國家體育場(“鳥巢”)中地源熱泵PLC控制技術(shù)的應(yīng)用

一、概述

　　國家體育場(“鳥巢”)為2008年第29屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)的主體育場，是奧運(yùn)會(huì)場館的代表，它在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中所體現(xiàn)的“綠色奧運(yùn)””科技奧運(yùn)”理念，場館和相關(guān)設(shè)施嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在可再生能源與新能源利用、建筑節(jié)能、水資源保護(hù)和利用等方面采取了一系列有力措施。

　　“鳥巢”在設(shè)計(jì)中包含了一套規(guī)模很大的雨水深度處理回用系統(tǒng)，體育場內(nèi)70%的供水由回用水代替，其中23%來自系統(tǒng)處理后的雨水;更引人注目的是，“鳥巢”使用了地源熱泵，從土壤中吸收能量，用于補(bǔ)償體育場空調(diào)系統(tǒng)等。地源熱泵是一種使用可再生能源、節(jié)能、環(huán)保的系統(tǒng)，通過地埋換熱管，冬季吸收土壤中蘊(yùn)含的熱量為“鳥巢”供熱，夏季吸收土壤中存貯的冷量向“鳥巢”供冷。

　　二、地源熱泵空調(diào)簡介

　　控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如上圖所示，為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　地源熱泵機(jī)組選用Twido系列 PLC TWDLCAA40DRF及擴(kuò)展模塊，它本身所帶的一個(gè)通訊口和XBTGT觸摸屏相連。可以根據(jù)來自源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)的給定信號(hào)進(jìn)行啟/停和能量自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制程序據(jù)負(fù)荷變化及變化率自動(dòng)控制滑閥上載卸載，實(shí)現(xiàn)制冷能量無級(jí)調(diào)節(jié)，最大限度降低設(shè)備能耗。通過人機(jī)界面可以設(shè)定壓縮機(jī)的工作方式和運(yùn)行參數(shù)，檢查壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況，查看機(jī)組故障情況等。每一個(gè)PLC擴(kuò)展一個(gè)通訊口，做MODBUS從站，連在MODBUS總線上，實(shí)現(xiàn)和源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)PLC 的通訊。

　　源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)PLC選用MICRO系列PLC TSX3721001。MICRO系列PLC的通訊功能非常強(qiáng)大，支持MODBUS，UN-TELWAY，以太網(wǎng)TCP/IP等多種通訊協(xié)議?？刂葡到y(tǒng)完成制冷系統(tǒng)及相應(yīng)循環(huán)水系統(tǒng)的控制，如制冷/制熱模式切換，對(duì)冷媒水供水和回水的溫度及壓力，冷卻水供水和回水的溫度及壓力，冷卻水泵，冷媒水泵等的監(jiān)控，系統(tǒng)PLC擴(kuò)展一個(gè)TSXSCP114通信卡，做MODBUS主站，通過MODBUS網(wǎng)絡(luò)和Twido PLC通訊，自動(dòng)控兩臺(tái)制地源熱泵機(jī)組開停，使空調(diào)系統(tǒng)按程序高效節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　MICRO PLC TSX3721本身帶兩個(gè)通訊口，其中一個(gè)通信口和觸摸屏連接，另外一個(gè)通信口和施耐德工業(yè)以太網(wǎng)模塊TSXETZ410相連。TSXETZ410模塊在此起到一個(gè)網(wǎng)橋作用，一端通過系統(tǒng)PLC交換數(shù)據(jù)，另一端通過TCP/IP以太網(wǎng)聯(lián)接到鳥巢建筑智能系統(tǒng)上，從鳥巢建筑智能系統(tǒng)可以監(jiān)控整個(gè)地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

　　地源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)控制柜的PLC為Micro系列, 配置為： CPU:TSX3721101+2塊TSXAEZ801+2塊TSXDMZ28DR+TSXDEZ32D2+TSXSCP114通訊卡+以太網(wǎng)模塊TSXETZ410

　　地源熱泵機(jī)組制冷工況冷水設(shè)計(jì)溫度為5/13度，制熱工況熱水設(shè)計(jì)供回水溫度為55/50度。地下熱源部分，冬季的設(shè)計(jì)供回水溫度為5-2度，夏季為27 /32度。每臺(tái)壓縮機(jī)制冷機(jī)組包含2臺(tái)壓縮機(jī)，共有一個(gè)制冷回路，由Twido PLC 核心進(jìn)行控制的，通過數(shù)字量模塊和模擬量模塊采集傳感器信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)荷狀況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)能量調(diào)節(jié)。配置為：TWDLCAA40DRF+TWDDRA8RT+6塊TWDAMI2HT+TWDNAC485D+觸摸屏XBTGT2110

　　五、結(jié)束語

　　地源熱泵等環(huán)保節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，在奧運(yùn)場館中的成功應(yīng)用，緊扣“綠色奧運(yùn)”、“科技奧運(yùn)”的主題，會(huì)促進(jìn)在各個(gè)領(lǐng)域中充分推廣利用。在國家體育場地源熱泵大型中央空調(diào)系統(tǒng)中，使用了施耐德Micro 和Twido 序列PLC和XBTGT觸摸屏,除了實(shí)現(xiàn)各工藝控制功能，網(wǎng)絡(luò)通訊靈活且實(shí)現(xiàn)方便，具有開放的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)等是一大亮點(diǎn)，提高整個(gè)系統(tǒng)的性能，降低了操作維護(hù)成本。