摘要：通過將基於藍普鋒PLC控製的水源熱泵機組與室外環境、末端用戶集成在物聯網上，形成熱泵空調機組管理和調度一體化的監控係統

，管理人員可以通過PC端和移動終端實時監測熱泵機組運行狀態、室外環境溫度和濕度
、末mo端duan用yong戶hu的de室shi內nei溫wen度du和he濕shi度du，並bing依yi據ju係xi統tong計ji算suan分fen析xi結jie果guo，準zhun確que下xia達da係xi統tong優you化hua運yun行xing的de控kong製zhi指zhi令ling，以yi滿man足zu舒shu適shi性xing需xu求qiu並bing達da到dao節jie能neng的de目mu的de。現xian場chang項xiang目mu運yun行xing結jie果guo表biao明ming，采cai用yong基ji於yu藍lan普pu鋒fengPLC和物聯網技術的水源熱泵監控係統，能夠在保證用戶室內環境舒適的前提下，穩定可靠運行且顯著降低係統的能耗。

行業關鍵字：中央空調、水源熱泵、互聯網機組
、空調機組
、物聯網
、末端用戶

技術關鍵字：可靠性、節能、環境潮濕、通訊、三相電采集

資料提供：本文涉及方案已在用戶現場實施，技術方案先進
，運行穩定。歡迎聯係藍普鋒深入探討
、交流。

一
、行業背景

隨著居民生活水平的提高，空調已經成為生活的必需品
，其中大型商用中央空調（如大型水源熱泵）已經成為各大型住宅、商場、賓館
、辦公樓、學校等建築物必備的基礎配套設施。由於建築物體量逐漸趨於龐大
，水源熱泵機組係統規模也在逐年增大，設備的管理
、維護和運營調度也越來越複雜，而且係統的能耗也在不斷上升。

水源熱泵機組是利用地球表麵淺層的水源，采用熱泵原理，在夏季將建築物內的熱量通過機組轉移到水源中；在(zai)冬(dong)季(ji)則(ze)從(cong)相(xiang)對(dui)恒(heng)定(ding)溫(wen)度(du)的(de)水(shui)源(yuan)中(zhong)提(ti)取(qu)熱(re)能(neng)，通(tong)過(guo)機(ji)組(zu)將(jiang)空(kong)氣(qi)或(huo)水(shui)作(zuo)為(wei)媒(mei)介(jie)，提(ti)升(sheng)溫(wen)度(du)後(hou)送(song)到(dao)建(jian)築(zhu)物(wu)中(zhong)。通(tong)過(guo)建(jian)築(zhu)物(wu)中(zhong)風(feng)道(dao)或(huo)者(zhe)冷(leng)熱(re)水(shui)管(guan)道(dao)連(lian)接(jie)多(duo)個(ge)末(mo)端(duan)設(she)備(bei)，將(jiang)水(shui)源(yuan)熱(re)泵(beng)機(ji)組(zu)產(chan)生(sheng)的(de)冷(leng)熱(re)源(yuan)送(song)至(zhi)建(jian)築(zhu)物(wu)中(zhong)各(ge)個(ge)區(qu)域(yu)。

水源熱泵監控係統主要包括兩個方麵的內容：一個是基於PLC控製的水源熱泵機組，例如通過PLC采集熱泵機組的供回水溫度、壓力，水泵
、風機和壓縮機的運行狀態、電壓、電流和電量等，控製水泵
、風機
、壓縮機工作狀態
；另一個是對係統運行進行管理調度的係統
，例如采集末端用戶室內溫濕度、末端風機運行狀態等數據，計算分析後用於調整熱泵機組和末端設備運行參數。

水源熱泵機組的冷熱源相對穩定，冬季機組不會結霜，供熱效果好
，而且係統運行穩定可靠
、製熱效率高。但是，水源熱泵機組空調係統大部分仍是有人值守
，係統不能遠程維護、管(guan)理(li)，也(ye)不(bu)能(neng)依(yi)據(ju)末(mo)端(duan)室(shi)內(nei)溫(wen)濕(shi)度(du)情(qing)況(kuang)，合(he)理(li)的(de)調(tiao)節(jie)機(ji)組(zu)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)。隨(sui)著(zhe)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)和(he)物(wu)聯(lian)網(wang)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，水(shui)源(yuan)熱(re)泵(beng)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)設(she)備(bei)管(guan)理(li)運(yun)維(wei)智(zhi)能(neng)化(hua)、物聯網化成為主要發展方向。

