工控产品在太阳能、热泵系统中的应用

工控产品在工控产品在工控产品在工控产品在太阳能太阳能太阳能太阳能、、、、热泵热泵热泵热泵系统中的应用系统中的应用系统中的应用系统中的应用桑夏太阳能股份有限公司宋燕平本文介绍了工控产品在太阳能＋热泵供热水系统中的应用，主要阐述了系统组成和工作原理、方案设计及硬件组成，然后对各组态主要画面以及系统数据的通信方式进行描述。1引言随着国家对节能减排的关注与投入日益增大，高性能的工控产品在各种控制系统中的应用比例也越来越大。本文提及的太阳能集热器与空气源热泵，目前在国内已有了一定的推广与应用，通过介绍运用工控产品结合这两种节能产品所形成的控制系统，让大家对工控产品有更进一步的了解与认识。2系统方案设计和组成2.1系统的工作原理和组成系统采集分布在设备各处的温度传感器、压力传感器数据，按照设定的程序完成数据计算和数据分析，然后再通过数据输出模块向现场各执行机构发出指令，控制水泵和电磁阀的工作，并且把各测量参数和各水泵的工作状态在组态上显示出来，同时实时地存储数据并计算系统能耗。系统可以通过组态画面向PLC写入各种运行参数，以实现对不同情况的控制要求。系统能在应急和检修时进行手动操作，和自动运行状态互补。2.2系统方案设计系统的太阳能集热器分别安装在相距百米的1号楼与3号楼楼顶，两栋楼都安装有热水循环水泵以及足够大的蓄热水箱，热泵安装在其中一栋楼楼顶给供热水水箱补热。PLC通过程序分析RS485通讯采集到的两栋楼的运行数据，控制各水泵及电动阀的起停，以实现最大限度的运用太阳能加热冷水，在水温达不到设定值时，再启用空气源热泵给水补热。恒压供水系统通过变频器及供水泵，把蓄热水箱的热水供给各楼层。现场的各种数据的采集以及各设备的工作状态，都将通过通讯显示到中控室的电脑上面，以便操作和参观人员清楚的看到系统的运行情况。3系统硬件设计及组成系统的现场设备分布在两栋楼楼顶，所以在每栋楼各配备一个控制柜，两栋楼的控制系统都安装有PLC，并以1号楼的控制柜作为主站，3号楼的控制柜作为从站，两个控制柜在自身PLC的独立控制下，又通过RS485分享数据以便对一些执行机构予以限制启动，以保护系统的正常、安全。1号楼的控制柜上安装一触摸屏作为现场的显示设备，也作为系统的一个数据中转站使用。恒压供水部分采用变频器控制，并根据PLC里的PID计算实时输出对应的变频器频率，以保证供水水管的恒压供水。根据系统控制工艺要求确定所需的I/O口：1号楼控制柜有32个数字输入口，5个模拟量输入口，50个数字输出口，3个模拟输出口，10个测温点；3号楼控制柜有8个数字输入口，1个模拟量输入口，6个数字输出口，3个测温点。PLC应具有的输入点和输出点一般要比所需有一定的冗余，以便系统的完善和今后功能扩展预留，所以PLC可以选择的DVP10SX11R机型，本系列属于薄型轻巧的PLC，除支持数字输入/输出外，并内建多通道模拟输入/输出。该机具有4个直流输入点，2个继电器输出点，2路模拟量输入与2路模拟量输出，内建RS-232与RS-485，相容MODBUSASCII/RTU通讯协议，并有4路10kHz的高速计数器。另外加上16点的DVP16SP11R混合I/O扩展模块5块、8点的DVP08SN11R扩展模块2块、DVP04PT-S测温模块3块、DVP04AD-S模拟量输入模块1块、DVP02DA-S模拟量输出模块1块。DVP16SP11R扩展模块带有直流输入、继电器输出各8点，DVP08SN11R模块有8个继电器输出点，DVP04PT-S带有4路PT100输入测温口，DVP04AD-S为4路模拟量输入模块，DVP02DA-S为2路模拟量输出模块。触摸屏选用DOP-B07S200触摸屏，它采用ARM932-bitCPU，16:9TFTLCD65536色7寸屏幕，提供480*234像素，3MFlashMemory，128K/256KbytesSRAM，具有配方功能，支持USBHost，可外接U盘、打印机、鼠标，可与各种主流PLC直接连接，3组通讯端口，可同时连接不同的通讯格式。触摸屏软件的开发使用专用组态工具ScreenEditor进行组态。