摘要：根據(jù)毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求和電氣自動化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，本文構(gòu)建了基于藍(lán)普鋒公司RPC2000系列PLC的毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)上，描述了毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的主要功能，闡述了該系統(tǒng)在穩(wěn)定性、先進(jìn)性、經(jīng)濟性等方面的優(yōu)勢。
關(guān)鍵字：毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)，RPC2000系列PLC，數(shù)字量
資料提供：本文涉及方案已在用戶現(xiàn)場實施，技術(shù)方案先進(jìn)，運行穩(wěn)定。歡迎聯(lián)系藍(lán)普鋒深入探討、交流。
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1 概述
毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)是一組健康節(jié)能的新型空調(diào)、熱水、地暖、除塵等家裝電氣系統(tǒng)。更是高科技對于人類追求更健康、舒適的回報。從普通空調(diào)到變頻空調(diào)再到新風(fēng)機。普通空調(diào)的二十四小時制冷，機組無時無刻不在運作，電費昂貴，噪音大這些問題一直圍繞著生活。變頻空調(diào)這是從節(jié)能的方面改進(jìn)了空調(diào)的現(xiàn)狀。但是無論是普通空調(diào)還是變頻空調(diào)他們無不是在一個密閉的空間內(nèi)不停地進(jìn)行著壓縮制冷，空氣依舊是那污濁不堪的空氣。新風(fēng)機顧名思義它與傳統(tǒng)空調(diào)的最大區(qū)別在于新風(fēng)上，從室外引進(jìn)新風(fēng)經(jīng)過過濾、殺菌輸送到室內(nèi)，保持室內(nèi)一整天新鮮空氣不斷。而毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)則是用毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)鋪設(shè)在房間頂棚，墻壁和和地板內(nèi)，由于毛細(xì)管網(wǎng)間隔非常小，則能夠使得房間頂棚或地板的溫度基本均勻一致。在這種情況下，傳熱形式為輻射60％對流40％的形式使得此種制冷或供暖形式等同于自然界物體間的動態(tài)熱平衡規(guī)律，因此這一靜態(tài)制冷及自然溫暖的環(huán)境使人體感到非常舒適，不會產(chǎn)生常規(guī)空調(diào)由于需要滿足制冷量或制熱量而采用高風(fēng)速時帶來的不舒服的吹風(fēng)感和相應(yīng)的干燥感覺。相對低的空氣流速實現(xiàn)了完全的“安靜制冷”。相對于平均環(huán)境輻射溫度的室內(nèi)空氣溫度相對偏高，這對于人體的呼吸器官的健康有利。因此減少了風(fēng)濕病和呼吸道疾病患病的幾率。換熱面積最大＋可鋪裝絕對面積最大＋換熱均勻，這就是毛細(xì)管網(wǎng)不可替代的優(yōu)勢。
目前，大部分毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制采用單片機等專用控制器控制，但隨著項目施工現(xiàn)場的不同功能不斷增加，對控制器的性能、處理能力、穩(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)性、開放性和通訊能力等提出了更高要求。從發(fā)展趨勢看，傳統(tǒng)的單片機控制器在實現(xiàn)毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制功能時其劣勢逐步顯現(xiàn)。首先，單片機控制器不提供用戶可編程的環(huán)境，所有控制程序需由單片機控制器廠商完成，既不利于提高工作效率，也不利于生產(chǎn)廠商的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。其次，相比經(jīng)受各類惡劣環(huán)境考驗的PLC而言，單片機控制器的穩(wěn)定性及可靠性要差一些。單片機控制器的信號處理能力，特別是模擬量調(diào)節(jié)能力比PLC要差，最后一點，單片機控制器在開放接口和網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通上性能要差一些，不利于構(gòu)建智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。潮濕季節(jié)空調(diào)房間結(jié)露現(xiàn)象嚴(yán)重，為了解決這些問題，本文設(shè)計了基于RPC2000系列可編程控制器的毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)，并且取得了良好的效果。