二、係統方案簡介

某項目現場是由1棟辦公樓和2棟dong宿xiu舍she樓lou組zu成cheng，采cai用yong水shui源yuan熱re泵beng機ji組zu進jin行xing供gong暖nuan和he製zhi冷leng
，供gong熱re末mo端duan為wei暖nuan氣qi片pian，製zhi冷leng末mo端duan為wei風feng機ji盤pan管guan。空kong調tiao機ji組zu為wei渦wo旋xuan式shi六liu壓ya機ji水shui源yuan熱re泵beng機ji組zu，單dan台tai空kong調tiao機ji組zu最zui大da容rong量liang可ke以yi達da到dao1400kW

，井水泵和回水泵各2台，循環泵2台。機組供暖時
，要求辦公樓和宿舍樓內室溫達到20℃以上；機組製冷時
，要求辦公室和宿舍樓內室溫低於25℃。

2.1 係統方案設計

選擇藍普鋒PLC可編程控製器產品控製水源熱泵機組
，通過觸摸屏進行人機界麵顯示。藍普鋒PLC廣泛應用於水源熱泵

、地源熱泵、空氣源熱泵、汙水源熱泵、吸收式熱泵等，PLC控製工藝成熟穩定且具備成套現場解決方案

，集成智能控製算法和節能算法，並可以通過編程靈活調整

，滿足不同現場需求。PLC本體自帶多路通訊接口，方便進行聯網通訊。

控製解決方案設計如下：

（1）信號輸入輸出：通過輸入點（源型漏型均支持，接線方便）采集機組設備運行狀態，如水泵、壓縮機、水溫、壓力等；通過繼電器輸出控製機組設備啟停
；通過模擬量通道（差分隔離模擬量輸入，采集精度0.5%）采集吸排氣壓力
，計算過熱度；通過熱電阻采集通道采集冷卻進出水、冷凍進出水等水溫
，用於製冷製熱運行過程判斷；

（2）空調機組一般放置於地下室，且現場環境潮濕，對PLC產品要求苛刻，PLC產品必須長時間穩定可靠。選用藍普鋒PLC經過三防處理後，可以長時間穩定可靠運行
；

（3）空調機組三相電故障判斷一般是通過相序保護器對缺相、過壓等進行判斷，PLC通過輸入采集無源幹接點故障信號，為了防止幹擾信號
，一般會加100ms以上的程序判斷延時。三相電量一般是通過三相電表進行記錄

，PLC通過RS485通訊讀取累計電量。

  選用藍普鋒RPC2731三相電參數采集擴展模塊
，可以直接采集機組工作電壓

、電流、電量等參數，對供電回路進行監視和保護，實時保護壓縮機、水泵
，從采集判斷到執行保護動作周期小於20ms；同時可以記錄三相累計電量，實現保護和采集
，降低設備成本
；

（4）PLC通過RS232接口連接觸摸屏
，顯示機組運行狀態
；PLC通過以太網接口（Modbus TCP協議），連接至辦公樓內中心服務器，進行數據上傳、存儲、分析、決策；藍普鋒PLC本體自帶3路串口
，1路網口，方便進行聯網；

（5） 辦公樓和宿舍樓內房間內均安裝無線低功耗溫濕度傳感器（電池供電，可以工作三年），無線采集器采集多個範圍內溫濕度傳感器，通過GPRS DTU連接至服務器
，進行數據上傳存儲，經過分析
，結合室外溫濕度數據，對房間溫度進行智能調節
；

（6）上位機服務器通過無線和有線通信
，采集機組狀態和室內外環境參數，進行綜合分析、調度。服務器可以通過PC端實時顯示機組運行狀態，通過WEB發布方式，實現網頁和手機端數據瀏覽，方便運營維護人員查看現場數據。

