德維森V80系列 PLC在節能設備中的應用

分類：解決方案日期：2007-07-02 00:00:00

　　1、引言
　　隨著中國經濟的蓬勃發展，我國單位ＧＤＰ能耗與歐美發達國家的差距越來越大，引起了政府及國民的極大關注，“十一五”規劃已將節約能源作為國家實現可持續發展的關鍵措施，分別提出了“建立全社會的可持續發展能效目標”和“向低能耗方向有效調整產業結構”的戰略方針。德維森科技（深圳）有限公司開發生產的 V80 節能專用 PLC——V80-M16MAD-LD 采用調壓節能方式，可為整廠節能、路燈節能、樓宇節能提供整體的解決方案。
　　2、節能原理
　　2.1、燈光節能原理
　　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，發光效率降低，線路損耗和燈具熱耗等無功功耗加大。路燈節能控制器檢測輸入電壓/電流信號，并對路燈的供給電源進行優化控制，從而達到最大程度節省電能的目的。同時，路燈節能控制器還具備智能控制功能。根據不同的策略進行路燈的分組開關控制。
　　因為各個地區的經緯度不同，冬天和夏天的光照時間也不相同。因此要根據不同地區、不同時令進行不同的開關燈策略設置。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燈策略。為滿足客戶對現場數據進行遠程集中監控和本地參數顯示調試的需求，目前，路燈節能控制器多數采用 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、整廠節能原理
　　整廠節能的實現方式與燈光節能類似，但增加了功率因數補償和監控功能，同時，整廠節能需要對節能前與節能后的能耗進行記錄和比較，例如，節能前全廠耗電為 13 萬度/月，節能后全廠耗電為 10 萬度/月，同時功率因數也較之前有所提高，這些都需要有相關的記錄和分析數據，并得到用戶的認同。
　　2.3、變頻節能
　　變頻節能原理是根據對電機轉速的調整來達到節能的效果，如注塑機節能、空壓機節能等。
　　3、系統設計
　　針對燈光節能、整廠節能、變頻節能的需求，德維森科技（深圳）有限公司開發生產的V80-M16MAD-LD 節能專用 PLC 集成了調壓調速節能所需功能，包括市電的電壓、電流采集、調壓節能器的控制、多種遠程通訊方式（可選）、實時時鐘、本地七段數碼管顯示和 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、各種標準的通信和 IO 接口、掉電保持等。

　　如上圖所示，PLC 根據采集到的市電電壓和不同的節能策略調節節能調壓器的輸出，同時可以通過 GPRS 的 DTU，將現場的數據傳給遠方監控室內的計算機，通過監控主機可以對現場的數據進行集中監測，并對控制策略作出及時調整。
　　4、功能和性能分析
　　4.1 市電采集
　　多數通用 PLC 的 CPU 模塊本身不具備或具備少量的模擬量接口，而整廠節能和大型的路燈節能控制器則需要數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，可以滿足大多數用戶的
　　需要，例如，在整廠節能和大型的路燈節能器能夠滿足 3 路電壓和 1 路或者 4 路電流信號采集的需求。
　　4.2 功率因數計算
　　對于整廠節能，功率因數測量是必不可少的，據了解，目前尚沒有一種 PLC 支持功率因數的換算，而如果用單片機開發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 轉換速率高達 300K，可以滿足工頻為 50Hz 的市電功率因數計算，同時，可計算三相市電的功率因數，并將數據上傳供用戶進行節能分析。
　　4.3 實時時鐘
　　節能廠商如果采用獨立的實時時鐘控制器，必將引發成本上升和可靠性下降等不良后果。而 M16MAD-LD 內帶實時時鐘，包括年、月、日、時、分、秒、周，用戶可以方便用戶利用實時時鐘進行不同控制策略的調整。
　　4.4 通訊功能
　　目前，節能控制對于通信和監控的要求越來越高，大多數的路燈節能用戶要求在遠方可以完成控制參數的調整，同時，還需要能在現場接屏進行監控，因為各家 RTU 與屏的通信協議不同，造成節能廠商的開發難度大大增加。M16MAD-LD 帶有 RS232 和 RS485 兩個通信口，都支持 MODBUS 從協議，RS485 支持 MODBUS 主協議和 FREE 協議，用戶可利用這兩個通信口與各種不同通信裝置進行通訊，如 GSM、GPRS DTU、MODEM 等，另外還可與各種顯示屏、監控軟件、組態軟件進行通信。通過通信接口還能對各種第三方的表計或者變頻器進行監控，從而達到整合的目的。
　　4.5 多機聯網
　　路燈節能控制器因為單控制器的控制量有限，需要多臺控制器聯網進行監控。多臺M16MAD-LD 可通過 RS485 聯網，交換數據，并可共用同一臺 GPRS 與遠端服務器通訊。
　　4.6 人機接口
　　M16MAD-LD 帶 7 段數碼管顯示或 LCD 液晶屏顯示，用戶可以在 PLC 內編程設置顯示內容。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行用戶自定義功能設置。
　　4.7 兼容功能
　　大多數普通節能控制器都不支持可編程，造成無法做到升級和現場維護。M16MAD-LD兼容標準 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，支持遠程監控功能等。
　　4.8 可靠性和電磁兼容能力強
　　節能控制器控制的是強干擾的大感性負載，如何提升系統的抗干擾能力成為了系統設計者最為傷腦筋的問題。而 PLC 與其它用單片機開發的控制板間的區別就在于 PLC 是一個通用的工控平臺，不僅具有標準的軟件、通信、接口，而且其電磁兼容、環境測試也都是符合國家標準的，V80 系列 PLC 產品已通過 CE 認證，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境的需要，M16MAD-LD 可以在-40~85℃的寬溫范圍內進行工作，并保證性能與可靠性。
　　5、結論
　　根據市場需求，德維森科技（深圳）有限公司開發生產的 V80 節能專用 PLC——V80-M16MAD-LD 采用調壓節能方式，可以滿足整廠節能、路燈節能、樓宇節能等不同客戶的實際需求。
　　目前，V80-M16MAD-LD 已應用在華南多家大型的節能設備廠商的設備中，并在可靠性、專用性和靈活性等方面都得到了用戶的認可和好評。