2 毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的工作原理與方案設(shè)計
在設(shè)計毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)時，首先要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，其次要考慮系統(tǒng)的開放性和先進(jìn)性。本文旨在設(shè)計一種基于PLC和觸摸屏的毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)。通過PLC和觸摸屏HMI，結(jié)合組態(tài)編程，構(gòu)建良好的人機界面，同時實現(xiàn)監(jiān)控、監(jiān)測、報警、參數(shù)設(shè)定、故障查詢、數(shù)據(jù)記錄等功能，使得控制過程簡化，改善工作條件，最大程度上改善設(shè)備投入，降低生產(chǎn)成本。
毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)中PLC負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和控制，觸摸屏HMI負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示、指令發(fā)送和參數(shù)設(shè)定。在本次設(shè)計的毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)中，PLC主要實現(xiàn)夏夏季制冷、冬季采暖、通風(fēng)、除濕和度假的5個模式，具有一鍵啟動/關(guān)閉系統(tǒng)功能，具有過濾網(wǎng)、交換芯提醒清洗更換功能，通風(fēng)模式具有純通風(fēng)、除濕和加濕的功能。
3毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件選型與配置
PLC或基于PLC技術(shù)的專用控制器是毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)部件，控制器的選擇決定了毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的性能和檔次。從產(chǎn)品性能、穩(wěn)定性、開放性等方面考慮，本方案設(shè)計的毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件平臺選擇RPC2000系列PLC。
RPC2000系列PLC是北京藍(lán)普鋒科技有限公司開發(fā)的新一代PLC產(chǎn)品，該產(chǎn)品融先進(jìn)、實用的信號處理技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)于一身，在性能、質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性、開放性和易用性等方面達(dá)到了國際先進(jìn)水平[3]。
RPC2000系列PLC為模塊式結(jié)構(gòu)，模塊種類豐富，包括CPU、DI、DO、AI、AO、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、交流信號采集等模塊，以及GPRS、Profibus等通訊模塊。RPC2000系列PLC具有如下優(yōu)點：
（1）CPU性能優(yōu)越，單指令處理時間為10-7s，CPU本體自帶RS232和RS485串口各一個，單CPU可擴展10個模塊。
（2）可直接采集交流信號，并實現(xiàn)電氣保護(hù)功能。
（3）編程語言符合IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)，具有ST、LD、IL、FBD和SFC五種語言。
（4）支持各類標(biāo)準(zhǔn)軟硬件接口，可與各類組態(tài)軟件和人機界面無縫集成。
