介紹PLC和觸摸屏在國(guó)家體育場(chǎng)鳥(niǎo)巢中應(yīng)用設(shè)計(jì)

一、概述

國(guó)家體育場(chǎng)位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部，為2008年第29屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)的主體育場(chǎng)。工程總占地面積21公頃，建筑面積258，000㎡。場(chǎng)內(nèi)觀眾坐席約為91000個(gè)，其中臨時(shí)坐席約11000個(gè)。舉行奧運(yùn)會(huì)、殘奧會(huì)開(kāi)閉幕式、田徑比賽及足球比賽決賽。奧運(yùn)會(huì)后將成為北京市民廣泛參與體育活動(dòng)及享受體育娛樂(lè)的大型專(zhuān)業(yè)場(chǎng)所，并成為具有地標(biāo)性的體育建筑和奧運(yùn)遺產(chǎn)。

國(guó)家體育場(chǎng)工程為特級(jí)體育建筑，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限100年，耐火等級(jí)為一級(jí)，抗震設(shè)防烈度8度，地下工程防水等級(jí)1級(jí)。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長(zhǎng)333米、東西寬294米的，高69米。主體鋼結(jié)構(gòu)形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥(niǎo)巢”結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量為4.2萬(wàn)噸，混凝土看臺(tái)分為上、中、下三層，看臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土看臺(tái)上部完全脫開(kāi)，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎(chǔ)則坐在一個(gè)相連的基礎(chǔ)底板上。

二、地源熱泵空調(diào)簡(jiǎn)介

地源熱泵機(jī)組是一種利用再生能源的高效節(jié)能、無(wú)污染的既可供暖又可制冷的新型水冷式空調(diào)機(jī)組，由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置和其它制冷附件組成，是一種可以全天候運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣調(diào)節(jié)設(shè)備。地水源熱泵利用地能或淺水層一年四季溫度穩(wěn)定的特性，冬季把地能作為熱泵供暖的熱源，把高于環(huán)境溫度的地能中的熱能取出來(lái)供給室內(nèi)采暖；夏季把地能作為空調(diào)的冷源，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換地下熱源轉(zhuǎn)換成冷源。其原理是通過(guò)極少量的電能，實(shí)現(xiàn)能量的搬運(yùn)轉(zhuǎn)移。

由于于地下的溫度在恒定在10—25度的，地源熱泵機(jī)組的工況優(yōu)于傳統(tǒng)的空調(diào)的工況所以它能夠更輕松的達(dá)到室內(nèi)的溫度要求和效果，所以地源熱泵機(jī)組的能效比更高。因此，地源熱泵空調(diào)更節(jié)能。

三、系統(tǒng)描述

國(guó)家體育場(chǎng)為2008年第29屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)的主體育場(chǎng)，地下3層，地上7層， 國(guó)家體育場(chǎng)地源熱泵大型中央空調(diào)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為14533kw，采用地源熱泵和冰蓄冷結(jié)合的形式。鳥(niǎo)巢地源熱泵中央空調(diào)采用采用煙臺(tái)冰輪和頓漢布什的制冷設(shè)備及系統(tǒng)，其電氣控制主要采用施耐德的Micro 和Twido PLC，以及XBTGT觸摸屏。

“鳥(niǎo)巢”地源熱泵大型中央空調(diào)系統(tǒng)包含地源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)和兩臺(tái)全封螺桿地源熱泵機(jī)組。

四、電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與構(gòu)成

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如上圖所示，為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

地源熱泵機(jī)組選用Twido系列 PLC TWDLCAA40DRF及擴(kuò)展模塊，它本身所帶的一個(gè)通訊口和XBTGT觸摸屏相連。通過(guò)人機(jī)界面可以設(shè)定壓縮機(jī)的工作方式和運(yùn)行參數(shù)，檢查壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況，查看機(jī)組故障情況等。每一個(gè)PLC擴(kuò)展一個(gè)通訊口，做MODBUS從站，連在MODBUS總線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)和源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)PLC的通訊。

源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)PLC選用MICRO系列PLC TSX3721001。MICRO系列PLC的通訊功能非常強(qiáng)大，支持MODBUS，UN-TELWAY，以太網(wǎng)TCP/IP等多種通訊協(xié)議?？刂葡到y(tǒng)完成制冷系統(tǒng)及相應(yīng)循環(huán)水系統(tǒng)的控制，如制冷/制熱模式切換，對(duì)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(jiān)控，系統(tǒng)PLC擴(kuò)展一個(gè)TSXSCP114通信卡，做MODBUS主站，通過(guò)MODBUS網(wǎng)絡(luò)和Twido PLC通訊，自動(dòng)控兩臺(tái)制地源熱泵機(jī)組開(kāi)停，使空調(diào)系統(tǒng)按程序高效節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)。

MICRO PLC TSX3721本身帶兩個(gè)通訊口，其中一個(gè)通信口和觸摸屏連接，另外一個(gè)通信口和施耐德工業(yè)以太網(wǎng)模塊TSXETZ410相連。TSXETZ410模塊在此起到一個(gè)網(wǎng)橋作用，一端通過(guò)系統(tǒng)PLC交換數(shù)據(jù)，另一端通過(guò)TCP/IP以太網(wǎng)聯(lián)接到鳥(niǎo)巢建筑智能系統(tǒng)上，從鳥(niǎo)巢建筑智能系統(tǒng)可以監(jiān)控整個(gè)地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

地源熱泵機(jī)房控制系統(tǒng)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(wǎng)模塊TSXETZ410

地源熱泵機(jī)組制冷工況冷水設(shè)計(jì)溫度為5/13度，制熱工況熱水設(shè)計(jì)供回水溫度為55/50度。地下熱源部分，冬季的設(shè)計(jì)供回水溫度為5-2度，夏季為27/32度。每臺(tái)壓縮機(jī)制冷機(jī)組包含2臺(tái)壓縮機(jī)，共有一個(gè)制冷回路，由Twido PLC 核心進(jìn)行控制的，通過(guò)數(shù)字量模塊和模擬量模塊采集傳感器信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)荷狀況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)能量調(diào)節(jié)。配置為：TWDLCAA40DRF+TWDDRA8RT+6塊TWDAMI2HT+TWDNAC485D+觸摸屏XBTGT2110

五、結(jié)束語(yǔ)

地源熱泵等環(huán)保節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，在奧運(yùn)場(chǎng)館中的成功應(yīng)用，緊扣“綠色奧運(yùn)”、“科技奧運(yùn)”的主題，會(huì)促進(jìn)在各個(gè)領(lǐng)域中充分推廣利用。在國(guó)家體育場(chǎng)地源熱泵大型中央空調(diào)系統(tǒng)中，使用了施耐德Micro 和Twido 序列PLC和XBTGT觸摸屏，除了實(shí)現(xiàn)各工藝控制功能，網(wǎng)絡(luò)通訊靈活且實(shí)現(xiàn)方便，具有開(kāi)放的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)等是一大亮點(diǎn)，提高整個(gè)系統(tǒng)的性能，降低了操作維護(hù)成本。