德維森V80系列 PLC在節(jié)能設(shè)備中的應(yīng)用

分類：解決方案日期：2007-07-02 00:00:00

　　1、引言
　　隨著中國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，我國單位ＧＤＰ能耗與歐美發(fā)達(dá)國家的差距越來越大，引起了政府及國民的極大關(guān)注，“十一五”規(guī)劃已將節(jié)約能源作為國家實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施，分別提出了“建立全社會的可持續(xù)發(fā)展能效目標(biāo)”和“向低能耗方向有效調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)”的戰(zhàn)略方針。德維森科技（深圳）有限公司開發(fā)生產(chǎn)的 V80 節(jié)能專用 PLC——V80-M16MAD-LD 采用調(diào)壓節(jié)能方式，可為整廠節(jié)能、路燈節(jié)能、樓宇節(jié)能提供整體的解決方案。
　　2、節(jié)能原理
　　2.1、燈光節(jié)能原理
　　路燈的供電電壓隨用電的峰谷而波動，在電壓低于電壓谷值UMIN和高于電壓峰值UMAX時，發(fā)光效率降低，線路損耗和燈具熱耗等無功功耗加大。路燈節(jié)能控制器檢測輸入電壓/電流信號，并對路燈的供給電源進(jìn)行優(yōu)化控制，從而達(dá)到最大程度節(jié)省電能的目的。同時，路燈節(jié)能控制器還具備智能控制功能。根據(jù)不同的策略進(jìn)行路燈的分組開關(guān)控制。
　　因為各個地區(qū)的經(jīng)緯度不同，冬天和夏天的光照時間也不相同。因此要根據(jù)不同地區(qū)、不同時令進(jìn)行不同的開關(guān)燈策略設(shè)置。比方說黑龍江，在夏天在晚上 7 點左右開燈，而冬天在下午 4 點開燈，為了滿足不同地區(qū)不同時段的不同要求，需要將全年分成 24 個以上的段，不同的時間段使用不同的開關(guān)燈策略。為滿足客戶對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和本地參數(shù)顯示調(diào)試的需求，目前，路燈節(jié)能控制器多數(shù)采用 RTU 或者 GPRS DTU 方式，其中后者相對而言在成本上更低，在可用性方面也更簡潔便利。
　　2.2、整廠節(jié)能原理
　　整廠節(jié)能的實現(xiàn)方式與燈光節(jié)能類似，但增加了功率因數(shù)補(bǔ)償和監(jiān)控功能，同時，整廠節(jié)能需要對節(jié)能前與節(jié)能后的能耗進(jìn)行記錄和比較，例如，節(jié)能前全廠耗電為 13 萬度/月，節(jié)能后全廠耗電為 10 萬度/月，同時功率因數(shù)也較之前有所提高，這些都需要有相關(guān)的記錄和分析數(shù)據(jù)，并得到用戶的認(rèn)同。
　　2.3、變頻節(jié)能
　　變頻節(jié)能原理是根據(jù)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整來達(dá)到節(jié)能的效果，如注塑機(jī)節(jié)能、空壓機(jī)節(jié)能等。
　　3、系統(tǒng)設(shè)計
　　針對燈光節(jié)能、整廠節(jié)能、變頻節(jié)能的需求，德維森科技（深圳）有限公司開發(fā)生產(chǎn)的V80-M16MAD-LD 節(jié)能專用 PLC 集成了調(diào)壓調(diào)速節(jié)能所需功能，包括市電的電壓、電流采集、調(diào)壓節(jié)能器的控制、多種遠(yuǎn)程通訊方式（可選）、實時時鐘、本地七段數(shù)碼管顯示和 LCD顯示（可選）、本地輕觸按鍵和 PVC 按鍵（可選）等。同時，M16MAD-LD 還保留了 PLC所有的固有特性，如高抗干擾能力、可編程性、各種標(biāo)準(zhǔn)的通信和 IO 接口、掉電保持等。

