施耐德PLC和觸摸屏在國家體育場鳥巢中的應用

國家體育場（“鳥巢”）為2008年第29屆奧林匹克運動會的主體育場，是奧運會場館的代表，它在設計、施工和運行中所體現的“綠色奧運””科技奧運”理念，場館和相關設施嚴格執行節能環保設計標準，在可再生能源與新能源利用、建筑節能、水資源保護和利用等方面采取了一系列有力措施。

“鳥巢”在設計中包含了一套規模很大的雨水深度處理回用系統，體育場內70%的供水由回用水代替，其中23%來自系統處理后的雨水；更引人注目的是，“鳥巢”使用了地源熱泵，從土壤中吸收能量，用于補償體育場空調系統等。地源熱泵是一種使用可再生能源、節能、環保的系統，通過地埋換熱管，冬季吸收土壤中蘊含的熱量為“鳥巢”供熱，夏季吸收土壤中存貯的冷量向“鳥巢”供冷。

二、地源熱泵空調簡介

地源熱泵機組是一種利用再生能源的高效節能、無污染的既可供暖又可制冷的新型水冷式空調機組，由壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流裝置和其它制冷附件組成，是一種可以全天候運轉的空氣調節設備。地水源熱泵利用地能或淺水層一年四季溫度穩定的特性，冬季把地能作為熱泵供暖的熱源，把高于環境溫度的地能中的熱能取出來供給室內采暖；夏季把地能作為空調的冷源，通過能量轉換地下熱源轉換成冷源。其原理是通過極少量的電能，實現能量的搬運轉移。

由于于地下的溫度在恒定在10—25度的，地源熱泵機組的工況優于傳統的空調的工況所以它能夠更輕松的達到室內的溫度要求和效果，所以地源熱泵機組的能效比更高。因此，地源熱泵空調更節能。

三、系統描述

國家體育場（“鳥巢”）為2008年第29屆奧林匹克運動會的主體育場，地下3層，地上7層, 國家體育場地源熱泵大型中央空調項目總體設計冷負荷為14533kw，采用地源熱泵和冰蓄冷結合的形式。鳥巢地源熱泵中央空調采用采用煙臺冰輪和頓漢布什的制冷設備及系統，其電氣控制主要采用施耐德的Micro 和Twido PLC，以及XBTGT觸摸屏。

“鳥巢”地源熱泵大型中央空調系統包含地源熱泵機房控制系統和兩臺全封螺桿地源熱泵機組。

四、電氣控制系統結構與構成

控制系統網絡結構如上圖所示，為三層網絡結構。

地源熱泵機組選用Twido系列 PLC TWDLCAA40DRF及擴展模塊，它本身所帶的一個通訊口和XBTGT觸摸屏相連。可以根據來自源熱泵機房控制系統的給定信號進行啟/停和能量自動調節，控制程序據負荷變化及變化率自動控制滑閥上載卸載，實現制冷能量無級調節，最大限度降低設備能耗。通過人機界面可以設定壓縮機的工作方式和運行參數，檢查壓縮機的運行狀況，查看機組故障情況等。每一個PLC擴展一個通訊口，做MODBUS從站，連在MODBUS總線上，實現和源熱泵機房控制系統PLC的通訊。

源熱泵機房控制系統PLC選用MICRO系列PLC TSX3721001。MICRO系列PLC的通訊功能非常強大，支持MODBUS，UN-TELWAY，以太網TCP/IP等多種通訊協議。控制系統完成制冷系統及相應循環水系統的控制，如制冷/制熱模式切換，對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，冷媒水泵等的監控，系統PLC擴展一個TSXSCP114通信卡，做MODBUS主站，通過MODBUS網絡和Twido PLC通訊，自動控兩臺制地源熱泵機組開停，使空調系統按程序高效節能運轉。

MICRO PLC TSX3721本身帶兩個通訊口，其中一個通信口和觸摸屏連接，另外一個通信口和施耐德工業以太網模塊TSXETZ410相連。TSXETZ410模塊在此起到一個網橋作用，一端通過系統PLC交換數據，另一端通過TCP/IP以太網聯接到鳥巢建筑智能系統上，從鳥巢建筑智能系統可以監控整個地源熱泵中央空調系統的運行狀況。

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

地源熱泵機組制冷工況冷水設計溫度為5/13度，制熱工況熱水設計供回水溫度為55/50度。地下熱源部分，冬季的設計供回水溫度為5-2度，夏季為27/32度。每臺壓縮機制冷機組包含2臺壓縮機，共有一個制冷回路，由Twido PLC 核心進行控制的，通過數字量模塊和模擬量模塊采集傳感器信號，可以實現根據負荷狀況實現自動能量調節。配置為：TWDLCAA40DRF+TWDDRA8RT+6塊TWDAMI2HT+TWDNAC485D+觸摸屏XBTGT2110

五、結束語

地源熱泵等環保節能技術和設備，在奧運場館中的成功應用，緊扣“綠色奧運”、“科技奧運”的主題，會促進在各個領域中充分推廣利用。在國家體育場地源熱泵大型中央空調系統中，使用了施耐德Micro 和Twido 序列PLC和XBTGT觸摸屏,除了實現各工藝控制功能，網絡通訊靈活且實現方便，具有開放的遠程聯網等是一大亮點，提高整個系統的性能，降低了操作維護成本。