（5）支持Modbus、GPRS、Profibus等通訊協(xié)議，可與各類設(shè)備互聯(lián)互通。
（6）接線端子可插拔，方便系統(tǒng)實施和售后維護(hù)。
（7）具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，電磁兼容性好，抗干擾能力強。
在控制邏輯的硬件配置部分，綜合了功能的實現(xiàn)及生產(chǎn)成本，采用的控制器為藍(lán)普鋒RPC2000系列PLC，CPU模塊選用具有14路開關(guān)量輸入和10路開關(guān)量輸出的RPC2107，擴展模塊選用4路熱電阻輸入的RPC2312，8路模擬量輸入的RPC2313，2路模擬量輸出的RPC2320，即可以實現(xiàn)毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的基本功能。
4毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的控制邏輯程序設(shè)計
毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的程序采用了模塊化設(shè)計，程序結(jié)構(gòu)清楚，并且降低了程序的設(shè)計難度?？刂葡到y(tǒng)要求用戶只需在觸摸屏上選擇“離家”或“回家”模式。系統(tǒng)根據(jù)選擇的模式自動控制地源熱泵、除濕新風(fēng)熱泵、新風(fēng)機風(fēng)機、除濕用比例積分三通水閥、熱換中心水泵和比例積分三通水閥、除濕后新風(fēng)回溫水泵和比例積分三通水閥等。
PLC控制5個模式：夏季制冷、冬季采暖、通風(fēng)、除濕、度假。
l 夏季制冷：
控制目標(biāo)：1、地源熱泵、除濕新風(fēng)熱泵；2、新風(fēng)機風(fēng)機、除濕用比例積分三通水閥；3、換熱中心水泵、比例積分三通水閥；4、除濕后新風(fēng)回溫水泵和比例積分三通水閥。
1、通過RS485通訊啟動熱泵1和熱泵2，并將模式設(shè)定為制冷，水溫根據(jù)設(shè)置中的設(shè)置參數(shù)運行；并啟動回溫用水泵。
2、啟動新風(fēng)機風(fēng)機，并采用除濕用比例積分三通水閥來控制新風(fēng)機除濕后的風(fēng)溫，控制比例積分三通水閥來控制除濕后風(fēng)溫，風(fēng)溫8-14℃可設(shè)置，默認(rèn)為10℃；控制回溫用比例積分三通閥來控制送風(fēng)風(fēng)溫，風(fēng)溫10-24℃可設(shè)置，默認(rèn)為18℃。
3、當(dāng)回風(fēng)濕度低于70%后，如換熱中心1設(shè)置為啟用，方可啟動換熱中心1的水泵，同時采用比例積分三通水閥來控制送水水溫。
4、當(dāng)回風(fēng)濕度低于70%后，如換熱中心2設(shè)置為啟用，方可啟動換熱中心2的水泵，同時采用比例積分三通水閥來控制送水水溫。
5、啟動防結(jié)露控制。
防結(jié)露控制：
當(dāng)某房間的濕度傳感器的濕度>露點設(shè)定值（默認(rèn)為95%，從90-100%可設(shè)），打開補充送風(fēng)風(fēng)閥，同時通過RS485通知該房間的溫控器關(guān)閉電熱執(zhí)行器。新風(fēng)機打開混風(fēng)風(fēng)閥進(jìn)入混和回風(fēng)狀態(tài)加速除濕。
當(dāng)該房間的濕度傳感器的濕度<露點設(shè)定值時，通過RS485通知該房間的溫控器打開電熱執(zhí)行器，新風(fēng)機關(guān)閉混風(fēng)風(fēng)閥。
6、VOC空氣質(zhì)量控制
當(dāng)回風(fēng)VOC<設(shè)定值時，打開混風(fēng)風(fēng)閥進(jìn)入節(jié)能新風(fēng)狀態(tài)；當(dāng)回風(fēng)>設(shè)定值+回差，且濕度<露點設(shè)定值時；關(guān)閉混風(fēng)風(fēng)閥進(jìn)入全新風(fēng)狀態(tài)。
l 冬季采暖
控制目標(biāo)：
1、地源熱泵、除濕新風(fēng)熱泵；2、新風(fēng)機風(fēng)機、除濕用比例積分三通水閥；3、換熱中心水泵、換熱中心比例積分三通水閥。
1、通過RS485通訊啟動熱泵1和熱泵2，并將模式設(shè)定為制熱，回水溫度設(shè)定為40℃；
2、啟動新風(fēng)機風(fēng)機，并采用除濕用比例積分三通水閥來控制新風(fēng)機送風(fēng)風(fēng)溫，風(fēng)溫16-25℃可設(shè)置，默認(rèn)為20℃；
3、并通過控制加濕電磁閥來控制回風(fēng)濕度。