在触摸屏上实现现场数据的监控以及各系统参数的修改，实现整个系统的自动、手动操作。变频器选用VFD-F系列风机水泵专用变频器，此系列提供中大马力的功率，针对风机水泵运行的负载性质而设计，一台主机最多可控制四台电机（可变速一台、恒速三台）；此外，还拥有加泵/减泵延时以及自动节能功能，使系统运行更有效率。并有支持标准MODBUSASCII/RTU通讯协议的RS485通讯口。图1系统基本结构示意图4触摸屏界面的组态ScreenEditor提供了多种控制器件库、图形控件和功能组件，通过组态出各种显示和控制功能，实现系统操作状态、当前过程值及故障的可视化，对PLC中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，从而满足各种监控要求。还可为不同的操作人员设定不同的操作密码和相应的操作权限，对一些重要参数设定访问权限，从而保证系统和生产安全。在组态软件中创建画面和信息，并将它们与PLC程序相连。4.1系统主画面系统主画面中组态有现场的各种设备，可以看到整个系统的大体运行情况，系统中每个水泵、电动阀的动作，都能在相应的系统模块中检测到，当水箱的液位过高或者过低时，水的颜色可设置变换颜色。主画面中还会显示当前系统的工作模式，以及系统是本地控制还是远程控制模式。如有报警时，画面中部还会显示简单的报警说明。系统主画面中的每个模块都能点击查看到相关的参数。系统主画面如图2示。图2系统主画面4.2各部分设备具体参数画面点击系统主画面的任何一个模块图标，如果有相应的参数查看，则会转入参数页面，显示系统各部分的测温点的实时温度，还可设置对应的系统参数。如图3的1号楼太阳能集热器参数页面、图4的3号楼太阳能集热器参数页面、图5的恒压供水参数页面等。图31号楼太阳能集热器参数页面图43号楼太阳能集热器参数页面图5恒压供水参数页面4.3检修画面检修画面可以在系统正常运行的时候，强制某一个执行机构的输出，以检测设备的好坏或者临时开启某个设备，如图6所示。图6检修模式页面5系统数据采集与传输1号楼与3号楼的现场测温点都通过各自的PT100模块采集实时温度，两个PLC根据各自采集到的温度对执行机构控制，触摸屏通过RS485连接两个PLC，并把两个PLC的数据一起采集并显示在组态画面上，从而可以看到两处的实时情况。系统工作的时候触摸屏实时交换两个PLC的一些数据，使得两个PLC可以互相配合进行必要的控制。而且现场加装的智能电力仪表也可以挂在RS485总线，由触摸屏负责实时采集显示用电量。变频器通过RS485与触摸屏连接，变频器的一些参数也可以显示在触摸屏上，从而方便观察、调试。变频器要做到恒压供水控制，就要实时采集当前的供水管压力，当PLC采集到实时压力后通过PID运算，再经过模拟量输出模块输出4~20mA控制变频器输出频率，从而调节供水压力。本来PID计算得出的变频器频率也通过RS485给出的，但是由于系统数据量大，通过触摸屏来传输频率数据会有一定的延迟，使得供水系统不稳定，从而改用模拟量输出模块进行实时输出频率，以保证供水的压力恒定。由于是节能减排项目，所以对能耗数据的采集计算需要做详细的处理保存，所以中控室的上位机电脑需要采用组态软件采集数据，并作出详细报表。由于上位机也要求能对系统行手动控制与参数修改，而RS485总线上只能挂一个主站，所以上位机与系统的通讯单独与1号楼的PLC走RS232。而对于3号楼的数据采集，则通过触摸屏采集并写入1号楼PLC内部存储区，上位机再读取这些存储区从而采集到3号楼的数据。图7系统通讯示意图6结束语系统采集的数据量比较大，有时会感觉数据没有得到实时更新，但还在可以接受范围内，数据延时更新只是显示问题，并不会对系统的整体运行产生很大影响，当然如果采用像DeviceNet之类的高级总线，数据显示更新会快很多，但是考虑到性价比方面，所以采用传统的RS485传输数据。本系统主要控制x元件全部采用机电产品，一体化的整合方案，既降低了设备的制造成本，也大大提高了系统的安全可靠性，充分体现了机电产品高性能和高性价比的特点，在节能减排方面，为客户赢得可观的经济效益。