德维森V80系列 PLC在节能设备中的应用

1、引言 随着中国经济的蓬勃发展，我国单位ＧＤＰ能耗与欧美发达国家的差距越来越大，引起了政府及国民的极大关注，“十一五”规划已将节约能源作为国家实现可持续发展的关键措施，分别提出了“建立全社会的可持续发展能效目标”和“向低能耗方向有效调整产业结构”的战略方针。德维森科技（深圳）有限公司开发生产的 V80 节能专用 PLC——V80-M16MAD-LD 采用调压节能方式，可为整厂节能、路灯节能、楼宇节能提供整体的解决方案。 2、节能原理 2.1、灯光节能原理 路灯的供电电压随用电的峰谷而波动，在电压低于电压谷值UMIN和高于电压峰值UMAX时，发光效率降低，线路损耗和灯具热耗等无功功耗加大。路灯节能控制器检测输入电压/电流信号，并对路灯的供给电源进行优化控制，从而达到最大程度节省电能的目的。同时，路灯节能控制器还具备智能控制功能。根据不同的策略进行路灯的分组开关控制。 因为各个地区的经纬度不同，冬天和夏天的光照时间也不相同。因此要根据不同地区、不同时令进行不同的开关灯策略设置。比方说黑龙江，在夏天在晚上 7 点左右开灯，而冬天在下午 4 点开灯，为了满足不同地区不同时段的不同要求，需要将全年分成 24 个以上的段，不同的时间段使用不同的开关灯策略。为满足客户对现场数据进行远程集中监控和本地参数显示调试的需求，目前，路灯节能控制器多数采用 RTU 或者 GPRS DTU 方式，其中后者相对而言在成本上更低，在可用性方面也更简洁便利。 2.2、整厂节能原理 整厂节能的实现方式与灯光节能类似，但增加了功率因数补偿和监控功能，同时，整厂节能需要对节能前与节能后的能耗进行记录和比较，例如，节能前全厂耗电为 13 万度/月，节能后全厂耗电为 10 万度/月，同时功率因数也较之前有所提高，这些都需要有相关的记录和分析数据，并得到用户的认同。 2.3、变频节能 变频节能原理是根据对电机转速的调整来达到节能的效果，如注塑机节能、空压机节能等。 3、系统设计 针对灯光节能、整厂节能、变频节能的需求，德维森科技（深圳）有限公司开发生产的V80-M16MAD-LD 节能专用 PLC 集成了调压调速节能所需功能，包括市电的电压、电流采集、调压节能器的控制、多种远程通讯方式（可选）、实时时钟、本地七段数码管显示和 LCD显示（可选）、本地轻触按键和 PVC 按键（可选）等。同时，M16MAD-LD 还保留了 PLC所有的固有特性，如高抗干扰能力、可编程性、各种标准的通信和 IO 接口、掉电保持等。 如上图所示，PLC 根据采集到的市电电压和不同的节能策略调节节能调压器的输出，同时可以通过 GPRS 的 DTU，将现场的数据传给远方监控室内的计算机，通过监控主机可以对现场的数据进行集中监测，并对控制策略作出及时调整。 4、功能和性能分析 4.1 市电采集 多数通用 PLC 的 CPU 模块本身不具备或具备少量的模拟量接口，而整厂节能和大型的路灯节能控制器则需要数量较大的模拟量接口。M16MAD-LD 最多可以采集 7 路模拟量信号，7 路模拟量输入信号的类型包括：±10V、±20mA、热电阻等，可以满足大多数用户的 需要，例如，在整厂节能和大型的路灯节能器能够满足 3 路电压和 1 路或者 4 路电流信号采集的需求。 4.2 功率因数计算 对于整厂节能，功率因数测量是必不可少的，据了解，目前尚没有一种 PLC 支持功率因数的换算，而如果用单片机开发则会面临周期太长和精度太低的问题。 M16MAD-LD 的模拟量输入支持交流信号输入，AD 转换速率高达 300K，可以满足工频为 50Hz 的市电功率因数计算，同时，可计算三相市电的功率因数，并将数据上传供用户进行节能分析。 4.3 实时时钟 节能厂商如果采用独立的实时时钟控制器，必将引发成本上升和可靠性下降等不良后果。而 M16MAD-LD 内带实时时钟，包括年、月、日、时、分、秒、周，用户可以方便用户利用实时时钟进行不同控制策略的调整。 4.4 通讯功能 目前，节能控制对于通信和监控的要求越来越高，大多数的路灯节能用户要求在远方可以完成控制参数的调整，同时，还需要能在现场接屏进行监控，因为各家 RTU 与屏的通信协议不同，造成节能厂商的开发难度大大增加。M16MAD-LD 带有 RS232 和 RS485 两个通信口，都支持 MODBUS 从协议，RS485 支持 MODBUS 主协议和 FREE 协议，用户可利用这两个通信口与各种不同通信装置进行通讯，如 GSM、GPRS DTU、MODEM 等，另外还可与各种显示屏、监控软件、组态软件进行通信。通过通信接口还能对各种第三方的表计或者变频器进行监控，从而达到整合的目的。 4.5 多机联网 路灯节能控制器因为单控制器的控制量有限，需要多台控制器联网进行监控。多台M16MAD-LD 可通过 RS485 联网，交换数据，并可共用同一台 GPRS 与远端服务器通讯。 4.6 人机接口 M16MAD-LD 带 7 段数码管显示或 LCD 液晶屏显示，用户可以在 PLC 内编程设置显示内容。键盘接口最多支持 4*4 的键盘矩阵，可以选用 PVC 薄膜按键或都轻触按键等进行用户自定义功能设置。 4.7 兼容功能 大多数普通节能控制器都不支持可编程，造成无法做到升级和现场维护。M16MAD-LD兼容标准 V80 系列 PLC 的编程软件和所有功能，如，支持梯形图编程，支持掉电保持功能，支持在线编程功能，支持远程监控功能等。 4.8 可靠性和电磁兼容能力强 节能控制器控制的是强干扰的大感性负载，如何提升系统的抗干扰能力成为了系统设计者最为伤脑筋的问题。而 PLC 与其它用单片机开发的控制板间的区别就在于 PLC 是一个通用的工控平台，不仅具有标准的软件、通信、接口，而且其电磁兼容、环境测试也都是符合国家标准的，V80 系列 PLC 产品已通过 CE 认证，能够在各个方面满足客户的需要。 4.9 宽温工作范围 针对北方用户室外环境的需要，M16MAD-LD 可以在-40~85℃的宽温范围内进行工作，并保证性能与可靠性。 5、结论 根据市场需求，德维森科技（深圳）有限公司开发生产的 V80 节能专用 PLC——V80-M16MAD-LD 采用调压节能方式，可以满足整厂节能、路灯节能、楼宇节能等不同客户的实际需求。 目前，V80-M16MAD-LD 已应用在华南多家大型的节能设备厂商的设备中，并在可靠性、专用性和灵活性等方面都得到了用户的认可和好评。