當(dāng)檢測到回風(fēng)濕度≤加濕濕度設(shè)定，打開加濕電磁閥；
當(dāng)檢測到回風(fēng)濕度≥加濕濕度設(shè)定+加濕回差，關(guān)閉加濕電磁閥。
4、如果混水中心1被設(shè)定為啟用，采用比例積分三通水閥來控制混水中心1的送水水溫，水溫24-45℃可設(shè)置，默認(rèn)為35℃。
5、如果混水中心2被設(shè)定為啟用，采用比例積分三通水閥來控制混水中心2的送水水溫，如果是設(shè)定為定水溫，水溫24-65℃可設(shè)置，默認(rèn)為35℃。若被設(shè)定為氣候補償?shù)脑挘瑒t采用氣候補償采暖功能自動設(shè)置出水水溫：
l 通風(fēng)
控制對象：風(fēng)機，新風(fēng)閥，混風(fēng)閥，熱泵，比例積分三通閥，回溫水泵，加濕電磁閥
1、剛開啟初始狀態(tài)：風(fēng)機保持低速運轉(zhuǎn)、新風(fēng)閥打開，混風(fēng)閥關(guān)閉，熱泵、三通閥、回溫水泵、加濕電磁閥均關(guān)閉。
2、關(guān)閉狀態(tài)：關(guān)機或切換模式
3、當(dāng)如果回風(fēng)濕度>除濕濕度（70-100%可設(shè)，默認(rèn)為70%），進(jìn)入以下除濕運行。
? 除濕運行
（1）通過RS485通訊啟動熱泵1和熱泵2，并將模式設(shè)定為制冷，水溫根據(jù)“高級設(shè)置”中的設(shè)置參數(shù)運行；并啟動回溫用水泵。
（2）并采用除濕用比例積分三通水閥來控制新風(fēng)機除濕后的風(fēng)溫，控制比例積分三通水閥來控制除濕后風(fēng)溫，風(fēng)溫10-18℃可設(shè)置，默認(rèn)為14℃；控制回溫用比例積分三通閥來控制送風(fēng)風(fēng)溫，風(fēng)溫10-24℃可設(shè)置，默認(rèn)為20℃。
（3）退出除濕運行：當(dāng)回風(fēng)濕度<65%，退出除濕運行，回到剛開啟初始狀態(tài)。
（4）當(dāng)如果回風(fēng)濕度<加濕濕度設(shè)定（此值可設(shè)10-60%，默認(rèn)為40%），進(jìn)入以下加濕運行。
? 加濕運行
（1）開啟狀態(tài)：當(dāng)檢測到回風(fēng)濕度≤加濕濕度設(shè)定，打開加濕電磁閥；
（2）關(guān)閉狀態(tài)：當(dāng)檢測到回風(fēng)濕度>加濕濕度設(shè)定+加濕回差(默認(rèn)為10%，1-20%可設(shè))，關(guān)閉加濕電磁閥，回到剛開啟初始狀態(tài)。
? VOC空氣質(zhì)量控制
當(dāng)回風(fēng)VOC<設(shè)定值時，打開混風(fēng)風(fēng)閥進(jìn)入節(jié)能新風(fēng)狀態(tài)，當(dāng)回風(fēng)VOC>設(shè)定值+回差時，關(guān)閉混風(fēng)風(fēng)閥進(jìn)入全新風(fēng)狀態(tài)。
l 度假模式
l 過濾網(wǎng)清洗提醒功能
l 過濾網(wǎng)更換提醒功能
l 熱交換芯清洗提醒功能
l 熱交換芯更換提醒功能
5 毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)的觸摸屏程序設(shè)計
觸摸屏主要實現(xiàn)房間氣候數(shù)據(jù)查閱、報警指示、故障查詢、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄等功能。為了使用戶更方便地使用觸摸屏進(jìn)行控制，在主控界面只設(shè)計一個按鈕，用戶選擇“回家”或是“離家”模式，方便簡潔。在參數(shù)設(shè)定界面上可以設(shè)定眾多參數(shù)，用戶可以根據(jù)自己的需求來進(jìn)行設(shè)定。數(shù)據(jù)記錄和故障查詢畫面可以供用戶查詢歷史數(shù)據(jù)和故障信息。另外，觸摸屏中還設(shè)置了諸多提示功能，方便用戶操作。觸摸屏的主控畫面如圖1所示，參數(shù)畫面如圖2所示。
圖1 觸摸屏的主控畫面
圖2 觸摸屏的參數(shù)畫面
6 系統(tǒng)特點
本文設(shè)計的毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)空調(diào)控制系統(tǒng)使用簡單，操作方便，和自動防結(jié)露的保護(hù)能夠很好地滿足控制需求，而且可靠性高，設(shè)備投入少，維護(hù)方便，成本低，能夠達(dá)到最初的設(shè)計目的。
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