曲線1是閥門全部打開時(shí)，供水系統(tǒng)的阻力特性；曲線2是額定轉(zhuǎn)速時(shí)，泵的揚(yáng)程特性。這時(shí)供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)為A點(diǎn)：流量QA，揚(yáng)程HA；由（1-2）式可知電動機(jī)軸功率與面積OQAAHA成正比。今欲將流量從QA調(diào)節(jié)到QB只需將水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速由N2調(diào)節(jié)到N4，電動機(jī)軸功率由面積OQAAHA降為面積OQBCHC，節(jié)能效果明顯。
        經(jīng)實(shí)地勘察，本著節(jié)省投資，并使改造后的能與原有的系統(tǒng)隨時(shí)方便切換，采用基于三菱FX3U系列PLC控制器、變頻器和外圍傳感器等組成的智能控制系統(tǒng)，自動控制的空調(diào)循環(huán)、冷卻水泵的變頻運(yùn)行，主要功能有：
        （1）按空調(diào)負(fù)荷變化來對空調(diào)泵進(jìn)行變頻控制，設(shè)定的溫差、壓差（流量）值可人工設(shè)定或按不同時(shí)段自動調(diào)整，以滿足不同時(shí)間段大樓對空調(diào)的需求。在夏季制冷工況下，系統(tǒng)還需自動保證離心制冷機(jī)的允許最低流量，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。
        （2）夏季制冷工況時(shí)根據(jù)空調(diào)負(fù)荷自動地在機(jī)組允許的冷卻水量范圍內(nèi)調(diào)節(jié)冷卻水泵的流量，達(dá)到冷卻水泵節(jié)能目的。

        （3）該大樓的冷卻塔采用了低噪音無風(fēng)機(jī)形式，為保證冷卻效果，需保證冷卻塔出水壓力在一定范圍，使水流以一定流速噴出霧化充分獲得較好的冷卻效果，冷卻塔出水閥需與冷卻水泵的自動聯(lián)動控制故，即根據(jù)冷卻水出水壓力控制出水閥門開啟個(gè)的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)。
        （4）考慮到系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，采用人工干預(yù)下的臺數(shù)控制功能，即系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測空調(diào)負(fù)荷，并計(jì)算出當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷情況，提示需開啟空調(diào)機(jī)組的臺數(shù)。
        （5）對被控制的設(shè)備提供電氣保護(hù)（過電壓、過電流、過載）保護(hù)、冷凍水低流量保護(hù)、冷凍水低溫保護(hù)、冷卻水高水溫保護(hù)功能。
        （6）本子系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及控制指令通過CC-Link與主站 QPLC通信，并采用通用組態(tài)軟件組態(tài)王6.52對空調(diào)系統(tǒng)的各水泵、風(fēng)機(jī)、主機(jī)的主要工藝參數(shù)的監(jiān)控。
        4.2空調(diào)末端部分
        由于空調(diào)末端設(shè)備如空調(diào)機(jī)新風(fēng)機(jī)等的數(shù)量較多且分布范圍大，其能耗也占有比較大的比例，故本次改造方案是首先對大樓節(jié)能和管理要求較高的部分的控制功能進(jìn)行改造，在現(xiàn)場設(shè)置性價(jià)比很高的FX1N PLC控制器對末端設(shè)備進(jìn)行控制，該控制器也連接在CC-Link網(wǎng)絡(luò)上，可通過主站控制軟件界面監(jiān)測和操作。
        改造完成后對空調(diào)末端設(shè)備實(shí)現(xiàn)下列控制功能：
        空調(diào)末端：
        1、 實(shí)時(shí)監(jiān)控樓層的空調(diào)機(jī)新風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管的運(yùn)行狀態(tài)
        2、 設(shè)備控制開關(guān)為時(shí)間程序控制，或監(jiān)控站人工控制。
        3、 根據(jù)室溫采用PID算法控制空調(diào)機(jī)水閥開度，保證溫度恒定，達(dá)到節(jié)能舒適的功能。
        4、 監(jiān)視空調(diào)機(jī)濾網(wǎng)濾網(wǎng)是否淤堵，及時(shí)提醒清洗。
        5、 時(shí)間程序可根據(jù)季節(jié)設(shè)定并累計(jì)空調(diào)機(jī)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。
        6、 為管理提供可靠依據(jù)。還可實(shí)現(xiàn)夜間換風(fēng)和防凍等功能。
 
        4.3系統(tǒng)框圖：

        1~20層共5個(gè)控制子站

五、結(jié)論
        系統(tǒng)改造后，經(jīng)精心調(diào)試，完全達(dá)到各項(xiàng)控制功能的要求，由于采用了工業(yè)控制的通用設(shè)備，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性較以往有了大幅提高且穩(wěn)定可靠，投資和維護(hù)費(fèi)用低，備件充裕，可確保系統(tǒng)長期可靠使用。特別是冷熱源系統(tǒng)部分的控制程序經(jīng)多次測試和優(yōu)化，不但操作簡便且節(jié)能效果明顯，平均可達(dá)20%左右；同時(shí)末端設(shè)備控制更加方便。在舉國關(guān)注節(jié)能減排的形勢下，該控制系統(tǒng)值得在推廣。