圖1  係統結構示意圖

2.2 方案係統選型

PLC選型如下表所示：  

2.3 係統控製策略

機組運行控製策略如下：

（1）製冷模式開關機控製

1）手動開關機：通過按下啟動、停止按鈕向控製器發出開關機信號；

2）定時開關機：先設定時間，機組到達設定時間後，自動向控製器發出開關機信號；

3）遠程開關機：通過控製器預留開關量輸入接點，實現開關機。

製冷開機過程：開機指令→空調水泵開啟→延時1min【可設】，開啟井水泵→檢測冷凍水及冷卻水水流開關→檢測冷凍水出水溫度（冷凍水出水溫度≥冷凍出水設定溫度+2），滿足開機條件後
，而且無其他故障保護

，關閉四通閥
，開啟第一台壓縮機→延時1min【可設】執行加卸載程序（根據製冷設定溫度與冷凍水出水溫度差值調節壓縮機運行個數），開啟後續壓縮機→開機結束；

製冷關機過程：關機指令→延時1min【可設】執行卸載程序依次關閉壓縮機
，壓縮機全部關閉後→關閉四通閥→延時3min【可設】執行關閉井水泵和空調水泵程序→關機結束。

（2）製熱模式開機控製

1. 手動開關機：通過按下啟動、停止按鈕向控製器發出開關機信號
   
   ；
2. 定時開關機：先設定時間，機組到達設定時間後，自動向控製器發出開關機信號；
3. 遠程開關機：通過控製器預留開關量輸入接點
   ，實現開關機。

製熱開機過程：開機指令→冷凍水泵開啟→延時1min【可設】，開啟冷卻水泵→檢測冷凍水及冷卻水水流開關→檢測冷卻水出水溫度（冷卻水出水溫度≤冷卻出水設定溫度-2），滿足開機條件後，而且無其他故障保護，打開四通閥，開啟第一台壓縮機→延時1min【可設】執行加卸載程序（根據製熱設定溫度與冷卻水出水溫度差值調節壓縮機運行個數），開啟後續壓縮機→開機結束；

製熱關機過程：關機指令→延時1min【可設】執行卸載程序依次關閉壓縮機，壓縮機全部關閉後→關閉四通閥→延時3min【可設】執行關閉井水泵和空調水泵程序→關機結束。

（3）水溫加卸載控製

1）製冷模式加卸載控製

加卸載控製采用模糊控製原則
，根據冷凍出水溫度與冷凍設定溫度進行比較，溫度檢測周期為3分鍾【可設】


，按照溫差區域分布進行調節
，可以分為：加載、保持、卸載

、待機
；

2）製熱模式加卸載控製

加卸載控製采用模糊控製原則
，根據冷卻出水溫度與冷卻出水設定溫度進行比較，溫度檢測周期為3分鍾【可設】，按照溫差區域分布進行調節，可以分為：加載、保持、卸載、待機；

（4）電參數采集和保護控製

RPC2731采集係統工作三相電參數，可以直接采集3路單相0~300V電壓，3路單相0~5A電流（超過5A需增加互感器）。PLC可以根據壓縮機運行個數
，判斷電流是否超過最大值，存在過載
、短路等故障；根據三相電壓是否超過設定值，判斷是否存在過壓、缺相
、低壓等故障，對係統設備進行保護；直接記錄上傳機組能耗。

（5）係統調度和末端數據采集控製

上(shang)位(wei)機(ji)服(fu)務(wu)器(qi)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)方(fang)式(shi)采(cai)集(ji)末(mo)端(duan)房(fang)間(jian)內(nei)溫(wen)濕(shi)度(du)和(he)室(shi)外(wai)環(huan)境(jing)溫(wen)濕(shi)度(du)
，經(jing)過(guo)智(zhi)能(neng)計(ji)算(suan)分(fen)析(xi)後(hou)，對(dui)機(ji)組(zu)運(yun)行(xing)目(mu)標(biao)溫(wen)度(du)和(he)工(gong)作(zuo)模(mo)式(shi)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)，降(jiang)低(di)機(ji)組(zu)運(yun)行(xing)能(neng)耗(hao)。通(tong)過(guo)WEB發布的方式，管理人員可以進行遠程網頁瀏覽係統運行數據
，也可以通過手機APP遠程查看，並可以通過賬號密碼驗證後
，遠程調節機組運行參數，對機組進行遠程故障判斷維護。

三、現場PLC圖片

圖2  現場PLC控製櫃圖

四
、典型現場

（1）海澱區政府辦公樓

（2）新鄉平原新區政府辦公樓

（3）石家莊某典型示範小區