　　如上圖所示，PLC 根據(jù)采集到的市電電壓和不同的節(jié)能策略調(diào)節(jié)節(jié)能調(diào)壓器的輸出，同時可以通過 GPRS 的 DTU，將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳給遠(yuǎn)方監(jiān)控室內(nèi)的計算機(jī)，通過監(jiān)控主機(jī)可以對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)測，并對控制策略作出及時調(diào)整。
　　4、功能和性能分析
　　4.1 市電采集
　　多數(shù)通用 PLC 的 CPU 模塊本身不具備或具備少量的模擬量接口，而整廠節(jié)能和大型的路燈節(jié)能控制器則需要數(shù)量較大的模擬量接口。M16MAD-LD 最多可以采集 7 路模擬量信號，7 路模擬量輸入信號的類型包括：±10V、±20mA、熱電阻等，可以滿足大多數(shù)用戶的
　　需要，例如，在整廠節(jié)能和大型的路燈節(jié)能器能夠滿足 3 路電壓和 1 路或者 4 路電流信號采集的需求。
　　4.2 功率因數(shù)計算
　　對于整廠節(jié)能，功率因數(shù)測量是必不可少的，據(jù)了解，目前尚沒有一種 PLC 支持功率因數(shù)的換算，而如果用單片機(jī)開發(fā)則會面臨周期太長和精度太低的問題。
　　M16MAD-LD 的模擬量輸入支持交流信號輸入，AD 轉(zhuǎn)換速率高達(dá) 300K，可以滿足工頻為 50Hz 的市電功率因數(shù)計算，同時，可計算三相市電的功率因數(shù)，并將數(shù)據(jù)上傳供用戶進(jìn)行節(jié)能分析。
　　4.3 實時時鐘
　　節(jié)能廠商如果采用獨立的實時時鐘控制器，必將引發(fā)成本上升和可靠性下降等不良后果。而 M16MAD-LD 內(nèi)帶實時時鐘，包括年、月、日、時、分、秒、周，用戶可以方便用戶利用實時時鐘進(jìn)行不同控制策略的調(diào)整。
　　4.4 通訊功能
　　目前，節(jié)能控制對于通信和監(jiān)控的要求越來越高，大多數(shù)的路燈節(jié)能用戶要求在遠(yuǎn)方可以完成控制參數(shù)的調(diào)整，同時，還需要能在現(xiàn)場接屏進(jìn)行監(jiān)控，因為各家 RTU 與屏的通信協(xié)議不同，造成節(jié)能廠商的開發(fā)難度大大增加。M16MAD-LD 帶有 RS232 和 RS485 兩個通信口，都支持 MODBUS 從協(xié)議，RS485 支持 MODBUS 主協(xié)議和 FREE 協(xié)議，用戶可利用這兩個通信口與各種不同通信裝置進(jìn)行通訊，如 GSM、GPRS DTU、MODEM 等，另外還可與各種顯示屏、監(jiān)控軟件、組態(tài)軟件進(jìn)行通信。通過通信接口還能對各種第三方的表計或者變頻器進(jìn)行監(jiān)控，從而達(dá)到整合的目的。
　　4.5 多機(jī)聯(lián)網(wǎng)
　　路燈節(jié)能控制器因為單控制器的控制量有限，需要多臺控制器聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控。多臺M16MAD-LD 可通過 RS485 聯(lián)網(wǎng)，交換數(shù)據(jù)，并可共用同一臺 GPRS 與遠(yuǎn)端服務(wù)器通訊。
　　4.6 人機(jī)接口
　　M16MAD-LD 帶 7 段數(shù)碼管顯示或 LCD 液晶屏顯示，用戶可以在 PLC 內(nèi)編程設(shè)置顯示內(nèi)容。鍵盤接口最多支持 4*4 的鍵盤矩陣，可以選用 PVC 薄膜按鍵或都輕觸按鍵等進(jìn)行用戶自定義功能設(shè)置。
　　4.7 兼容功能
　　大多數(shù)普通節(jié)能控制器都不支持可編程，造成無法做到升級和現(xiàn)場維護(hù)。M16MAD-LD兼容標(biāo)準(zhǔn) V80 系列 PLC 的編程軟件和所有功能，如，支持梯形圖編程，支持掉電保持功能，支持在線編程功能，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控功能等。
　　4.8 可靠性和電磁兼容能力強(qiáng)
　　節(jié)能控制器控制的是強(qiáng)干擾的大感性負(fù)載，如何提升系統(tǒng)的抗干擾能力成為了系統(tǒng)設(shè)計者最為傷腦筋的問題。而 PLC 與其它用單片機(jī)開發(fā)的控制板間的區(qū)別就在于 PLC 是一個通用的工控平臺，不僅具有標(biāo)準(zhǔn)的軟件、通信、接口，而且其電磁兼容、環(huán)境測試也都是符合國家標(biāo)準(zhǔn)的，V80 系列 PLC 產(chǎn)品已通過 CE 認(rèn)證，能夠在各個方面滿足客戶的需要。
　　4.9 寬溫工作范圍
　　針對北方用戶室外環(huán)境的需要，M16MAD-LD 可以在-40~85℃的寬溫范圍內(nèi)進(jìn)行工作，并保證性能與可靠性。
　　5、結(jié)論
　　根據(jù)市場需求，德維森科技（深圳）有限公司開發(fā)生產(chǎn)的 V80 節(jié)能專用 PLC——V80-M16MAD-LD 采用調(diào)壓節(jié)能方式，可以滿足整廠節(jié)能、路燈節(jié)能、樓宇節(jié)能等不同客戶的實際需求。
　　目前，V80-M16MAD-LD 已應(yīng)用在華南多家大型的節(jié)能設(shè)備廠商的設(shè)備中，并在可靠性、專用性和靈活性等方面都得到了用戶的認(rèn)可和好評。